Gia Công Xung Điện - Edm.pdf

Gia c«ng xung ®iÖn ( EDM electrical discharge machining ) Gia c«ng xung ®iÖn (EDM) lµ mét ph−¬ng ph¸p lÊy kim lo¹i b»ng xung ®iÖn Mét ®iÖn cùc cã h×nh d¹ng nhÊt ®Þnh (th−êng lµ ®ång hoÆc graphit) ®−îc[.]

Gia công xung điện

( EDM- electrical discharge machining )

Gia công xung điện (EDM) là một phương pháp lấy kim loại bằng xung điện Một điện cực có hình dạng nhất định (thường

là đồng hoặc graphit) được dùng để tạo ra một hốc có hình dạng ngược với điện cực Không có tiếp xúc trực tiếp giữa

điện cực và phôi Xung điện đi qua dung dịch điện môi (thường là dầu nhẹ),khoảng cách giữa điện cực và phôi được

điều khiển Cả điện cực và phôi phải có tính chất dẫn điện.

Mặc dù một vài máy EDM có khả năng dịch chuyển theo vàitrục, máy EDM đơn giản nhất có một trục thẳng đứng dưới sự điềukhiển duy nhất của một động cơ servo (H1) Dấu âm chỉ ra rằng

điện cực được nối âm Giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết gia công phảitồn tại một khe hở gọi là khe hở điện cực δ ( δ ≈ 0.025 ữ 0.05mm ).Nếu bàn được phép dịch chuyển không có kiểm soát, sẽ có tiếp xúctrực tiếp giữa điện cực và phôi, điều này sẽ gây ra ngắn mạch Hiệntượng này được ngăn chặn bằng một cơ cấu servo ở đó điện thế

được đo và so sánh với thông tin tham chiếu Nếu dữ liệu lớn hơngiá trị tham chiếu, bàn tiến lên, nếu nó nhỏ hơn, bàn lùi lại Dịchchuyển có thể thực hiện bằng một xi lanh thuỷ lực hay một động cơservo dẫn động trực tiếp Khi phôi được gia công bằng mài mònxung, khoảng cách giữa điện cực và phôi tăng lên Điện thế tăng lên

và bàn tiến lên đến khi điện thế phù hợp với giá trị tham chiếu Do

đó cơ cấu servo duy trì một khe hở không đổi Sự sói mòn tiếp tục

đến khi đạt được chiều sâu đã đặt ra Tại thời điểm này điện cực

được rút ra khỏi phôi

Hinh1 Sơ đồ của máy gia công xung điện

Cơ chế tách bỏ vật liệu

Năng lượng dòng điện một chiều được đặt vào một mạch xung

ở đó có thể tạo ra xung vuông gần đúng, với tần sồ F ( F ≈ 200.000 ữ500.000 Hz ), điện thế cực V ≈ 30 ữ250V Một cách lý tưởng mỗi xungtạo ra một hồ quang (tia lửa điện ) Mỗi hồ quang xuất hiện nơi mà

điện trở nhỏ nhất, thường là gần chỗ phóng hồ quang trước đó, tạo ranhiệt cục bộ rất lớn trên bề mặt của phôi (10.000 ữ20.000oC), làm kimloại nóng chảy và bốc hơi Hiện tượng trên diễn ra liên tục và chạy khắp bề mặt điện cực, cuối cùng khe hở trở nên đều đặn (hình 5 ) Do

đó tuỳ theo hình thù của Katôt mà anôt được chép lại hình dạng giốngnhư thế

Thông thường cực âm bị mòn ít hơn cực dương do:

- Động lượng gây ra của các e lớn hơn nhiều so với các ion

- Do nhiệt phân của dung môi mà tạo ra màng mỏng các bon bámvào âm cực (các bon có trong chất lỏng )

Do đó cực âm thường được nối với dụng cụ

Sóng vuông biểu diễn quan hệ dòng điện theo thời gian, là mộtthông số kỹ thuật thông thường của nguồn điện của EDM Các biến làthời gian nối mạch, thời gian ngắt mạch và dòng điện đỉnh (H2)

Hình2 Những thông số của một xung EDM, Thời gian ngắt mạch và cường độ dòng điện đỉnh xác định năng lượng của tia lửa.

H×nh3 Profin cña mét xung EDM a – thêi gian ion ho¸; b- thêi gian xung; c – thêi gian khö ion; d – thêi gian nghØ Hçu hÕt qu¸ tr×nh mßn ®iÖn cùc x¶y ra trong suèt thêi gian ion ho¸

Hình 2 có tính chất tham khảo, quá trình phức tạp hơn nhiều Khi điện cực tiếp cận phôi, dung dịch điện môi bắt đầu iôn hoá ở

điểm tiếp cận gần nhất Điện thế rơi xuống mức thấp nhất (khoảng

35 V) khi dòng điện bắt đầu chạy qua Đây là sự phóng điện Nóxẩy ra ở khoảng cách phóng điện từ 0,01 đến 0,4 mm Với mỗi lầnphóng điện vật liệu bị tách ra khỏi phôi do bay hơi và chảy, các lỗxuất hiện trên phôi và điện cực Hình 3 cho một bức tranh rõ hơn,

nó biểu diễn điện áp và dòng điện nh− là hàm của thời gian Thờigian nối mạch ( on – time) có thể đ−ợc chia thành thời gian iôn hoá, thời gian phóng điện và thời gian khử iôn Sự ngắt quãng của dòng

điện ( off – time) cho phép các hạt vật liệu bị tách ra từ các hố tạo

ra do xung bị đẩy đi do dòng chảy của chất điện môi Dung dịch ion hoá đ−ợc bỏ đi và thay bằng dung dịch mới Thời gian off – time phải lớn hơn thời gian khử iôn để ngăn sự phóng điện liên tục tại một điểm Hiện t−ợng này đ−ợc biết là hồ quang điện một chiều

Hinh 5 : Profin bề mặt Hinh : Sơ đồ nguyên lý EDM

Nguồn điện cho EDM được cải

tiến từ mạch điện trở – tụ điện (RC

Hình 6) Gần đây, có xu hướng chuyển

sang thiết bị tranzitor oxit kim loại tác

động trường Chúng hữu ích đối với các

nguồn điện EDM vì khả năng chuyển

mạch nhanh ở công suất cao Một

nguồn điện hiện đại cho phép đặt độc

lập thời gian on – time và off – time

Phạm vi thông thường là 2 đến 1000

của một xung điện tỷ lệ với thể tích của

khối đồ thị vuông trên 3 trục vuông góc

thời gian, dòng điện và điện áp Chỉ có

thời gian nối mạch ( on – time) tức là

thời gian sau khi iôn hoá là ảnh hưởng

đến việc tách bỏ vật liệu (H4) Như vậy

đường kính của hố (tạo ra do một

xung) tỷ lệ với dòng điện tác động và

Hình 4 : Sơ đồ 3 kích thước của tia lửa xung EDM Năng lượng của tia lửa có hiệu lực để bóc vật liệu tỷ lệ với thời gian đóng mạch hiệu quả, cường độ dòng điện và

điện áp đánh lửa.

Hình 6 Sơ đồ nguyên lý mạch phục hồi

Hình 9.8 :ảnh hưởng của năng lượng xung đến tốc độ

bóc tách vật liệu và độ nhám bề mặt

Thực nghiệm cho thấy tốc độ tách bỏ vật liệu thay đổi từ gần như 0 ởchế độ gia công tinh cho đến 410 mm3/ph với dòng điện 25 A Mộtnguồn 400A có thể gia công tới 4350 mm3/ph Cần phải chú ý rằnggiá trị tăng không tuyến tính Xung tạo ra từ một nguồn điện tiêuchuẩn chỉ tạo ra một tia lửa điện

Năng suất tách bỏ vật liệu có thể xác định qua công thức

ở đây : i là cường độ dòng điện ( A )

Tω là điểm sôi của vật liệu chi tiết gia công ( 0C)

23 1 4

).

10 4

( x i Tϖ ư

Hình 9 : Những thông số ảnh hưởng đến quá trình EDM

Bề mặt gia công bằng EDM

tương tự một bề mặt bị bắn phá với tất cả các hố có cùng kích thước(H7) Không có kiểu hay hướng sắp xếp bề mặt như các phươngpháp gia công thông thường khác Vì kích thước các hố phụ thuộcvào năng lượng tia lửa điện và nó thay đổi nhiều Bề mặt gia côngbằng EDM có nhấp nhô Ra từ 0,2 đến 12,5 μm

Hình 7 : Một bề mặt điển hình sau khi gia công xung điện Các tham số

Các ảnh hưởng về tổ chức kim loại và hoá học

Vì hiện tượng tôi rất nhanh do chất điện môi và tác động tảnnhiệt của phôi, lớp bề mặt bị tác động trong quá trình EDM khámỏng – nhỏ hơn 0,13 mm khi gia công thô và 0,01 mm khi gia côngtinh Vì các tiêu chí để đánh giá độ dày của lớp này (thay đổi độcứng, ứng suất dư, các tác động về tổ chức kim loại ), phương phápcần phải chỉ ra cụ thể Lớp này có thể chia thành một lớp gọi là lớp

bị tái đúc và một lớp bị ảnh hưởng nhiệt Lớp bị tái đúc được đặctrưng bởi cấu trúc bị tôi nhanh, trong khi lớp bị ảnh hưởng về nhiệt

có cấu trúc ủ hay bị ram Các tác động này phụ thuộc nhiều vàohợp kim được gia công Vì một phần lớn EDM dùng gia công thépcác bon cao để làm khuôn dập và đúc Lớp tái đúc trên thép dụng

cụ cứng hơn vật liệu nguyên khối vì sự hình thành mactenxit, trongkhi vùng bị ảnh hưởng nhiệt mềm hơn vì mactenxit bị ram

Những lượng nhỏ vật liệu điện cực cũng như cácbon từ chất điệnmôi có thể lắng động trên bề mặt EDM Trong trường hợp gia côngthép, lượng cácbon dư trên bề mặt có thể tạo thêm mactenxit vàlàm tăng nguy cơ nứt

H×nh 9.11 : Vïng ¶nh h−ëng nhiÖt cña ph−¬ng ph¸p EDM

Điện cực vμ các phương pháp gia công điện cực

Chi phí điện cực thường là phần đắt nhất trong gia công xung

điện Chi phí vật liệu chế tạo, mòn và sửa điện cực phải được đánh giácẩn thận để xác định vật liệu điện cực và chế độ máy EDM tốt nhất

Điện cực lý tưởng là loại có tính dẫn điện cao, dễ chế tạo và có nhiệt

độ nóng chảy cao, nó phải đủ bền để chịu được các phương pháp giacông thông thường để không bị biến dạng.Các cực dùng cho các kếthợp khác nhau của cặp điện cực – phôi được trình bày trong bảng 1

Bảng 1 : Cực của điện cực đối với những cặp điện cực – phôi khác nhau.

Vật liệu phôi Vật liệu

điện cực Thép CácbitVonfram Đồng Nhôm Hợp kim nền nikel

-

- +, - +, - +

- +

+, - + +

-

-

được giới hạn nếu sử dụng phương pháp dội hút

Kích thước cắt quá phụ thuộc vào điều kiện gia công (hình9.12) Biểu đồ này được xem xét để thiết kế dụng cụ

Hình 9.11 : Biểu đồ cắt quá

dùng để quyết định khi nào

một điện cực phải bị sửa

Hình 6 Những giá trị đánh giá mòn của

điện cực EDM

Mòn mặt đầu = d/ Le Mòn mặt bên = d/ Ls Mòn góc = d/ Lc

Thể tích phôi bị bóc đi Mòn thể tích =

Thể tích điện cực bị mòn

Tải bản FULL (43 trang): https://bit.ly/3aOQgDv

Dự phũng: fb.com/TaiHo123doc.net

Vật liệu Trong phần tiếp theo về vật liệu điện cực, các so sánhchi phí được thực hiện bằng cách đặt chi phí của đồng bằng 1 Cácchi phí vật liệu thường nhỏ hơn chi phí chế tạo và thời gian máy EDM

Do đó vật liệu có chi phí nhỏ nhất không nhất thiết cho giá trị giacông tổng nhỏ nhất

Graphite là vật liệu điện cực hay dùng nhất vì tính gia công và các

đặc tính mòn EDM tốt Dễ khoan các lỗ nhỏ bằng nhau Nó dễ chế tạo ở các kích thước và dạng rất khác nhau Cỡ hạt graphite EDM thương phẩm hiện có từ 0,001 đến 0,1 mm, độ bền uốn so với đồng bằng1/5, độ cứng bằng 1/2 Giá thành tăng khi cỡ hạt giảm, độ bền uốn tăng thì độ cứng cũng tăng, hệ số chi phí so với đồng là 1,3 đến 24 Nhược điểm của graphite là nó bẩn và cần có hệ thống hút chân không ở tất cả các ứng dụng nhưng đây là việc dễ thực hiện.

Đồng có tính mòn EDM tốt, độ dẫn điện tốt và kinh tế Nó gia công không dễ như graphite hay đồng thau Tuy vậy nó được dùng nhiều như graphit, đặc biệt tốt khi gia công các bit vonfram Đồng thích hợp cho gia công tinh Ra 0,5 μm Chi phí của đồng được dùng làm chuẩn và được chọn bằng 1 Lựa chọn khác là hợp kim Cu-0,5 Te Nó chỉ đắt hơn đồng một chút (hệ số chi phí 1,2) và nó dễ gia công gần bằng đồng thau.

Tải bản FULL (43 trang): https://bit.ly/3aOQgDv

Dự phũng: fb.com/TaiHo123doc.net

Đồng – vonfram vμ bạc vonfram là các vật liệu đắt với hệ số chi phí tương ứng là 18 và 100, ứng dụng chủ yếu của chúng là gia công các khe sâu ở điều kiện tải mạt gia công kém Thực tế chúng không phải là các hợp kim Vonfram là bột được nén và thiêu kết được trộn với đồng hay bạc Tính gia công trung bình, nhưng vì nó giòn nên không rèn được sau khi thiêu kết.

Đồng – graphit là một graphit được trộn với đồng Nó đắt hơn 1,5 đến 2 lần graphit nguyên chất, do đó bằng 5 đến 20 lần đồng Độ bền uốn của

nó cao hơn graphit cùng cỡ hạt, do đó nó tốt cho chế tạo điện cực có tiết diện mỏng Tính dẫn điện được cải thiện đáng kể nhưng tính chịu mòn cạnh không tốt như graphit nguyên chất cùng cỡ hạt Nó làm việc tốt khi gia công cácbit vonfram.

Đồng thau không đắt và dễ gia công nhưng chịu mòn kém Nó thường dùng làm điện cực ống trong các máy khoan EDM các lỗ đặc biệt nhỏ, nơi

mà độ mòn điện cực cao có thể chấp nhận được.

Thép không phải là một vật liệu điện cực tốt trong ứng dụng thông thường Nó dùng chủ yếu để phù hợp với các mặt phẳng phân khuôn trong các khuôn của một nửa khuôn là điện cực và một nửa khuôn là phôi.

Vonfram được dùng trong gia công các lỗ nhỏ (<0,2 mm) cho những điện cực không có các lỗ ngang.

3430276