Thiết kế và Chế tạo Máy Khoan Điện Hóa CNC - Đồ án Tốt nghiệp Khoa Cơ khí

Đồ án tốt nghiệp khoa Công nghệ Cơ khí tập trung vào thiết kế và chế tạo máy khoan điện hóa CNC. Khám phá quy trình, ứng dụng và những đóng góp mới.

• Tác giả: Tran Duy Khanh
• Người hướng dẫn: Nguyễn Minh Tuấn
• Trường học: Đại học Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Thiết kế chế tạo máy khoan điện hóa CNC
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Thiết kế máy khoan điện hóa CNC Hướng dẫn chi tiết

Thiết kế chế tạo máy khoan điện hóa CNC là một đồ án tốt nghiệp quan trọng đối với sinh viên ngành công nghệ cơ khí. Đồ án này cho phép sinh viên vận dụng kiến thức cơ bản từ các môn học như vẽ kỹ thuật, dung sai lắp ghép, thiết kế máy, công nghệ chế tạo máy, và nhiều hơn nữa. Nó giúp sinh viên làm quen với cách thực hiện công việc của một kỹ sư một cách khoa học và sáng tạo. Trong bối cảnh Việt Nam đang hội nhập sâu rộng vào nền kinh tế toàn cầu, việc phát triển ngành cơ khí và công nghệ chế tạo máy là vô cùng cần thiết. Bài viết này sẽ hướng dẫn chi tiết về quá trình thiết kế và chế tạo máy khoan điện hóa CNC, bao gồm các bước, thách thức, và ứng dụng thực tiễn.

1.1. Tổng quan về máy khoan điện hóa CNC

Máy khoan điện hóa CNC là thiết bị sử dụng công nghệ điện hóa để gia công lỗ trên vật liệu. Nó cho phép tạo ra các lỗ với độ chính xác cao và chất lượng bề mặt tốt. Điện cực được sử dụng trong quá trình gia công có thể được tạo hình phù hợp với kích thước và hình dạng của lỗ cần gia công. Máy khoan điện hóa CNC thường được sử dụng trong sản xuất hàng loạt để đạt hiệu quả kinh tế. Đây là một giải pháp hiệu quả cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao trong gia công lỗ.

1.2. Thách thức trong thiết kế máy khoan điện hóa CNC

Thiết kế máy khoan điện hóa CNC đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các nguyên lý điện hóa và kỹ thuật chế tạo máy. Một trong những thách thức chính là việc xác định thông số hình học và các thông số khác để tạo ra điện cực phù hợp. Ngoài ra, việc lọc sạch dung dịch trong quá trình gia công cũng là một yếu tố quan trọng để đảm bảo độ chính xác và chất lượng bề mặt. Sinh viên cần có kiến thức và kỹ năng để giải quyết các vấn đề này một cách hiệu quả.

1.3. Phương pháp thiết kế và chế tạo máy khoan điện hóa CNC

Quá trình thiết kế máy khoan điện hóa CNC bao gồm nhiều bước. Đầu tiên, cần xác định yêu cầu kỹ thuật và mục đích sử dụng của máy. Sau đó, tiến hành thiết kế chi tiết các bộ phận như điện cực, hệ thống điều khiển, và các thành phần khác. Việc lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công cũng là một yếu tố quan trọng. Sinh viên cần tham khảo các tài liệu và nghiên cứu để lựa chọn giải pháp tối ưu. Cuối cùng, tiến hành chế tạo và lắp ráp máy theo thiết kế đã được xác định.

II. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Máy khoan điện hóa CNC có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các ngành công nghiệp khác nhau. Nó được sử dụng để gia công lỗ trên các vật liệu kim loại, đặc biệt là thép austenit và thép cacbon. Độ chính xác cao và chất lượng bề mặt tốt của lỗ gia công bằng máy khoan điện hóa CNC giúp nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, máy khoan điện hóa CNC còn được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như sản xuất linh kiện điện tử, công nghiệp hàng không, và nhiều ngành khác. Kết quả nghiên cứu cho thấy máy khoan điện hóa CNC là một giải pháp hiệu quả và đáng tin cậy trong gia công lỗ.

2.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp hàng không

Trong ngành công nghiệp hàng không, máy khoan điện hóa CNC được sử dụng để gia công lỗ trên các bộ phận máy bay. Độ chính xác cao của máy giúp đảm bảo an toàn và độ bền của các bộ phận này. Máy khoan điện hóa CNC cho phép tạo ra các lỗ với kích thước và hình dạng phức tạp, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt trong ngành hàng không.

2.2. Ứng dụng trong sản xuất linh kiện điện tử

Máy khoan điện hóa CNC cũng được sử dụng trong sản xuất linh kiện điện tử, đặc biệt là các linh kiện nhỏ và phức tạp. Độ chính xác cao của máy giúp tạo ra các lỗ với kích thước chính xác, đảm bảo chất lượng của linh kiện. Máy khoan điện hóa CNC là giải pháp hiệu quả cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao trong ngành công nghiệp điện tử.

III. Kết luận và tương lai của thiết kế máy khoan điện hóa CNC

Thiết kế và chế tạo máy khoan điện hóa CNC là một quá trình đòi hỏi kiến thức chuyên sâu và kỹ năng thực tế. Sinh viên ngành công nghệ cơ khí cần nắm vững các nguyên lý điện hóa, kỹ thuật chế tạo máy, và các môn học liên quan để thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Kết quả nghiên cứu cho thấy máy khoan điện hóa CNC là một giải pháp hiệu quả và đáng tin cậy trong gia công lỗ, đặc biệt là trong sản xuất hàng loạt. Trong tương lai, việc phát triển và cải tiến máy khoan điện hóa CNC sẽ tiếp tục nâng cao năng suất và chất lượng trong các ngành công nghiệp khác nhau.

3.1. Cải tiến công nghệ điện hóa

Để nâng cao hiệu quả và chất lượng của máy khoan điện hóa CNC, các nhà nghiên cứu và kỹ sư có thể tập trung vào cải tiến công nghệ điện hóa. Việc nghiên cứu và phát triển các điện cực mới, vật liệu gia công tiên tiến, và các phương pháp lọc dung dịch hiệu quả hơn sẽ giúp nâng cao năng suất và độ chính xác của máy.

3.2. Tích hợp công nghệ tự động hóa

Tích hợp công nghệ tự động hóa vào máy khoan điện hóa CNC là một hướng đi hứa hẹn trong tương lai. Việc sử dụng robot và hệ thống điều khiển tự động sẽ giúp tăng năng suất, giảm chi phí lao động, và nâng cao độ chính xác trong quá trình gia công lỗ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu 1.1 Giới thiệu Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển với tốc độ rất nhanh như hiện nay, đòi hỏi các công ty làm việc trong lĩnh vực cơ khí khi có ý tưởng về sản phẩm thì phải đưa sản phẩm ra thị trường trong thời gian nhanh nhất để tăng tính cạnh tranh và lợi nhuận. Chính vì vậy đặt ra thách thức cho người kỹ sư thiết kế là phải nắm vững kiến thức và kỹ năng trong nhiều lĩnh vực, để thiết kế được tạo ra đảm bảo tính khả thi và được đưa nhanh vào quá trình sản xuất. Hiện tại chúng ta có rất nhiều phương pháp gia công khoan mới dần suất hiện với những ưu điểm nồi bật như : khoan tia lửa điện, khoan lazer, khoan điện hóa, khoan siêu âm,. Khoan tỉa lửa điện: là phương pháp phóng các tia lửa điện lên bề mặt vật liệu gia công, làm cho lớp vật liệu cần loại bỏ bị nóng chảy hoặc bốc hơi bởi một quá trình điện nhiệt Hinh 1.

1 Khoan tia lửa điện Ưu điểm: -Chế tạo và phục hồi các khuôn dập đã tôi và khuôn bằng hợp kim cứng -Mài phẳng, mài tròn, mài sắc hoặc làm rộng lỗ Nhược điểm: -Do vùng nhiệt độ tại vùng làm việc cao nên gây biến dạng nhiệt. -Vi tôc độ cắt gọt thâp nên phôi trước gia công EDM thường phải gia công thô trước. THIET KE CHE TAO MAY KHOAN DUNG DICH DIEN HOA Trang 9 BAO CAO BO AN TOT NGHIEP GVHD: NGUYEN MINH TUAN Khoan laser: Gia công chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt trong đó tỉa laser được dùng làm nóng chảy và bộc hơi vật liệu.2 Khoan laser Ưu điểm: -Độ chính xác cao cho phép khắc sản phẩm chỉ tiết hơn và có những vết cắt sạch hơn. -Tốc độ sản xuất cao hơn.

-Có thể gia công các vật liệu khác nhau. Nhược điểm: -Vật liệu dày khó cắt hơn hoặc yêu cầu tốc độ rất thấp. -Nó đốt cháy các cạnh của vật liệu. -Một số vật liệu như nhựa, có thể tạo ra khí thải độc hại.

THIẾT KÉ CHÉ TẠO MÁY KHOAN DUNG DỊCH ĐIỆN HÓA Trang 10 BÁO CÁO ĐÔ ÁN TÓT NGHIỆP GVHD: NGUYÊN MINH TUẦN Khoan siêu âm: dựa trên cơ sở lợi dụng tác động cọ xát và gọt dũa của sóng siêu âm, thiết bị khoan làm việc với tần số kHz, gồm có đầu từ giáo dao động với tầng số trên, và bộ cầu nối được nói với đầu giao động, cầu nôi được truyền giao động, và qua dụng cụ dao động được truyền sang vật cần khoan. Ưu điểm: -Gia công được những vật liệu phi kim loại. -Gia công được những vật liệu vô cùng cứng, rắn, giòn. -Không gây ra hiện tượng nứt tế vi bề mặt.

Nhược điểm: -Khi bề mặt gia công nhỏ, thao tác thực hiện khá phức tạp, khó khăn -Nhu cầu năng lượng biểu hiện bằng tỉ số giữa công suất đầu vào hoặc công suất phát ra của máy phát siêu âm và lượng phoi trung bình trong một giờ. Khoan điện hóa: là phương pháp gia công đặc trưng để gia công những bề mặt có hình dáng nhất định bằng phương pháp ăn mòn điện hóa. Dùng trong khoan lỗ điện hóa hay còn gọi là gia công điện hóa. Ưu điểm: - Có thể gia công các loại vật liệu có cơ tính khác nhau -Vật liệu làm dụng cụ không cần có độ cứng cao hơn vật liệu chỉ tiết Nhược điểm: -Dung dịch điện phân sẽ ăn mòn các thiết bị khác; -Khó chế tạo các dụng cụ điện cực Qua một số đánh giá và giáo trình nghiên cứu cho thấy phương pháp khoan điện hóa có sự nổi bật hơn các phương khác bao gồm: không sinh ra lực cắt, dụng cụ không bị hao mòn, cấp chính xác cao, không có ba via, tốc độ gia công nhanh, có thể gia công các chỉ tiết phức tạp.

Ta nhận thấy khoan điện hóa là phương pháp nổi bật nhất về chất lượng bề mặt, đặc biệt là không có bavia. Điều này cho thấy triển vọng của khoan điện hóa trong thực tế. Ngày nay, các doanh nghiệp có xu hướng sử dụng máy CNC để tự động hóa nhằm nâng cao năng suất và độ chính xác. Từ đó, chúng tôi quyết định chọn đề tài thiết kế - chế tạo máy khoan điện hóa CNC trong việc thực hiện đồ án tốt nghiệp cho kỹ sư ngành cơ khí.

Mục đích khi thực hiện đề tài này: Dựng và vận hành mô hình máy khoan điện THIET KE CHE TAO MAY KHOAN DUNG DICH ĐIỆN HOA Trang 11 BAO CAO ĐÔ AN TOT NGHIỆP GVHD: NGUYEN MINH TUAN héa CNC, đưa ra kết quả thực nghiệm dựa trên số liệu lí thuyết ( phương pháp gia công đặc biệt- Phạm Ngọc Tuấn, Nguyễn Văn Tường) Nghiên cứu của chúng tôi được chia thành 3 phan :tinh toán và thiết kế cơ khí (đưa ra phương án tối ưu về mô hình máy khoan điện hóa, tính toán thiết kế chế tạo các bộ phân cơ khí, lắp ráp chỉ tiết), tính toán và thiết kế hệ thông điều khiển (thiết kế mạch điều khiển PLC), tiến hành thực nghiệm trên mô hình. Để tăng tính đa dụng cho máy chúng tôi thiết kế chế tạo trên khuynh hướng kết hợp cùng với một số phương pháp khác như cắt bằng dung dịch. 3 Kết cấu sơ bộ máy THIET KE CHE TAO MAY KHOAN DUNG DICH ĐIỆN HOA Trang 12 BAO CÁO ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP GVHD: NGUYÊN MINH TUẦN Chương 2: Tổng quan về khoan điện hóa và gia công CNC 2.1 Cơ sở lý thuyết của khoan điện hóa: a. Định nghĩa về gia công điện hóa Đây là phương pháp gia công đặc trưng để gia công những bề mặt có hình dáng nhất định bằng phương pháp ăn mòn điện hóa.

Dùng trong khoan lỗ điện hóa hay còn gọi là gia công điện hóa, mài điện hóa, làm sạch bavia bằng điện hóa (hay đánh bóng điện hóa). Bản chất của phương pháp gia công này là không có sự tác động cơ khí của dụng cụ tới bề mặt gia công. Nguyên lý gia công Phương pháp gia công điện hoá dựa trên cơ sở định luật điện phân của Faraday. Trong quá trình gia công, chỉ tiết được nối với cực dương còn dụng cụ được nối với cực âm của nguồn.

Hai điện cực điều được đặt vào trong bể đựng dung dịch điện phân. Khi đóng mạch điện và các điều kiện điện phân hợp lý, dòng điện đi qua bể có tác dụng làm hoà tan kim loại ở anod với 1 lượng được xác định theo định luật Faraday. Lượng, chất kết tủa hoặc hoà tan do điện phân tý lệ với lượng điện chạy qua. Lượng các hoạt chất kết tủa hoặc hoà tan bằng lượng điện tương đương, tỷ lệ với thành phần hoá trị của chúng (với hợp kim có nhiều thành phần nguyên tố khác nhau).

Nếu đồng thời với sự hòa tan anod, mà lấy đi lớp bề mặt có kết cầu không còn chặt chẽ, thì đó là quá trình mài điện hóa. Ớ phương pháp đánh bóng điện hóa thì chúng ta chỉ tận dụng tác dụng điện hóa. Chúng ta không muốn làm thay đổi hình dạng bề mặt, mà chúng ta chỉ gia công làm mắt đi những ghd ghé li ti trên bề mặt đó mà thôi. Ở phương pháp gia công điện hóa, tính chất vật lý của nguyên liệu làm anod (vật gia công) không, ảnh hưởng đến năng xuất lấy phôi, vì vậy phương pháp này thường dùng dé gia công những vật liệu khó cắt gọt.

THIET KE CHE TAO MAY KHOAN DUNG DICH DIEN HOA Trang 13 BAO CAO DO AN TOT NGHIEP GVHD: NGUYEN MINH TUAN c. Theo định luật Faraday phương pháp gia công điện hoá được thực hiện như sau: Nếu dùng catod làm khuôn có hình dáng gần giống với lỗ mà ta muôn gia công thì ở bề mặt gần nhất với catod sự hoà tan anod diễn ra mạnh nhất. Lý do là điện trở suất của dd điện phân lớn hơn của kim loại. Như vậy dòng điện tập trung vào điện cực nhỏ nhất tức là ở dây có dòng điện lớn nhất, bằng cách đó cực catod dần dần ăn vào anod.

Nguồn cấp dữ Máy đo áp + = liệu suất Máy Đồng bồ Bộ lọc lượng lượng Cực đương Lớp cách điện Dung địch điện phân Hinh 1. 4 Sơ đồ nguyên lí gia công điện hóa 1.1Ưu nhược điểm Ưu điểm: - Có thể gia công các loại vật liệu có cơ tính khác nhau - Vật liệu làm dụng cụ không cần có độ cứng cao hơn vật liệu chỉ tiết - Có thể gia công chỉ tiết có hình dạng phức tạp - Không hao mòn dụng cụ - Tốc độ gia công nhanh, chất lượng bề mặt tốt, cấp chính xác cao THIẾT KÉ CHÉ TẠO MÁY KHOAN DƯNG DỊCH ĐIỆN HÓA. Trang 14 BÁO CÁO ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP GVHD: NGUYEN MINH TUAN Nhược điểm: - Đắt tiền và chiếm nhiều diện tích nhà xưởng, - Dung địch điện phân sẽ ăn mòn các thiết bị khác - Ô nhiễm môi trường, công nhân dễ bị nhiễm độc - Dễ phát nổ khi tích tụ Hydro - Khó chế tạo các dụng cụ điện cực 1.2 Ứng dụng và nhu cầu thực tế. Trong những năm gần đây, công nghệ điện hoá chiếm lĩnh việc gia công lỗ sâu, kích thước đường kính nhỏ, nhưng chỉ kinh tế trong sản xuất hàng loạt, đòi hỏi thiết bị có sản lượng lớn.

Công nghệ này có tính kinh tế cao trong trường hợp ứng dụng để gia công các vật liệu cứng, khó cắt gọt. Trừ một số kim loại hiếm, còn tất cả kim loại khác đều có thể gia công bằng công nghệ nảy. Phổ biến nhất là dùng gia công tạo hình không gian phức tạp bằng thép chịu nhiệt, chịu mài mòn và thép không ri. Ví dụ đặc trưng là gia công cánh tuabin.

Khoan sâu bằng điện hoá ngày càng được thực hiện với thiết bị có năng suất lấy phoi càng lớn. Hiện nay đã có thiết bị 20.000 A với năng suất lấy phoi 33 cm3/ph, tốc độ tiến điện cực là 12mm/phút và mật độ dòng điện 800 A/cm2, loại thiết bị này có kích thước lớn và cứng vững, vì áp suất của dung dịch điện phân lên đến 10-24 atm, lực tác dụng lên bề mặt vô cùng lớn. Một trường hợp ứng dụng đặc biệt là : điện cực gia công là một ống, được uốn theo qui định, tiến theo một hướng nhất định, để tạo hình mà không cần làm mòn hết cả khoảng thể tích vật liệu cần phải lấy đi. Điện cực là một ông có sẻ rãnh.

Phương pháp này có thể gia công một cách chính xác những vật quay đôi xứng (vật gia công quay hay điện cực quay), phương pháp này gọi là tiện mài bóng, ứng dụng rất thích hợp để gia công van hình cầu, các rãnh vành khan. THIET KE CHE TAO MAY KHOAN DUNG DICH ĐIỆN HÓA.