Gia công Siêu Chính xác

Gia công siêu chính xác

Những phương pháp gia công đạt độ chính xác cao đã được sử dụng trong khoảng 3 thập kỉqua. Trong những năm 70 nó đã được ứng dụng đạt hiệu quả cao trong sản xuất đĩa từ dùngcho ổ cứng máy vi tính, các thiết bị thu nhận hình ảnh của máy photocopy và máy in. Nhữngchi tiết này đều có yêu cầu kỹ thuật khá cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác hình dánghình học. Để đạt được tiêu chuẩn, người ta đã sử dụng công nghệ tiện kim cương đơn, khác sovới quy trình gia công truyền thống có nhiều nguyên công từ gia công thô cho đến tinh kết hợpvới mài và đánh bóng.Ngày nay kỹ thuật gia công siêu chính xác đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và cótính thương mại cao. Những sản phẩm tiêu dùng có ứng dụng nhiều của kỹ thuật quang họcnhư: tivi, camera, kính áp tròng, ống nhòm, máy tính, hay các thiết bị trong hệ thống an ninh,…đều là các sản phẩm được chế tạo bằng công nghệ này. Chỉ trong những năm gần đây, lĩnh vực gia công có độ chính xác cao đạt được những tiếnbộ quan trọng trong công nghệ chế tạo máy, năng suất và chất lượng các thiết bị trong cơ khíchính xác cũng được nâng cao rõ rệt. Giai đoạn này, kỹ thuật gia công siêu chính xác được ứngdụng trong gia công những chi tiết máy cực nhỏ và chế tạo nhanh các khuôn đúc chính xác cócác phần tử vi mô. Những kỹ thuật phổ biến hơn cả là vi EDM, gia công cao tốc và vi gia công

Vi EDM (micro Electro Discharge Machining)

Khi đề cập đến việc nâng cao khả năng công nghệ của hệ thống máy móc, thiết bị trong lĩnhvực khuôn đúc, đúc vi khuôn là lĩnh vực yêu cầu một mức độ rất cao về tính phức tạp và độchính xác. Trong đúc vi khuôn, những chi tiêt có khối lượng không lớn hơn 1 phần ngàn gram vàđộ dày chỉ một vài micromet đang được sản xuất thương mại bởi những công ty áp dụng côngnghệ vi EDM.

Công nghệ đúc vi khuôn đòi hỏi những kỹ thuật tiên tiến trong thiết kế và chế tạo dụng cụ.Nhiều quy ước được thiết lập trong sản xuất khuôn đã không còn áp dụng được khi những kíchthước gia công ở cấp độ micromet. Những kỹ thuật gia công chuyên dụng đã và đang được pháttriển, bao gồm cả vi EDM và thường kết hợp với kỹ thuật gia công tiên tiến khác như phay caotốc với những lưỡi cắt cực nhỏ trên những thiết bị đệm granit polime cực kì ổn định, cho phépchế tạo những phần tử vô cùng nhỏ theo khuôn.

1 / 4


Trong vi EDM, điện cực dây có kích thước nhỏ hơn từ 4 – 5 lần so với sợi tóc người. Phổ biếnhơn, cần phải giữ những bộ phận khó có thể nhìn thấy bằng mắt thường, và sản xuất những lỗnhỏ có đường kính chính xác đến 0.0005 inch.

Cả điện cực dây và điện cực xung EDM đều được dùng trong vi EDM. Quá trình EDM vi mô làquá trình đòi hỏi việc sử dụng những trang thiết bị đặc biệt. Việc gia công những lỗ có đườngkính nhỏ hơn 0.004 inch thường không dễ dàng thực hiện được. Đối với những công việc tinh vinhư vậy, trang bị công nghệ cần đặc biệt chú ý là đồ gá, điện cực dụng cụ, nguồn điện và phầnmền mô phỏng.

Dây điện cực nhỏ nhất dùng trong vi EDM có đường kính từ khoảng 0.0008 inch, thông thườngsử dụng dây có đường kính khoảng từ 0.001 – 0.002 inch. Những dây này thường được làmbằng vonfram do đồng thau không đạt được độ bền theo yêu cầu đối với những đường kính nhỏnhư vậy.

Khởi tạo lỗ xỏ dây

Khi sử dụng những dây rất nhỏ như vậy, trở ngại chính nảy sinh từ việc tạo ra các lỗ xỏ dây. Mộtvài trường hợp, có thể cắt bên ngoài phôi gia công, sau đó đến biên dạng bên trong để loại bỏviệc xỏ dây qua phôi, hoặc tạo lỗ xỏ dây lớn phía ngoài của những chi tiết được gia công.

Những lỗ khởi động không chỉ phải nhỏ vừa đủ để ngăn chập mạch mà còn phải được định vịchính xác. CNC của EDM còn quan trọng trong việc đo bộ hãm, một hệ thống nhằm điều chỉnhđộ căng dây.Trong cắt dây vi EDM, độ căng dây thường từ 50 – 100 gm so với cắt dây thôngthường, có thể hoạt động với lực căng dây khoảng 1 hoặc 2kg.

Khi đề cập đến việc mắc dây tự động trong EDM, phương pháp được sử dụng để cắt dây phảiđể các đầu dây không bị rìa. Điều này giải thích tại sao một vài hệ thống căng dây và tách rờinó bằng một quy trình cấp nhiệt dùng vuốt thon các đầu để dễ mắc dây. Nhằm hỗ trợ thêm, cáchệ thống mắc dây có thể lắp đặt bộ phận hút vào phần đầu thấp của máy để đưa dây xuyênqua những lỗ xỏ dây của phôi gia công và vào trong những ống dẫn thấp hơn.

Một điều quan trọng nữa là vi EDM phải kèm theo chương trình con giúp dây hoạt động trongnhững tình huống chập mạch trong lỗ xỏ dây, khi lỗ xỏ bị cong. Vì thế, ngay cả khi dây chạmvào mặt của lỗ xỏ dây, thiết bị sẽ cắt những bản xoắn ốc nhỏ, ví dụ như gỡ nó ra cả ở đỉnh lẫnở đáy của lỗ.

Vi EDM cũng nên kèm theo một máy phát điện dùng trong vi gia công. Những máy phát điệnnhư vậy cần có khả năng giảm năng lượng phóng tia lửa điện cho những đường kính dây nhỏ,nhưng đồng thời cung cấp đủ năng lượng cho việc bóc tách nhanh vật liệu gia công. Sở dĩ cóyêu cầu này là bởi những ứng dụng vi EDM thường đòi hỏi chất lượng bề mặt sau gia rất cao, vàvì việc đánh bóng nguội những phần cực nhỏ để đạt cấp độ nhám theo yêu cầu trong thực tế làkhông thể, nên bắt buộc quá trình gia công vi EDM phải tạo ra cấp nhám rất cao để đạt yêu cầukỹ thuật ngay sau gia công.

Bên cạnh đó vi EDM dạng gia công xung với điện cực bằng đồng đóng vai trò quan trọng trong

2 / 4


gia công các phân tử vi mô có trong các kết cấu vi khuôn.Hiện tại, những dụng cụ phay có đường kính 0.2mm được sử dụng để gia công những điện cựcbằng đồng với kích thước 1 x 1mm. Công đoạn gia công cơ được thực hiện với các chế độ côngnghệ tương đối cao và phần nào khác biệt so với gia công thông thường, nhằm tăng năng suấtvà độ bền dụng cụ nhưng vẫn bảo đảm độ chính xác ngay cả cấp độ vi mô.

Phoi gia công có kích thước cỡ micromet, hình dáng được duy trì giống với gia công thôngthường và cũng phụ thuộc nhiều vào dụng cụ. Ngoài ra, khi tăng chiều sâu cắt sẽ tăng tuổi thọcho dụng cụ, đây là một điểm đáng lưu ý và cũng là điểm khác biệt so với gia công thôngthường.

Một vấn đề cần lưu ý là gia công vi EDM luôn cần có chương trình mô phỏng đi kèm. Do tínhchất vi mô, những phần tử gia công thậm trí mắt thường khó mà quan sát, cho nên chương trìnhmô phỏng gia công sẽ giúp quan sát rõ ràng các quá trình làm việc của cả hệ thống, từ đókhông chỉ giảm thiểu đáng kể sai sót khi lập trình gia công mà còn giúp tối ưu hóa ở mức độcao nhất quá trình công nghệ để đạt hiệu quả tốt nhất.

Gia công tốc độ cao

Gia công cao tốc là một vấn đề đang đề cập nhiều hiện nay. Đây là biện pháp gia công cải thiệnđáng kể hiệu quả của các chế độ công nghệ, trong đó thay thế tốc độ chạy dao chậm, chiềusâu cắt lớn bằng chế độ gia công gồm vận tố c cắt cao, lượng chạy dao lớn và chiều sâu cắtnông. Khi đó phoi gia công được tạo ra nhỏ hơn và rời nhanh khỏi phôi. Chiều sâu cắt nhỏ làmnhiệt cắt sinh ra ít, là điều kiện để tăng lên đáng kể số vòng quay của trục chính máy trong 1phút. Khi đó lực của phoi tác động lên lưỡi cắt giảm và vì vậy lượng chạy dao có thể được đẩylên mức đáng kể nhằm tương thích với tốc độ quay nhanh của máy.

Trong nhiều thập kỉ tiếp theo, những vi hệ thống được kì vọng sẽ đóng vai trò chủ yếu trongcuộc cách mạng kĩ thuật toàn cầu ở những lĩnh vực khác nhau như sinh học, y học, công nghệthông tin và nhiều lĩnh vực khác chưa được con người nghĩ tới hiện nay. Ví dụ, những tiến bộtrong kỹ thuật đang hướng đến việc cung cấp cho các nhà khoa học khả năng điều khiển nhữngđơn thể rất cơ bản cho sự sống ở một mức độ chưa từng có trước đây.

Chế tạo dụng cụ siêu nhỏ

Một trong những mục đích chính trong cuộc cách mạng này sẽ là khả năng sản xuất nhữngdụng cụ tí hon. Nhiều kĩ thuật vi gia công khác nhau sẵn có có thể được sử dụng nhằm nhắmđến những nhu cầu của cuộc cách mạng đang xảy đến trước mắt. Kĩ thuật vi gia công trên lớpnền silicon đặc biệt được tạo ra trong công nghiệp vi điện tử, và tạo đòn bẩy cho tất cả các lợithế của việc chế tạo khối xử lý được thiết lập trong hệ vi mạch.

Khi một hệ thống vi mô trở thành hệ thống hoàn chỉnh, không chỉ là một thiết bị mà là sự tíchhợp lại nhiều thành phần như phần tử cơ khí, phần tử quang học, các khối chức năng, các linhkiện điện tử…trong một bộ phận hoàn chỉnh, thích hợp cho ứng dụng riêng biệt. Trọng tâm củatất cả những vấn đề này là kỹ thuật chế tạo.Vi gia công có vai trò quan trọng trong chế tạo các hệ vi-cơ-điện (MEMS). Bằng cách tích hợp

3 / 4


các phần tử cơ khí, cảm biến, khuếch đại và điện tử trên lớp nền Silocon. Thiết bị MEMS rấtnhỏ, kích thước từ dưới miromet đến milimet. Sự gia công vi mô cũng quan trọng trong việc chế tạo hệ vi điện cơ (MEMS). MEMS nhỏ, đượctích hợp với những thiết bị và hệ thống liên kết những thành phần cơ và điện. Chúng sắp xếptheo kích thước từ mức dưới micromet đến mức milimet. Những hệ thống này có thể được dùng cho bộ cảm biến, bộ điều khiển, hoặc thậm chí côngnghệ dẫn động với tỉ lệ cực nhỏ, và thực hiện chức năng một cách riêng lẻ hay trong nhiềuchuỗi để sinh ra những hiệu ứng điều phối trên tỉ lệ vĩ mô, cung cấp nền tảng cho kĩ thuật chếtạo những vi dụng cụ nhằm thực hiện những chức năng phức tạp.

Sự gia công vi khối, một trong những kĩ thuật MEMS, là phương pháp thiết yếu để chế tạonhững cấu trúc có tỉ lệ nano hay micro trên các thiết bị bán dẫn bằng silic nguyên chất. Quytrình khắc ướt trực tiếp đã được hiểu đầy đủ ở mức độ cấu trúc tinh thể và được sử dụng trongviệc sản xuất những chi tiết cơ khí trong thời gian mới đây. Bởi khả năng chạm trổ chính xác vớicấu trúc 3D, sự gia công vi khối đã trở thành một trong những công nghệ quan trọng bậc nhấttrong những lĩnh vực sản xuất cấu trúc nano.

Một vài ngành công nghiệp đang khảo sát quy trình gia công 3D với sự sử dụng dung dịch trơnnguội tối thiểu. Trong gia công, dung dịch này, một chất độc hại cho sức khỏe và khó loại bỏ,được dùng để làm tiên tán lượng nhiệt tạo ra trong suốt quá trình cắt. Trong những năm gầnđây, việc nghiên cứu được tập trung vào tìm hiểu ảnh hưởng của những lượng dung dịch trơnnguội tối thiểu (MQL) trong gia công. Ở nghiên cứu này, tỉ lệ tiêu thụ dung dịch này được giớihạn đến mức tối đa là 0.0085 l/h, ngược với mốc chuẩn của lưu lượng 309.6 l/h như thôngthường.

Theo Cẩm nang gia công kim loại Việt Nam Hiệu đính nội dung và soát lỗi kỹ thuật: Hoàng Huy - MES Lab.

4 / 4

Documents

Gia công Siêu Chính xác