Gia công siêu âm là gì ? Tìm hiểu về các thông số quan trọng

Mục đích của phương pháp gia công siêu âm nhằm nâng cao hiệu quả khi cut bằng cách đưa dao động trực tiếp. Hiện nay có nhiều cách để gia công gồm cắt, tiện, khoan, khoét và mài… Hãy tìm hiểu về khái niệm, công dụng và các nguyên lý hoạt động cùng cách phân loại của gia công siêu âm trong bài viết này nhé! 

Chi tiết về khái niệm của gia công siêu âm

Gia công siêu âm là phương pháp truyền dao động vào cần cắt trên chi tiết gia công. Tần số được sử dụng là dạng tấn số siêu âm. Sau đó, chúng sẽ va đập vào các hạt mài. Từ đó, va chạm vào vùng cắt để tạo nên bề mặt gia công. Hiện nay có đa dạng các loại chi tiết dùng để chế tạo từ vật liệu. Chúng gồm cả cứng và giòn như thủy tinh, gốm sứ hoặc đá lên men… 

Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của gia công bằng siêu âm

Phương pháp này là ứng dụng của sự tán sắc của dòng sóng siêu âm. Lúc này, sự cọ sát cơ học vào môi trường 2 pha sẽ được diễn ra. Về cơ bản, các phân tử chất lỏng được chuyển động theo chiều âm tường, trong khi các phân tử chất sợi sẽ đứng yên. Tiếp tục diễn ra sự cọ xát giữa các phân tử, các vật rắn xảy ra hiện tượng rơi rụng phân tử nhỏ. Bạn có thể đẩy mạnh sự tác động thông qua cách rắc thêm bột thạch anh mịn. Các phân tử có sử chuyển động theo nguyên lý sau: Bột thạch anh chuyển động theo âm trường, và gọt giũa lên các vật thể rắn tương tác. 

Gia công bằng siêu âm tuân theo cơ sở gì? 

Một số khái niệm cơ bản quan trọng

Về nguồn âm

Nguồn âm chính là môi trường đàn hồi, chúng chủ động tạo ra dao động hoặc có thể truyền dao động vào môi trường khác thông qua sự tiếp xúc. 

Về âm lượng

Đây là khái niệm biểu thị công suất âm trên đơn vị diện tích của bề mặt (đơn vị là erg/s.cm2, trị số này có giá trị là 0,0000007W/Cm2).

Về áp suất âm:

Đại lượng phản ánh áp suất được sinh ra do sự dao động trong một môi trường cụ thể

Về cường độ âm:

Đây là một thông số vật lý đo âm lượng và áp suất của một âm thanh. Trong đó, tần số của âm nghe được là 20Hz÷15kHz. Âm hồng ngoại có trị số tần số là 20Hz. Trong khi siêu âm có tần số là 16kHz. Ngoài ra, âm có cường độ trên 140 phôn gọi là siêu cao âm.

Một nguồn âm cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản như sau:

• Có khả năng hòa âm tốt
• Âm lượng có thể biến đổi được
• Tính ổn định cao.
• Khả năng phát sóng hiệu quả.
• Có tần số thích hợp và phù hợp
• Công suất đạt trị số lớn.

Thông thường, các thiết bị gia công sẽ sử dụng công nghệ máy từ giảo khá nhiều. Do đó, việc hiểu về khái niệm từ giảo là điều vô cùng quan trọng. Chi tiết sẽ được đề cập đến ở phần tiếp theo của bài này. Chúng ta cùng nghiên cứu kỹ trong phần tiếp theo nhé! 

Tìm hiểu chi tiết về hiện tượng từ giảo

Về khái niệm, hiện tượng từ giảo là một hiện tượng biến đổi chiều dài của một ống âm thanh khi chúng được đặt trong một từ trường song song với trục dọc. Sự biến đổi kích thước có công thức chi tiết để xác định trị số này: 

Khi bạn phát siêu âm thông qua một chất lỏng bất kỳ, áp lực cục bộ sẽ được sinh ra. Với một trị số nào đó, chúng có thể tạo ra sự biến đổi làm giá trị nội ứng suất tăng lên đáng kể. Thậm chí từ đó làm mất đi lực liên kết giữa các phân tử. Trường hợp nặng, chúng có thể bị phá hủy hoàn toàn. Bạn có thể trực tiếp quan sát hiện tượng này bằng các bột khí. Chúng được mang một tên gọi khá đặc trưng là bọt khí xâm thực. Một số đặc điểm nổi bật của hiện tượng này là:

• Khả năng tồn tại thấp, thường kéo dài trong thời gian ngắn.
• Áp lực cục bộ lên đến 1000 atm có thể khiến chúng bị vỡ ra.
• Ứng dụng dùng để làm sạch chi tiết, đánh sạch gỉ sắt và xúc tiến các phản ứng hóa học. Chúng ta có thể quan sát hiện tượng này thông qua những bọt khí và chúng được gọi là bọt khí xâm thực. Chúng chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn. Đặc biệt, khi chúng vỡ ra có thể tạo ra một áp lực cục bộ tận 1000atm. 

Thiết bị và dụng cụ gia công siêu âm gồm có gì?

Các bộ phận của một dụng cụ gia công siêu âm gồm có :

• Đầu gắn từ giảo
• Cơ cấu mang dụng cụ cắt thiết bị
• Cơ cấu cấp hạt mài điện
• Bộ thiết bị tạo sóng

Đặc điểm chi tiết của từng bộ phận là gì?

Bộ dụng cụ: 

Chúng sẽ có nhiều hình dạng và kích thước, điều này tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của khách hàng. Trong đó, sử dụng nhiều nhất vẫn là dụng cụ biên dạng chi tiết gia công. Hiện nay, vật liệu được yêu thích sử dụng là thép mã 45, Y8A hoặc Y10A… 

Đầu nối sản phẩm:

Đây là phần dùng để kết nối giữa thanh truyền sóng và bộ dụng cụ. Sản phẩm được chế tạo nhằm tương thích giữa bộ dụng cụ và hệ thống thanh truyền sóng. 

Thanh truyền sóng:

Đây là bộ phận truyền giao động từ giảo chính cho dụng cụ.

Các thông số công nghệ của phương pháp gia công siêu âm có gì?

Năng suất, chất lượng bề mặt, độ chính xác gia công, độ mòn của dụng cụ là các thông số nổi bật của phương pháp này. Chi tiết khách hàng sẽ được đề cập đến ở phần bên dưới.

Về thông số tốc độ cắt

Công thức xác định trị số của tốc độ cắt là:

Về thông số bước tiến gia công

Ta lấy ví dụ là bước tiến S để dễ dàng hiểu hơn về trị số này. Thông số này phản ánh khả năng tách từng hạt vật liệu ra khỏi chi tiết gia công. Đại lượng này phụ thuộc vào các trị số như cường độ siêu âm và tần số. 

Về thông số dung dịch và hạt mài

Đây là các nhân tố quan trọng và phản ánh trực tiếp phương pháp gia công vật liệu. Nhằm đem lại năng suất cao, hạt mài dạng cacbit bo được sử dụng phổ biến. Tương tự như vậy, dạng chất lỏng phù hợp là dầu hỏa, dầu mút, cồn và dầu gai… Chúng quyết định đến độ nhám và độ chính xác lớn của chi tiết sau khi gia công.

Về thông số năng suất gia công

Các thông số góp phần xác định năng suất gia công gồm có:

• Tốc độ tiến dụng cụ, ký hiệu là e.
• Khối lượng của vật liệu có thể lấy được theo đơn vị thời gian, ký hiệu là Vd.
• Và cuối cùng v với ý nghĩa là thông số được xác định trên cơ sở thể tích của hệ thống phôi. 

Các yếu tố khác ảnh hưởng đến năng suất như biên độ và tấn số. Ngoài ra còn một số thông số khác như tính chất vật liệu, phụ tải dụng cụ, độ sâu của lỗ khoan, vật liệu làm dụng cụ hoặc loại bột mài… Chúng có những ảnh hưởng ít nhiều đến trị số này. 

Yếu tố chất lượng bề mặt gia công 

Độ nhám bề mặt là yếu tố quan trọng và có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng gia công. Trong đó, trị số này lại chịu sự chi phối của các yếu tố như bên dưới: Kích thước hạt mài

• Tính chất cơ học
• Tính vật lý của vật liệu gia công
• Trị số biên độ dao động của dụng cụ
• Độ nhám của dụng cụ
• Chất lỏng chính chứa bột mài

Tìm hiểu về độ chính xác gia công

Gia công bằng siêu âm của vật liệu rắn sẽ phụ thuộc chính vào hai nhóm yếu tố

Nhóm 1: Thiết bị và khả năng chính xác của điều chỉnh máy

Trong đó, sai số trong khi chuyển động quyết định đến độ chính xác của thiết bị phụ thuộc. Một số nhân tố khác cũng ảnh hưởng gồm độ chính xác của vị trí giữa dụng cụ và chi tiết gia công; sự đồng bộ của các chi tiết…

Nhóm 2: Đặc tính công nghệ quyết định

• Kích cỡ hạt mài quyết định
• Sự ổn định giữa khe hở và vạt cần
• Độ mòn của dụng cụ và thiết bị.
• Hình dáng chi tiết của hình học của dụng cụ
• Độ sâu của chi tiết gia công

Xu hướng phát triển của phương pháp này

Nhu cầu phát triển công nghiệp hiện đại đòi hỏi gia công các vật liệu đa dạng khác nhau. Điều này thúc đẩy sự phát triển bằng thiết bị gia công siêu âm. Chúng đòi hỏi phát triển trên nhiều nhóm khác nhau, từ nhóm gia công thứ nhất đến nhóm phối hợp. 

Các yếu tố cần đẩy mạnh phát triển gồm có: động học, đầu tư giảo, các giải pháp nối mới phức tạp. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu để phát triển các mạch điện đa mạch. Hệ thống các đầu từ giảo và bộ nối với khả năng gia công trên bề mặt lớn, ít tổn thất.

Như vậy, bài viết đã cung cấp kiến thức toàn diện và gia công siêu âm. Bạn đã hiểu về khái niệm, nguyên lý hoạt động cùng một số lưu ý quan trọng. Hy vọng bạn cảm thấy bài viết này hữu ích và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống!