Gia công bằng tia lửa điện pptx

+ Gia công tia lửa điện bằng cắt dây: Điện cực là một sợi dây kim loại mảnh được quấn liên tục và chạy dọc theo một contour xác định... Gia công bằng tia lửa điện, EDM Electrical Discha

Gia công bằng tia lửa

điện

Nguyễn Đình Cường_hua_ckdl51

Cách đây gần 200 năm, nhà nghiên cứu người Anh Toseph Priestley (1733 - 1809) trong thí nghiệm của mình đã phát hiện thấy có một hiệu quả

ăn mòn vật liệu gây ra bởi sự phóng điện

Trong nửa đầu thế kỷ 20, nhu cầu về các vật liệu lâu mòn tăng lên không ngừng ở các nước công nghiệp phát triển Nhưng vấn đề là gia công những vật liệu đó bằng công nghệ thông thường thì rất khó khăn, nhiều khi không thực hiện được

Phương pháp gia công tia lửa điện (Electric Discharge Machining – EDM) được phát triển vào năm 1943 ở Liên Xô bởi hai vợ chồng người Nga tại trường Đại học Moscow là Giáo sư - Tiến sĩ Boris Lazarenko và Tiến sĩ Natalya Lazarenko

Nguyên tắc của phương pháp này là bắn phá chi tiết để tách vật liệu bằng nguồn năng lượng nhiệt rất lớn được sinh ra khi cho hai điện cực tiến gần nhau Trong hai điện cực này, một đóng vai trò là dao và một đóng vai trò là phôi trong quá trình gia công

Cho đến nay quá trình EDM đã được phát triển khá rộng rãi ở các nước phát triển Nhiều loại máy hoạt động trong lĩnh vực EDM đã được sản xuất với nhiều kiểu khác nhau để phục vụ những mục đích khác nhau

Nó đưa quy về 2 dạng sau:

+ Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình: Gọi

tắt là phương pháp “xung định hình” Điện cực là một hình không gian bất kì, nó sẽ in hình của mình lên phôi tạo ra lòng khuôn thường dùng để tạo hình những chi tiết đục lỗ nhưng không thông.

+ Gia công tia lửa điện bằng cắt dây: Điện cực là

một sợi dây kim loại mảnh được quấn liên tục và chạy dọc theo một contour xác định.

Trong quá trình gia công, dụng cụ và chi tiết là hai điện cực, trong đó dụng cụ là catốt, chi tiết là anốt của một nguồn điện một chiều có tần số 50 – 500kHz, điện áp 50 – 300V và cường độ dòng điện 0,1 – 500A Hai điện cực này được đặt trong dung dịch cách điện được gọi là chất điện môi

Khi cho hai điện cực tiến lại gần nhau thì giữa chúng có điện trường Khi điện áp tăng lên thì từ bề mặt cực âm có các điện tử phóng ra, tiếp tục tăng điện

áp thì chất điện môi giữa hai điện cực bị ion hóa làm cho chúng trở nên dẫn điện, làm xuất hiện tia lửa điện giữa hai điện cực

Nhiệt độ ở vùng có tia lửa điện lên rất cao, có thể đạt đến 12.0000C, làm nóng chảy, đốt cháy phần kim loại trên cực dương Trong quá trình phóng điện, xuất hiện sự ion hóa cực mạnh và tạo nên áp lực va đập rất lớn, đẩy phoi ra khỏi vùng gia công

Toàn bộ quá trình trên xảy ra trong thời gian rất ngắn từ 10-4 đến 10-7s Sau đó mạch trở lại trạng thái ban đầu và khi điện áp của tụ được nâng lên đến mức

đủ để phóng điện thì quá trình trên lại diễn ra ở điểm

có khoảng cách gần nhất

Phoi của quá trình gia công là những giọt kim loại bị tách khỏi các điện cực và đông đặc lại thành những hạt nhỏ hình cầu và bị đẩy ra khỏi vùng gia công bằng luồng dung môi có áp suất cao

Khi các hạt này bị đẩy ra khỏi vùng gia công, khe hở giữa hai điện cực lớn ra và sự phóng điện không còn nữa

Để tiếp tục gia công cần di chuyển hai điện cực lại gần nhau và quá trình lặp lại liên tục

Gia công bằng tia lửa điện, EDM (Electrical Discharge Machining), là một quá trình tách kim loại bằng một tia lửa điện trong thời gian rất ngắn với cường độ dòng đđiện lớn giữa dụng cụ cắt và chi tiết.

Quá trình EDM có thể

so sánh với một phần thu nhỏ của một tia sét va vào một bề mặt tạo nên vùng tập trung nhiệt lớn làm nóng chảy bề mặt gia công.

Gia công EDM có thể được phân loại như sau:

- Gia công xung định hình EDM (Die Sinking EDM hay Ram-EDM)

- Gia công vi EDM (Micro EDM)

- Gia công EDM bằng dây cắt (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM)

- Khoan EDM (EDM drilling)

- Máy lấy mũi tarô bị gãy (Broken Tap Remover)

Thiết bị gia công tia lửa điện

Gia công xung định hình EDM Gia công EDM bằng dây cắt

Thiết bị gia công tia lửa điện

NGUYEÂN LÍ GIA COÂNG

Thiết bị gia công tia lửa điện

NGUYEÂN LÍ GIA COÂNG

Máy lấy mũi ta rô gãy Máy khoan EDM

Chi tiết gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn điện cực thì gắn với đầu máy Một động cơ servo DC hoặc xylanh thủy lực để điều khiển điện cực theo phương thẳng đứng và duy trì một vị trí thích hợp của điện cực so với chi tiết gia công

Vị trí này được điều chỉnh một cách tự động với sự chính xác cực kỳ nhờ hệ thống servo và nguồn cung cấp Trong quá trình vận hành máy thông thường điện cực không bao giờ chạm bề mặt chi tiết, giữa chúng có một khe hở phóng điện nhỏ

Cả chi tiết và điện cực đều ngâm chìm trong dung dịch điện môi Dung dịch này đóng vai trò như chất cách điện để điều khiển sự phóng tia lửa điện Trong gia công EDM chất điện môi cũng thực hiện chức năng của môi trường làm nguội và làm giảm nhiệt độ cực kỳ cao trong khe hở phóng điện

Quan trọng hơn, dung dịch điện môi được bơm vào theo khe hở hình cung để đẩy đi những hạt bị xói mòn giữa chi tiết và điện cực Sự sục rửa thích hợp làm cho quá trình bóc vật liệu đạt hiệu quả cao

NGUYEÂN LÍ GIA COÂNG XUNG ÑÒNH HÌNH

NGUYÊN LÍ GIA CÔNG CẮT DÂY

D ng c (dây) ụ ụ Chi tiết

Hướnd di chuyển

Dẫn hướng dưới

Dẫn hướng trên

Dung môi Biên dạng

gia công

Cắt dây tia lửa điện là một hình thức đặc biệt của gia công tia lửa điện Điểm khác nhau cơ bản giữa cắt dây tia lửa điện và xung điện (gia công bằng điện cực thỏi) là thay vì sử dụng những điện cực thỏi có hình dạng phức tạp thì trong WEDM điện cực là một sợi dây có đường kính từ 0,1 – 0,3mm

Dây này được cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng cho trước, cắt được bề mặt 2D và 3D phức tạp

NGUYEÂN LÍ GIA COÂNG CAÉT DAÂY

Dây cắt được dẫn hướng thông qua hai cơ

cấu dẫn hướng bằng kim

cương Tùy vào đường

kính của dây mà đường

kính trong của lỗ cơ cấu

dẫn hướng có giá trị phù

hợp Thường nhà cung cấp

kèm theo máy chính một

số bộ cơ cấu dẫn hướng

thích hợp cho vài loại cỡ

đường kính dây cắt

A

NGUYEÂN LÍ GIA COÂNG CAÉT DAÂY

- Gia cơng bằng điện cực thỏi người ta sử dụng dầu làm chất điện mơi thì trong WEDM lại dùng nước khử khống

- Khi gia cơng bằng điện cực thỏi, sự phĩng điện xảy ra giữa mặt đầu điện cực với chi tiết gia cơng cịn khi gia cơng bằng dây cắt thì sự phĩng điện xảy ra giữa mặt bên dây cắt với chi tiết gia cơng

- Vùng phĩng điện khi gia cơng bằng điện cực thỏi bao gồm mặt đầu và gĩc của điện cực Cịn vùng phĩng điện khi gia cơng bằng dây cắt chỉ bao gồm mặt 180 o của dây cực khi nĩ tiến đến cắt chi tiết gia cơng

Giữa gia cơng bằng điện cực thỏi và gia cơng bằng dây cắt cĩ một số khác biệt như sau:

SO SÁNH GIA CÔNG XUNG ĐỊNH HÌNH

VÀ CẮT DÂY

NGUYEÂN LÍ GIA COÂNG

NGUYEÂN LÍ GIA COÂNG

KHả NĂNG CÔNG NGHệ

Bề mặt chi tiết được gia công EDM có thể đạt

Ra = 0,63µm khi gia công thô và Ra = 0,16µm khi gia công tinh Thông thường độ chính xác gia công vào khoảng 0,01mm Ở các máy khoan tọa độ EDM

độ chính xác gia công đạt đến 0,0025mm

Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các phương pháp gia công không truyền thống không làm được như thép tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng Nó cũng gia công được các chi tiết hệ lỗ có hình dáng phức tạp

NGUYEÂN LÍ GIA COÂNG

KHả NĂNG CÔNG NGHệ

Bề mặt chi tiết được gia công EDM có thể đạt

Ra = 0,63µm khi gia công thô và Ra = 0,16µm khi gia công tinh Thông thường độ chính xác gia công vào khoảng 0,01mm Ở các máy khoan tọa độ EDM

độ chính xác gia công đạt đến 0,0025mm

Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các phương pháp gia công không truyền thống không làm được như thép tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng Nó cũng gia công được các chi tiết hệ lỗ có hình dáng phức tạp

- Gia công được các loại vật liệu có độ cứng tùy ý

- Điện cực có thể sao chép hình dạng bất kì, chế tạo

và phục hồi các khuôn dập bằng thép đã tôi

- Chế tạo các lưới sàn, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng những điện cực rất mảnh

- Gia công các lỗ có đường kính rất nhỏ, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lớn

- Do không có lực cơ học nên có thể gia công hầu hết các loại vật liệu dễ vỡ, mềm… mà không sợ bị biến dạng

- Do có dầu trong vùng gia công nên bề mặt gia công được tôi trong dầu

Bởi vì EDM ăn mòn kim loại bằng việc phóng tia lửa điện thay cho các dụng cụ cắt gọt tạo phoi nên

độ cứng vật liệu không trở thành nhân tố quyết định xem vật liệu đó có thể gia công bằng EDM hay không Các điện cực kim loại hoặc than chì mềm có thể gia công các loại thép dụng cụ đã tôi hoặc tungsten carbide (cacbít vonfram) Đây là một trong những lợi ích hấp dẫn của việc sử dụng phương pháp EDM Có thể nhiệt luyện chi tiết trước rồi sau đó có thể gia công bằng EDM Điều này loại bỏ rủi ro của những hư hại và biến dạng có thể biến những chi tiết đắt tiền thành phế liệu trong khi xử lý nhiệt

Ưu nhược điểm

Ưu điểm

Nhược điểm

- Phôi và dụng cụ (điện cực) đều phải dẫn điện

- Vì tốc độ cắt gọt thấp nên phôi trước gia công EDM thường phải gia công thô trước

- Do vùng nhiệt độ tại vùng làm việc cao nên gây biến dạng nhiệt

Ưu nhược điểm

Cĩ thể sử dụng phương pháp này trong một số trường hợp sau:

- Biến cứng bề mặt chi tiết làm tăng khả năng mài mịn

- Chế tạo và phục hồi các khuơn dập đã tơi và khuơn bằng hợp kim cứng

- Các lưới sàng, rây bằng cách gia cơng đồng thời các lỗ bằng điện cực rất mảnh

- Mài phẳng, mài trịn, mài sắc hoặc làm rộng lỗ

PHẠM VI ỨNG DỤNG

- Gia cơng các lỗ cĩ đường kính nhỏ Ø 0,15mm của các vịi phun cao áp cĩ năng suất cao (từ 15 đến 30s/chiếc), gia cơng lỗ sâu từ 60mm cho sai số 5µm Các lỗ Ø 0,05mm – 1mm với chiều sâu lớn như các lỗ làm mát trong cánh tuabin làm bằng hợp kim siêu cứng, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lên đến 67

- Lấy các dụng cụ bị gãy và kẹp trong chi tiết (bulơng, tarơ…)

- Gia cơng khuơn mẫu và các chi tiết cần độ chính xác cao bằng vật liệu hợp kim cứng…

PHẠM VI ỨNG DỤNG

-Gia công kim loại có độ cứng không giới hạn (vì dựa vào tính chất vật lý).

-Có thể thay thế cho các phương pháp cắt gọt truyền thống trong những trường hợp mà phương pháp này không kinh tế hoặc không đạt độ chính xác mong muốn.

-Trong một số trường hợp, nó có thể giúp loại bỏ những qui trình trung gian nào đó như : nhiệt luyện, nắn thẳng, sửa bavia, lắp chi tiết, dao

Sản xuất dụng cụ Gia công chi tiết

khó gia công Phạm vi khác

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

Độ chính xác phụ thuộc vào những yếu tố sau :

- Độ chính xác của máy

- Dụng cụ

- Khe hở phóng điện

- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào năng lượng một lần phóng điện

Trong gia cơng xung định hình, điện cực dụng

cụ đĩng vai trị cực kì quan trọng vì độ chính xác gia cơng một phần phụ thuộc vào độ chính xác của điện cực Việc lựa chọn hợp lý vật liệu điện cực là một yếu

tố quan trọng

Điều này khơng những ảnh hưởng đến độ chính xác gia cơng, mà cịn ảnh hưởng đến tính kinh tế thơng qua năng suất và độ hao mịn điện cực trung bình Giá của điện cực cĩ thể chiếm 80% chi phí gia cơng

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG Dụng cụ

Các loại vật liệu cĩ thể dùng làm điện cực cho gia cơng xung định hình thường là đồng đỏ, đồng – volfram, bạc-volfram, đồng thau, volfram, nhơm, mơlipđen, hợp kim cứng, thép…

Trong đĩ đồng đỏ và đồng-volfram là thường dùng nhất Các loại vật liệu volfram, nhơm, mơlipđen, hợp kim cứng, thép… chỉ được

sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt

Dụng cụ

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

Trên máy cắt dây người ta thường sử dụng dây cắt làm bằng đồng đỏ, đồng thau, mơlipđen, volfram, bạc hay kẽm cĩ đường kính dây cắt thường từ 0,1 – 0,3mm

Các dây cắt cĩ thể được phủ một lớp kẽm, oxyt kẽm hoặc graphit… để nâng cao độ bền của dây cũng như cải thiện khả năng sục chất điện mơi vào khu vực cắt

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG Dụng cụ

Nhám bề mặt khi gia cơng bằng tia lửa điện

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

Trong quá trình gia cơng, do phĩng điện mà một lượng vật liệu trên bề mặt chi tiết gia cơng bị bĩc đi, để lại trên bề mặt những vết nhỏ li ti chồng mép lên nhau Kích thước của các vết này phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng sinh ra trong một lần phĩng Theo lý thuyết thì độ nhám bề mặt được hình thành như trên hình

Độ nhám trước hết phụ thuộc vào năng lượng của một lần phĩng điện Một phần diện tích của tụ tạo nên vết lõm nên thể tích của vết lõm tỉ lệ với năng lượng phĩng ra của tụ

Nhám bề mặt khi gia cơng bằng tia lửa điện ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

Ngồi ra độ nhám cịn phụ thuộc vào cường độ dịng điện

và tần số dịng điện

Nhám bề mặt khi gia cơng bằng tia lửa điện ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

Ngồi những yếu tố trên cịn cĩ những yếu tố khác cũng cĩ ảnh hưởng đến độ nhám như: vật liệu điện cực, chất lượng của dung dịch điện mơi, …