BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ
MINH

BÁO CÁO MƠN HỌC
CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BIỆT

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG HĨA HỌC
(CHEMICAL PROCESSER)

Ngành:

Kỹ thuật cơ khí

Lớp:

18DCKA3

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Bá Khiển
SV thực hiện:
Huỳnh Đăng Hoàn Thịnh

Mã SV:1811041246 Lớp: 18DCKA3


3.2. METHODS OF CHEMICAL PROCESSING (CÁC PHƯƠNG PHÁP
GIA CƠNG HĨA HỌC)
I. Chemical Milling (Phay hóa)
1. Introduction (Giới thiệu)
Chemical milling (CHM) is the controlled chemical dissolution (CD) of the
workpiece material by contact with a strong reagent. Special coatings called

maskants protect areas from which the metal is not to be removed. The process is
used to produce pockets and contours and to remove materials from parts having a
high strength-to-weight ratio. CHM consists of the following steps:
Phay hóa là q tình hịa tan hóa học có kiểm sốt của vật liệu phơi khi tiếp
xúc với chất hóa học phản ứng mạnh. Các lớp phủ đặc biệt gọi là lớp bảo vệ các
khu vực mà mà kim loại khơng bị loại bỏ. Quy trình này được sử dụng để tạo nên
các rãnh, đường và loại bỏ những phần cần gia công trên phôi được làm từ
những vật liệu có cấu tạo bền vững. Phay hóa (CHM) bao gồm các bước sau:
a. Preparing and precleaning the workpiece surface. This provides good
adhesion of the masking material and assures the absence of contaminants
that might interfere with the machining process.
Chuẩn bị và làm sạch trước bề mặt phôi. Điều này cung cấp độ bám dính
của lớp vật liệu lớp bảo vệ và đảm bảo khơng có tạp chất có thể gây trở ngại cho
q trình gia cơng
b. Masking using readily strippable mask, which is chemically
impregnable and adherent enough to stand chemical abrasion during etching.
Dùng lớp bảo vệ có thể tách rời, nhưng khơng để bị thấm hóa chất ăn mịn và
đủ dính để chịu mài mịn hóa học trong quá trình khắc


c. Scribing of the mask, which is guided by templates to expose the areas that
receive CHM. The type of mask selected depends on the size of the workpiece,
the number of parts to be made, and the desired resolution of details. Silk-screen
masks are preferred for shallow cuts requiring close dimensional tolerances.
Đánh dấu lên lớp bảo vệ để biểu diễn những phần cần được gia cơng phay hóa
(CHM). Loại lớp bảo được chọn phụ thuộc vào kích thước của phơi, số lượng các
bộ phận được chế tạo và độ ăn mòn mong muốn của các chi tiết. Lớp bảo vệ được
chọn ưu tiên cho các vết cắt yêu cầu dung sai kích thước gần nhau.

d. The workpiece is then etched and rinsed, and the mask is removed before

the part is finished.
Phôi được khắc và rửa sạch và lớp bảo vệ được loại bỏ trước khi hồn thành
gia cơng.

During CHM (Fig. 3.1), the depth of the etch is controlled by the time of
immersion. In order to avoid uneven machining, the chemicals that impinge on the
surface being machined should be fresh. The chemicals used are very corrosive
and, therefore, must be handled with adequate safety precautions. Both the vapors
and the effluents must be suitably controlled for environmental protection.
Agitation of the workpiece and fluid is usual; however, excessive solution flow
may result in channeling, grooves, or ridges.

Trong suốt thời gian phay hóa (hình 2.1), độ sâu của việc khắc được kiểm soát
bởi thời gian ngâm của chi tiết gia công. Để tránh gia công không đồng đều, các
hóa chất bề mặt được gia cơng phải mới. Các chất hóa học được sử dụng rất dễ
ăn mịn và do đó, phải được xử lý đầy đủ các biện pháp phịng ngừa an tồn. Cả
hơi và nước thải phải được kiểm sốt phù hợp để bảo vệ mơi trường. Sự kích
động


của phơi và chất lỏng là bình thường; tuy nhiên dịng dung dịch q nhiều có thể
dẫn đến việc tạo rãnh hoặc gờ.

Figure 2. 1: CHM setup
Hình 2. 1: lắp đặt cho q trình phay hóa

 Workpiece: chi tiết gia cơng.
 Mask: Mặt nạ (lớp bảo vệ).
 Hanger: Móc treo (giữ chi tiết tiết gia công)
 Undercut: Phần cắt xén

 Stirrter: Máy khuấy
 Heating: Dây làm nóng
 Cooling: Dây làm mát
 Chemical reagent: Dung dịch hóa học
When the mask is used, the machining action proceeds both inwardly from the
mask opening and laterally beneath the mask thus creating the etch factor shown in
Fig. 3.2. The etch factor is the ratio of the undercut d to the depth of etch T.
Ngay cả khi lớp mặt nạ bảo vệ đã được phủ, sự ăn mịn trong q trình gia cơng
vẫn có thể xảy ra ở các mặt bên của phần cần được gia cơng, do đó tạo ra một hệ số
ăn mịn được thể hiện trong Hình 2.2. Yếu tố ăn mịn là tỷ lệ của độ cắt xén d đến độ
sâu khắc của T.
Góc dao


Trước khi ăn mòn
Lượng cắt
Chiều sâu mòn T

Sau khi ăn mịn

Figure 2. 2: Etch factor after CHM
Hình 2. 2: Hệ số ăn mịn sau khi Phay Hóa.

CHM will not eliminate surface irregularities, dents, scratches, or waviness.
Successive steps of mask removal and immersion as shown in Fig. 3.3 can achieve
stepped cuts.
Quá trình gia cơng phay hóa (CHM) sẽ khơng loại bỏ các bất thường về bề mặt, vết
lõm, vết xước hoặc các đường vân song. Các bước tiếp theo của việc loại bỏ và ngâm
phần mặt nạ bảo vệ như hình minh họa trong Hình 2.3


Đánh dấu mặt nạ bảo vệ

Khắc lần đầu

Đánh dấu mặt nạ bảo vệ nhắc lại

Khắc lần đầu và lần 2
Khắc lần 2

Figure 2. 3: Contour cuts by CHM


Hình 2. 3: đường cắt rãnh tạo bởi phay hóa

2. Tooling for CHM (Cơng cụ cho phay hóa)
Tooling for CHM is relatively inexpensive and simple to modify. Four different
types of tools are required: maskants, etchants, scribing templates, and accessories.
Công cụ cho phay hóa (CHM) tương đối rẻ và dễ thay sửa đổi. Cần có 4 loại
cơng cụ chính: lớp phủ bảo vệ (mặt nạ bảo vệ), Vật liệu khắc, Mẫu vẽ và phụ kiện.

 Maskants.(Mặt nạ)
Maskants are generally used to protect parts of the workpiece where CD action is
not needed. Synthetic or rubber base materials are frequently used. Table 3.1 shows
the different maskants and etchants for several materials together with the etch rate
and etch factor. Maskants should, however, possess the following properties:
1. Be tough enough to withstand handling
2. Adhere well to the workpiece surface
3. Scribe easily
4. Be inert to the chemical reagent used
5. Be able to withstand the heat generated by etching

6. Be removed easily and inexpensively after etching
Lớp mặt nạ thường được sử dụng để bảo vệ các bộ phận của phôi không cần tác
dụng của gia công phay hóa. Đế tổng hợp hoặc cao su là vật liệu được sử dụng
thường xuyên. Bảng 2.1 cho thấy các loại mặt nạ khác nhau phù hợp với một số vật
liệu cùng với tỷ lệ ăn mòn và hệ số ăn mịn. Tuy nhiên Mặt nạ nên có các đặc tính sau
đây:
1. Đủ cứng rắn, bền vững để chịu được việc xử lý.
2. Kết dính tốt với bề mặt phơi.
3. Viết, đánh dấu một cách dễ dang.
4. Trơ với chất hóa học ăn mịn được sử dụng.
5. Có thể chịu được nhiệt sinh ra do ăn mòn.
6. Được loại bỏ dễ dàng sau khi khắc.


Chi tiết gia cơng Chất ăn mịn

Mặt nạ

tỷ lệ ăn mịnhệ số ăn mịn

Nhơm
Magnesium và Đồng
Thép Titan
Nikel Silicon

Table 2. 1: Markants and Etchants for Different Workpiece Materials.
Bảng 2. 1: Các loại lớp bảo vệ và các chất ăn mòn với các vật liệu khác nhau.

 Etchants (Chất ăn mòn)
Etchants (see Table 3.1) are acid or alkaline solutions maintained within a controlled

range of chemical composition and temperature. Their main technical goals are
to achieve the following:
Chất ăn mòn (xem Bảng 3.1) là dung dịch axit hoặc kiềm được duy trì trong phạm vi
thành phần hóa học được kiểm sốt cùng nhiệt độ. Các mục tiêu kỹ thuật của
chúng phải đạt được những điều sau:
1. Good surface finish
2. Uniformity of metal removal
3. Control of selective and intergranular attack
4. Control of hydrogen absorption in the case of titanium alloys


5. Maintenance of personal safety
6. Best price and reliability for the materials to be used in the construction of
the process tank
7. Maintainance of air quality and avoidance of possible environmental problems.
8. Low cost per unit weight dissolved
9. Ability to regenerate the etchant solution and/or readily neutralize and dispose of
its waste products
1. Hồn thiện bề mặt tốt.
2. Có tính chất đồng nhất của việc loại bỏ kim loại.
3. Kiểm soát tốt việc phản ứng có chọn lọc giữa các hạt.
4. Kiểm soát sự hấp thu Hydro trong trường hợp dùng với hợp kim titan
5. Bảo đảm an toàn sử dụng.
6. Giá thành và độ tin cậy tốt cho các vật liệu được sử dụng trong việc xây dựng
bể xử lý
7. Duy trì chất lượng khơng khí và tránh các vấn đề về mơi trường có thể xảy ra
trong q trình phản ứng hóa học.
8. Chi phí thấp cho mỗi đơn vị trọng lượng hòa tan.
9. Khả năng tái tạo của chất hòa tan và/hoặc sẵn cho việc trung hòa cũng như xử
lý các chất thải của nó.


 Sribing templates (Mẫu vẽ/kẻ):
Scribing templates are used to define the areas for exposure to the chemical
machining action. The most common workpiece scribing method is to cut the mask
with a sharp knife followed by careful peeling of the mask from the selected areas.
Layout lines or simple templates of metal or fiberglass guide the scribing process.
Figure 3.5 shows numerical control (NC) laser scribing of masks for CHM of a large
surface area.
Các mẫu vẽ/kẻ được sử dụng để xác định khu vực tiếp xúc với hoạt động gia cơng
hóa học. Phổ biến nhất là phương pháp ghi chép lên phôi là cắt lớp mặt nạ bảo vệ
bằng một con dao sắc bén sau đó bằng cách lột lớp bảo vệ cẩn thận từ các khu vực


đã chọn. Hình 2.4 cho thấy ghi chép bằng laser điều khiển số (NC) mặt nạ cho gia
cơng phay hóa (CHM) có diện tích bề mặt lớn.

 Accessories (Phụ kiện):
Accessories include tanks, hooks, brackets, racks, and fixtures. These are used
for single- or-multiple-piece handling into and out of the etchants and rinses.
Phụ kiện bao gồm bể chứa, móc, giá đỡ, và các vật dụng khác. Chúng được sử
dụng để xử lý một hoặc nhiều các mảnh chi tiết sau khi được mang ra bể chứa chất
ăn mòn và đem đi rửa.

Laser (Vị trí đầu dị điện dung)
Bề mặt đã phủ
mặt nạ

Nguồn năng lượng laser

Thấu kính

Laser CO2

Lớp mặt nạ

Khí (làm mát)

Thấu kính hội tụ

Nhôm

Figure 2. 4: Laser cutting of mask for CHM of large surfaces
Hình 2. 4: Cắt lớp mặt nạ bằng laser cho quy trình gia cơng chi tiết có bề mặt
rộng.
3. Process parameter (Các thơng số của q trình)
CHM process parameters include the reagent solution type, concentration,
properties, mixing, operating temperature, and circulation. The process is also


affected by the maskant and its application. These parameters will have direct
impacts on the workpiece regarding the following:
1. Etch factor (d/T )
2. Etching and machining rate
3. Production tolerance
4. Surface finish
To machine high-quality and low-cost parts using CHM, we must consider the
heat treatment state of the workpiece, the grain size and range of the workpiece
material, the size and finish control prior to CHM, the direction of rolling and weld
joints, and the degree of cold work.
Các thơng số của q trình phay hóa (CHM) bao gồm dung dịch thuốc thử,
nồng độ, đặc tính, cách trộn, nhiệt độ vận hành và tuần hồn. Các quá trình này

cũng bị ảnh hưởng bới lớp mặt nạ và ứng dụng của nó. Các thơng số này sẽ có tác
động trực tiếp đến phơi liên quan đến những điều sau:
1. Hệ số ăn mòn (d/T).
2. Tốc độ khắc và gia công.
3. Dung sai sản xuất.
4. Mức độ hồn thiện bề mặt.
Để gia cơng các chi tiết chất lượng cao và chi phí thấp khi dùng phương
pháp phay hóa (CHM), chúng ta phải xem xét trạng thái nhiệt luyện của phơi, kích
thước hạt và phạm vi của vật liệu phơi, kích thước và kiểm độ hồn thiện trước khi
phay hóa (CHM), hướng cán và hàn các mối nối, mức độ gia công nguội.
4. Material removal rate (Tỷ lệ loại bỏ vật liệu)
The material removal or etch rate depends upon the chemical and
metallurgical uniformity of the workpiece and the uniformity of the solution
temperature. As shown in Figs. 3.6 and 3.7, castings, having the largest grain
size, show the roughest surface together with the lowest machining rate. Rolled


metal sheets have the highest machining rate accompanied by the best surface
quality. Etching rates were high for hard metals and were low for softer ones
(Metals Handbook, 1989). Generally, the high etch rate is accompanied by a low
surface roughness and, hence, narrow machining tolerances.
Tốc độ loại bỏ hoặc khắc vật liệu phụ thuộc vào tính đồng nhất về hóa học
và luyện kim của phơi và tính đồng nhất của nhiệt dộ dung dịch. Như thể hiện
trong Hình 2.5 và 2.6, đúc có kích thước lớn nhất, hiển thị bề mặt thơ ráp nhất
cùng với tốc độ gia công thấp nhất. Tấm kim loại cuộn có tốc độ gia cơng cao
nhất đi kèm với chất lượng bề mặt tốt nhất. Tỷ lệ khai thác cao đối với kim loại
cứng và thấp đối với kim loại mềm (Sổ Tay Kim Loại năm 1989). Nói chung tỷ lệ
khắc cao đi kèm với độ nhám bề mặt thấp và do đó, dung sai gia cơng hẹp.

Figure 2. 5: CHM average roughness of some alloys after removing 0.25 to 0.4mm

Hình 2. 5: Độ nhám trung bình gia cơng phay hóa của một số hợp kim sau khi loại
bỏ từ 0.25 đến 0.4mm


Figure 2. 6: Surface roughness and etch rate of some alloys after removing 0.25 to
0.4mm
Hình 2. 6: Độ nhám bề mặt và tỷ lệ khắc của một số hợp kim sau khi loại bỏ 0.25
đến 0.4mm
 Material type: Loại vật liệu
 Aluminum alloy: Hợp kim nhơm
 Molybdenum: Mơ líp đen
 Colubium: Kim loại kiềm
 Steels: Thép
 Nickel alloys: Hộp kim niken
 Titanium: Titan
 Tantalium: Tantalium
 Surface roughness: Bề mặt nhám
 Etch rate: Tốc độ ăn mòn
 Casting: Rèn
 Forging: Đúc
 Sheet: Dập tấm
2. Advantages (Các ưu điểm)


The process has the following advantages:
 Weight reduction is possible on complex contours that are difficult to machine
using conventional methods.
 Simultaneous material removal, from all surfaces, improves productivity
and reduces wrapping.



No burrs are formed.



No stress is introduced to the workpiece, which minimizes the part distortion
and makes machining of delicate parts possible.

 A continuous taper on contoured sections is achievable.


The capital cost of equipment, used for machining large components, is
relatively low.



Design changes can be implemented quickly.



A less skilled operator is needed.

 Tooling costs are minor.


The good surface quality in addition to the absence of burrs eliminates the
need for finishing operations.




Multiple parts having fine details can be machined by the gang method.



Decorative finishes and extensive thin-web areas are possible.

 There are low scrap rates (3 percent).
Q trình này có các ưu điểm sau:

 Có thể giảm trọng lượng những đường viền phức tạp mà máy sử dụng các
phương pháp thơng thường khó làm được.

 Đồng thời loại bỏ vật liệu khỏi tất cả các bề mặt, cải thiện năng suất và giảm
hao phí

 Khơng có gờ được hình thành
 Khơng có ứng suất nào được đưa vào phôi, giúp giảm thiểu sự biến dạng của
chi tiết gia công và các chi tiết tinh vi.

 Có thể đạt được độ cơn liên tục trên các đoạn đường viền
 Giá vốn của thiết bị được sử dụng để gia công là tương đối thấp


 Các thay đổi thiết kế có thể được thực hiện nhanh chóng
 Dễ dàng để vận hành
 Chi phí dụng cụ nhỏ.
 Chất lượng bề mặt tốt cùng với việc khơng có gờ giúp loại bỏ nhu cầu về
hoạt động hồn thiện

 Nhiều bộ phận có các chi tiết nhỏ có thể được gia cơng bằng phương pháp gang.

 Có thể hồn thiện các khu vực mỏng, rộng
 Tỷ lệ phế phẩm thấp (3%).
3. Limitation (Hạn chế)
CHM does have limitations and areas of disadvantage:
 Only shallow cuts are practical: up to 12.27 mm for sheets and plates, 3.83 mm
on extrusions, and 6.39 mm on forgings.
 Handling and disposal of chemicals can be troublesome.
 Hand masking, scribing, and stripping can be time-consuming, repetitive,
and tedious.
 Surface imperfections are reproduced in the machined parts.
 Metallurgical homogeneous surfaces are required for best results.
 Deep narrow cuts are difficult to produce.
 Fillet radii are fixed by the depth of cut.
 Porous castings yield uneven etched surfaces.
 Welded areas frequently etch at rates that differ from the base metal.
 Material removal from one side of residually stressed material can result in
a considerable distortion.
 The absence of residual stresses on the chemically machined surfaces can produce
unfavorable fatigue strength compared with the processes that induce
compressive residual stresses.
 Hydrogen pickup and intergranular attack are a problem with some materials.
 The straightness of the walls is subject to fillet and undercutting limitations.
 Scribing accuracy is limited and complex designs become expensive.


 Steep tapers are not practical.

Gia cơng phay hóa (CHM) cũng có những hạn chế và bất lợi sau:

 Chỉ có các vết cắt với độ nơng là hiệu quả: khoảng từ 12.27mm đối với tấm

mỏng và dày, 3.83mm trên phôi dạng hộp, ống và 6.39 trên phôi dập.

 Việc xử lý và tiêu hủy hóa chất có thể gây rắc rối.
 Vẽ đánh dấu bằng tay hoặc khuôn, tháo khn có thể tốn nhiều thời gian,
q trình lặp đi lặp lại khiến gặp trở ngại.

 Các bề mặt phải đồng nhất trong luyện kim để đạt kết quả tốt nhất
 Khó tạo vết cắt sâu và hẹp
 Bán kính bo tròn được cố định theo chiều sâu của vết cắt
 Các vật đúc xốp mang lại bề mặt khắc khơng đồng đều
 Các khu vực được hàn có tỷ lệ khắc khác với những chỗ nguyên bản
 Loại bỏ vật liệu khỏi một mặt của vật liệu ứng suất dư có thể dẫn đến sự
biến dạng đáng kể.

 Khơng có ứng suất dư trên bề mặt được gia cơng hóa học có thể tạo ra độ bền
mỏi bất lợi so với các quá trình tạo ra ứng suất dư nén.

 Hấp thụ hydro và phản ứng mạnh giữa các phân tử là một vấn đề lớn với 1 số
vật liệu

 Độ thẳng của chi tiết phải chịu các giới hạn về đường cắt và đường bo
 Độ chính xác của nét vẽ cho trước bị hạn chế và các thiết kế phức tạp thì việc
gia cơng trở nên đắt đỏ

 Gia cơng vịi cơn khơng khả thi.
4. Applications (Ứng dụng)
All the common metals including aluminum, copper, zinc, steel, lead, and nickel
can be chemically machined. Many exotic metals such as titanium, molybdenum, and
zirconium, as well as nonmetallic materials including glass, ceramics, and some
plastics, can also be used with the process. CHM applications range from large



aluminum airplane wing parts to minute integrated circuit chips. CHM is used to thin
out walls, webs, and ribs of parts that have been produced by forging, casting, or sheet
metal forming, as shown in Fig. 3.8. Further process applications related to improving
surface characteristics include the following:
1. Elimination of alpha case from titanium forgings and superplasticformed parts
2. Elimination of the decarburized layer from low alloy steel forgings
3. Elimination of the recast layer from parts machined by EDM
4. Removal of sharp burrs from conventionally machined parts of complex shapes
5. Removal of a thin surface from forgings and castings prior to penetration
inspection below the surface (required for the detection of hidden
defects)
Tất cả các kim loại thơng thường bao gồm nhơm, đồng, kẽm, thép, chì và niken có
thể được gia cơng hóa học. Nhiều kim loại đặc biệt như titan, molypden và zirconium,
cũng như các vật liệu phi kim bao gồm thủy tinh, gốm sứ và một số chất dẻo, cũng có
thể được sử dụng trong q trình này. Các ứng dụng của gia cơng phay hóa (CHM)
bao gồm từ các bộ phận cánh máy bay đến các loại chíp bán dẫn. Phay hóa (CHM)
được sử dụng để làm mỏng các vị trí ở thành, mạng, sườn của các bộ phận đã được
sản xuất bằng cách rèn, đúc hoặc tạo hình kim loại tấm như được hiển thị trong Hình
2.7.
Các ứng dụng quy trình khác liên quan đến việc cải thiện đặc tính bề mặt bao gồm:
1. Loại bỏ trường hợp alpha khỏi quá trình rèn titan và các bộ phận siêu dẻo
2. Loại bỏ lớp khử cặn từ hợp kim thép thấp.
3. Loại bỏ lớp đúc lại từ các bộ phận được gia công bằng phương pháp EDM
4. Loại bỏ các gờ sắc từ các bộ phận được gia công theo phương pháp
thông thường có hình dạng phức tạp
5. Loại bỏ một bề mặt mỏng khỏi quá trình rèn và đúc trước khi kiểm tra
thâm nhập sâu vào bên dưới bề mặt (cần thiết để phát hiện ra khuyết tật
ẩn)

Các bộ phận rèn


Hình thành biên dạng

Khu vực quan trọng

Hồn thành gia cơng
bởi phay hóa

Bề mặt gia cơng

Figure 2. 7: Thinning of parts by CHM
Hình 2. 7: Làm mỏng các bộ phận bằng phay hóa (CHM)

Trả lời câu hỏi đánh giá cá nhân: Mỗi nhóm có 27 triệu (3 người), 18 triệu (2
người), nếu bạn là Giám đốc thì bạn sẽ chia mứt lương cho mỗi thành viên của Cơng ty
mình như thế nào?
Là một người giữ chức vụ giám đốc, tôi gần như là người mang trách nhiệm lớn
nhất công ty của mình. Cho nên lương của tơi sẽ là cao nhất và cao hơn hẳn 2 nhân
viên còn lại, nhưng trong tình hình dịch covid hiện nay đã làm cho cơng ty của tơi kinh
doanh q khó khăn, có những nhân viên mẫn cán và trung thành như anh Minh và
Nghĩa đã ở lại và đồng hành cùng tôi trong suốt mùa dịch để duy trì cơng ty. Nên tơi sẽ
bớt phần thu nhập của mình lại và chia đều cho cả 2. Mỗi người chúng tôi sẽ cùng
được hưởng 9 triệu đồng tiền lương! Tôi nghĩ như thế là xứng đáng với những đóng
góp của họ.