Ứng dụng công nghệ gia công tia nước gia công hợp kim titan (Ti6Al4V)

Nghiên cứu này giới thiệu mô hình dự đoán độ sâu khi phay bằng công nghệ gia công bằng tia nước. Mô hình được đề xuất cho phép kiểm soát một cách hiệu quả chiều sâu lớp vật liệu bị gỡ bỏ khi phay các hốc mở trên hợp kim Ti6Al4V. Kết quả thực nghiệm cho thấy sai số thấp (nhỏ hơn 7%) giữa chiều sâu trên mô hình dự đoán và thực nghiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng công nghệ gia công tia nước gia công hợp kim titan (Ti6Al4V)Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TIA NƯỚC GIA CÔNG HỢP KIM TITAN (Ti6Al4V) Bùi Văn Hưng1*, Vũ Duy Đức1, Nguyễn Đình Ngọc2 1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội 2 Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên, * Tác giả liên hệ: Email: hungtkm@utc.edu.vnTóm tắt. Hợp kim Ti6Al4V được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực cơ khí hàngkhông nhờ có sự cân bằng tốt giữa khối lượng và các tính chất cơ học. Tuy nhiên, docó độ cứng vật liệu rất cao nên việc gia công, chế tạo bằng các phương pháp cắt gọttruyền thống là rất khó khăn và mất rất nhiều chi phí. Công nghệ gia công bằng tianước chứa hạt mài được xem là một giải pháp hiệu quả do có lực cắt không đáng kể,không sinh nhiệt, không gây biến dạng chi tiết trong quá trình gia công. Nghiên cứunày giới thiệu mô hình dự đoán độ sâu khi phay bằng công nghệ gia công bằng tianước. Mô hình được đề xuất cho phép kiểm soát một cách hiệu quả chiều sâu lớp vậtliệu bị gỡ bỏ khi phay các hốc mở trên hợp kim Ti6Al4V. Kết quả thực nghiệm chothấy sai số thấp (nhỏ hơn 7%) giữa chiều sâu trên mô hình dự đoán và thực nghiệm.Abstract. Titanium alloys are widely getting used in the aerospace engineeringdomain owing to a good balance between the mass and mechanical properties.However, such hard materials are difficult to machine using conventional methods andresult in high machining costs. Abrasive water jet machining emerges as a novelsolution to produce titanium parts due to low cutting force without affected–zone heat,and no deformation in the part. This study introduces a model to predict the machineddepth using abrasive water jet machining. This model allows us to control the milleddepth effectively when mill open pocket in Ti6Al4V. Experimental result has shown agood accuracy with max error 7% in the depth of all milled pockets.Từ khóa: gia công tia nước, tia nước chứa hạt mài, gia công hợp kim Titanium, vết cắtcơ sở, hốc, chiều sâu phay.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong lĩnh vực hàng không, hợp kim titan chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng khốilượng vật liệu chế tạo máy bay (14%) do có ưu điểm nổi bật: nhẹ, bền và có khả năngchống ăn mòn tốt. Các chi tiết sử dụng hợp kim titan thuộc các bộ phận trong kết cấukhung, sườn, vỏ máy bay. Đặc điểm của các chi tiết cơ khí này thường yêu cầu chịu tảitrọng rất lớn với yêu cầu khối lượng chi tiết nhẹ và chúng thường được dùng ở dạngthanh, tấm. Gia công các chi tiết này là rất khó khăn khi áp dụng phương pháp giacông truyền thống như: phay, tiện…Do phôi rất dễ biến dạng dưới tác dụng của lực cắtlớn. Ý tưởng ứng dụng các phương pháp gia công phi truyền thống đã được áp dụng,ví dụ như phương pháp ăn mòn hóa học, xung điện.... Tuy nhiên, phương pháp này cónhược điểm lớn do sử dụng axit – tác nhân gây nguy hiểm cho môi trường sau quátrình gia công và chi phí cao. Trong bối cảnh đó, phương pháp gia công bằng tia nước -117-Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải(Abrasive water jet machining – AWJM) được giới thiệu đầu tiên năm 1958 như mộtphương pháp gia công tiềm năng thay thế cho phương pháp gia công ăn mòn hóa họckhi gia công các chi tiết nêu trên. Sử dụng tia nước cho quá trình phay nhằm kiểm soát chiều sâu gia công xuấthiện vào những năm 1990s với mục đích gia công các hốc có chiều sâu giới hạn(pocket). Cenac nghiên cứu quá trình phay có kiểm soát chiều sâu trên vật liệucomposite [1], Flower và các cộng sự nghiên cứu quá trình này trên hợp kim titan [2].Các nghiên cứu thường phải sử dụng các tấm bảo vệ các khu vực không gia công trênchi tiết để tránh các khuyết tật trên bề mặt gia công. Tuy nhiên các tấm bảo vệ yêu cầucó độ chính xác cao và được làm từ cùng loại vật liệu với vật liệu gia công hoặc có độcứng cao hơn. Do đó phát sinh chi phí về: vật liệu, chi phí gia công... Trong bối cảnhđó, bài báo giới thiệu phương pháp áp dụng mô hình dự đoán chiều sâu gia công.Phương pháp này cho phép kiểm soát một cách hiệu quả chiều sâu lớp vật liệu bị gỡbỏ khi phay các hốc mở trên hợp kim titan Ti6Al4V bằng tia nước chứa hạt mài.1.1. Giới thiệu công nghệ gia công tia nước chứa hạt mài AWJM thuộc nhóm các phương pháp gia công phi truyền thống dựa trên nguyênlý xói mòn vật liệu. Công nghệ này được sử dụng chủ yếu cho mục đích cắt các loạivật liệu. Khi máy cắt tia nước hoạt động, các hạt mài mòn (Garnet, Silica, Alumina vớikích thước trung bình nằm trong khoảng 120 ÷ 180 ) bị cuốn vào tia nước đã đượctăng tốc đến vận tốc cao bằng cách sử dụng áp suất trên 130 MPa. Chùm tia nướ ...