Đang tải...

Công nghệ cơ khí Vi gia công

Thảo luận trong 'Cơ khí chế tạo' bắt đầu bởi hochoi, 5/1/11.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 0)

  1. hochoi
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    16/7/09
    Số km:
    2,544
    Được đổ xăng:
    111
    Mã lực:
    401
    Xăng dự trữ:
    646 lít xăng
    Công nghệ sản xuất vi gia công được định nghĩa như là những qui trình dùng để chế tạo những chi tiết, những hệ thống mà ở đó kích thước gia công được mô tả ở cấp độ micrometer. Công nghệ vi gia công cũng có thể được mở rộng định nghĩa như là những quá trình sản xuất mà ở đó dụng cụ gia công nhỏ hơn 1mm. Vi gia công thuộc nhóm công nghệ không truyền thống. Chúng có thể gia công những chi tiết có độ chính xác cao, với những cấu trúc vật thể 3D có kích thước ở cấp độ vi mô. Với những kích thước này, các công nghệ gia công truyền thống không thể thực hiện được.


    Một số công nghệ vi gia công



    Công nghệ MEMS

    Hệ thống vi-cơ-điện cho phép sử dụng công nghệ chế tạo vi gia công bằng cách tích hợp các phần tử cơ khí, những bộ cảm biến, bộ khuếch đại và điện tử trên lớp nền silicon. Thiết bị của MEMS thì rất nhỏ. Hơn nữa, MEMS đã từng chế tạo nhữngsợi dây điện của động cơ nhỏ hơn đường kính của sợi tóc. Những cổng điện tử được chế tạo bằng cách sử dụng những quá trình mạch tích hợp (IC) liên tiếp như CMOS, Bipolar, hoặc quá trình BICMOS. Những chi tiết vi mạch được chế tạo bằng cách sử dụng những qui trình vi gia công mà ở đó việc bóc ra những phần của tấm mỏng silicon hoặc thêm vào những lớp nền để hình thành nên những thiết bị cơ khí và thiết bị cơ-điện.
    [​IMG]
    Hình 1. Lỗ được và bánh răng 2 bậc modun 0.1mm được gia công bằng micro EDM.

    Công nghệ MEMS đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghệ sinh học, công nghệ thông tin, thiết bị gia tốc kế. MEMS cũng được sử dụng cho một loạt thiết bị từ những vật dụng trong gia đình cho đến các chi tiết trang trí trong ôtô. ​
    Micro EDM


    Micro-EDM (Micro Electro Dis-charge Machining) có khả năng sản xuất những cấu trúc vi mô có dạng rỗng bằng những vật liệu và silicon được quét sơn. Độ chính xác của hình dáng chi tiết được xác định thông qua hình dạng của điện cựcdụng cụ, quỹ tích di chuyển của nó, khoảng cách phóng điện giữa điện cực và chi tiết gia công. Về bản chất, EDM là một quá trình gia công cơ-nhiệt-điện mà ở đó cho phép sử dụng khả năng xói mòn bằng sự phóng điện, tạo lập giữa điện cực dụng cụ và điện cực chi tiết, để bóc đi vật liệu chi tiết gia công. Micro-EDM có thể sản xuất được các đối tượng có hình dáng hình học 2 hoặc 3D. Đặc biệt, nó có thể đạt được lỗ có đường kính 15 -300µm với dung sai nhỏ hơn +/- 1µm và các dạng bề mặt nhỏ phức tạp nhờ hệ thống CAD/CAM. Tốc độ cắt (tốc độ bóc vật liệu) đạt khoảng 25 triệu µm3/s.

    Trong công nghệ Micro-EDM, quan điểm là hạn chế năng lượng trong lúc phóng điện để chế tạo ra những đối tượng vi mô có bề mặt đạt độ chính xác cao. Năng lượng trong mỗi lần phóng điện nên được cực tiểu trong khi tần số phóng điện được tăng lên. Năng lượng trong mỗi lần phóng điện là 10-6J đến 10-7J. Dưới những điều kiện ấy, nó có thể đạt được những bề mặt có độ bóng Rmax= 0,1mm, bằng những năng lượng điện cực tiểu. Quá trình Micro-EDM sản xuất rất nhiều chi tiết kim loại nhỏ, nhiều chi tiết nhỏ hơn so với qui trình khoan và phay đã từng nhìn thấy.

    Quá trình gia công chính xác cao có thể thực hiện được mà không sử dụng lực ép lên trên vật liệu, bao gồm những bề mặt cong, bề mặt nghiêng và những tấm rất mỏng. Mi- cro-EDM có thể dễ dàng thực hiện gia công một lỗ có độ sâu 15 —20 lần đường kính.
    [​IMG]
    Hình 2. Khuôn được phay vi mô với các phần tử micro. (phần tử nhỏ nhất: 0,05mm; nhám bề mặt Ra<0,15µm)
    Lithography
    Quá trình in thạch bản hay in ốp sét (Lithography), đã từng ứng dụng trong công nghệ MEMS, những hệ thống và những chi tiết rất nhỏ ở cấp độ micro như chi tiết điện, những bộ cảm biến có đường dẫn bên trong, cũng như những bộ cảm biến về áp suất và lưu chất, quy trình công nghệ tương tự như việc tạo một tấm hình trong phòng tối. Hơn nữa, vật liệu nhạy cảm với ánh sáng (photo emulsion) thì được phủ mỏng lên tấm giấy hình. Âm bản được dùng để cho khối ánh sáng truyền qua từ nguồn ánh sáng đến emulsion. Ánh sáng phát ra là do nguyên nhân thay đổi tính chất hoá học của emulsion. Bức hình được phơi sáng để cho quá trình hoá học và emulsion được ổn định trên tấm hình.

    Có 2 quá trình in thạch bản cơ bản: In thạch bản quang học và X-quang (X-ray). So với kỹ thuật in thạch bản quang phổ, kỹ thuật in thạch bản X-ray cho phép chế tạo những chi tiết có cấu trúc vi mô và nhiều chi tiết có chiều cao lớn hơn. Cũng như nhiều bước sóng ngắn hơn ngay cả ánh sáng DUV (Deep Ultra-violet), X-ray làm tăng độ phân giải ánh sáng về một phía. Chúng cho phép năng lượng xuyên thấu mạnh vào trong quang trở và đạt được tỉ lệ cao.

    Trong kỹ thuật in thạch bản quang phổ, bước thứ nhất là tạo một màng chắn. Nền màng chắn là dạng thuỷ tinh borosilicate hoặc gần đây là silica nấu chảy mà ở đó nó cho phép hệ số giãn nỡ nhiệt thấp hơn và sự truyền nhiệt cao ở bước sóng ngắn hơn. Bước tiếp theo bao gồm việc phủ một lớp chống nứt lên nền của màng chắn. Tiến hành nung đe cố định lớp chống nứt. Trong ngành nhiếp ảnh, âm bản được trang trí bằng những hình ảnh đã được chụp.

    Còn trong kỹ thuật in thạch bản, nó được hình thành bằng sự di chuyển một vệt sáng nhỏ qua lớp chống nứtđể “vẽ” nên hình mẫu theo mong muốn. Đèn hồ quang thuỷ ngân với năng lượng quang phổ đạt được ở bước sóng ngắn thường được ứng dụng cho mục đích này. Trong DUV, laser đã được ứng dụng trong khi kỹ thuật in thạch bản bức xạ electron sử dụng nhiều electron có bước sóng ngắn hơn để tăng độ phân giải. Sau này, màng chắn được phát triển va được phủ crôm. Crôm điền đầy vào khoảng trống ở lớp chống nứt đa được đã có và trên đỉnh của cho không có lớp chống nứt. Mẫu crôm được để lại phía sau nền của màng và sau đó sẽ cạo bỏ lớp chống nứt. Silicon sẽ được sử dụng như lớp nền cho cả vi điện và MEMS. Đôi lúc, vật liệu nền allium-arsenide cũng được dùng cho vi điện.

    Công nghệ phay micro



    Công nghệ phay micro là một dạng công nghệ thu nhỏ của công nghệ phay thông thường mà ở đo được sử dụng dụng cụ cắt gọt nhỏ hơn, cứng hơn hoạt động ở tốc độ cao được dùng trên máy có nhiều trục. Phay micro có thể gia công với tốc độ quay của trục chính rất cao. Chẳng hạn như máy phay vi mô Kern có thể sử dụng những lưỡi cắt có đường kính nhỏ 100µm, tốc độ 100.000 vòng/ phút. Độ chínhxác gia công có thể đạt được dung sai 2 — 4µm. Khi tỉ lệ giữa diện tích bề mặt với thể tích lớn hơn kích thước vi mô, nhiệt phân tán rất nhanh trên vật liệu, dụng cụ và trên phoi.
    [​IMG]
    Hình 3. Mũi khoan micro có đường kính 0.25mm và ảnh lưỡi cắt phóng to.

    Phay vi mô vẫn được phát triển như là một qui trình chế tạo vi mô. Nó có tiềm năng đối với việc chế tạo những chi tiết theo lô với đặc trưng kích thước vi mô, chi phí thấp với việc quay vòng vốn nhanh so với những qui trình vi gia công khác.

    Vi Khoan

    Công nghệ vi khoan không chỉ yêu cầu mũi khoan nhỏ mà còn là phương pháp chuyển động quay tròn chính xác của mũi khoan vi mô và có chu kỳ khoan rất đặc biệt, được gọi là chu kỳ khoét (peck cycle), điều này giúp cho quá trình sản xuất những thành lỗ bằng phẳng.

    Những mũi khoan vi mô nhỏ nhất (nhỏ hơn 50µm) là một loại dao lạng mà ở đó không có đường rãnh xoắn ốc, khiến cho phôi thoát ra từ lỗ rất khó khăn. Mũi khoan với đường kính 50µm hoặc nhỏ hơn có thể chế được chế tạo như một mũi khoan xoắn. Có nhiều đặc tính hình dạng hình học quan trong của mũi khoan vi mô dạng dao lạng. Phần cuối cùng của lưỡi cắt của mũi khoan được gọi là lưỡi đục thay thế cho một điểm mũi. Điều này tạo thành 2 mặt phẳng giao nhau, mà ở đó được định nghĩa là 2 lưỡi cắt chính của mũi khoan. Lưỡi đục lấy vật liệu chủ yếu bằng quá trình cắt và đẩy ra ứng với góc nghiêng âm cao. Năng lượng cắt đặc biệt dọc theo lưỡi đục thì rất lớn so với lưỡi cắt chính của mũi khoan. Do thiếu điểm mũi, mũi khoan có thể trượt trên bề mặt ở vị trí bắt đầu quá trình khoan, kết quả là mũi khoan dễ gãy hoặc tạo thành một lỗ nghiêng so với bề mặt chi tiết gia công. Nhược điểm thứ 2 của lưỡi đục là quá dài so với đường kính mũi khoan, kết quả là lực đẩy dọc theo trục mũi khoan lớn.

    Mũi khoan vi mô hầu hết được chế tạo bằng thép cobalt hoặc car-bide tungsten. Mũi khoan thép thì chi phí ít hơn và dễ dàng mài lại nhưng không cứng và bền bằng những dạng carbide tungsten. Góc ở mũi khoan (đỉnh) phụ thuộc vào vật liệu chế tạo ra nó. Thông thường góc ở đỉnh là 118 độ, với những vật liệu cứng thì góc ở đỉnh là 135 độ. Mũi khoan vi mô nên được dùng trong chu kỳ khoét mà ở đó mũi khoan được chuyển động ra vô nhiều lần trong lỗ đang được khoan. Điều này giúp cho việc làm sạch phoi ở bên trong lỗ. Dung dịch làm mát cũng góp phần vào làm sạch phoi. Lưu chất nên được phun vào ở dạng sương mù tốt hơn là ở dạng ứ đọng.

    Hầu hết khi khoan kim loại, tốc độ trục chính nằm trong khoảng từ 2000 — 4000 vòng/ phút trong khi lượng chạy dao là 1µm cho mỗi vòng quay. Các máy khoan micro CNC hiện nay có số vòng quay trục chính rất cao, ví dụ như máy của hãng Datron (Mỹ) là 65.000 vòng/phút khoan các lỗ nhỏ đến 0,1mm;

    Ứng dụng

    Công nghệ vi gia công đang được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực công nghiệp như cơ khí chính xác, công nghiệp ôtô, công nghiệp đồng hồ, trong y học, trong những thiết bị cảm biến, điện tử... Với công nghệ vi gia công đem lại năng suất cao và chi phí giá thành thấp. Ngày nay nó đang được nghiên cứu và phát triển mạnh cho những ứng dụng sau: thiết bị về tim mạch, cấy ghép y khoa, thiết bị điện tử cầm tay, camera, thiết bị không dây, pin nhiên liệu vi mô, Lò phản ứng lưu chất vi hóa, các thiết bị vi trộn, vi van, vi bơm, các cơ cấu sợi quang học, vi lỗ phun cho vòi phun nhiệt độ cao, vi khuôn, lắp ráp các thấu kính quang học, kỹ thuật in thạch bản tia X sâu.




     

Chia sẻ trang này