Công nghệ gia công vật liệu bằng dòng hạt mài (ME)

Author
ME
1. Nguyên lý gia công :

Hình 1: Nguyên lý gia công dòng hạt mài.

Gia công dòng hạt mài là phương pháp bóc vật liệu khi dòng khí khô mang hạt mài với vận tốc cao tác động lên chi tiết. Sự va đập của các phần tử hạt mài vào bề mặt chi tiết gia công tạo thành một lực tập trung đủ lớn, gây nên một vết nứt nhỏ, và dòng khí mang cả hạt mài và mẩu vật liệu nứt (mòn) đi ra xa. Phương pháp này rất thuận lợi để gia công các loại vật liệu giòn, dễ vỡ.
Khí bao gồm nhiều loại như không khí, CO2, nitơ, heli,… Khí sử dụng có áp suất từ 0,2 - 1,4 MPa, dòng khí có hạt mài có vận tốc lên đến 300m/s và được điều khiển bởi một van. Quá trình thường được thực hiện bởi một công nhân điều khiển vòi phun hướng dòng hạt mài chi tiết.

2. Thiết bị và dụng cụ : a. Máy :



Hình 2: Sơ đồ của một máy gia công dòng hạt mài.

Khí từ bình chứa sau khi lọc được đưa đến bộ trộn. Trong bộ trộn có chứa sẵn hạt mài mịn. Bộ trộn được rung với tần số 50c/s. Từ bộ trộn, dòng khí với các hạt mài có kích thước từ 10 - 50micromet được dẫn tới vòi phun và đi ra ngoài. Lượng khí tiêu thụ khoảng 0,6m3/h. Đầu vòi phun cách chi tiết gia công một khoảng nhất định tùy thuộc mục đích gia công. Tốc độ nạp hạt mài được điều khiển bởi biên độ rung của bộ trộn. Mối liên hệ chuyển động giữa vòi phun và chi tiết gia công nhận được nhờ cam chương trình và máy vẽ truyền để điều khiển hình dáng và kích thước cắt. Thiết bị dọn bụi được gắn vào để bảo vệ môi trường.
b. Vòi phun :
Vòi phun phải làm bằng vật liệu cứng để giảm mài mòn, thường sử dụng WC (các bít vonfram) và sapphire. Tuổi thọ của vòi phun làm bằng WC từ 12 - 30 giờ, còn vòi phun làm bằng sapphire có tuổi thọ đến 300 giờ. Lỗ vòi phun có đường kính từ 0,075 –1 mm. Đầu phun có thể thẳng hoặc góc vuông như hình 3.


Hình 3. Hình dáng đầu phun.

c. Hạt mài :
Hạt mài phải có hình dáng không đều, bao gồm những cạnh ngắn, sắc tốt hơn là hình dạng tròn. Hạt mài thường được làm từ các vật liệu sau : o xít nhôm,các bic silic, bi-các-bô-nát natri, đolomit và thủy tinh. Cỡ hạt dùng trong gia công nhỏ, đường kính 10 - 50micromet, tốt nhất là từ 15 - 20micromet. Các hạt mài phải đồng bộ về kích thước cho một lần sử dụng. Điều đó quan trọng trong việc sử dụng lại những hạt mài, bởi vì những hạt mài sau khi sử dụng có thể bị gãy, mòn và hư hỏng. Để quá gia công đạt hiệu quả thì các hạt mài phải sắc cạnh. Không nên sử dụng lại các hại mài đã mòn các cạnh và kích thước hạt nhỏ hơn. Các hạt mài nhỏ có thể làm tắt vòi phun. Việc chọn loại hạt mài, cỡ hạt phụ thuộc vào từng nguyên công.

3. Các thông số công nghệ:
Các thông số cơ bản của gia công dòng hạt mài là:
- Áp suất ra của dòng hạt mài.
- Tốc độ của dòng hạt mài.
- Cỡ hạt và loại hạt mài.
- Năng suất bóc vật liệu.
- Vật liệu của chi tiết gia công.
Năng suất bóc vật liệu, hình dạng hình học vết cắt, độ bóng bề mặt và tốc độ mòn vòi phun bị ảnh hưởng bởi kích thước và khoảng cách của vòi phun, thành phần, độ bền kích thước và hình dáng của dòng hạt mài, và thành phần, áp suất và tốc độ của khí.
Năng suất bóc vật liệu chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ dòng hạt mài và kích thước hạt mài. Hạt mài có độ hạt lớn sẽ bóc với tốc độ cao hơn. Tại một áp suất nhất định, năng suất bóc vật liệu tăng theo tốc độ dòng hạt mài, nhưng sau khi đạt đến giá trị tối ưu thì năng suất bóc vật liệu giảm nếu ta tiếp tục tăng tốc độ dòng hạt mài. Sở dĩ như vậy là vì tốc độ dòng khí giảm khi ta tăng tốc độ dòng hạt mài và tỉ số trộn tăng gây nên sự giảm năng suất bóc vật liệu bởi vì năng lượng để mài mòn lúc này giảm đi.
Tốc độ lưu lượng hạt mài phải tương xứng với áp suất và lưu lượng dòng khí. Lưu lượng của hạt mài thường từ 2 - 20g/ph. Áp suất dòng khí điển hình là 0,2 N/mm2 - 1N/mm2. Tốc độ dòng dòng hạt mài từ 150 - 300m/s.Thành phần khí ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa áp suất và lưu lượng khí.
Năng suất bóc vật liệu tăng khi tăng khoảng cách khoảng cách từ miệng vòi đến chi tiết gia công đến một giá trị nhất định, sau đó nó giữ không thay đổi trong một khoảng cách nhất định rồi giảm dần. Phương pháp gia công này có năng suất bóc vật liệu nhỏ : 40 mg/ph, 15 mm3/ph,
Khi khoảng cách từ miệng vòi phun đến chi tiết gia công càng lớn thì vết gia công càng rộng, cạnh cắt càng kém sắc nét (hình 2). Khoảng cách từ miệng vòi phun và bề mặt gia công khoảng từ 0,25 - 75 mm.

4. Ứng dụng :
Quá trình gia công dòng hạt mài thường được sử dụng để thực hiện các công việc như :
- Cắt những lỗ nhỏ, rãnh, hoặc những mô hình, hoa văn phức tạp trên vật liệu kim loại rất cứng hoặc giòn hoặc vật liệu phi kim loại.
- Tẩy ba via.
- Cắt mép, tạo mặt vát.
- Tẩy lớp ô xít và những màng mỏng tạp chất trên bề mặt.
- Làm sạch chi tiết có bề mặt không đều.
Phương pháp này được sử dụng để gia công các loại vật liệu kim loại cứng và giòn, hợp kim và vật liệu phi kim loại như : germanium, silicon, thủy tinh, ceramics, và mica. Chi phí ban đầu thấp. Tuy nhiên năng suất bóc vật liệu thấp, sự cắt tản mát có thể xảy ra làm cho độ chính xác không cao, và không thể gia công vật liệu mềm.


composite

ME viết:
Khí từ bình chứa sau khi lọc được đưa đến bộ trộn. Trong bộ trộn có chứa sẵn hạt mài mịn. Bộ trộn được rung với tần số 50c/s. Từ bộ trộn, dòng khí với các hạt mài có kích thước từ 10 - 50mm được dẫn tới vòi phun và đi ra ngoài. Lượng khí tiêu thụ khoảng 0,6m3/h. Đầu vòi phun cách chi tiết gia công một khoảng nhất định tùy thuộc mục đích gia công. Tốc độ nạp hạt mài được điều khiển bởi biên độ rung của bộ trộn. Mối liên hệ chuyển động giữa vòi phun và chi tiết gia công nhận được nhờ cam chương trình và máy vẽ truyền để điều khiển hình dáng và kích thước cắt. Thiết bị dọn bụi được gắn vào để bảo vệ môi trường.
b. Vòi phun :
Vòi phun phải làm bằng vật liệu cứng để giảm mài mòn, thường sử dụng WC (các bít vonfram) và sapphire. Tuổi thọ của vòi phun làm bằng WC từ 12 - 30 giờ, còn vòi phun làm bằng sapphire có tuổi thọ đến 300 giờ. Lỗ vòi phun có đường kính từ 0,075 –1 mm. Đầu phun có thể thẳng hoặc góc vuông như hình 3.

Cái này là 10-50 micromet hay là milimet đây ạ?

Anh ME ơi, anh để ý lai giùm chỗ "Lỗ vòi phun có đường kính từ 0,075 –1 micromet. " Cái nay có phải là milimet không ạ? Để nó còn cho các hạt có "đường kính 10 - 50micromet," đi qua nữa chứ anh.

ME
Hi hi... Sửa lại rồi, khổ quá, phải chi có cách nào mà chép từ word sang đừng bị mã hóa thì đâu bị sai, rồi sửa lung tung như vậy. Bây giời thì đúng hết ròi đó. Cám ơn composite nhiều nhé!


WJT
Thành viên tích cực
-Cái tên Việt nam mà bạn ME đặt cho phương pháp gia công này nghe "hoành tráng" quá! Nghe tên thế nhiều người cứ tưởng nó là phương pháp gia công mới lắm, hiện đại lắm, nhưng thực ra phương pháp này đã được Tilghman đăng ký bằng sáng chế tại USA từ năm 1870 rồi! Ở bên mình phương pháp này được ứng dụng khá phổ biến, nhất là trong ngành đóng tầu - dùng để làm sạch vỏ tầu- mà mình hay gọi là làm sạch bằng phun cát. Phun cát kiểu khô này là rẻ tiền nhất, nhưng nhược điểm lớn là nó rất hại cho sức khỏe. Vì thế nó bị cấm dùng ở USA và nhiều nước ở châu Âu. Cũng nhờ thế mà các bạn thấy gần đây ngành đóng tầu của mình gặt hái được khá nhiều. (Nói thêm 1 tý là giá làm sạch 1 mét vuông vỏ tầu ở Mỹ và châu Âu có giá từ 50-100 $, còn ở VN mình chắc là chỉ 1- vài đô thôi). Trong ngành cơ khí cũng hay dùng để làm sạch và đánh bóng thô các chi tiết như lòng khuôn, vật đúc. Các bác thợ gương kính nhà ta thì hay dùng để tạo ra (gia công) các hình, chữ trên kính tủ, gương...
-Vật liệu của vòi có thể là WC hoặc sapphire như ME đã nêu. Sapphire thì quá đắt nên cũng rất hạn chế sử dụng. Hiện nay đa số dùng WC hoặc boron carbide làm vật liệu cho vòi. Phun aluminum oxide thi WC mòn quá nhanh-tuổi thọ còn ít hơn 10h như EM đã nói nên chủ yếu để dùng phun cát và garnet. Nếu phun garnet thì tuổi thọ của vòi bằng WC có thể đến 200-300 hr. Nếu dùng vòi boron carbide thì tuổi thọ trung bình 750-1500 hr.
-Đường kính vòi phun tùy theo từng ứng dụng. Giá trị nhỏ (<0.2 mm) rất ít dùng. Trong gia công thường hay dùng các vòi đk 1-2 mm. Trong công nghệ làm sạch thì đa số dùng các vòi có đường kính 3-12 mm (thế mới năng suất cao được).
....

ME

Quản trị diễn đàn

NÓI THÊM CHO RÕ
AJM thuộc nhóm các phương pháp gia công cơ không truyền thống (cùng với gia công siêu âm, tia nước...). Phương pháp này hiện vẫn được giảng dạy tại nhiều trường trên thế giới, kể cả Mỹ. Phun cát chẳng qua là một trong những ứng dụng của phương pháp này.
Benjamin Chew Tilghman được cấp bằng sáng chế năm 1870 tại Anh (UK Patent no. 2147) và Mỹ (U.S. Patent No. 104,408) về Sandblasting. Phương pháp này thực ra cũng là AJM nhưng lúc đó ông phát minh ra nó nhằm lằm bén dũa (sharpening files), khắc chai (engraving bottles), làm sạch thùng chứa, nồi hơi (cleaning boilers) hoặc làm nổi thớ gỗ (bringing out the grain in wood) và một vài chức năng khác. (một số từ có thể dịch sang tiếng Việt chưa chính xác lắm)
Sau này người ta phát triển thêm nhiều vật liệu mới thay cho cát như mạt thép (steel grit), đạn thép (steel shots), xỉ đồng (copper slag), hạt thủy tinh (glass beads), đạn kim loại (metal pellets), garnet, bột mài... Với những vật liệu này, AJM đã có thêm những ứng dụng mới. DĨ nhiên thiết bị cho những ững dụng khác nhau cũng có những sự khác biệt nhất định.
Các thông số về thiết bị, chế độ gia công... ở mỗi tài liệu khác nhau nói chung là có sự khác nhau, điều này là bình thường.
Có thể thamkhảo thêm về phương pháp gia công này ở các sách về machining processes. Cụ thể có thể xem ở cuốn Advanced Machining Processes của tác giả Hassan Abdel-Gawad El-Hofy, NXB McGraw-Hill Professional.


binh_Ctm_bkhn_47
cho em hỏi mọi người có biết phương án phun hạt mài bằng xỉ đồng nêu ở trên ngoài HÀ Nội có không nhỉ? Và có đơn vị nào nhận thi công không? Hay đơn giản là có ai bán máy đó không và giá khoản bao nhiêu tiền và aông ty nào bán? Em gặp phải vấn đề làm làm nhàm bề mặt bằng phương pháp phun bi hoặc hạt mài đạt độ nhám bề mặt 0.075 đến 0.1 mm trên vật liệu thép Hợp kim 28XH-2 (Cr-Ni). Hiện ngoài Hà Nội chưa thấy đơn vị nào dàm nhận cái này. Nhờ các bác chỉ giúp với!


Liễu Ngân Đình
Master cấp 2
Ở ngoài Bắc nhiều đơn vị có lắm.
VAP - Hưng Yên, Xích líp đông anh, Lioa, Diezen sông công - Thái Nguyên, v.v...
thông thường dùng phun bi INOX để tăng tuổi thọ của Bi và chất lượng bề mặt, Cũng còn tùy vào yêu cầu kỹ thuật của sản phầm mà người ta dùng bi đồng, nhôm, sắt hay cát để phun vào sản phẩm. Nhưng tôi chưa thấy ai cho thuê máy cả vì người ta tránh để lộ công nghệ sản xuất mà.
Máy có nhiều loại và nhiều kiểu và phụ thuộc nhiều vào sản phẩm mà có những kích cỡ máy khác nhau.
Máy phun cầm tay có giá khoảng 40-50 triệu VND, máy tự động dạng băng 60-70 triệu VND, Máy dạng lớn sử dụng 3 động cơ chính để phun bi giá khoảng 1 tỷ VND, máy 5 động cơ phun bi giá khoảng 3 tỷ, v.v... nói chung là nhiều vấn đề lắm, thông thường người ta dùng máy của Đài Loan để đảm bảo chất lượng, dùng máy của Nhật thì đẳng cấp cao quá, của TQ thì chỉ dùng cho những sản phẩm không đòi hỏi quá cao về kỹ thuật.
Giá máy đã đắt, giá bi phun đắt cũng ko kém, cũng mất cả trăm triệu chứ chẳng chơi vì thuế mà khá cao mà.
Nếu bạn có nhu cầu mua máy xin liên hệ với tôi.
 
Author
binh_Ctm_bkhn_47

Cám ơn bác đãcứu việnn cho em. Em đã thử phun bi qua rùi, nhưng chưa được. Em đã thử phun với bi thép và gang đường kinh 1mm nhưng kết quả rấ chán. Em đang định nâng lên 2mm xem kết quả ra sao. nhưng bác có biết trong các nhà máy đó có nhà máy nào đảm đương cả phun xỉ đồng lẫn phun cát không? Vì mục tiêu của em là làm được bề mặt nhám 0.075mm đến 0.1mm trên nền vật liệu 28XH-2 nhưng chưa được.Có thể vật liệu làm bi chưa đủ cứng. Em đang hướng tới phun xỉ Đồng.Không rõ bên các nhà máy anh đưa ra có không nhỉ? Em hi vọng nhận được tin bác sớm.Cám ơn bác trước nha. Chúng em đang trong thời gian làm thử nghiệm nếu đạt yêu cầu thì các máy của bác sẽ không thoát khỏi quá trình săn lùng máy móc của bên em đâu.Mong sớm được hợp tác với bác!



Liễu Ngân Đình
Master cấp 2

Điều mà bác nghi ngờ là có cơ sở đấy, nói đơn giản thế này nhé. Hiện nay tôi đang rất rảnh rỗi, tôi sẽ giới thiệu bác lên gặp ông bạn già của tôi, ông ấy sẽ tư vấn cho bác về bi phun (Hạt phun) để đạt được hiệu quả cao nhất.
Ông bạn tôi chuyên cung cấp các hạt phun của Đức tại VN (độc quyền luôn), Cty ở Quận ủy Tây Hồ.
Vậy khi nào bác rảnh thì ALO cho tôi, tôi sẽ dẫn bác đi, vi bác ko tự tìm được đâu cần có thổ dân là tôi dẫn đi mới tới được.
 
Gửi đ/c binh_Ctm_bkhn_47

Ông đã tìm được nơi nào phun nhám chưa, có gì sang bên tôi làm cho, tôi ở HN

0983022166
 
T

thitruong

Tạp chí Thông tin Thị trường Khoa học Công nghệ

Chào anh
Em là Hà, thành viên Ban biên tập tạp chí thông tin thị trường Khoa học Công nghệ, em rất thích công nghệ và máy của anh, anh cho phép em quảng bá công nghệ của anh trên tạp chí của em. Tạp chí sẽ đăng bài viết của anh về công nghệ và máy của anh. Anh viết bài cho em nhé. Bài viết gửi cho em về mail: thitruongkhcn@gmail.com
Em cám ơn anh
Hoàng Hà
 
Top