CÔNG NGHỆ TẠO VẠCH KHẮC TRÊN CHI TIẾT QUANG HỌC
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
MỤC LỤC CÔNG NGHỆ TẠO VẠCH KHẮC TRÊN CHI TIẾT QUANG HỌC
DANH MỤC HÌNH ẢNH.. 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU.. 7
LỜI NÓI ĐẦU.. 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẠCH TRÊN THỦY TINH QUANG HỌC 11
1.1. Giới thiệu chung về kính khắc vạch. 11
1.1.1. Kính khắc vạch để ngắm.. 12
1.1.2. Kính khắc vạch để đo. 13
1.1.3. Kính khắc vạch chuyên dụng. 13
1.2. Các phương pháp chế tạo vạch. 14
1.2.1. Phương pháp khắc cơ khí17
1.2.2. Phương pháp khắc cơ hóa. 17
1.2.3. Phương pháp khắc cơ-chân không. 19
1.2.4. Phương pháp chụp ảnh. 19
1.3. Các loại máy dùng để khắc vạch trên kính. 19
1.4. Kết luận. 23
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG DÂY CHUYỀN THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG CHẾ TẠO VẠCH KHẮC 24
2.1. Quy trình công nghệ chế tạo vạch trên thủy tinh. 24
2.2. Kết luận. 33
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN & THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM SẠCH.. 34
3.1. Yêu cầu kỹ thuật34
3.2. Thiết bị làm sạch thủy tinh bằng sóng siêu âm.. 34
3.3. Sơ đồ hệ thống & nguyên lý hoạt động của thiết bị làm sạch bằng siêu âm.. 36
3.3.1. Nguyên lý làm sạch bằng siêu âm.. 36
3.3.2. Sơ đồ khối thiết bị38
3.4. Tính toán & thiết kế máy phát siêu âm.. 39
3.4.1. Bộ phận phát tín hiệu. 39
3.4.2. Bộ phận khuếch đại điện áp đầu ra. 45
3.4.3. Bộ phận nguồn. 46
3.5. Đầu dò cảm biến siêu âm.. 48
3.6. Thiết kế bộ phận cơ khí gá đỡ bồn rửa. 54
3.7. Kết luận. 55
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ PHỦ SÁP LÊN BỀ MẶT THỦY TINH 56
4.1. Tổng quan về phủ sáp. 56
4.1.1. Khái niệm.. 56
4.1.2. Yêu cầu lớp phủ. 56
4.1.3. Phương pháp phủ. 56
4.1.4. Các loại sáp phủ trong thực tế. 57
4.2. Phủ sáp bằng phương pháp quay li tâm.. 59
4.2.1. Thiết bị phủ bằng li tâm.. 59
4.2.2. Nguyên lý hoạt động. 59
4.2.3. Quy trình phủ sáp. 60
4.2.4. Tính toán và phân tích thông số quy trình phủ. 62
4.3. Tính toán thiết kế thiết bị phủ sáp. 64
4.3.1. Sơ đồ động hệ thống. 64
4.3.2. Tính chọn mâm cặp. 65
4.3.3. Tính chọn ổ bi67
4.3.4. Chọn động cơ. 69
4.3.5. Chọn khớp nối71
4.3.6. Bộ điều khiển. 71
4.4. Kiểm tra và đánh giá. 72
4.4.1. Những lỗi thường gặp trong phủ sáp. 72
4.4.2. Những lỗi trong chọn chế độ quay. 73
4.4.3. Những lỗi bề mặt khác. 73
4.4.4. Đo và kiểm tra độ dày lớp phủ. 74
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĂN MÒN.. 76
5.1. Yêu cầu kỹ thuật76
5.2. Sơ đồ thiết bị và nguyên lý hoạt động. 76
5.3. Tính toán & thiết kế bộ phận. 77
5.3.1. Thiết kế mâm gá. 77
5.3.2. Cảm biến nhiệt độ. 78
5.4. Thiết kế khung máy. 83
5.5. Kết luận. 85
CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM.. 86
6.1. Yêu cầu kỹ thuật86
6.2. Dụng cụ thí nghiệm và các hóa chất86
6.2.1. Máy khắc CNC.. 86
6.2.2. Máy đo hiển vi87
6.2.3. Các loại hóa chất88
6.3. Quy trình thực nghiệm.. 89
6.4. Kết quả thực nghiệm.. 90
6.4.1. Một số hình ảnh về quá trình thực nghiệm.. 90
6.4.2. Xây dựng các thông số thực nghiệm.. 93
KẾT LUẬN CHUNG.. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 96
PHỤ LỤC.. 97
Phụ lục 1. Sơ đồ cấu trúc của IC Max038. 97
Phụ lục 2. Các đặc tính về điện áp và tần số của IC max038. 97
Phụ lục 3. Đặc tính kỹ thuật của OPA 2677. 99
Phụ lục 4. Chức năng các chân của linh kiện ACT 4065. 100
Phụ lục 5. Các đặc tính kỹ thuật của IC ACT 4065. 101
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Một ví dụ về kính khắc vạch. 11
Hình 1.2 Kính khắc vạch dùng để ngắm.. 12
Hình 1.3Một số dạng KKV dùng để đo đạc. 13
Hình 1.4Kính khắc vạch có “mia” chuyên dụng. 14
Hình 1.5 Nguyên lý làm việc của máy khắc kiểu chép hình. 21
Hình 2.1 Quy trình công nghệ chế tạo kính khắc vạch. 24
Hình 2.2 Các thông số của nét khắc. 30
Hình 3.1 Máy rửa siêu âm trong thực tế. 34
Hình 3.2 Sóng cơ tạo thành từ Thiết bị rửa siêu âm.. 37
Hình 3.3 Lớp bụi bẩn bão hòa trên bề mặt chi tiết37
Hình 3.4 Lớp bụi bẩn không hòa tan trên bề mặt chi tiết38
Hình 3.5 Sơ đồ khối thiết bị làm sạch siêu âm.. 38
Hình 3.6 Bộ phận phát tín hiệu siêu âm.. 39
Hình 3.7 Sơ đồ cấu tạo các chân của IC Max038. 40
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh tần số. 44
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh độ rộng xung. 44
Hình 3.10Mạch khuếch đại điện áp đầu ra. 45
Hình 3.11 Sơ đồ các chân của IC OPA 2677. 46
Hình 3.12 Sơ đồ các chân của IC ACT 4065. 47
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn. 48
Hình 3.14 Nguyên lý hiệu ứng từ giảo. 49
Hình 3.15 Nguyên lý hiệu ứng áp điện. 50
Hình 3.16 Cấu tạo của đầu dò cảm biến siêu âm.. 51
Hình 3.17 Kích thước của đầu dò cảm biến siêu âm.. 52
Hình 3.18 Một số hình ảnh của bộ cảm biến siêu âm ZUT.. 53
Hình 3.19 Bể rửa siêu âm gắn cảm biến dưới đáy. 54
Hình 3.20 Gá lắp các bộ phận bể rửa siêu âm.. 54
Hình 3.21 Bản vẽ chi tiết bể rửa siêu âm.. 55
Hình 4.1 Một số thiết bị phủ sáp trong thực tế. 59
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý phủ ly tâm.. 60
Hình 4.3 Quy trình công nghệ phủ sáp. 61
Hình 4.4 Quan hệ giữa độ dày lớp phủ và tốc độ quay. 63
Hình 4.5 Quan hệ giữa độ dày lớp phủ với các yếu tố. 64
Hình 4.6 Sơ đồ thiết bị phủ sáp. 65
Hình 4.7 Bàn gá hút chân không. 66
Hình 4.8 Bàn gá cặp chi tiết67
Hình 4.9 Các thông số kích thước của ổ bi đỡ chặn. 68
Hình 4.10 Động cơ 52ZYT02A.. 70
Hình 4.11 Hình ảnh về khớp nối71
Hình 4.12 Các thông số kỹ thuật của khớp nối71
Hình 4.13 Bộ điều khiển MP100. 72
Hình 4.14 Hình ảnh về thiết bị đo độ dày lớp phủ. 75
Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị ăn mòn. 76
Hình 5.2 Giá đỡ phôi khi ăn mòn. 77
Hình 5.3 Sơ đồ chân của cảm biến LM35. 79
Hình 5.4 Hình ảnh thực thế cảm biến nhiệt độ LM55. 80
Hình 5.5 Sơ đồ mạch dùng LM35 & ADC 0808. 81
Hình 5.6 Sơ đồ chân của ADC0808. 82
Hình 5.7 Quạt hút gió lifan HT 30B.. 84
Hình 6.1 Máy khắc CNC.. 87
Hình 6.2 Máy hiển vi VHX 100. 88
Hình 6.3 Axit HF nồng độ 40%... 88
Hình 6.4 Axit H2SO4 và axit H3PO4. 89
Hình 6.5 Xăng trắng. 89
Hình 6.6 Hình ảnh về vạch khắc mẫu. 90
Hình 6.7 Kích thước dao đầu tròn và dao tam giác. 91
Hình 6.8 Phôi trước khi phủ và sau khi phủ. 91
Hình 6.9 Phôi trước khi ăn mòn và sau khi ăn mòn. 92
Hình 6.10 Hình ảnh phôi sau khi đánh bóng. 92
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Đường kính D và chiều dày T của KKV.. 13
Bảng 1.2 Các thông số của "mia" vạch. 14
Bảng 1.3 Quá trình công nghệ khắc vạch. 15
Bảng 1.4 Tính chất của các chất tạo màng bảo vệ. 18
Bảng 1.5 Cấp chính xác của máy khắc chia vạch. 20
Bảng 1.6 Đặc tính của máy khắc dọc. 21
Bảng 1.7 Đặc tính của máy khắc chia độ. 22
Bảng 2.1 Chọn vật liệu chế tạo kính khắc vạch, thang số. 24
Bảng 2.2 Chọn vật liệu để chế tạo các vành số. 25
Bảng 2.3 Thành phần và công dụng của chất tô màu do việt nam sản xuất28
Bảng 2.4 Thành phần và công dụng của chất tô màu do Nga sản xuất29
Bảng 2.5 Cấp chính xác của vạch khắc. 31
Bảng 2.6 Dung sai cho chiều dài các vạch của thang chia thẳng và góc. 32
Bảng 2.7 Độ cao của chữ và số trên kính khắc vạch. 32
Bảng 3.1 Chức năng các chân của IC Max038. 41
Bảng 3.2 Các dạng sóng đầu ra của IC Max038. 41
Bảng 4.1 Các loại sáp phủ. 57
Bảng 4.2 Các thông số của động cơ 52ZYT02A.. 70
Bảng 4.3 Lỗi bề mặt phủ sáp và nguyên nhân. 73
Bảng 5.1 Lựa chọn các cảm biến họ LM55. 80
Bảng 5.2 Trở kháng của bộ cảm biến phụ thuộc vào nhiệt độ. 81
Bảng 5.3 Các thông tin cơ bản về quạt hút gió và quạt thông gió. 83
Bảng 6.1 Kích thước vạch khắc khi khắc bằng hai mũi dao tròn và chữ nhật93
Bảng 6.2 Kích thước vạch khắc khi ăn mòn bằng phương pháp bốc bay và nhỏ trực tiếp 93
Bảng 6.3 Thời gian ăn mòn ảnh hưởng đến độ rộng vạch khắc. 94
Bảng 6.4 Tỷ lệ axit ảnh hưởng đến nồng độ vạch khắc. 94
LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ khoa học kĩ thuật thì những tính năng của kính khắc vạch ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau: quan trắc địa trong lĩnh vực xây dựng, đo lường kiểm tra trong lĩnh vực nghiên cứu, ngắm bắn và quan sát mục tiêu trong lĩnh vực quân sự, điêu khắc các họa tiết phức tạp trong lĩnh vực nghệ thuật. Từ đó cũng có nhiều phương pháp chế tạo với những ưu nhược điểm khác nhau. Trong quân sự, kính khắc vạch được sử dụng trong các khí tài quang học để quan sát và ngắm bắn ban ngày và ban đêm như: ống nhòm đêm hai mắt NVG-10A, ống nhòm đêm một mắt cùng các loại kính quan sát đêm biển đảo, các loại khí tài ảnh nhiệt (có tầm quan sát xa từ 3-10km), kính nhìn đêm NVS-9MS, ngắm bắn đêm cho súng AK, B41, PKMS-N, ĐKZ 82-B10. Kính khắc vạch giúp tăng tầm nhìn, tăng khả năng hoạt động và công tác tham mưu, công tác chỉ huy và hiệu suất chiến đấu cho các loại vũ khí trực tiếp sát thương mục tiêu.
Để đáp ứng những nhu cầu cấp thiết như vậy, chúng em đã có ý tưởng xây dựng một hệ thống chế tạo vạch khắc trên bề mặt thủy tinh quang học, mang tính thiết thực và có tính ứng dụng cao trong cuộc sống. Mục đích của đồ án là xây dựng công nghệ chế tạo kính khắc vạch, đề tài thực hiện tìm hiểu các phương pháp chế tạo vạch khắc, quy trình công nghệ khắc vạch và ưu nhược điểm của từng phương pháp, từ đó tìm ra phương pháp tối ưu đạt độ chính xác gia công cao, vạch khắc đạt được những yêu cầu kỹ thuật về độ rộng, độ đồng đều, dung sai cho phép. Thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống chế tạo vạch khắc từ khâu chọn phôi cho đến sản phẩm hoàn thiện cuối cùng. Từ đó xác định các thông số phù hợp để tiến hành quá trình thực nghiệm.
Do tính chất mới của đề tài, trong quá trình làm đồ án nhóm em đã gặp rất nhiều khó khăn. Thời gian và trình độ có hạn, nguồn tài liệu ít nên đồ án không thể tránh những thiếu sót. Chúng em hi vọng sẽ nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô trong bộ môn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Nguyễn Văn Vinh, ThS. Lê Quang Trà và các thầy cô trong bộ môn đã tận tình chỉ bảo chúng em !
Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Phạm Huy
Vương Văn Hưng
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẠCH TRÊN THỦY TINH QUANG HỌC
1.1. Giới thiệu chung về kính khắc vạch
Tấm kính phẳng song song được đặt tại mặt phẳng ảnh của hệ thống quang học, trên nó có dấu chữ thập hoặc thang đo bố trí thẳng, hoặc thang đo bố trí theo vòng tròn, các dấu chuyên dùng (chấm đo) dùng để làm chuẩn ngắm hoặc đo đạc gọi là kính khắc vạch (KKV).Kính khắc vạch được sử dụng là thấu kính phẳng-lồi, phẳng-lõm (kính tụ, kính khắc vạch của các khí tài quang cho hải quân) hoặc các chi tiết khác (ví dụ máy đo xa lập thể 3дH).
Hình 1.1Một ví dụ về kính khắc vạch
Tùy theo công dụng và dạng khắc của vạch khắc, KKV có thể chia thành các nhóm cơ bản sau:
− Kính khắc vạch ngắm, được dùng chỉ để hướng dụng cụ đến vật (mục tiêu).
− Kính khắc vạch đo đạc (thang đo, lưới đo).
− Kính khắc vạch dạng hỗn hợp.
− Kính khắc vạch chuyên dùng hoặc có các dấu chuyên dùng (ví dụ KKV của máy đo xa lập thể 3дH, mia đo độ phân giải).
1.1.1. Kính khắc vạch để ngắm
Kính khắc vạch để ngắm thường là chữ thập hoặc mũi tên có gián đoạn tâm, khoảng gián đoạn tương ứng với độ lớn góc là 3÷4 ly giác. Chiều dài của khoảng gián đoạn k được tính theo công thức:
(CT 1.1)
Trong đó:
− m là giá trị góc của đoạn gián đoạn trong đơn vị ly giác.
− f’ là tiêu cự của vật kính hoặc của tất cả hệ thống phía trước KKV
a) b) c)
Hình 1.2 Kính khắc vạch dùng để ngắm
a) Dạng chữ thập
b) Dạng mũi nhọn
c) Dạng hỗn hợp
Trong đó:
− T là chiều dày của KKV
− k là khoảng gián đoạn
− D là đường kính của KKV
− Chiều dày T của KKV phụ thuộc vào đường kính D và được chọn theo bảng 1.1
Bảng 1.1Đường kính D và chiều dày T của KKV
|
Đường kính D (mm) |
Chiều dầy T (mm) |
Đường kính D (mm) |
Chiều dầy T (mm) |
Đường kính D (mm) |
Chiều dầy T (mm) |
|
< 6 |
1±0.5 |
30 ÷ 50 |
4±0.5 |
120 ÷ 150 |
10±0.5 |
|
6 ÷ 18 |
1.5±0.5 |
50 ÷ 80 |
6±0.5 |
||
|
18 ÷ 30 |
2.5±0.5 |
80 ÷ 120 |
8±0.5 |
1.1.2. Kính khắc vạch để đo
Kính khắc vạch để đo có rất nhiều dạng khác nhau tùy theo công dụng của chúng, ví dụ như trên hình 1.3. Theo dạng các vạch khắc trên KKV người ta phân thành: vòng vạch số (hình 1.3a), thang số (hình 1.3b), vạch khắc (hình 1.2c)
a) b)
Hình 1.3Một số dạng KKV dùng để đo đạc
a) Vòng vạch số; b) Thang số
1.1.3. Kính khắc vạch chuyên dụng
Kính khắc vạch chuyên dụng cũng rất nhiều loại, song thường gặp nhất là các KKV dạng lưới dùng để xác định khả năng phân giải cho các hệ thống quang học hoặc lớp phim nhậy sáng. Các vạch khắc được tạo trên đế, tùy theo hình dạng mà nó được phân thành dạng “mia” vạch hoặc “mia” hướng tâm (rẻ quạt)
Hình 1.4Kính khắc vạch có “mia” chuyên dụng
a) Mia dạng vạch để đo độ phân giải của hệ thống quang học
b) Mia hướng tâm để đo độ phân giải của vật kính máy ảnh, phim nhậy sáng
Các “mia” vạch được chế tạo thành bảy số, từ “mia” số N00 đến N06, còn các mia hướng tâm được chế tạo ở ba loại với số rẻ quạt là 18,36 và 72. Các thông số của “mia” vạch được cho trên bảng 1.2
Bảng 1.2Các thông số của "mia" vạch
|
Số của “mia” N0 |
Khả năng phân biệt giới hạn (vạch/mm) |
Độ rộng của vạch (µm) |
Số của “mia” N0 |
Khả năng phân biệt giới hạn (vạch/mm) |
Độ rộng của vạch (µm) |
|
0 |
400÷100 |
1,25÷5,00 |
4 |
25,0÷6,3 |
20,0÷80,0 |
|
1 |
200÷50 |
2,5÷10,0 |
5 |
12,5÷3,1 |
40,0÷160,0 |
|
2 |
100÷25 |
5,0÷20,0 |
6 |
6,30÷1,56 |
80,0÷320,0 |
|
3 |
50,0÷12,5 |
10,0÷40,0 |
|
|
|
1.2. Các phương pháp chế tạo vạch
Các phương pháp chế tạo KKV gồm: phương pháp khắc vạch trên kính và phương pháp chụp ảnh trên kính. Các phương pháp khắc vạch trên kính bao gồm phương pháp khắc cơ khí, phương pháp khắc cơ hóa, phương pháp khắc cơ chân không. Quá trình công nghệ khắc vạch trên KKV được cho trong bảng 1.3 và được chia thành các nhóm sau: khắc cơ khí (khắc trực tiếp trên kính hoặc lớp mạ trên kính), khắc cơ-hóa (khắc gián tiếp trên kính hoặc lớp mạ trên kính); khắc cơ-chân không.
Bảng 1.3Quá trình công nghệ khắc vạch
|
STT |
Bề mặt chia vạch |
Vật liệu |
Công dụng |
Độ rộng nhỏ nhất của vạch (µm) |
|
I- Phương pháp khắc cơ khí |
||||
|
1 |
Thủy tinh vô cơ, có nguyên công gia công tiếp theo |
Thủy tinh quang học có sự co ngót nhỏ |
Thước cho các máy dài đến 2m |
3,0 |
|
2 |
Kim loại, có nguyên công gia công tiếp theo |
Thép, Inva, đồng và hợp kim của đồng |
Các thước đo |
8,0 |
|
3 |
Mạ kim loại trên đế thủy tinh. |
Nhôm, bạc (0,4÷0,1 µm*) |
Kính âm bản, đĩa mật mã, mẫu chụp ảnh, lớp bảo vệ khi khắc thủy tinh bằng axít. |
3,0 |
|
Bạc có lớp chì-thiếc (1,5÷0,2 µm*) |
10,0 |
|||
|
Crôm, Niken |
5,0 |
|||
|
4 |
Thủy tinh hữu cơ và các loại pôlime khác. |
Thủy tinh hữu cơ, ebônít |
Thang vạch và kính vạch đưa vào sản xuất, mẫu chép hình. |
- |
|
II- Phương pháp khắc cơ-hóa |
||||
|
5 |
|
Bạc (0,4÷0,1 µm*) |
Kính âm bản, các đĩa điều biến, lớp bảo vệ. |
10,0 |
|
Bạc với hợp kim (1,5÷0,3 µm*) |
20,0 |
|||
|
6 |
Sáp |
- |
||
|
7 |
Lớp mạ bảo vệ hữu cơ sau đó khắc thủy tinh bằng axít và có nguyên công gia công tiếp theo |
Sáp, nhựa đường átphan với nhựa thông |
Thước, thang vạch và kính vạch thủy tinh cho các máy. |
4,0÷10,0 ** |
|
III- Phương pháp khắc Cơ-chân không |
||||
|
8 |
Mạ bảo vệ hữu cơ bền nhiệt, có nguyên công gia công mạ kim loại trong chân không tiếp theo |
Lớp chất tạo màng tổng hợp. |
Các phim âm bản, thang số, kính vạch bền nhiệt và chống rỉ, bền với sự mài mòn. |
1,0÷3,0 |
|
Chú thích: * chiều dầy lớp mạ; ** phụ thuộc vào phương pháp tạo thành lớp mạ bảo vệ |
||||
1.2.1. Phương pháp khắc cơ khí
Phương pháp khắc cơ được dùng khi chế tạo các thang, kính vạch đơn giản khi gia công trên các máy chép hình hoặc máy chia vạch. Độ chính xác kích thước dài 0,01 ÷0,02 mm. Phương pháp khắc cơ khí trên thủy tinh (bảng 1.3) thực hiện bằng dao kim cương, tất cả các vạch có độ rộng bằng nhau. Độ rộng lưỡi dao của dao cần không nhỏ hơn 7 µm, thước có độ dài lớn hơn được chế tạo bằng thủy tinh chuyên dùng có độ co ngót nhỏ. Khắc trên lớp mạ kim loại (bảng 1.3) thực hiện ngay sau khi mạ xong, trong lúc này lớp mạ có cấu trúc hạt nhỏ, sau đó gia công lớp mạ sẽ có cấu trúc hạt to hơn. Nếu khắc trên lớp mạ đã qua gia công nhiệt, các nét khắc bị vỡ tại mép, cũng như dễ làm bong lớp mạ ra khỏi đế. Để khắc các vạch khắc tinh trên lớp mạ bán phản xạ thì dùng dao từ thép cacbon (Y8A, Y10A, Y12A) hoặc thép hợp kim hóa (XBГ, 9XC, XB5). Sự khắc trên kim loại (bảng 1.3) được thực hiện bằng dao phay làm bằng thép cacbon mác Y10 và Y12 hoặc thép góp mác P18, hoặc hợp kim cứng T15K6.
1.2.2. Phương pháp khắc cơ hóa
Phương pháp khắc cơ-hóa thường được sử dụng hai dạng mạ bảo vệ trên mặt thủy tinh: mạ kim loại và mạ hữu cơ. Phủ một lớp bảo vệ trên kính rồi dùng dao khắc bỏ lớp bảo vệ, sau đó cho ăn mòn thủy tinh bằng hơi axít hoặc hơi axít nóng. Thường các vạch có độ rộng đến 0,01 mm. Các vạch được khắc trực tiếp trên lớp bảo vệ kim loại (bảng 1.3) hoặc khắc trên lớp bảo vệ sau đó cho ăn mòn lớp kim loại bằng axít (bảng 1.3). Các chất hữu cơ được dùng để tạo màng bảo vệ khi ăn mòn thủy tinh bằng axít được cho trong bảng (bảng 1.4). Độ rộng của vạch ăn mòn phụ thuộc vào phương pháp tạo màng sáp bảo vệ. Nếu tạo lớp sáp bằng chổi lông, dung dịch ở nhiệt độ 110÷120°C và phôi được nung nóng ở nhiệt độ 120÷130°C thì đảm bảo nhận được các vạch rộng đến 10 µm. Để nhận được các vạch mảnh hơn (đến 4 µm) thì dùng màng batít hoặc crếp. Sự ăn mòn thủy tinh được thực hiện trong dung dịch axít hoặc hơi axít.
Bảng 1.4Tính chất của các chất tạo màng bảo vệ
|
STT |
Chất cơ bản |
Dạng bên ngoài |
Độ cứng |
Dung môi (chất hòa tan) |
Chú thích |
|
1 |
Sáp |
Chất màu vàng hoặc màu nâu sáng (da lươn). |
8 đơn vị |
Xăng (ở nhiệt độ 70°C). |
Nhiệt độ nóng chảy 60 °C |
|
2 |
Nhựa đường |
Chất nhựa màu đen, giòn |
2 đơn vị theo thang Moos |
Clorofom, dầu thông, benzen . |
Nhiệt độ làm mềm 140 °C |
|
3 |
Colofan (nhựa thông) |
Chất trong dạng thủy tinh, giòn, có màu vàng |
- |
Clorofom, benzen , ete etyl, xăng. |
Nhiệt độ làm mềm không thấp hơn 52 °C |
|
4 |
Nhựa côfan fenol 44 |
Chất trong có từ màu vàng đến màu da lươn. |
- |
Benzen . |
Nhiệt độ nóng chảy 125 °C |
|
5 |
Polistrirolen |
Hạt nhỏ không màu, trong suốt |
HB 14÷15 |
Benzen, tolyen , butyl axetít |
Độ chịu nhiệt theo mactin 80 °C |
1.2.3. Phương pháp khắc cơ-chân không
Phương pháp khắc cơ-chân không (bảng 1.3) được sử dụng khi sự tạo màng tổng hợp chịu nhiệt có chứa polistrirolen. Mạ crôm tiến hành trong thiết bị chân không, chiều dày lớp crôm 0,2÷0,3 mm. Lớp sơn và crôm trên bề mặt thủy tinh được lấy đi bằng axêtôn hoặc tôluen.
1.2.4. Phương pháp chụp ảnh
Phương pháp chụp ảnh dùng để chế tạo các KKV có độ chính xác và phức tạp. Phương pháp này cho phép chế tạo được các vạch khắc có độ rộng đến 1,25 µm, còn khoảng cách giữa các vạch đến 2,5 µm khi phân bố một nhóm các phần tử. Lớp nhạy sáng được phân thành: lớp nhạy halogenua bạc, lớp nhạy bạc. Lớp halogenua bạc được dùng để chế tạo các phim âm, thang số và kính vạch dạng “Mia”.
1.3. Các loại máy dùng để khắc vạch trên kính
Các máy khắc vạch được phân thành: máy chia vạch và máy chép hình. Các máy chia vạch có máy chia thẳng và máy chia tròn. Độ chính xác của các máy này được chia thành 4 cấp chính xác: các máy cấp I, II, III là máy tự động, máy cấp IV có thể là tự động, bán tự động, thủ công.
Bảng 1.5Cấp chính xác của máy khắc chia vạch
|
Cấp chính xác của máy khắc |
Sai số |
|
|
Máy khắc thẳng (mm) |
Máy chia độ (‘) |
|
|
I |
0,0005 |
0,1 |
|
II |
0,0001 |
1,0 |
|
III |
0,005÷0,01 |
10 |
|
IV |
>0,01 |
>10 |
Máy chép hình là thiết bị dùng để khắc các vạch, các chấm đo, số và chữ.Thước truyền của máy có thể nằm ngang hoặc thẳng đứng, có một hoặc nhiều dao cắt, tự động hoặc thủ công, để khắc trên kim loại hoặc trên thủy tinh. Thước truyền có thể thực hiện tăng hoặc giảm tỷ số truyền trong khoảng 1:1 đến 1:50. Mẫu chép hình trong sản xuất nhỏ làm bằng ebônít và nhựa thủy tinh, còn trong sản xuất loạt lớn và sản xuất loạt vừa thì mẫu chép hình được làm bằng đồng thau hoặc thép. Khi khắc vạch phải đảm bảo điều kiện nhiệt độ 20°C, độ ấm 65%.Máy chia vạch kiểu M Д-35A có thể khắc được vạch khắc dài 1 mét với sai số 0,001 mm và năng suất 100 vạch/phút. Máy chia góc chính xác dạng BE-44 (môđen BE-44-05) cho phép khắc có 4 độ dài vạch khác nhau của một thang vạch trên mặt trụ, phẳng, côn hoặc các khoảng cách không bằng nhau giữa các vạch khắc thông qua mẫu chép hình. Máy môđen BE-44 И ngoài các chức năng như BE-44-05 còn có thể khắc được các vạch có dạng hình nêm. Máy khắc vạch dạng ГДP dùng trong sản xuất vừa khi chế tạo các thang vạch có khoảng cách giữa các vạch giống nhau hoặc không bằng nhau. Máy có thể khắc cùng một lúc 24 KKV có thang số giống nhau. Một số thông số kỹ thuật của một số loại máy khắc thông dụng được cho trong bảng (bảng 1.6 và bảng 1.7).
Hình 1.5Nguyên lý làm việc của máy khắc kiểu chép hình
a) Loại thước truyền ngang: 1- Mẫu; 2- Thước truyền; 3- Kính khắc vạch
b) Loại thước truyền thẳng: 1- Mẫu; 2- Thước truyền; 3- Giá đỡ; 4- Bàn tọa độ; 5- Dao cắt; 6- Kính khắc vạch.
Bảng 1.6Đặc tính của máy khắc dọc
|
Kiểu |
Độ dài lớn nhất (mm) |
Sai số |
Năng suất(vạch/phút) |
|
|
Thang vạch |
Vạch |
|||
|
MC-18 |
1000 2000 |
10 |
0,0004 0,0001 |
- - |
|
|
2000 |
10 |
0,0004 |
|
|
BE-27 |
550 |
16 |
0,01 |
5÷30 |
|
BE-26 |
1050 |
10 |
5÷30 |
|
|
BE-28 |
1050 |
30 |
10÷8 |
|
|
PДM-500 |
500 |
20 |
0,01 |
40 |
|
PДM-1000 |
1000 |
|||
Bảng 1.7Đặc tính của máy khắc chia độ
|
Loại máy |
Đường kính lớn nhất (mm) |
Sai số (‘) |
Chiều dài vạch lớn nhất (mm) |
Tốc độ (vạch/phút) |
|
BE-45-1 |
500 |
±1 |
15 |
4÷16 |
|
BE-44-1 |
1000 |
±1 |
15 |
4÷16 |
|
BE-44-05 |
1000 |
±0,5 |
15 |
3÷40 |
|
BE-44 И |
1000 |
±0,5 |
60 |
4÷30 |
|
BE-34 |
250 |
±15 |
25 |
8÷100 |
|
BE-24 |
500 |
±30 |
25 |
8÷100 |
|
BE-25 |
320 |
±30 |
25 |
8÷100 |
|
KДM-972 |
750 |
5 |
25 |
40 |
|
KДM-1 |
800 |
10 |
20 |
16 |
|
KДM-800 |
500 |
6 |
- |
- |
|
TKF-500 |
800 |
1 |
8 |
16 |
|
TKF-750 |
750 |
30 |
25 |
60 |
|
TKF-1000 |
1000 |
1 |
8 |
16 |
|
K10, K20 |
500 |
1 |
60 |
100 |
|
K3 |
1080 |
15 |
60 |
100 |
|
K4 |
2000 |
15 |
60 |
100 |
|
K5 |
2500 |
15 |
60 |
100 |
|
K6 |
3000 |
15 |
60 |
100 |
1.4. Kết luận
Như vậy, trong đồ án này chúng em sẽ tiến hành xây dựng một dây chuyền chế tạo khắc vạch hoàn chỉnh, sử dụng phương pháp chế tạo cơ hóa nhờ có nhiều ưu điểm và khả năng phát triển công nghệ:
− Quy trình công nghệ đơn giản, dễ thực hiện
− Có tính tự động hóa trong sản xuất
− Vạch khắc có độ chính xác cao, bền, đẹp
Khả năng phát triển công nghệ: Phương pháp mang tính ứng dụng cao và thiết thực đối với đời sống cũng như trong phát triển khoa học công nghệ, nâng cấp hệ thống khí tài quang hải quân... có thể nghiên cứu phát triển tự động hóa sản xuất hàng loạt.
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG DÂY CHUYỀN THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG CHẾ TẠO VẠCH KHẮC
2.1. Quy trình công nghệ chế tạo vạch trên thủy tinh
- Phôi
Thủy tinh quang học có dạng hình phẳng hoặc cầu được chuẩn bị từ các nguyên công trước, có độ dày ≤ 10mm, đường kính ≤ 100 mm. Vật liệu để chế tạo KKV phải được chọn phù hợp với phương pháp khắc vạch trên nó, dạng kính khắc vạch. Khi các vạch khắc được khắc trên lớp mạ trên kính (mạ nhôm hoặc bạc) thì dùng thủy tinh mác: ЛК4, ЛК5, ЛК.Khi các vạch khắc được tạo ra trên mặt kính khắc vạch bằng phương pháp chụp ảnh thì dùng thủy tinh K8, K108.Khi các vạch khắc được khắc lên mặt kính (phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp) thì dùng thủy tinh mác: БК-10, БФ24 (nếu b<0,03 mm), K8 (nếu b>0,03).
Bảng 2.1Chọn vật liệu chế tạo kính khắc vạch, thang số
|
Phương pháp khắc vạch |
Mác thủy tinh |
|
Phương pháp chụp ảnh |
K8, K108 |
|
Phương pháp mạ Crôm trong chân không |
K8, K108 |
|
Khắc trực tiếp bằng dao kim cương, độ dầy vạch khắc b=1,5÷3 (mm) |
K8, TФ2, K108 |
|
Ăn mòn bằng Axít cho độ dầy các vạch khắc: b= 1,5÷1 µm b= 5÷40 µm b= 50÷500 µm |
Ф8 БК10, БК110, Ф108 K8, K108, БФ24 |
Bảng 2.2Chọn vật liệu để chế tạo các vành số
|
Phương pháp khắc vạch |
Mác thủy tinh |
|
Phương pháp chụp ảnh |
K8, K108 |
|
Khắc trực tiếp bằng dao kim cương |
K8, K108 |
|
Ăn mòn bằng axít (độ dầy các vạch khắc không nhỏ hơn 0,03 mm) |
K8, K108, БК10, CBB. |
|
Ăn mòn bằng axít (độ dầy các vạch khắc không nhỏ hơn 0,03 mm) |
Ф8, Ф108, Ф18
|
|
Phun hơi sương trong chân không |
БК10, БК110 |
- Làm sạch đầu vào
Phôi được làm sạch trước khi được phủ bề mặt, làm sạch bằng hệ thống rửa siêu âm để có thể làm sạch mọi bụi bẩn một cách nhanh chóng, tiết kiệm nhận lực, tính ổn định cao và có thể rửa nhiều chi tiết cùng một lúc đem lại năng suất cao
- Phủ sáp bề mặt
Đây là một công đoạn quan trọng đòi hỏi sáp và chi tiết cần được duy trì ở một nhiệt độ thích hợp, đảm bảo chiều dày lớp sáp phủ phải mỏng, mịn và đều (chiều dày lớp sáp từ 0,02 – 0,05 mm). Sử dụng chổi lông gà để quét một lớp sáp phủ lên bề mặt hoặc dùng phương pháp nhỏ sáp lên bề mặt phôi thủy tinh được quay với một tốc độ cao để sáp phủ tự lan đều ra xung quanh. Các bước tiến hành như sau:
− Nấu sáp chảy ở nhiệt độ 110÷1200¬C.
− Nung nóng chi tiết cần phủ lên nhiệt độ từ 120÷1300¬C.
− Dùng lông gà hoặc bút lông mịn nhúng vào sáp, quét một lớp mỏng lên trên bề mặt kính cần khắc hoặc tráng bằng phương pháp ly tâm
− Gá chi tiết lên máy quay
− Cho máy quay và nhỏ sáp nóng lên bề mặt chi tiết cần phủ
− Kiểm tra lớp sáp phủ
- Khắc
Công đoạn khắc vạch được thực hiện thủ công nhờ vào cơ cấu chép hình hoặc là tự động bằng máy cnc, máy cnc 3 trục tọa độ có thể di chuyển linh hoạt theo 3 trục x, y, z có gắn các thước quang để điều khiển chính xác cao thông qua một mạch điều khiển, giao tiếp điều khiển qua PC, đầu dao khắc được làm từ thép hoặc kim cương tùy theo độ rộng vạch khắc. Cơ cấu đầu dao tự lựa giúp đầu dao ăn sâu vào lớp sáp phủ một lượng vừa đủ và luôn luôn duy trì một áp lực khi khắc. Các bước tiến hành như sau:
− Gá kính cần khắc vạch trên máy khắc chép hình
− Căn cứ vào mẫu khắc và kích thước cần khắc để điều chỉnh tỷ lệ khắc và dao khắc, đồng thời điều chỉnh cho dao khắc vào tâm của kính khắc vạch (KKV) chọn dao khắc có Δ − Khắc thử trên mặt sáp rồi dùng kính hiển vi đo chiều dài và chiều rộng vạch khắc, giãn cách giữa các vạch, sự sai lệch góc độ giữa 2 vạch khắc cắt nhau (b, B, t, Δ....) ................................ Nhờ những ưu điểm nổi bật của phương pháp cơ hóa chế tạo khắc vạch là quy trình đơn giản và độ chính xác cao nên phương pháp đặc biệt được ứng dụng để chế tạo kính khắc vạch để sử dụng trong các thiết bị ngắm và đo đạc sử dụng trong đời sống. Do khả năng ứng dụng rộng rãi mà việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống, thiết bị chế tạo vạch rất có triển vọng. Tuy nhiên, việc này đòi hỏi nhiều công sức, cần phải có một quá trình lâu dài, nghiên cứu chuyên sâu, cần kiến thức sâu rộng trong nhiều lĩnh vực như tự động hoá, cơ khí, đo lường, điện tử… Kết quả của đề tài là đã thiết kế được dây chuyền thiết bị chế tạo vạch hoàn chỉnh, tính toán thành công các thông số cho quá trình thực nghiệm, chế tạo thử được vạch khắc đều đẹp, độ mảnh vạch khắc 40µm. Hướng phát triển của đề tài là hoàn thiện về thiết kế cơ khí, đảm bảo cho lớp sáp phủ luôn luôn đạt một độ mỏng nhất định, khi khắc vạch cần luôn duy trì một áp lực hợp lý để không làm hỏng phôi thủy tinh tuy nhiên cũng phải khăc bỏ hết lớp sáp phủ không gây ra tình trạng chỗ khắc sâu chỗ khắc nông. Ngoài ra hệ thống sử dụng nhiều hóa chất độc hại, cần có những biện pháp xử lý triệt để không để hóa chất thừa phát tán ra môi trường xung quanh gây độc hại và ôi nhiểm cho môi trường và con người. Phương pháp chế tạo vạch này cũng khá hiện đại so với các phương pháp cũ như máy chép hình, có thể ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại, kết nối giao tiếp với máy tính và các thiết bị điện tử là rất phù hợp với xu thế phát triển hiện nay. Do thời gian nghiên cứu không dài và kiến thức còn nhiều hạn chế nên đề tài của chúng em không tránh khỏi có những sai sót, mong nhận được những góp ý từ phía thầy cô để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơnKẾT LUẬN CHUNG
