BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC (CHEMICAL PROCESSER) Ngành: Kỹ thuật cơ khí Lớp: 18DCKA3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Bá Khiển SV thực hiện: Huỳnh Đăng Hoàn Thịnh Đặng Văn Hữu Nghĩa Võ Hoàng Minh Mã SV: 1811041246 Mã SV: Mã SV: Lớp: 18DCKA3 Lớp: 18DCKA3 Lớp: 18DCKA3 LỜI CẢM ƠN Sau quá trình học môn các phương pháp gia công đặc biệt và nhóm được thầy Phạm Bá Khiển giao đề tài “ Tiểu luận về các phương pháp gia công hóa học(Chemical Processes)” làm tiểu luận báo cáo kết thúc môn. Các công việc chúng em đã hoàn thành trong tiểu luận môn học các phương pháp gia công hóa bao gồm 2 mục chính : - BACKGROUND INTRODUCTION (Giới thiệu sơ lược) - METHODS OF CHEMICAL PROCESSING ( Các phương pháp gia công điện hóa). Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy bộ môn khuôn dập Thầy Th.s Phạm Bá Khiển đã góp ý và đưa ra ý kiến tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tiểu luận môn với chất lượng tốt nhất trong thời gian thầy đã dạy trên lớp. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức có hạn chế nên tiểu luận không tránh khỏi những sự sai xót, chúng em mong nhận được sự góp ý và thông cảm của quý thầy cô. Chúng em sẽ luôn lắng nghe và lấy nhừng lời nhận xét phê bình của quý thầy cô để chúng em làm nền tảng cho đồ án tốt nghiệp sắp tới. Em xin chân thành cảm ơn! Long an, Ngày 6 tháng 01 năm 2021 Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Hữu Nghĩa Võ Hoàng Minh Huỳnh Đăng Hoàn Thịnh MỤC LỤC CHƯƠNG 1: BACKGROUND INTRODUCTION (GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC). . 1 I. Machining principle (nguyên lý gia công):.................................................1 II. Technology method and technology ability (Các phương pháp công nghệ và khả năng công nghệ):.........................................................................................1 1. Clean the workpiece (Làm sạch chi tiết gia công):..............................1 2. Create a layer of protection (Tạo một lớp bảo vệ):..............................2 3. Peel the workpiece (bóc chi tiết gia công).............................................2 4. Remove the protective layer (Loại lớp bảo vệ):.......................................3 CHƯƠNG 2: METHODS OF CHEMICAL PROCESSING (CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC)................................................................................6 I. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. II. 1. 2. 3. 4. III. 1. Chemical Milling (Phay hóa)......................................................................6 Introduction (Giới thiệu)....................................................................... 6 Tooling for CHM (Công cụ cho phay hóa).........................................11 Process parameter (Các thông số của quá trình)...............................16 Material removal rate (Tỷ lệ loại bỏ vật liệu).....................................17 Advantages (Các ưu điểm)................................................................... 21 Limitation (Hạn chế)............................................................................ 22 Applications (Ứng dụng)...................................................................... 24 Photochemical Machining (Gia công quang hóa)....................................26 Introduction (Giới thiệu).....................................................................26 Process description (Miêu tả quá trình gia công)...............................28 Applications (Ứng dụng)......................................................................32 Advantages (Ưu điểm)...........................................................................35 Electropolishing (Đánh bóng điện hóa)....................................................37 Introduction (giới thiệu)......................................................................37 2. Process parameters (thông số quá trình)............................................41 3. Applications (Ứng dụng)......................................................................42 4. Process limitations (Hạn chế của quy trình)........................................44BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC (CHEMICAL PROCESSER) Ngành: Kỹ thuật cơ khí Lớp: 18DCKA3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Bá Khiển SV thực hiện: Huỳnh Đăng Hoàn Thịnh Đặng Văn Hữu Nghĩa Võ Hoàng Minh Mã SV: 1811041246 Mã SV: Mã SV: Lớp: 18DCKA3 Lớp: 18DCKA3 Lớp: 18DCKA3 LỜI CẢM ƠN Sau quá trình học môn các phương pháp gia công đặc biệt và nhóm được thầy Phạm Bá Khiển giao đề tài “ Tiểu luận về các phương pháp gia công hóa học(Chemical Processes)” làm tiểu luận báo cáo kết thúc môn. Các công việc chúng em đã hoàn thành trong tiểu luận môn học các phương pháp gia công hóa bao gồm 2 mục chính : - BACKGROUND INTRODUCTION (Giới thiệu sơ lược) - METHODS OF CHEMICAL PROCESSING ( Các phương pháp gia công điện hóa). Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy bộ môn khuôn dập Thầy Th.s Phạm Bá Khiển đã góp ý và đưa ra ý kiến tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tiểu luận môn với chất lượng tốt nhất trong thời gian thầy đã dạy trên lớp. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức có hạn chế nên tiểu luận không tránh khỏi những sự sai xót, chúng em mong nhận được sự góp ý và thông cảm của quý thầy cô. Chúng em sẽ luôn lắng nghe và lấy nhừng lời nhận xét phê bình của quý thầy cô để chúng em làm nền tảng cho đồ án tốt nghiệp sắp tới. Em xin chân thành cảm ơn! Long an, Ngày 6 tháng 01 năm 2021 Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Hữu Nghĩa Võ Hoàng Minh Huỳnh Đăng Hoàn Thịnh MỤC LỤC CHƯƠNG 1: BACKGROUND INTRODUCTION (GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC). . 1 I. Machining principle (nguyên lý gia công):.................................................1 II. Technology method and technology ability (Các phương pháp công nghệ và khả năng công nghệ):.........................................................................................1 1. Clean the workpiece (Làm sạch chi tiết gia công):..............................1 2. Create a layer of protection (Tạo một lớp bảo vệ):..............................2 3. Peel the workpiece (bóc chi tiết gia công).............................................2 4. Remove the protective layer (Loại lớp bảo vệ):.......................................3 CHƯƠNG 2: METHODS OF CHEMICAL PROCESSING (CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC)................................................................................6 I. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. II. 1. 2. 3. 4. III. 1. Chemical Milling (Phay hóa)......................................................................6 Introduction (Giới thiệu)....................................................................... 6 Tooling for CHM (Công cụ cho phay hóa).........................................11 Process parameter (Các thông số của quá trình)...............................16 Material removal rate (Tỷ lệ loại bỏ vật liệu).....................................17 Advantages (Các ưu điểm)................................................................... 21 Limitation (Hạn chế)............................................................................ 22 Applications (Ứng dụng)...................................................................... 24 Photochemical Machining (Gia công quang hóa)....................................26 Introduction (Giới thiệu).....................................................................26 Process description (Miêu tả quá trình gia công)...............................28 Applications (Ứng dụng)......................................................................32 Advantages (Ưu điểm)...........................................................................35 Electropolishing (Đánh bóng điện hóa)....................................................37 Introduction (giới thiệu)......................................................................37 2. Process parameters (thông số quá trình)............................................41 3. Applications (Ứng dụng)......................................................................42 4. Process limitations (Hạn chế của quy trình)........................................44
Machiningprinciple(nguyênlýgiacông)
Chemical machining is an non-traditional machining method, in which the materialisseparatedwhenitreactingwithastrongcorrosivesubstance.Thismachiningmethod wasusedforthefirsttimeafterWorldWar2inaircraftmanufacturingtechnology.
Gia công hóa là một phương pháp gia công không truyền thống, trong đó vật liệu được tách ra thông qua tiếp xúc với chất khắc hóa mạnh Phương pháp này lần đầu tiên được áp dụng sau Chiến Tranh Thế Giới Thứ Hai trong ngành sản xuất máy bay Nhiều loại hóa chất khác nhau được sử dụng để tách vật liệu từ một chi tiết gia công bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Technology method and technology ability (Các phương pháp công nghệvàkhảnăngcôngnghệ) 1 1 Cleantheworkpiece(Làmsạchchitiếtgiacông)
Createalayerofprotection(Tạomộtlớpbảovệ)
A protective coating is applied to specific surfaces of a part to shield them from the corrosive effects of acid This protective layer is made from materials such as Neoprene, Polyvinyl Chloride, and various polymers, and is typically used on surfaces that do not require machining The application methods for this layer of protection include cut and peel, optical resistance, and grid capacity resistance.
Lớp phủ bảo vệ được áp dụng lên bề mặt của các chi tiết nhằm chống lại tác động ăn mòn từ chất khắc axit Các vật liệu thường được sử dụng cho lớp bảo vệ này bao gồm Neoprene, Polivinil Chloride và các loại Polymer khác Có nhiều phương pháp thực hiện lớp bảo vệ, như cắt và bóc, kháng quang, và kháng dung lưới.
Peeltheworkpiece(bócchitiếtgiacông)
The material removal process involves immersing the workpiece in a corrosive liquid, where unprotected areas are chemically affected The common corrosive method transforms the workpiece into a salt that dissolves in the liquid, effectively removing material from the surface Once the desired amount of material has been removed, the workpiece is taken out of the corrosive solution and thoroughly washed.
Thechoiceofcorrosivechemicalsdependsonthematerialoftheworkpiece,thedesireddeptha ndmaterialremovalrate,thesurface roughnessrequirements.
Việc lựa chọn chất khắc hóa cần dựa vào vật liệu của chi tiết gia công, chiều sâu mong muốn, tốc độ bóc vật liệu và yêu cầu về độ nhám bề mặt Ngoài ra, các chất khắc hóa cũng phải tương thích với loại chất bảo vệ để đảm bảo rằng vật liệu của lớp bảo vệ không bị ảnh hưởng bởi hóa chất khắc.
Removetheprotectivelayer(Loạilớpbảovệ)
The two steps in chemical machining have a significant influence on thematerialmethod,themachiningparametersbeingthetheprotectivelayer(2) andpeeltheworkpiece(3)
Haibước tronggiacônghóacóảnhhưởngđángkểvềmặtphươngpháp,vậtliệu, các thôngsốgiacônglàbướctạolớpbảovệ(2)vàkhắchóa(3)
The material removal rate in chemical machining is typically measured in penetration rate (mm/min), reflecting the speed at which chemical action interacts with the workpiece material This process involves directing an abrasive directly onto the surface, and it is important to note that the infiltration rate remains unaffected by the surface area of the workpiece Table 1.1 provides typical penetration rates for various workpieces and corrosive liquids.
Tốc độ bóc vật liệu trong gia công hóa được thể hiện bằng tốc độ thấm mm/phút, phản ánh mức độ tác động hóa học vào vật liệu chi tiết gia công Chất khắc được hướng thẳng vào bề mặt, và tốc độ thấm không bị ảnh hưởng bởi diện tích bề mặt Các tốc độ thấm này được liệt kê trong bảng.
AluminumAlu minumalloyCopp erand aluminum alloyMagnesiu mand alloysSi licon
The machining depth of cut for aircraft metal part plates can reach up to 12.5mm; however, many machining applications require a depth of only a few thousandths of a millimeter or less Additionally, corrosion can occur beneath the protective layer, leading to an effect known as undercut, which must be calculated during the design of the protection layer to ensure the resulting cut maintains a precise size The corrosion coefficient, a constant ratio for the material, is essential for these calculations.
Chiều sâu cắt trong gia công hóa có thể đạt tới 12.5mm đối với các chi tiết kim loại của máy bay Tuy nhiên, trong nhiều ứng dụng gia công hóa, chiều sâu yêu cầu chỉ cần vài phần nghìn mm hoặc thậm chí ít hơn Bên cạnh việc thấm vào chi tiết, quá trình khắc hóa cũng có thể xảy ra ở phía dưới mặt bên trong của lớp bảo vệ.
Hiệuứngnàyhọilàhiệntượngcắtlẹm và phải được tính đến khi thiết kế lớp bảo vệ để phần cắt phát sinh có kíchthướcxácđịnhđược Hằngsốtỉlệđốivớivậtliệunàygọilàhệ sốkhắcvàđượcxácđịnh nhưsau:
Fe=U/d Fe:Corrosivecoefficient (hệsốkhắc) U:Lowercutlength(mm) (độdàicắtdưới) d:cutting depth(mm) (chiềusâucắt)
METHODS OF CHEMICAL PROCESSING (CÁC PHƯƠNGPHÁPGIACÔNGHÓAHỌC)
ChemicalMilling(Phayhóa)
Chemical milling (CHM) is a precise process that involves the controlled chemical dissolution of a workpiece material through contact with a strong reagent To protect areas where metal should not be removed, special coatings known as maskants are applied This technique is particularly effective for creating pockets and contours, as well as removing materials from components with a high strength-to-weight ratio The CHM process includes several key steps that ensure accuracy and efficiency in material removal.
Phay hóa là quá trình hòa tan hóa học có kiểm soát của vật liệu phôi khi tiếp xúc với chất hóa học phản ứng mạnh Quá trình này sử dụng các lớp phủ đặc biệt để bảo vệ các khu vực kim loại không bị loại bỏ, giúp tạo ra các rãnh, đường và loại bỏ những phần cần gia công trên phôi được làm từ những vật liệu có cấu tạo bền vững Phay hóa (CHM) bao gồm các bước sau:
1 Preparing and precleaning the workpiece surface This provides goodadhesionofthemaskingmaterialandassurestheabsenceofcontaminantsthatmig htinterferewiththemachiningprocess.
Chuẩn bị và làm sạch trước bề mặt phôi Điều này cung cấp độ bámdínhcủalớpvậtliệulớpbảovệvàđảmbảokhôngcótạpchấtcóthểgâytrởngạicho quátrìnhgia công
Dùnglớpbảovệcóthể táchrời,nhưngkhôngđểbịthấmhóachấtănmònvàđủdính đểchịumài mònhóa họctrongquá trình khắc
3 Scribing of the mask, which is guided by templates to expose the areasthat receive CHM The type of mask selected depends on the size of theworkpiece,thenumberofpartstobemade,andthedesiredresolutionofdetails.Silk- screen masks are preferred for shallow cuts requiring close dimensionaltolerances. Đánh dấu lên lớp bảo vệ để biểu diễn những phần cần được gia công phayhóa (CHM) Loại lớp bảo được chọn phụ thuộc vào kích thước của phôi, sốlượngcácbộphậnđược chếtạovàđộănmònmongmuốncủacácchitiết.Lớpbảo vệđượcchọnưutiênchocácvếtcắtyêucầudungsai kích thướcgầnnhau.
During CHM (Fig 3.1), the depth of the etch is controlled by the time ofimmersion.Inordertoavoidunevenmachining,thechemicalsthatimpingeonthe surface being machined should be fresh The chemicals used are verycorrosiveand,therefore,mustbehandledwithadequatesafetyprecautions.
Boththevaporsandtheeffluentsmustbesuitablycontrolledforenvironmentalprotection Agitation of the workpiece and fluid is usual; however, excessivesolutionflowmayresultin channeling,grooves,orridges.
Thời gian ngâm chi tiết gia công ảnh hưởng đến độ sâu của việc khắc Để đảm bảo quy trình gia công đồng đều, cần sử dụng hóa chất bề mặt mới Các hóa chất này có tính ăn mòn cao, vì vậy cần thực hiện các biện pháp phòng ngừa an toàn nghiêm ngặt Cả hai yếu tố, hơi và nước thải, cần được kiểm soát để bảo vệ môi trường Mặc dù sự kích động của phôi và chất lỏng là bình thường, nhưng dòng dung dịch mạnh có thể gây ra hiện tượng tạo rãnh hoặc gờ không mong muốn.
When using the mask, the machining process occurs both inwardly from the mask opening and laterally beneath the mask, resulting in the etch factor illustrated in Fig 3.2 The etch factor is defined as the ratio of the undercut (dt) to the depth of etch (T).
Ngaycảk hi lớpmặ tn ạ bảovệ đãđ ượ c phủ,sự ănm òn trong qu átrìnhgia c ôngvẫncóthể xảyraởcácmặtbêncủaphầncầnđượcgiacông,dođótạoramột
Sau khi ăn mòn hệsốănmònđượcthểhiệntrongHình2.2.Yếutốănmònlàtỷlệcủađộcắtxéndđếnđộsâu khắccủa T.
Figure 2.2: Etch factor after CHMHình2.2:HệsốănmònsaukhiPhay Hóa.
Quá trình gia công phay hóa (CHM) không thể bỏ qua các bất thường về bề mặt như vết lõm, vết xước hoặc các đường vân Các bước tiếp theo trong việc loại bỏ vàng ẩn phần mặt nạ bảo vệ được minh họa trong hình 2.3, trong đó có việc đánh dấu mặt nạ bảo vệ.
Khắc lần đầu Đánh dấu mặt nạ bảo vệ nhắc lại
Khắc lần đầu và lần 2 Khắc lần 2
Figure 2.3: Contour cuts by CHMHình2.3:đườngcắtrãnhtạobởiphayhó a
Tooling for CHMisrelativelyinexpensive andsimpletomodify Four differenttypesoftoolsarerequired:maskants,etchants,scribingtemplates,andaccessories.
Côngcụchophayhóa(CHM)tươngđốirẻvàdễthaysửađổi.Cầncó4loạicôngc ụchính:lớpphủbảovệ(mặtnạbảovệ), Vậtliệukhắc,Mẫuvẽvàphụkiện.
Maskants are essential for safeguarding areas of a workpiece where controlled dissolution (CD) is unnecessary Typically composed of synthetic or rubber-based materials, these maskants come in various types, each suited for different materials, as detailed in Table 3.1, which outlines their etch rates and etch factors To be effective, maskants must possess specific properties that ensure optimal performance during the etching process.
Chi tiết gia công Chất ăn mòn Mặt nạ tỷ lệ ăn mònhệ số ăn mòn
Mặt nạ thường được sử dụng để bảo vệ các bộ phận của phôi trong quá trình gia công phay Các vật liệu phổ biến cho mặt nạ bao gồm đế tổng hợp và cao su Bảng 2.1 trình bày các loại mặt nạ khác nhau phù hợp với một số vật liệu, kèm theo tỷ lệ ăn mòn và hệ số ăn mòn tương ứng Mặt nạ cần đảm bảo các đặc tính nhất định để phát huy hiệu quả bảo vệ tối ưu.
Table2.1:MarkantsandEtchantsforDifferentWorkpieceMaterials. Bảng2.1:C á c loạilớpbảovệ vàcácchấtănmònvớicácvậtliệukhácnhau.
Etchants (see Table 3.1) are acid or alkaline solutions maintained within acontrolledrangeofchemicalcompositionandtemperature.Theirmaintechnicalgoals aretoachievethe following:
Chất ăn mòn (xem Bảng 3.1) là dung dịch axit hoặc kiềm được duy trì trong phạmvithànhphầnhóahọcđượckiểmsoátcùngnhiệtđộ
9 Khảnăngtáitạo củachấthòatanvà/hoặcsẵnchoviệctrunghòacũng nhưxửlýcácchấtthải của nó.
Scribing templates are essential for outlining areas for exposure during chemical machining The most prevalent method involves cutting a mask with a sharp knife and meticulously peeling it away from designated areas Layout lines or simple templates made of metal or fiberglass assist in guiding the scribing process An illustration of numerical control (NC) laser scribing for masks used in chemical machining of large surface areas is depicted in Figure 3.5.
Các mẫu vẽ được sử dụng để xác định khu vực tiếp xúc với hoạt động gia công hóa học Phương pháp phổ biến nhất là ghi chép lên phôi bằng cách cắt lớp mặt nạ bảo vệ, sau đó lột lớp bảo vệ ẩn từ các khu vực đã chọn Hình 2.4 minh họa quá trình ghi chép bằng laser điều khiển số (NC) trên mặt nạch gia công phay hóa (CHM) với diện tích bề mặt lớn.
Accessoriesincludetanks,hooks,brackets,racks,andfixtures.Theseareusedforsingle-or- multiple-piecehandlingintoandoutoftheetchantsandrinses.
Phụkiệnbaogồmbểchứa,móc,giáđỡ,vàcácvậtdụngkhác.Chúngđượcsửdụng để xử lý một hoặc nhiều các mảnh chi tiết sau khi được mang ra bể chứachấtăn mòn vàđemđi rửa.
Laser (Vị trí đầu dò điện dung)
Bề mặt đã phủ mặt nạ
CHMprocessparametersincludethereagentsolutiontype,concentration,properties, mixing, operating temperature, and circulation The process is alsoaffected by the maskant and its application These parameters will have directimpactson theworkpieceregardingthe following:
To produce high-quality and cost-effective parts using CHM, it is essential to evaluate the heat treatment state of the workpiece, the grain size and material range, and the size and finish control before CHM Additionally, considerations should include the direction of rolling, weld joints, and the degree of cold work.
Quá trình phay hóa (CHM) bao gồm các yếu tố như dung dịch thuốc thử, nồng độ, đặc tính, cách trộn, nhiệt độ vận hành và tuần hoàn Những yếu tố này chịu ảnh hưởng từ lớp mặt nạ và ứng dụng của nó, và chúng có tác động trực tiếp đến các thông số liên quan.
4 Mứcđộhoànthiệnbề mặt. Để gia công các chi tiết chất lượng cao và chi phí thấp khi dùng phươngphápphayhóa(CHM),chúngtaphảixemxéttrạngtháinhiệtluyệncủaphôi,kích thước hạt và phạm vi của vật liệu phôi, kích thước và kiểm độ hoàn thiệntrước khi phay hóa (CHM), hướng cán và hàn các mối nối, mức độ gia côngnguội.
The material removal or etch rate depends upon the chemical andmetallurgicaluniformityoftheworkpieceandtheuniformityofthesolution temperature.AsshowninFigs.3.6and3.7,castings,havingthelargestgrainsize,showth eroughestsurfacetogetherwiththelowestmachiningrate.
Rolled metal sheets offer the highest machining rates while ensuring superior surface quality According to the Metals Handbook (1989), hard metals exhibit high etching rates, whereas softer metals show lower rates Typically, a high etch rate correlates with reduced surface roughness, resulting in tighter machining tolerances.
Tốc độ loại bỏ vật liệu phụ thuộc vào tính đồng nhất hóa học và luyện kim của phôi cũng như sự đồng nhất nhiệt độ của dung dịch Như được thể hiện trong Hình 2.5 và 2.6, đúc có kích thước lớn nhất cho thấy bề mặt thô ráp nhất và tốc độ gia công thấp nhất, trong khi tấm kim loại có tốc độ gia công cao nhất lại đi kèm với chất lượng bề mặt tốt nhất Tỷ lệ khai thác cao đối với kim loại cứng và thấp đối với kim loại mềm (Sổ Tay Kim Loại năm 1989) Nói chung, tỷ lệ khắc cao thường đi kèm với độ nhám bề mặt thấp và do đó, dung sai gia công hẹp.
Figure2.5:CHMaverageroughnessofsomealloysafterremoving0.25 to0.4mm Hình 2.5:Độnhámtrungbìnhgiacôngphay hóacủamộtsốhợpkimsaukhi loạibỏ từ0.25 đến0.4mm
Hình 2.6:Độnhám bềmặtvàtỷlệkhắc củamộtsốhợpkimsaukhiloại bỏ0.25đến0.4mm
Khôngcóứngsuấtnàođược đưavàophôi,giúpgiảm thiểusựbiếndạngcủachitiếtgia côngvàcácchitiết tinh vi.
Onlyshallowcutsarepractical:upto12.27mmforsheetsandplates,3.83mmonextrusio ns,and 6.39 mmon forgings.
Handmasking,scribing,andstrippingcanbetime-consuming,repetitive,andtedious.
The absence of residual stresses on the chemically machined surfaces canproduceunfavorablefatiguestrengthcomparedwiththeprocessesthatinducecom pressive residual stresses.
Gia côngphayhóa(CHM)cũngcónhữnghạnchếvàbấtlợi sau:
Chỉcócácvếtcắtvớiđộnông làhiệuquả:khoảng từ12.27mmđối vớitấmmỏngvàdày,3.83mm trênphôidạnghộp,ốngvà6.39trênphôidập.
Vẽđánhdấubằngtayhoặckhuôn,tháokhuôncóthểtốnnhiềuthờigian,quátrìnhlặp đilặp lạikhiếngặptrởngại.
Khôngcóứngsuấtdưtrênbềmặtđượcgiacônghóahọc cóthểtạorađộbềnmỏibất lợisovớicácquátrìnhtạo raứngsuấtdư nén.
Độchínhxáccủanétvẽchotrướcbịhạnchế vàcác thiếtkếphứctạpthìviệcgiacông trởnênđắt đỏ
PhotochemicalMachining(Giacôngquanghóa)
Photochemical milling (PCM) is a specialized form of chemical milling (CHM) that utilizes photographic techniques to apply a chemically resistant mask to the workpiece Both PCM and CHM share similarities, as they employ chemicals to remove metal through a chemical dissolution (CD) action, with overlapping steps in their processes While CHM is typically used for three-dimensional components created through other manufacturing methods like forging and casting, PCM focuses on producing new parts from thin materials rather than merely altering existing ones This technique, often referred to as photochemical blanking (PCB), enables the machining of flat, thin-gauge complex parts with high precision, achieving thicknesses as small as 0.013 inches.
1.5 mm Sometimes photochemical machining is used to surfaceetch components withlettering or graphics where the etchant works its way to only a certain depth in thematerial As in the case of chemical milling, the depth of etch is controlled by the timeacomponentisimmersedinaparticularetchant.Neitherphotochemicalmachiningnorchemi cal milling should be confused with photo forming (PF), which is the process ofelectroplating metals over a mandrel. The photo formed components are removed fromthemandrelafterthe properthicknessofmaterialhasbeendeposited.
Gia công quang hóa (PCM) là một biến thể của gia công phay hóa (CHM), trong đó lớp mặt nạ chống hóa chất được áp dụng cho phôi bằng kỹ thuật chụp ảnh Cả hai quá trình đều sử dụng hóa chất để loại bỏ kim loại bằng tác động của chất ăn mòn (CD) và có nhiều bước tiến hành tương tự Gia công phay hóa thường được áp dụng cho các bộ phận được hình thành từ các quy trình khác như rèn và đúc, trong khi gia công quang hóa cho phép tạo ra các bộ phận từ vật liệu mỏng mà không bị ảnh hưởng bởi tác động của chất ăn mòn Quá trình này, đôi khi được gọi là tẩy trắng quang hóa (PCB), cho phép gia công với độ chính xác cao cho các bộ phận có độ dày từ 0.013 đến 1.5mm Gia công quang hóa cũng có thể được sử dụng để tạo ra bề mặt bằng chữ hoặc đồ họa với độ sâu nhất định, xác định bởi thời gian ngâm vào chất ăn mòn Cần phân biệt giữa gia công quang hóa (PCB) và phay hóa (CHM) với quá trình tạo ảnh (PF), là quá trình mạ điện kim loại trên một trục gá.
The PCM process begins with the creation of a photo-tool, which involves producing the desired shape on photographic film or glass using computer-aided design (CAD) artwork This primary image is essential for shaping the part Next, the sheet metal undergoes a chemical cleaning process and is coated with a light-sensitive photoresist film, which adheres to the surface and serves as a stencil resist, protecting the area during the etching process.
In certain applications, the photoresist is a liquid that requires dip coating and drying Typically, photo tools are utilized in precisely aligned pairs—one positioned on the top and another on the bottom, with the material to be machined placed in between This arrangement allows for etching from both sides, which reduces undercutting of the photoresist and results in straighter sidewalls.
Quy trình gia công quang hóa (PCM) bắt đầu bằng việc sản xuất hình dạng thiết kế trên phim hoặc tấm kính, được gọi là công cụ chụp ảnh Tác phẩm nghệ thuật được thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính (CAD) để tạo ra hình dạng bộ phận cần thiết Tấm kim loại sau đó được làm sạch bằng hóa chất và phủ một lớp phim cảm quang nhạy sáng Chất cản quang được thêm lên bề mặt bộ phận, hoạt động như một lớp gián tiếp để bảo vệ bề mặt trong quá trình khắc.
Phần bảng vẽ/dữ liệu CAD Kim loại đã được chọn và làm sạch
Phủ mặt nạ khắc quang lên kim lọai Lớp phủ quang học
Công cụ ảnh Nền nhạy sáng Ăn mòn
Hoàn thành gia công chi tiết hợp chất cản quang yêu cầu quá trình nhúng, tráng và làm khô Các công cụ ảnh thường được sử dụng trong các cặp gá đặt chính xác, với một công cụ ở trên và một ở dưới, trong khi vật liệu gia công được kẹp ở giữa Phương pháp này cho phép khắc từ cả hai mặt, giúp giảm thiểu việc cắt xén chất cản quang và tạo ra các thành bên thẳng hơn.
Figure2.8:PCM flowdiagram Hình2.8:Sơđồquytrìnhgiacôngquanghóa(PCM)
The metal is subjected to an acid etch process, either through spraying or dipping, which selectively dissolves specific areas Different etchants are available for various materials, and the optimal choice depends on factors like cost, quality, etch depth, and material removal rate Figure 2.9 illustrates the key steps involved in photochemical machining.
Kim loại được làm sạch
Kim loại được phủ lớp cản quang cả hai mặt Ánh sáng Ảnh âm bản
Chống ánh sáng tiếp xúc qua âm bản (2 mặt)
Lớp cản phát triển Được khắc 1 phần Được khắc toàn phần etchantsbysprayingorimmersion,thepartsarerinsedanddried.Protectiveresistisremoved from machined parts with chemicals or with mechanical techniques alongwithchemicals.
Kim loại được xử lý thông qua phương pháp phun axit ăn mòn hoặc ngâm, nơi chúng được hòa tan một cách có chọn lọc Việc lựa chọn chất ăn mòn phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chi phí, chất lượng, độ sâu khắc và tỷ lệ loại bỏ vật liệu Sau khi thực hiện các quy trình phun hoặc ngâm, các bộ phận sẽ được rửa sạch và làm khô Cuối cùng, chất phản vệ sẽ được loại bỏ khỏi các bộ phận thông qua hóa chất hoặc kỹ thuật cơ khí.
Figure2.9:PCMsteps Hình2.9:Cácbướcchínhgiacôngquang hóa(PCM)
Photochemical machining (PCM) is an effective process for shaping materials such as aluminum, copper, zinc, steel, lead, nickel, titanium, molybdenum, zirconium, glass, ceramics, and certain plastics This technique is particularly advantageous for high-tempered or brittle materials, as traditional machining methods can lead to breakage and stress concentrations PCM is also suitable for springy materials that are challenging to punch It is widely utilized in the decorative and graphics industries for producing signs and labels The materials processed through PCM must be thin, with thicknesses ranging from 0.013 to 1.5 mm, and flat to facilitate bending and assembly into various components Common applications include etching fold lines for boxes and enclosures Products manufactured using photochemical machining are prevalent in sectors such as electronics, automotive, aerospace, telecommunications, computers, and medical industries, with typical components including filters, gaskets, lead frames, contacts, connectors, probes, and flat springs.
Nhôm, đồng, kẽm, thép, chì, niken, titan, molypden, zirconium, thủy tinh và gốm sứ là những vật liệu phù hợp cho gia công quang hóa Các vật liệu có độ giòn cao hoặc được tôi luyện kỹ là ứng cử viên lý tưởng, vì gia công truyền thống có thể tạo ra điểm tập trung ứng suất Quá trình gia công quang hóa (PCM) cũng hiệu quả với vật liệu dẻo dai và khó đục lỗ PCM được áp dụng rộng rãi trong ngành trang trí và đồ họa, đặc biệt trong sản xuất bảng hiệu và nhãn mác Vật liệu sử dụng cho gia công quang hóa cần có độ mỏng nhất định, với độ dày phù hợp.
Vật liệu có độ dày từ 0.013 đến 1.5mm cần được gia công phẳng để dễ dàng uốn cong và lắp ráp vào các thành phần khác Việc khắc các thành phần phẳng là cần thiết để tạo ra hộp và vỏ cho ứng dụng trong ngành công nghiệp giacôngquanghóa (PCM) Sản phẩm giacôngquanghóathường được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điện tử, ô tô, hàng không vũ trụ, viễn thông, máy tính, y tế và các ngành nghề khác Các thành phần điển hình bao gồm bộ lọc, màn hình, vòng đệm, khung dẫn, tiếp điểm, đầu nối, đầu dò và lò xo phẳng.
Hình2.10:Thiếtkếđồtrangtrívàtácphẩmnghệ thuậtdùnggiacôngquang hóa(PCM)
Figure2.11:TypicalPCMblanks Hình2.11:Nhữngthànhphẩmthôngthườngcủaphươngpháp quanghóa
Figure2.12:SamplesofPCMmachinedpatterns Hình2.12:Cácmẫuhoavăngiacôngbởiphươngpháp quanghóa(PCM)
A relatively low cost per unit, especially at low production volumes ofcomplexdesignsbecausethetoolingusedisveryinexpensivecomparedtoshearing punchesanddies.
Some design changes require simple alterations to the photochemicalmachiningprocess,suchasthetimeofetchorthetypeofetchant, whichchangefeatures suchasthe hole sizeanddepthofetch.
Itdoesnotchangethehardness,grainstructure,orductilityofmetals,whilemetal shearing imparts stresses in the components and laser machiningcreates aheat-affectedzone.
Ngoàinhữngưuđiểmchungvớigiacôngphay hóa(CHM), PCMđảmbảonhữngưu điểm sau:
Chiphítươngđốithấpchomỗiđơnvịsảnphẩm,đặc biệtlàởkhốilượngsảnxuấtthấpthiếtkếphứctạpvìdụngcụđược sửdụngrấtrẻsovớicắt độtdập vàkhuôndập.
Mộtsốyêucầuthay đổithiếtkếđượcđơngiảnhóađốivớiquátrìnhgiacông quang hóa, chẳng hạn như thời gian khắc hoặc chế độ khắc, làmthayđổicáctínhnăngnhưkíchthước lỗvàđộsâu củakhắc.
Nókhônglàmthay đổiđộcứng,cấutrúchạthoặcđộdẻocủakimloại,trong khi cắt kim loại truyền tải ứng suất trong các thành phần và tialasergia công tạora vùng ảnhhưởng nhiệt.
Bởivìdụngcụđược tạorabằngkỹ thuậtchụpảnh,cácmẫucóthểđượcsaochép dễdàng.
Electropolishing(Đánhbóngđiệnhóa)
Mechanical polishing utilizes abrasive particles on resilient wheels made of materials like wood, felt, leather, canvas, or fabric to create smooth surfaces and enhance appearance However, this process results in a disturbed surface layer that differs in properties from the bulk metal, leading to scratches, strains, metal debris, and embedded abrasives that compromise mechanical strength Although further finishing techniques such as lapping or buffing can reduce surface roughness, they cannot completely eliminate the debris and damaged layer left by mechanical polishing These limitations can be effectively addressed through the use of nonconventional electropolishing (EP).
Quá trình đánh bóng điện hóa (EP) là phương pháp ngược lại với mạ điện, trong đó phần cần hoàn thiện được đặt làm cực dương Phương pháp này đã được phát triển từ năm 1935 khi người Đức thành công trong việc đánh bóng đồng và kẽm Trong khi đó, đánh bóng cơ học sử dụng các hạt mài mòn gắn vào bánh xe làm từ gỗ, nỉ, da, vải, nhằm tạo ra bề mặt hoàn thiện cao cấp Tuy nhiên, phương pháp này thường để lại nhiều vết xước, biến dạng và mảnh vụn kim loại, làm giảm độ bền cơ học của sản phẩm Mặc dù đánh bóng cơ học có thể tạo ra bề mặt đẹp, nhưng không thể hoàn toàn loại bỏ các khuyết điểm do quá trình này gây ra Do đó, việc áp dụng phương pháp đánh bóng điện hóa (EP) giúp khắc phục những hạn chế của đánh bóng cơ học, mang lại bề mặt hoàn thiện tốt hơn.
Electropolishing is a diffusion-controlled process occurring at the limiting current of metal anodic dissolution, as illustrated in the relationship between current density and anode potential During this process, a matte surface forms between points A and B, while effective polishing occurs between points B and C However, along segment CD, the polishing action often leads to surface pitting, caused by the rupture of the anodic layer due to gas evolution.
Làm mịn Đánh bóng Điện cực dương
2.14 shows the main components of a typical polishing cell A direct current isaccordingly introduced into the part, which is hung from the central electrode and issurroundedbycathodesthatarenegativelycharged.Theelectropolishingmediumisaliquid mixtureof several acidsandinsolublesalts. Đánh bóng điện hóa là quá trình được khuếch tán có kiểm soát, diễn ra ở dònggiới hạn của sự hòa tan a nốt của kim loại Hình 2.13 cho thấy mối quan hệ giữamậtđộdòngđiệnvàđiênápcựcdương Theođó,mộtbề mặtmờxuấthiệngiữahaiđiểm A và
Trong quá trình đánh bóng giữa B và C, dọc theo CD, hành động đánh bóng thông thường xảy ra, kèm theo sự hình thành rỗ bề mặt do vỡ của lớp a qua quá trình tiến hóa không khí (McGeough, 1974) Hình 2.14 minh họa các thành phần chính của một tế bào đánh bóng điển hình, trong đó một dòng điện một chiều được đưa vào bộ phận, treo từ điện cực trung tâm và được bao quanh bởi các cực âm được sạc Mỗi trường đánh bóng điện hóa là một hỗn hợp chất lỏng bao gồm nhiều loại axit và muối không tan.
Nguồn điện 1 chiều Giá đỡ
Khu vực mật độ hiện tại cao Ca tốt
Khu vực mật độ hiện tại thấp Đánh bóng
Hình2.13:Mậtđộdòngđiệnvàđiệnthếcựcdươngtrongquátrìnhđánhbóng điện hóa (EP)
Figure2.14:Electropolishingschematic.Hìn h2.14:Sơđồđánh bóngđiệnhóa.
Figure 2.15: Electropolishing process.Hình2.15:Quytrìnhđánh bóngđiện.
During EP it is recommended that you use a proper electrolyte, maintain itstemperatureandchemicalcomposition,andsupplyaripplefreeDCpoweratthecorrect voltage Table 3.2 presents suitable electrolyte conditions and currentdensitiesforelectropolishing ofdifferentmetalsandalloys.
Quátrìnhđánhbóngđiệnhóa(EP) bịảnhhưởngbởinhiềuthamsốcótácđộngtrực tiếp đến chất lượng bề mặt sản xuất và năng suất quá trình Chúng bao gồmnhữngyếutố sau đây:
Trong quá trình đánh bóng điện (EP), bạn nên sử dụng chất điện phân thíchhợp,duytrìnhiệtđộvàthànhphần hóahọccủanó, đồngthờicungcấpnguồnđiện
Kim loại chất điện giải mật độ hiện tại mộtchiềuởmứcđiệnápchínhxác.Bảng2.1trìnhbày điềukiệnphùhợpcủađiệnphânvàmật độdòng điệncáckimloại vàhợp kimkhácnhau.
Thép carbonThépkh ônggỉ Đồng Đồngthaualpha Đồng photphoCuproni ckelNiken
TheEPprocessfindsmanyapplicationswhichhavebeenreportedbywww.globalstainlesstech.com/and Brown(1998):
3 Polishinglightfixturesofelectricalconduits;outletboxes;andmedical,surgical,andfood processing equipment.
6 Removingscaleordistortionscausedbyannealing,nitriding,carburizing,welding, orsoldering.
7 Removingskinthatremainsonmetalsaftercastingorforging,whichallowsforsubsequent machiningoperationswithlesseffort,time,andtoolwear.
11 Removingburrs,occlusions,andothermetalworkingmarks,whichmakesiteasiertocl eanthe surfaceandavoidmicrobiologicalcontaminants.
Cácứngdụngcủagiacôngđánhbóngđiệnhóađược tìmthấyrấtnhiềuquabàibáocáotrêntrangwww.globalstainlesstech.com/andBrown(1998):
3 Đánhbóngmángđènluồngdâyđiện;hộpđầura;thiếtbịytế;phẫuthuậtvàchế biến thựcphẩm.
6 Loạibỏcặnhoặc cácbiếndạngdoủ, thấmnito,thấmcacbon,hàn.
7 Loạibỏcáclớpvỏthừacònlạitrênkimlạisaukhiđúchoặc rèn,chophépcác hoạtđộng giacôngtiếptheovớiítcôngsứcvàthời gianhơn.
11 Loạibỏcácgờ,vếtcắtvàcácdấuhiệugiacôngkimloạikhác,giúp dễdànglàmsạchbềmặtvà tránhcácchấtbẩn vi sinh.
Electropolishing is more suitable for removing small scratches andimperfectionsthanforsmoothingoutanytypeofsurfacewaviness.
Nonmetallic inclusions, improper annealing, overpickling, heat scale, largegrainsize,directionalrollmarks,andimpropercoldreductionleadstopoorelectrop olishedsurfaces.
Quytrìnhkhôngthể lấpvàchecáckhuyếttậtgiacôngnhưcácđườngnốivàcáctậpchất phikimtrong kim loại
Hợp kim nhiều pha trong đó một pha tương đối chống a nốt thường khôngthểđáp ứng đượcvới một sốquátrìnhđánhbóngđiện.
Đánhbóngbằngđiệnphùhợphơnđể loạibỏcác vếtxướcnhỏnhưnghầunhưkhônghoàn hảođểlàmmịn bấtcứbềmặtnào.
Sơnphủ, tráingượcvớikimloạirèn,sẽkhôngđánhbóngđếnđộsánghoặc mịnnhất định.
Baogồmphikimloại,ủkhôngđúngcạch, lựachọnquámứcquy mônhiệt,kíchthướchạtquálớn, dấucuộnhướngvàgiảmlạnhkhôngthíchhợpdẫn đếnbềmặtđượcđánhbóngđiệnkém.
