Tính ưu việt của công nghệ mài siêu âm

Trong công nghiệp, để gia công tinh các chi tiết làm bằng vật liệu cứng và giòn người ta dùng phương pháp mài siêu âm hoặc mài nghiền siêu âm. Hai phương pháp này có tầm quan trọng rất lớn vì không có phương pháp gia công nào khác có năng suất cao có thể chấp nhận được.

Đây là hai phương pháp gia công lai. Chúng kết hợp giữa phương pháp gia công truyền thống là mài, mài nghiền với siêu âm. Phương pháp mài siêu âm có thể được xem là một phát triển của mài nghiền siêu âm khi sử dụng dụng cụ cắt quay tròn. Trong bài viết này chúng tôi xin giới thiệu sơ lược về phương pháp mài siêu âm.Khi mài siêu âm, dao động với tần số siêu âm được đưa vào khu vực gia công giữa dụng cụ cắt (đá mài) và chi tiết gia công. Dao động này có thể được truyền cho đá mài hoặc cho chi tiết gia công. Thông thường, khi kích thước và trọng lượng của đá lớn, không cho phép vận hành với một dao động siêu âm có tần số dao động cao và biên độ bé thì người ta lựa chọn phương án truyền dao động siêu âm cho chi tiết gia công. Sơ đồ gia công được thể hiện ở hình 1 dưới đây.

Hình 1a là sơ đồ gia công mài siêu âm mặt phẳng dùng đá mài mặt trụ. Ở đây dao động siêu âm A được đưa vào chi tiết gia công theo phương hướng kính với trục đá mài. Hình 1b là sơ đồ mài mặt phẳng bằng đá mài mặt đầu với dao động siêu âm do đá thực hiện, phương của dao động siêu âm theo phương dọc trục của đá. Phương của dao động siêu âm trong vùng gia công có thể song song hoặc vuông góc với bề mặt gia công cùng với chuyển động cắt truyền thống.

Khi mài siêu âm, sự thay đổi về tỉ lệ tốc độ và tốc độ cắt tổng hợp dẫn đến cơ chế bóc vật liệu và cơ chế mòn khác nhau về cơ bản so với phương pháp mài truyền thống. Trên hình 2 là hình phóng đại vết cắt trên bề mặt chi tiết gia công bằng vật liệu gốm với hai phương pháp là mài mặt trụ truyền thống và mài siêu âm bằng đá mặt trụ có dao động siêu âm hướng kính.
Sự khác biệt của hình dáng vết cắt nêu trên là kết quả của sự “chồng” động học của quá trình mài với dao động siêu âm. Trong quá trình cắt, có một sự tách vi mô của vật liệu trong vùng cắt gọt do ứng suất cao gây ra bởi hạt mài, kích thích tạo ra liên tục các lưỡi cắt sắc bén mới. So với mài truyền thống thì khi mài siêu âm có sự khác biệt đáng kể về lực cắt. Các thí nghiệm chứng tỏ rằng khi mài không có sự hiện diện của siêu âm thì quá trình cắt xấu bởi khi cắt lực cắt tăng một
cách nhanh chóng sau một thời gian ngắn. Sự tiếp xúc thường xuyên giữa đá mài và chi tiết gia công có lẽ là nguyên nhân làm cho đá chóng mòn, dẫn đến khả năng cắt gọt của đá bị giảm mạnh. Ngược lại, khi có sự hiện diện của dao động siêu âm, lực cắt tăng chậm với một lượng nhỏ nên làm cho quá trình gia công rất ổn định. Nhờ dao động siêu âm mà đá không luôn luôn tiếp xúc với bề mặt chi tiết gia công, vì thế tránh được việc hạt mài bị cùn và bong ra nhanh chóng. Hơn nữa nhờ doa động siêu âm mà dung dịch trơn nguội đi vào vùng gia công nhiều hơn, làm giảm mài mòn đá.
Khi mài bằng siêu âm thì độ nhám bề mặt phụ thuộc nhiều yếu tố trong đó có độ hạt của đá, tốc độ dao động và độ tiến của đá. Nói chung khi sử dụng đá mài có độ hạt bé thì chất lượng bề mặt cũng như độ chính xác gia công cao. Tốc độ chuyển động của chi tiết gia công cũng có ảnh hưởng đáng kể đến độ bóng, độ chính xác cũng như năng suất gia công.
Ngoài ứng dụng trong việc gia côngcác vật liệu cứng và giòn như gốm, phương pháp gia công này còn được áp dụng gia công một số loại vật liệu khác trong trường hợp đặc biệt. Ví dụ như trường hợp gia công các cấu trúc thành mỏng với yêu cầu chất lượng bề mặt cao. Phương pháp này có thể gia công thành mỏng 25 micromet làm bằng vật liệu nitrit nhôm mà không phá hỏng thành. Trong khi đó phương pháp mài truyền thống thì trên thành mỏng này xuất hiện nhiều chổ bị hư hỏng.

Thanh Sơn (Theo Báo Công Thương)

Related Posts by Categories