Hướng dẫn Lập trình và vận hành cho máy cắt dây CNC

Mục lục Mục lục……………………………………. Trang 3 Danh mục các hình vẽ, đồ thị…………………… 5 Danh mục các bảng số liệu…………………… 7 Lời nói đầu…………………………………… 9 Chơng 1 tổng quan về gia công tia lửa điện cắt dây 11 1.1 Sự ra đời và phát triển của gia công tia lửa điện cắt dây… 11 1.2 Thực hiện quá trình cắt dây……………………… 12 1.3 Sự thoát phoi khi cắt dây………………………… 16 1.4 Các sai sót không thể tránh khi cắt dây……………….. 17 1.5 Sự phối hợp của máy cắt dây trong môi trờng CIM 18 1.6 Vai trò của phơng pháp điện cực dây trong các phơng pháp gia công đặc biệt…………………………………… 18 1.7 Các yếu tố đặc trng cho quá trình gia công kim loại bằng điện cực dây 19 1.7.1 Năng suất gia công điện cực dây.................... 19 1.7.2 Chất lợng bề mặt gia công………………… 22 1.7.3 Độ chính xác gia công……………………….. 25 1.7.4 Môi trờng điện môi……………………….. 31 1.7.5 Vật liệu và dây…………………………………... 35 1.8 Lập trình CNC gia công cắt dây………………… 36 1.8.1 Các loại chơng trình………………………. 36 1.8.2 Các trục điều khiển trục toạ độ………………… 37

häc viÖn kü thuËt qu©n sù

Mục lục

Danh mục các hình vẽ, đồ thị……… 5

Danh mục các bảng số liệu……… 7

Lời nói đầu……… 9

Chương 1 tổng quan về gia công tia lửa điện cắt dây 11 1.1 Sự ra đời và phát triển của gia công tia lửa điện cắt dây… 11 1.2 Thực hiện quá trình cắt dây……… 12

1.3 Sự thoát phoi khi cắt dây……… 16

1.4 Các sai sót không thể tránh khi cắt dây……… 17

1.5 Sự phối hợp của máy cắt dây trong môi trường CIM 18 1.6 Vai trò của phương pháp điện cực dây trong các phương pháp gia công đặc biệt………

18 1.7 Các yếu tố đặc trưng cho quá trình gia công kim loại bằng điện cực dây 19 1.7.1 Năng suất gia công điện cực dây 19

1.7.2 Chất lượng bề mặt gia công……… 22

1.7.3 Độ chính xác gia công……… 25

1.7.4 Môi trường điện môi……… 31

1.7.5 Vật liệu và dây……… 35

1.8 Lập trình CNC gia công cắt dây……… 36

1.8.1 Các loại chương trình……… 36

1.8.2 Các trục điều khiển trục toạ độ……… 37

1.8.3 Các chức năng G……… 38

1.8.4 Các chức năng bổ xung M……… 40

1.8.5 Nhóm các lệnh dịch chuyển mã G……… 41

1.8.6 Các lệnh dịch chuyển đường kính G41/G42…… 42

1.8.7 Các phép copy chuyển vị……… 43

1.8.8 Các lệnh định vị tự động……… 44

1.8.9 Chọn các hệ toạ độ……… 44

1.8.10 Lệnh viết chiều cao……… 44

1.8.11 Lệnh cắt côn……… 44

1.8.12 Chuyển động khi gia công cắt dây, góc côn…… 45

1.8.13 Gia công côn có góc lượn G60-G61……… 45

1.8.14 Gia công côn dùng véc tơ U-V……… 45

1.8.15 Gia công côn bốn trục (phương thức HF)… …… 46

1.8.16 Gia công côn bốn trục hoàn toàn độc lập…… 47

Chương 2 Lập trình vμ vận hμnh máy cắt dây hệ GS-X 49 2.1 Vận hành hệ điều hành GS-X……… 49

2.1.1 Giới thiệu chung……… 49

2.1.2 Tóm tắt chức năng của máy cắt dây……… 49

2.1.3 Lập định thao tác……… 50

2.1.4 Cài đặt máy tính……… 50

2.1.5 Hệ thống khởi động……… 50

2.1.6 Đồ hoạ PRO……… 51

2.1.7 Tóm tắt các lệnh của Hệ điều hành……… 52

2.1.8 Cắt côn……… 61

2.1.9 Nhập 3B……… 61

2.1.10 Trợ giúp……… 62

2.2 Lập trình tự động cho máy cắt dây hệ GS-X 62 2.2.1 Chỉ dẫn chung……… 62

2.2.2 Bắt đầu thao tác sơ lược……… 62

2.2.3 Hướng dẫn trong Menu……… 65

2.2.4 Vẽ hình……… 65

2.2.5 Hiệu chỉnh hình ảnh……… 71

2.2.6 Lập trình cho máy cắt dây……… 71

2.2.7 Hiệu chỉnh dữ liệu……… 72

Chương 3 Gia công một số chi tiết trên máy cắt dây CNC………

75 3.1 Gia công chi tiết A bằng vật liệu hợp kim nhôm 75 3.2 Gia công chi tiết B bằng vật liệu thép 45…… 75

3.3 Gia công chi tiết C bằng vật liệu đồng đỏ 99,9% 76 3.4 Kết quả thực hành gia công……… 80

Tài liệu tham khảo……… 87

Danh mục các hình vẽ

1.1 Máy cắt dây GoldSan……… Trang

12

1.2 Sơ đồ nguyên lí gia công tia lửa điện……… 13

1.3 Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện… 14 1.4 Sự cân bằng lực cắt dây khi gia công……… 17

1.5 Hệ toạ độ X_Y_U_V của máy cắt dây……… 37

1.6 Các lệnh dịch chuyển G40/G41/G42……… 42

1.7 Copy quay 1350 so với hình cơ bản……… 43

2.1 Màn hình hệ điều hành……… 50

2.2 Hiển thị màn hình ổ E……… 53

2.3 Màn hình lưu trữ File……… 53

2.4 Cài đặt hệ thống VAR……… 54

2.5 Màn hình cắt thử……… 55

2.6 Màn hình gia công……… 57

2.7 Màn hình giám sát gia công……… 60

2.8 Màn hình khởi động của AUTOP……… 63

2.9 Minh hoạ giao diện của AUTOP……… 63

2.10 Tạo tập tin bằng hình ảnh……… 73

Danh Mục các Bảng số liệu

1.1 Bảng khả năng gia công của một số phương pháp gia công truyền

thống………

Trang 19 1.2 Chế độ tần số và trị số M/Mét……… 21

1.3 Chế độ tần số và trị số M/Mét……… 22

1.4 ảnh hưởng của chế độ gia công danh nghĩa đến độ nhám… 23

1.5 Sự phụ thuộc vào năng lượng xung của vùng ảnh hưởng nhiệt 23 1.6 ảnh hưởng của chiều sâu lớp thay đổi cấu trúcbề mặt cho xung vuông………

23 1.7 Đặc tính chính của một số môi trường chất lỏng gia công… 31

1.8 Đặc tính chính của một số môi trường chất lỏng gia công trên thị trường………

34 1.9 Bảng danh mục mã G……… 38

1.10 Bảng danh mục mã M……… 40

1.11 Bảng lệnh chuyển vị toạ độ……… 42

1.12 Gia công côn bốn trục hoàn toàn tự động……… 46

Lời nói đầu

Trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, tất cả các nghành trong các lĩnh vực đều tập trung nỗ lực nghiên cứu và ứng dụng những thành tựu khoa học kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất và mọi mặt đời sống

Trên lĩnh vực cơ khí, việc ứng dụng CAD/ CAM/ CIM vào thiết kế và chế tạo nhằm nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm ngày càng phổ biến và đi

vào chiều sâu

Một số cơ sở sản xuất, nhà trường, viện nghiên cứu được trang bị máy cắt dây CNC nhưng tài liệu hướng dẫn rất sơ sài và thường không đi kèm việc lập trình Bởi vậy cuốn sách này cung cấp những thông tin cần thiết cho việc lập trình cũng như vận hành máy cắt dây CNC

Nội dung chủ yếu của nó gồm những vấn đề sau:

- Tổng quan về gia công tia lửa điện và bản chất phương pháp điện cực dây

- Hệ điều hành của máy cắt dây GS-X

- Giới thiệu vận hành máy cắt dây

- Một số chương trình mẫu với các loại vật liệu điển hình

Do xuất bản lần đầu chưa có nhiều kinh nghiệm, cuốn sách chắc chắn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong được bạn đọc đóng góp ý kiến để nội dung và hình thức cuốn sách được tốt hơn Mọi góp ý xin gửi về: Bộ môn Vũ khí –Khoa Vũ khí-Học viện KTQS 100 – Hoàng Quốc Việt- Hà Nội

Xin chân thành cảm ơn

Tác giả

Khi các tia lửa điện đ−ợc phóng ra, vật liệu phôi sẽ bị hớt đi nhờ một quá trình nhiệt điện thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại quá trình hớt kim loại nhờ điện – nhiệt thông qua sự phóng điện đó gọi là gia công tia lửa

điện (tiếng Anh là Electrical Disharge Machining gọi tắt là EDM) Chia gia công tia lửa điện ra hai loại: điện cực định hình (EDM Die sinking) và điện cực dây (EDM Wire Cutting)

Gia công tia lửa điện cắt dây chủ yếu đ−ợc dùng để chế tạo:

- Các lỗ định hình trong khuôn đột dập, khuôn đùn, khuôn kéo

- Điện cực dùng cho gia công xung định hình

- Độ nhám sau gia công tinh bằng điện cực dây có thể đạt Rz bằng 3 àm

Máy cắt dây do tập đoàn GoldSan - Đài Loan chế tạo với các thông số kĩ thuật chủ yếu sau:

- Điện áp nguồn: 90 – 120 vôn

- Dòng điện gia công: 0,7 – 4,7 A

- Tốc độ cắt tối đa: 600 mm/ph

Hình 1-1 Máy cắt dây kiểu GoldSan GS-X

1.2 Thực hiện quá trình cắt dây

• Bản chất vật lí của quá trình phóng tia lửa điện:

Không gian giữa hai điện cực được điền đầy chất điện môi, khi hai điện cực sát lại gần nhau đến một khoảng cách nhất định thì xảy ra sự phóng tia lửa

điện Dòng điện xuất hiện một cách tức thời, không để các điện cực chạm vào nhau gây ngắn mạch có hại cho quá trình gia công, nếu khe hở lớn quá thì không phóng được điện làm giảm năng suất gia công Đặc điểm của dòng điện ie của xung bao giờ cũng trễ hơn so với thời điểm bắt đầu có điện áp máy phát ui (độ trễ

đánh lửa) Giá trị ui và ie là các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện khi phóng tia lửa điện

Trong một chu kì phóng tia lửa điện có ba pha như sau:

- Pha 1: Đánh lửa

Máy phát tăng điện áp khởi động qua một khe hở (đóng điện áp máy phát

ui) Nhờ từ trường mà ở cực âm bắt đầu phát ra điện tử và nó bị hút về phía cực dương Do sự phát điện tử làm tăng cục bộ tính dẫn điện của chất điện môi tại vùng khe hở Các điện cực không hoàn toàn phẳng, nơi đâu có hai điểm gần nhau nhất điện trường sẽ mạnh nhất, chất điện môi bị ion hoá Tất cả các phần tử dẫn

điện đều hội tụ quanh điểm này trong khoảng không gian giữa hai điện cực và chúng tạo ra một cái cầu Một kênh phóng điện đột nhiên hình thành ngang qua cầu Sự phóng điện được bắt đầu

- Pha 2: Hình thành kênh phóng điện

Tại lúc phóng điện điện áp bắt đầu giảm, số lượng các phần tử dẫn điện tăng lên ồ ạt, một dòng điện chạy giữa hai điện cực Dòng điện này cung cấp mật

độ năng lượng khổng lồ tạo sự bốc hơi cục bộ Do áp suất trong các bong bóng

mà chất lỏng điện môi bị đẩy sang hai bên Nhờ độ nhớt mà chất điện môi hạn chế sự lớn lên của kênh phóng điện giữa các điện cực

- Pha 3: Nóng chảy và bốc hơi vật liệu

Trong lõi của bọt hơi bao gồm một kênh plasma, nó là chất khí gồm các

điện tử và các iôn dương ở áp suất rất cao cỡ 1 kbar và nhiệt độ cực lớn khoảng

10 0000 C Khi kênh plasma hình thành đầy đủ thì điện áp đạt tới mức phóng tia lửa điện Ue giá trị Ue là một hằng số vật lí phụ thuộc vào sự phối hợp vật liệu hai

điện cực catốt và anốt Nếu cặp vật liệu đồng / thép thì điện áp này là 25 vôn

Chất điện môi giữ cho năng lượng tập trung cục bộ và cũng giữ cho kênh plasma ổn định Sự va chạm cực mạnh của điện tử lên anốt và của iôn dương lên catốt làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu các điện cực

Máy phát sẽ ngắt dòng điện sau khi đã diễn ra một xung có hiệu quả Điện

áp bị ngắt đột ngột, kênh phóng điện biến mất, áp suất bị biến mất, tất cả những yếu tố này làm cho kim loại nóng chảy bất ngờ bị đẩy ra khỏi kênh phóng điện và bốc hơi

Sự phóng điện duy trì trong thời gian vài micrô giây hay vài trăm micrô giây tuỳ vào công dụng xung Giữa các xung có độ trễ t0 là khoảng thời gian để xuất hiện xung tiếp theo Khoảng thời gian này chất điện môi thôi bị iôn hoá và dòng chất lỏng vận chuyển phoi ra khỏi khe hở phóng điện Mỗi bề mặt điện cực

đều để lại một “miệng núi lửa” bị ăn mòn nhưng sự ăn mòn này không giống nhau, cực nào bị ăn mòn nhiều thì chọn làm phôi, cực ăn mòn ít thì chọn làm điện

Hình 1-2 Sơ đồ nguyên lí gia công tia lửa điện

cực Điều này không phải là luôn luôn cố định, nó phụ thuộc vào chế độ phóng

điện, vào vật liệu cặp điện cực và dấu cực

Năng lượng tách vật liệu We phụ thuộc vào các yếu tố sau:

We = Ue Ie Te

Trong đó: Ue là điện áp phóng tia lửa điện (Ue không điều chỉnh được)

Ie là giá trị trung bình của dòng điện từ khi bắt đầu phóng tia lửa điện đến khi ngắt điện (Ie điều chỉnh được)

Te là thời gian phóng tia lửa điện (Te có thể điều chỉnh được)

Trong thực tế lượng hớt vật liệu xác định thông qua các thông số điều chỉnh là: I, ti, (với ti = td + te), và Uz (với Uz là điện áp đánh lửa)

Hình 1-3 Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện

* Các tham số của xung điện

+ Độ dài xung: là khoảng thời gian tồn tại xung điện

Độ dài xung kí hiệu là tx, đơn vị đo là às thường thì tx= 0,01 đến 300 às Chia ra hai khoảng xung: Xung lớn từ 0,1 đến 0,001s;

Xung nhỏ từ 0,001às đến 0,000001às

Thực tế dùng xung lớn để gia công thô, xung nhỏ để gia công tinh

+ Tần số xung điện: là đại lượng đặc trưng cho số lần phóng điện trong một đơn vị thời gian

Tần số xung điện kí hiệu là f, dùng tần số cao để gia công tinh, tần số thấp

để gia công thô

+ Độ rỗng xung điện: là đại lượng đặc trưng cho thời gian tích và phóng năng lượng trong một chu kì Nó là một đại lượng không thứ nguyên, kí hiệu là

q Thường thì q = 5 đến 30 Khi q lớn thì độ tập trung năng lượng càng cao

+ Năng lượng của một xung điện W

W= U.I.t

Với U là điện áp đặt lên hai điện cực

I là cường độ dòng điện;

t là thời gian xung

Với máy phát xung bằng điện dung:

300 mm2/ ph và độ nhám bề mặt khi gia công tinh đến 3 àm

Chất điện môi chủ yếu là nước khử khoáng Bề mặt gia công sẽ tốt hơn khi dùng chất điện môi là dầu, tuy vậy năng suất hớt kim loại sẽ giảm đi

Nếu dùng máy phát loại cũ thì không thể đạt độ nhám cao, sau này một số máy đời mới có bộ tuỳ chọn, có hoặc không dây cho độ nhám rất nhỏ Máy cắt dây hiện đại có khả năng cắt phôi có độ dầy 500mm dù độ chính xác có thấp hơn

• Đặc điểm chung của gia công cắt dây

- Chất lượng gia công không phụ thuộc vào cơ tính vật liệu gia công mà chỉ phụ thuộc vào tính dẫn điện và dẫn nhiệt của nó

- Dễ dàng gia công các biên dạng khó với kích thước nhỏ, độ chính xác cao mà các biện pháp gia công khác gặp khó khăn hoặc không thực hiện được

- Vật liệu làm dụng cụ không cần cứng hơn độ cứng vật liệu gia công

- Công nghệ đơn giản có thể gia công được một bộ phận nhỏ trên một chi tiết lớn

- Dễ cơ khí hoá tự động hoá quá trình gia công

- Tiết kiệm vật liệu, nâng cao hệ số sử dụng vật liệu

- Năng suất tuy không lớn nhưng vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao vì những phương pháp gia công khác không thực hiện được

• Hạn chế của phương pháp gia công cắt dâylà:

- Vật liệu dụng cụ và phôi đều phải dẫn điện

- Chất điện môi phải cách điện ở điều kiện thường

- Đầu tư công nghệ ban đầu còn tốn kém vì giá thành máy móc đắt

• Các loại dây điện cực:

1.3 Sự thoát phoi khi cắt dây

Trong khi làm việc sự thoát phoi là rất cần thiết nó giúp lấy phoi từ khe hở

và thoát nhiệt làm nguội cho dây Ta phải duy trì nhiệt độ thùng phôi và phôi là như nhau Nếu thoát phoi không tốt khe hở phóng điện sẽ bị biến dạng Thường

có các kĩ thuật thoát phoi như sau:

- Thổi chiều trục dưới áp lực (dòng chảy đồng trục): chất điện môi được

đưa vào khe hở phóng điện qua ống dẫn dưới áp lực cao Cần duy trì áp lực cao trong khe hở nên đòi hỏi tiếp xúc tốt giữa bộ dẫn dây và phôi

- Dòng chảy tuần hoàn tự nhiên: dùng trong trường hợp phôi ngập chìm trong chất điện môi Khi chiều cao phôi quá lớn thì dòng chảy đồng trục dưới áp lực được dùng cho gia công thô, còn dòng chảy phía bên, dưới áp lực được dùng cho gia công tinh Mặt khác khi phôi lớn thì cụm điện môi đòi hỏi độ chính xác

và giá thành vừa phải lúc đó hệ thống phun được sử dụng để duy trì nhiệt độ thùng phôi không đổi

- Tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi: phải dựa trên các tiêu chuẩn sau đây

để đánh giá và chọn lựa chất điện môi:

+ Bền lâu và ít hao phí

+ An toàn, không độc hại da, không khó ngửi

+ Có điểm cháy tương đối thấp

+ Có độ trong suốt cho dễ quan sát vùng gia công

+ Giá cả phải chăng, dễ mua trong nước

Trong các tiêu chuẩn trên cần quan tâm hàng đầu là độ nhớt của chất điện môi vì nó ảnh hưởng trực tiếp lên kênh phóng điện Độ nhớt đặc trưng cho nội ma sát, nó là trở lực của chất lỏng đối với sự cháy, nó quyết định sự mở rộng kênh phóng điện Đơn vị đo độ nhớt là mm2/s Độ nhớt cao thì kênh phóng điện tập

trung hơn do vậy mà hiệu quả phóng điện cao hơn Khi gia công thô chọn độ nhớt cao khoảng 4 mm2/ s, còn khi gia công tinh chọn độ nhớt nhỏ đi một nửa là 2

mm2/s vì khe hở phóng điện lúc này rất nhỏ Tất cả các hãng dầu lớn trên thế giới

đều bán chất điện môi dùng cho gia công tia lửa điện

1.4 Các sai sót không thể tránh khi cắt dây

Khi cắt dây, các lực trong khe hở phóng điện là rất nhỏ so với kĩ thuật cắt gọt truyền thống Tuy nhiên chúng vẫn có ảnh hưởng quan trọng lên độ chính xác, các lực này làm xê dịch dây khỏi vị trí thẳng đứng và gây ra dao động của dây dẫn đến giảm độ chính xác gia công Sự lệch chủ yếu diễn ra ở chỗ góc nhọn hoặc chỗ có bán kính nhỏ dưới 0,1mm Các lực trên dây là do trường tĩnh điện, trường điện từ, áp suất trong kênh plasma và sự bốc hơi của bọt khí tạo ra

Các xung điện được dùng gây ra một trường tĩnh điện tạo ra lực hút dây vào phôi Giá trị lực này tỉ lệ với bình phương điện áp trung bình giữa phôi và dây Điện áp trung bình này không lớn hơn 50 vôn

Khi cắt các góc thì hợp lực gây ra mất ổn định, dễ đứt dây và độ không chính xác gia công

Hình 1-4 Sự cân bằng lực cắt dây khi gia công

Các lực do phóng điện có ảnh hưởng quan trọng hơn so với các lực do dòng chảy của dung dịch điện môi Chúng là kết quả của áp suất tạo lên trong kênh phóng điện và lực đẩy ra khỏi phôi (khoảng 1,5 N/m)

Hiệu quả cuối cùng của tất cả các ảnh hưởng về lực tạo ra dao động của dây với tần số khoảng 750 Hz và đi chậm sau so với bộ dẫn dây Có thể xảy ra sự thay đổi chiều rộng khe hở phóng điện do dao động này trong trường hợp chiều cao phôi lớn Các dao động này nên giữ cho nhỏ thì lần cắt sau sẽ dễ hơn Khi dây bền chắc hơn sẽ giảm biên độ của sự uốn dây cũng như giảm dao động dây Các hiện tượng khác nhau như sự tăng dao động dây ở các góc là quan trọng hơn

và có thể làm tăng sai số hình học

1.5 Sự phối hợp của máy cắt dây trong môi trường CIM

Ngày nay các máy cắt dây thường được phối hợp trong môi trường CIM nhờ việc:

- Thay dây tự động

- Lấy lõi tự động trong cắt côngtua

- Chương trình đối thoại dễ dàng với người sử dụng

- Sự phối hợp công nghệ (đặt tự động các thông số …vv)

1.6 Vai trò của phương pháp điện cực dây trong các phương pháp gia công đặc biệt

Một số phương pháp gia công đặc biệt hiện nay phải kể đến là:

- Gia công laze và phay laze

- Gia công plasma

- Gia công bằng tia nước

- Gia công xung định hình và điện cực dây

Các kĩ thuật trên đã cạnh tranh với nhau gay gắt và tuỳ từng trường hợp cụ thể mà tỏ ra ưu thế Trước hết quan tâm đến bề dày chi tiết: gia công laze phát huy hiệu quả khi mà bề dày phôi nhỏ hơn 6 mm, do vậy hay dùng cắt tấm thì có tốc độ cắt cao và rất chính xác, nó chính xác hơn so với cắt tia nước Cắt bằng tia nước áp suất cao (4000bar) thì cắt được chi tiết dày hơn mà không bị ảnh hưởng nhiệt, có thể dùng kèm với hạt mài sẽ cho năng suất cao hơn tuy nhiên bề mặt phôi có thể bị bẩn bởi hạt mài Cắt bằng plasma có ưu điểm chính so với cắt bằng laze và tia nước là cắt tốc độ cao hơn và bề dày chi tiết lớn hơn

Sự biến động của độ nhám bề mặt dọc theo mép cắt là từ rất tinh cho đến thô trên thành mép được cắt Tốc độ cắt càng nhỏ thì vùng tác động nhiệt càng lớn đó là điều không mong muốn Khi gia công laze độ nhám có thể đạt vài micrô mét với độ dày phôi nhỏ hơn 1,6 mm còn khi độ dày tăng lên đến 10 mm thì độ nhám tới hơn 5 micrô mét

Gia công điện cực dây có ưu điểm chính là độ dày phôi lớn đến 500 mm dùng với độ chính xác cao và đồng đều trên toàn bộ bề mặt Còn nhám bề đạt đến

5 ∝m và 3 ∝m về kích thước Vậy khi cắt chính xác cao thì nên áp dụng cắt dây

Nhược điểm của phương pháp cắt điện cực dây là chỉ cắt được vật liệu dẫn

điện, trong khi cắt laze và tia nước cắt được vật liệu phi kim loại Phương pháp phay laze là phương pháp mới dùng để gia công lòng khuôn bằng nhiệt tuy nhiên gia công chiều sâu chính xác vẫn không bằng phương pháp điện cực dây, hơn nữa với gia công chiều sâu lỗ thủng thì phay laze bị hạn chế, giá thành máy laze đắt gấp 3 lần máy cắt dây hay máy xung định hình chính xác cao

Bảng 1-1

Bảng khả năng gia công của một số phương pháp truyền thống:

Phương pháp gia công Cấp độ nhám bề mặt

Gia công mặt trụ ngoài

Tiện siêu tinh

Mài siêu tinh

Khoét tinh và nửa tinh

Doa siêu tinh

Chuốt tinh

Phay và bào siêu tinh

7-8 8-10 4-5

8 7-8 7-8

1.7 Các yếu tố đặc trưng cho quá trình gia công kim loại bằng điện cực dây

1.7.1 Năng suất gia công điện cực dây

Năng suất gia công được tính theo khối lượng kim loại được bóc đi trong một đơn vị thời gian Thể tích kim loại M0 được bóc đi trong một đơn vị thời gian

được tính theo công thức sau:

M 0 = 60 Vz ψm.f

Trong đó:

f là tần số xung điện;

Vz là thể tích kim loại bị bóc đi trong một xung;

ψm là hệ số kể đến các xung chạy không, ngắt mạch chạy mà không có tác dụng gia công, nó có giá trị < 1 ψm phụ thuộc vào điều kiện thoát phoi trong khe

M0 là thể tích kim loại bị bóc đi trong một đơn vị thời gian;

V là thể tích kim loại bị bóc đi trong cả quá trình gia công;

t là thời gian gia công

Ta biết rằng quá trình gia công kim loại bằng điện cực dây, năng suất phụ thuộc nhiều yếu tố như chế độ gia công, chất điện môi, chủng loại phôi, chủng loại dây vv….dưới đây chúng ta đi xem xét một cách có hệ thống các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất gia công

• Sự phụ thuộc năng suất – diện tích gia công và công suất máy

Diện tích gia công có ảnh hưởng căn bản đến năng suất cắt dây Khi diện tích gia công lớn và vừa được xét trên phương điện quá trình đưa các sản phẩm mòn ra khỏi vùng gia công Nếu năng lượng xung không đổi, diện tích bề mặt cắt dây tăng lên thì năng suất giảm do vận chuyển phoi ra khỏi rãnh cắt giảm Lúc này phần lớn xung điện lại dùng để đánh vụn phoi còn đang mắc trong vùng gia công mà không đưa chúng ra khỏi vùng gia công được Hệ số ψm giảm tương ứng với việc phần kim loại bị bóc đi trong một xung là giảm

Theo điều kiện năng lượng xung không đổi thì tốc độ tạo thành nhiệt và tạo khí cũng không đổi

Nếu diện tích bề mặt gia công giảm thì nhiệt và khí sinh ra tại bề mặt gia công tăng lên, do vậy phần lớn sự phóng điện lại tồn tại trong môi trường không khí điều này làm rỗ bề mặt sản phẩm và năng suất giảm

Khi diện tích gia công không đổi nhưng công suất máy phát thay đổi thì hiện tượng cũng lưu lại như cũ Mối quan hệ năng suất – công suất cũng đạt cực trị tương tự

Người ta đã tổng hợp sự phụ thuộc năng suất – diện tích và công suất trên một mặt cong

Vì công suất phát xung tỉ lệ với dòng điện trung bình do đó trên hệ toạ độ biểu diễn mói quan hệ năng suất- diện tích- dòng điện trung bình tức là mối quan

điều kiện thoát phoi

Vậy diện tích gia công lớn nhất phụ thộc vào công suất phát xung và do đó phụ thuộc vào độ rỗng xung q

• Sự phụ thuộc năng suất vào hình dạng gia công

Khi thay đổi hình dạng bề mặt làm việc thì điều kiện thoát phoi cũng bị

ảnh hưởng và do vậy mà ảnh hưởng đến năng suất gia công

Trường hợp chiều sâu gia công h tăng thì quá trình thoát phoi khó khăn nên năng suất gia công giảm

Nhằm năng cao năng suất ta phải tìm biện pháp thúc đẩy vận chuyển phoi khỏi vùng gia công và ổn định quá trình gia công

Tuy vậy hiệu quả nhất vẫn là cho dòng chất lỏng chuyển động qua khe hở

cắt dây hay qua lỗ thích hợp bằng cách đó có thể tạo ra trên diện tích gia công

cho trước dòng điện cực đại tăng gấp 1,5 lần đến 2 lần Do vậy mà năng cao năng

suất cắt cho máy cắt dây

• Sự phụ thuộc năng suất vào chất lỏng điện môi

Trạng thái chất lỏng điện môi có ảnh hưởng đến năng suất gia công Thực

tế cho thấy thay dầu hoả bằng nước khử khoáng thì năng suất giảm đối với cặp

điện cực đồng / hợp kim cứng

Sự phụ thuộc của năng suất sẽ tìm được giá trị hợp lí Tại đó năng suất cực

đại giảm, độ nhớt làm giảm việc thoát phoi khó khăn

Vật liệu là dây cũng ảnh hưởng đến năng suất, điện áp trong rãnh phóng

điện, năng lượng xung điện, tính chất nhiệt ở khe hở điện tử, tốc độ ion hoá phụ

thuộc vào tính chất vật liệu làm dụng cụ dây

Đối với mỗi vật liệu dụng cụ dây tồn tại một công suất xung điện giới hạn

ở điện áp cho trước có thể mang lại hiệu quả sử dụng cao

Tính dẫn nhiệt của vật liệu dây càng cao bề mặt dây càng nhám thì công

suất giới hạn càng cao, còn độ nhám có tác dụng làm tăng tính dẫn nhiệt, do đó

dẫn nhiệt tốt thì cho năng suất cắt dây cao

* ảnh hưởng của vật liệu phôi đến năng suất:

Khi gia công các vật liệu khác nhau bằng phương pháp cắt dây theo quan

điểm độ bền điện, có thể đặc trưng bằng thời gian cần thiết để đốt nóng bề mặt

chi tiết đến nhiệt độ chảy

Để rõ hơn về vấn đề này có thể dễ dàng so sánh khi người ta đưa ra tỷ số

M/Met Được thực nghiệm bằng lượng lấy đi Met nhận được khi gia công thép 45

ở chế độ, điều kiện nhất định, còn bóc đi M, khi gia công kim loại nào đó trong

điều kiện như trên, trong cùng thời gian gia công

Khi chế độ tần số f = 400hz Gia công một số kim loại giá trị M/Met xác

Hợp kim cứng 0,09….0,32 Hợp kim nhôm 1,3….1,6

Khi gia công các kim loại khó cháy, các hợp kim của chúng với các dây

khác nhau thì giá trị M/Met cho trong bảng dưới đây

Bảng 1-3

Chế độ tần số f và giá trị M/Met cho hợp kim và kim loại khó cháy

M/met Vật liệu phôi

Đồng M1 Đồng thau Gang Graphit

Hợp kim (vonfram + 48% Mo) 0,25 0,4 0,5

1.7.2 Chất lượng bề mặt gia công điện cực dây

Năng lượng xung (J)

Cấp độ nhám

25.103 2 0,0028 5 đến 6 Thép

100.103 2 0,0065 6 đến 7

25.103 20 0,24 5 đến 6 Hợp kim cứng

100.103 5 0,0012 7 Trong dải tần số trung bình 50 đến 100 Hz là đặc trưng cấp độ nhám thấp,

năng suất thấp vì vậy dùng để gia công các bề mặt có chất lượng không cao Gia

công tinh (cấp 5 đến 8) bắt buộc ta phải dùng tần số cao

b-Cấu trúc và thành phần lớp bề mặt

Sau khi gia công cắt dây, lớp bề mặt chia ra ba lớp nhỏ:

- Lớp trắng (nằm ngoài cùng)

- Lớp tôi cứng (nằm sau lớp trắng)

- Lớp ảnh hưởng nhiệt (nằm áp lớp kim loại nền)

Khi gia công cắt dây cho các kết cấu thép, thép dụng cụ, hợp kim cần phải

chú ý đến sự biến đổi xảy ra trên lớp bề mặt Trên lớp bề mặt ngoài cùng có một

lớp đặc biệt gọi là lớp trắng Lớp này không bị ăn mòn ở điều kiện bình thường và

có các tính chất khác hẳn so với kim loại nền Đó là các tính chất:

* Độ cứng tăng đến hai hoặc ba lần, tính chống mài mòn cao hơn

• Thành phần hoá học của lớp này được tạo bởi những pha lỏng đông đặc

tham gia vào tác dụng hoá học với chất lỏng gia công có trên bề mặt

• Trên bề mặt dây cắt cũng vậy, khi gia công các vật liệu chứa

* Lớp trắng có Austenit và các sản phẩm chuyển hoá của nó

* Một số vật liệu phôi chiụ sự biến đổi về cấu trúc Chiều sâu của vùng ảnh

hưởng nhiệt có tính đến chiều dầy lớp trắng chủ yếu phụ thuộc vào tính chất vật

liệu gia công và các tham số của xung mà đặc biệt là năng lượng xung Ví dụ với

thép có độ cứng 48 HRC chiều sâu vùng ảnh hưởng nhiệt chủ yếu phụ thuộc vào

năng lượng xung như trong bảng sau:

Gia công một số vật liệu có chứa vonfram thì lớp trắng có thể không đổi nhưng

khi gia công gang trắng thì không có lớp trung gian từ lớp trắng sang vật liệu cơ bản

Khi nâng cao tần số xung điện thì chiều sâu vùng ảnh hưởng nhiệt giảm

Với dải tần số cao nhất dùng để gia công thì chiều sâu lớp ảnh hưởng nhiệt cho

Điện áp trung bình (v)

Độ rỗng xung

Chiều sâu vùng ảnh hưởng nhiệt(mm)

d- Tính chất sử dụng:

Đặc trưng của lớp bề mặt sau khi gia công cắt dây có ảnh hưởng đến tính chất sử dụng của chi tiết

Tính chống ăn mòn: khi cắt dây tính chống ăn mòn tăng đáng kể, điều này

được giải thích như sau: trên bề mặt có sẵn các vết lõm, nó giữ một lớp dầu mỏng

Trên bề mặt bên của chúng có một lớp biến đổi cao hơn 1,5 lần so với bề mặt được mài bằng đá kim cương

*Độ bền cơ học của chi tiết được gia công bằng cắt dây điện: sau khi loại trừ

độ bền uốn của hợp kim cứng thực nghiệm đã chỉ ra rằng độ bền cơ học tương đường với độ bền cơ học của chi tiết khi gia công bằng phương pháp gia công cắt gọt

Khi gia công phóng điện cắt dây hợp kim cứng ngay cả ở chế độ mà nó

đảm bảo không xuất hiện vết nứt tế vi thì độ uốn chi tiết giảm Điều đó được giải thích bằng sự biến đổi tính chất hoá lý của lớp bề mặt, ở nhiệt độ 9000C làm phục hồi được độ bền của hợp kim và gia công

* Độ bền mỏi của chi tiết gia công:

Do có mặt lớp chảy mỏng và ứng suất bị giảm ít khi gia công thép bền nhiệt ở chế độ tinh Rz = (3,2 - 0,4) μm thì độ bền mỏi bị giảm đến 50%

Khi xuất hiện trên lớp bề mặt vết nứt tế vi thì độ bền mỏi giảm từ (5 - 10)% Khi xuất hiện trên lớp bề mặt vết nứt tế vi thì độ bền mỏi còn giảm mạnh hơn Vì vậy để phục hồi độ bền mỏi và độ bền lâu cần làm mất đi lượng dư nhỏ hơn hai lần chiều sâu lớp chảy đó

Bằng các dạng gia công khác nhau sau gia công cắt dây mài rung, gia công hoá phun cát và đánh bóng điện, gia công nhiệt…có thể làm ứng suất dư và thậm chí còn làm biến đổi dấu, lúc này độ bền mỏi của nó có thể coi bằng độ bền mỏi của chi tiết khi gia công cắt gọt Nếu cắt dây tinh thì không cần gia công lại vì có gia công lại cũng không cải thiện được ứng suất dư

Về nghiên cứu tính chất sử dụng của chi tiết khi gia công cắt dây:

- ở chế độ thô thì tính chống ăn mòn của chi tiết so với chi tiết gia công cơ khí là thấp

- ở chế độ trung bình là tương đường

- ở chế độ tinh là cao hơn Điều này có thể giải thích là: với sự giảm thể tích của vết lõm thì xác suất chứa nước vào nó giảm đáng kể với trong vết lõm của nhấp nhô bề mặt gia công cơ khí

1.7.3 Độ chính xác gia công

Trong ngành chế tạo máy độ chính xác gia công được xác định bằng độ chính xác của kích thước thực hiện, hình dạng của bề mặt gia công và vị trí tương quan giữa chúng tới đối với bề mặt làm chuẩn của chi tiết

Nhưng hiện nay về độ chính xác hình dạng và vị trí tương quan giữa chúng không cho phép đánh giá độ chính xác hình dạng của bề mặt định hình, kim loại bằng tia lửa điện Độ chính xác gia công khi gia công tia lửa điện được đánh giá bằng các yếu tố sau:

+ Thứ nhất: bằng tính chất của phương pháp

+ Thứ hai: bằng đặc trưng đối với gia công phóng điện ăn mòn

Các yếu tố này xác định sai số ban đầu mà tổng hợp của nó tạo ra sai số tổng hợp

a Các sai số ban đầu

Các sai số ban đầu cơ bản gồm:

+ Sai số xuất hiện do dao động ngang của dây dụng cụ - Ký hiệu: A

+ Sai số do biến dạng đàn hồi tĩnh học của hệ thống công nghệ

(Máy - đồ gá - dụng cụ - chi tiết) - Ký hiệu: B

+ Sai số gá đặt phôi trên máy - Ký hiệu: C

+ Sai số gá đặt điện cực dây không đúng - Ký hiệu: D

+ Các sai số do độ không chính xác hình dạng hình học của máy - Ký hiệu: E

+ Các sai số gây ra do chế tạo dây không chính xác - Ký hiệu: F

+ Các sai số do sự có mặt của khe hở dây - Ký hiệu: G

+ Các sai số do ăn mòn dây - Ký hiệu: H

+ Các sai số xuất hiện do biến dạng nhiệt riêng biệt của hệ (Máy - Đồ gá - Dụng cụ - Chi tiết) - MGDC - Ký hiệu: I

+ Các sai số do biến dạng sau khi gia công tia lửa điện gây ra do ứng suất dư bên trong - Ký hiệu: K

Ta lần lượt đánh giá từng sai số:

* Sai số A: Xuất hiện của dụng cụ dọc theo hướng chạy dao ảnh hưởng đến

độ chính xác gia công Tỷ số biên độ dao động dọc và ngang của điện cực dụng

cụ và độ cứng của hệ trục chính - dụng cụ thiết bị rung động, công suất và kiểu thiết bị rung động Khối lượng và cấu tạo điện cực dụng cụ được sử dụng các sai

số xuất hiện do dao động dây trong hệ trục có thể đạt (0,04 - 0,05) mm Nếu sử dụng định hướng bổ xung điện dây và gá đặt trục cho phép giảm lần biên độ dao

động ngang cũng như sai số xuất hiện do nó

* Sai số do biến dạng tĩnh học B: của hệ (Máy - Dụng cụ điện cực) chi tiết

không được coi là sai số tương tự như khi gia công cơ khí do biến dạng đàn hồi của hệ MGDC - dưới tác dụng của lực cắt - còn khi gia công cắt dây điện thì sai

số B là sai số do biến dạng tĩnh học của cụm trục với dây và giá đỡ dây có khối lượng đáng kể mà hợp lực của nó không trùng với trục tâm hình học chính

Đặc điểm đặc trưng sai số B là sự không phụ thuộc của nó vào chế độ phóng điện ăn mòn

Ta xem xét sự hiện sai số B trong trường hợp (gia công điện cực dây) Khi trục tâm của máy lệch khỏi vị trí thẳng đứng của nó một góc nào đó thì đầu dưới của trục kẹp điện cực có dịch chuyển xác định - gây ra sai số gia công do không trùng với trục tâm dọc của bề mặt tạo hình với vị trí danh nghĩa của nó

Nếu không được giới hạn bằng các thanh thẳng đứng dẫn hướng khác vào thì có thể xuất hiện thêm sai số hình dạng

* Sai số C: Xuất hiện do gá đặt phôi trên bàn máy tương tự như sai số gá

Khi gia công cơ khí có thể loại trừ bằng hiệu chỉnh thật tốt chi tiết trước khi gia công thường thường gọi là rà phôi

* Sai số D: Xuất hiện do gá đặt dây dụng cụ không đúng phụ thuộc vào

mức độ song song của trục dây với hướng chạy sau khi mở rộng rãnh

* Sai số E: Xuất hiện do độ chính xác hình dạng hình học của máy Chủ

yếu được xác định bằng lệch trục tâm hình học của trục chính không với bàn máy Sai số E là lớn nhất so với các sai số ban đầu khác trong gia công cắt dây

Các sai số hình học của máy được xác định theo mức độ chính xác của nó Trong thực tế gia công cắt dây mòn để giảm sai số cuối cùng gây ra do các trị số

D và E được chuyển thành đảm bảo độ song song của trục tâm hình học dây với hướng chạy dây

Để đạt được mục đích này có thể sử dụng các thiết bị kẹp chặt phôi độ chính xác cao, có tuổi bền ổn định, tin cậy

Tiến hành hiệu chỉnh vị trí điện cực của dụng cụ bằng những dụng cụ đo kiểm (ke các loại, đồng hồ đo…) có độ chính xác cao

* Sai số F: Xuất hiện đo sai số chế tạo dây dụng cụ không chính xác

Sai số F được xác định bằng dung sai theo kích thước điện cực, dụng cụ phải được xác định bằng dung sai kích thước chi tiết gia công Để đánh giá ảnh hưởng của sai số chế tạo điện cực dụng cụ F theo độ chính xác của bề mặt gia công người ta sử dụng công thức:

εct = (1 + ε2)0,5 Trong đó;

εct - Là sự thay đổi tương đối sai số kích thước của bề mặt gia công

ε - Fdc/Fct - là sai số tương đối của kích thước điện cực theo % của sai số gia công tổng hợp εF < 1

Khi quy ước dung sai theo kích thước dụng cụ trong giới hạn (30 - 50)% của sai số tổng cộng tức là khi đó: ε = 0,3 - 0,5mm Trị số ε được thay đổi trong giới hạn ± (7ữ10)% khi ấy dung sai là: (0,015 - 0,1)mm

Điều này phù hợp với độ chính xác trong chế tạo dụng cụ

* Sai số G: xuất hiện do sự có mặt khe hở dùng dụng cụ theo số liệu

nghiên cứu so sánh mà nó thực hiện bằng phương pháp cân bằng ngẫu nhiên Môi trường khác nhau là đáng kể nhất:

Trong trường hợp chung khe hở:

a = aM + (h1 - Rmax) + d (*)

Trong đó:

aM: Khe hở cần thiết để gia công lỗ đối với chất lỏng làm việc tinh khiết

phụ thuộc vào điện áp tính chất máy phát xung

h1- Chiều sâu vết lõm

Rmax - Chiều cao nhấp nhô bề mặt lớn nhất

d - phần tổng cộng khe hở bị che phủ bởi sản phẩm ăn mòn từ công thức (*) với tính toán:

a = aM + 2Rmax/3 + d

Trị số : am - với sự tăng điện áp cực đại thì tăng lên

R - Tăng với năng lượng của xung lăng

d - Tăng với sự tăng độ cứng của chế độ gia công

Do đó: Với sự chuyển từ chế độ tinh đến thô thì khe hở tăng vì phạm vi các sai số ngẫu nhiên lớn hơn sai số của nó tương ứng với giá trị tuyệt đối sai số lớn nhất của các sai số ngẫu nhiên

Khi gia công phóng cắt dây các phôi chuyển vào khe hở gia công, có thể dẫn đến sự phóng điện phụ

Do đó trị số khe hở theo đường thoát của phôi tăng, hướng chuyển động và vận tốc ở mức độ xác định có thể ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Vì vậy khi mở rộng lỗ với cách bơm chất lỏng gia công vào khe hở điện cực thành phôi

dễ dàng

Hiệu quả điều khiển độ chính xác tương tự sự phụ thuộc vào hàm lượng của sản phẩm ăn mòn trong chất lỏng làm việc thức là phụ thuộc vào chất lượng thiết bị lọc Tăng vận tốc chất lỏng qua khe hở điện cực trong giới hạn đáng kể làm tăng độ chính xác, nhưng khi áp lực dòng chảy lớn với độ cứng của hệ máy

có hạn có thể dao động theo các phía làm tăng sai lệch khi gia công Khi tạo hình các bề mặt phức tạp do có khe hở gia công nên sự sai lệch hình dáng ngoài của mặt gia công với điện lực có thể rất lớn và phức tạp Khi gia công các bề mặt trong (khi gia công hốc hoặc mở rộng lỗ) thường sử dụng điện cực có các bề mặt chính xác của nó đối với chi tiết được dịch chuyển theo pháp tuyến đến trị số không đổi nào đó ap được gọi là khe hở tính toán

Trong trường hợp đó thì sai lệch kích thước bất kỳ được do theo pháp tuyến đối với bề mặt của hốc bằng (a-ap) còn các sai số hình dạng được đánh giá bằng hiệu lực của khe hở mặt trên và mặt đầu

G = aB - aD Trong đó:

bền mòn của vật liệu làm dụng cụ, chế độ gia công, chiều sâu dụng cụ ăn vào phôi

Khi phân tích các ảnh hưởng của sai số ban đầu đã cho đến độ chính xác gia công phải tính đến sự xuất hiện ăn mòn trong khe hở gia công (khe hở phóng điện)

Khi mở rộng lỗ có hình dạng phức tạp tạo ra bằng các bề mặt giao nhau

Số tia phóng điện xuất hiện trong vùng giao của các mặt giao của các mặt không bằng tia phóng điện xuất hiện trực tiếp trên các mặt này

Khi tạo hình các bề mặt thì số các phóng điện lớn hơn cần phải tham gia vào đoạn có bán kính cong nhỏ, điều đó dẫn đến sự ăn mòn cục bộ dây

Từ đó người ta đưa ra khái niệm ăn mòn tương đối cục bộ (γcb)

γcb =γv (1 + a/rk)

Trong đó:

γv - là ăn mòn thể tích tương đối điện cực dụng cụ

rk - bán kính cong trung bình của đoạn cong bề mặt

* Sai số I: Là các sai số xuất hiện do biến dạng nhiệt riêng biệt của hệ

thống công nghệ - Máy - đồ gá - dụng cụ điện cực - chi tiết (MGDC)

Do sự nung nóng các chi tiết của hệ thống công nghệ đặc biệt lớn ở chế độ thô, nhưng có thể không tính ở chế độ trung bình và tinh

Đối với toàn bộ hệ thống thì sự tăng trung bình nhiệt độ được xác định bằng biểu thức:

Δφ = (Δφ.L1 + Δφ2.L2 +….+Δn.Ln)/(L1 + ….+ Ln)

Trong đó:

- L1, L2… Ln kích thước

- Δ0 (i = 1…n) là nhiệt độ….của đoạn thứ i bằng hiệu nhiệt độ này ở thời

điểm ban đầu và kết thúc

Quá trình gia công tăng kích thước tính toán do bị nung nóng

- ΔLT = αT: hệ số giãn dài

- Lr : Lượng tăng kích thước có thể được tính

- αT.Lt Δ0

- ΔαT: là hiệu số các hệ số lâu dài của vật liệu dụng cụ và phôi

- Δ0t: là sự nâng cao trung bình của nhiệt độ điện cực

Lượng tăng lớn nhất của kích thước ngang quan sát thấy khi gia công chi tiết bằng thép với điện cực bằng duyara; ΔαT = 14,3.10-6m/c

Các kích thước chỉ ra bị giảm khi gia công phôi vật liệu nhôm, điện cực dụng cụ graphít

Tăng nhiệt độ ở kích thước thẳng đứng ΔLtd tức thời khi có điện cực đạt

được tại vị trí mép của mình xác định chiều sâu của hốc tương đường và tính theo

biểu thức:

Δltd = Δd + Δf = αd.Ld.Δθd + αf.Lf.Δθf

ở đây Δd và Δf là độ dãn dài kích thước thẳng đứng ở điện cực dụng cụ và phôi

* Sai số K: Xuất hiện khi gia công phôi có độ cứng thấp có giá trị xác định

Phôi tự bị biến dạng do ứng suất dư kéo ở lớp bề mặt trong quá trình gia công phóng điện ăn mòn

ảnh hưởng đặc biệt rõ khi chế tạo chi tiết hoặc các thành phần của chúng

có tiết diện không đổi Những sai số này được loại trừ khi gia công các vật liệu có

độ cứng nhỏ hơn mà nó được đặc trưng bằng giá trị năng lượng và độ dài xung

*Sai số tổng hợp: Sai lệch kích thước ngang được hợp thành từ các sai số

xuất hiện do chế tạo dây không chính xác và do dây rung động của nó, do độ chính xác hình dạng hình học của máy, do biến dạng nhiệt của hệ (MGDC) Do sai lệch khe hở vượt khỏi trị số tính toán và do sai lệch hình dáng ngoài của dây vì mòn

So sánh sai số tổng hợp theo các phương thì sai số tổng hợp kích thước ngang lớn hơn sai số tổng kích thước thẳng đứng và thường dùng để xác định độ chính xác cuối cùng của gia công tia lửa điện

Những máy có độ chính xác bình thường phụ thuộc vào độ chính xác của

bề mặt gia công thì sai số tổng hợp nằm trong giới hạn từ (0,04 ữ 0,4mm) Nếu sử dụng các thiết bị đọc số, thiết bị đo và các phương pháp đo chính xác cho phép

đạt được độ chính xác gia công từ (0,02 ữ 0,05)mm ở các máy có độ chính xác gia công từ (0,02 ữ 0,05)mm Máy có độ chính xác bình thường thì các lỗ xuyên gia công có độ chính xác từ (0,02 ữ 0,03)mm Còn bề mặt định hình là 0,07mm…0,12mm Khi tăng độ chính xác và độ cứng của hệ thống công nghệ (MGDC) và lọc chất lỏng làm việc tốt, cùng các phương pháp để ổn định nhiệt độ chất lỏng thì độ chính xác gia công có thể nâng cao tương ứng từ (0,01 ữ 0,02)mm và (0,04 ữ 0,06)mm

Khi chế tạo các phần của chi tiết thì độ chính xác của vị trí tương quan giữa các bề mặt hoặc với các bề mặt chuẩn là yếu tố quan trọng nhất, độ chính xác phụ thuộc vào sai số gá đặt và dịch chuyển điện cực và khả năng của thiết bị

sử dụng Kiểm tra vị trí dây và đo dịch chuyển

Mặt khác một số phương pháp gá đặt dây cho phép trong mỗi trường hợp

cụ thể dịch chuyển điện dây chính xác hơn trong quá trình gia công cùng một chi tiết Kẹp chặt trong vật dẫn chuyên dùng có hai mặt bên phẳng để gá đặt điện cực

và có hai mặt chuẩn cho dụng cụ, dịch chuyển bàn máy mang phôi đối với điện cực, dịch chuyển giá đỡ điện cực nhiều vị trí kiểu đầu revonve kẹp các điện cực

hình dạng khác nhau tương ứng với vị trí của hốc hoặc lỗ gia công Gá đặt điện cực theo dấu định trước bằng tấm công nghệ mà nó được kẹp vào bề mặt sắp được gia công khi chế tạo các chi tiết có yêu cầu chính xác cao về vị trí các bề mặt gia công Như vậy độ chính xác vị trí tương quan của các bề mặt gia công và được xác định bằng sai số chế tạo điện cực bằng độ chính xác mặt chuẩn của thiết bị kẹp chặt trên tấm dẫn cũng như vị trí tương hỗ của nó

1.7.4 Môi trường điện môi

Môi trường gia công sử dụng trong gia công tia lửa điện là các chất lỏng

Chất lỏng dùng làm môi trường thoả mãn các yêu cầu sau đây:

+ Có độ dẫn điện nhỏ, khả năng hoàn ion nhanh

+ Là chất trung lập về hoá học đối với vật liệu điện cực dụng cụ và phôi

+ Không bị phân hoá trong quá trình gia công

+ ít bị thay đổi tính chất theo thời gian và nhiệt độ

+ Không có khả năng bốc cháy trong thời gian gia công

Chất lỏng gia công có thể là dầu hoả, nước, cồn etyl, dầu biến thế graxerin Những đặc tính chủ yếu của cồn etyl, dầu hoả, nước được ghi trong bảng dưới đây

1 Thành phần hoá học CNHK C2H5OH H2O N và K phụ

thuộc vào dạng các bua hyđro

N và K phụ thuộc vào dạng cacbuahdro: N có thể đến 94, K có thể đến 190

Về độ nhớt, mật độ chất lỏng này ít khác nhau Dầu hoả là chất lỏng vô cực, còn cồn và nước thuộc loại phân cực mạnh, chúng khác nhau nhiều về độ thấm dung môi và độ dẫn điện riêng

Trong ba chất lỏng này chỉ có nước là không chứa các bon, nước được làm ngọt cẩn thận và hết sạch ion, có độ dẫn điện riêng rất thấp (đến 0,02 10-8Ω-1

cm-1), nhưng có đắt hơn nước lọc, việc bảo quản các tính chất điện môi của nước trong thời gian dài đòi hỏi những biện pháp đặc biệt Vì vậy thường sử dụng nước lọc một lần có độ dẫn điện riêng lớn hơn (2.10-5.2Ω-1cm-1) để làm môi trường thì hợp

lý hơn trên bề mặt gia công thì vật liệu đồng trong môi trường nước có màng ôxit, các phần tử kim loại bị tán xạ phần lớn là các phần tử của chất liệu điện cực bị oxy hoá, hơi nước và sản phẩm ngưng tụ không kéo dài quá trình phóng điện do chúng có điện thế ion hoá học Ngoài ra hơi nước làm giảm điều kiện tạo thành

hồ quang vì chúng lấy đi một phần năng lượng đáng kể cho quá trình bay hơi và ngưng tụ

Như vậy khi gia công tia lửa điện cắt dây trong môi trường nước có những

điều kiện thuận lợi

*Khi gia công tia lửa điện cắt dây trong môi trường dầu hoả độ ăn mòn kém hơn khi gia công trong nước (khi năng lượng xung điện như nhau)

Điều đó được giải thích rằng độ mất năng lượng rãnh phóng điện ở nước lớn hơn Dầu hoả, cùng sự tạo thành khí và muội có độ tán xạ cao, thành phần muội giúp cho sự bão hoà pha lỏng của một số kim loại cùng với sự tạo thành cacbua trên bề mặt gia công tạo thành một lớp màng dính có mật độ cao và than, việc tẩy chất đó khỏi bề mặt gia công gặp nhiều khó khăn

Khi gia công trong môi trường dầu hoả, khe hở điện cực được lấp đầy nhanh muội và các phần tử kim loại ăn mòn, người ta xác định được rằng sự có mặt của các phần tử kim loại cacbon (muội) và phần tử kim loại dẫn điện có tác dụng tốt lên đến độ bền của dòng điện Bởi vậy gia công trong dầu có điều kiện giữ cho xung điện được liên tục Nhưng sự có mặt của màng dầu không dẫn điện trong quá trình gia công ở khe hở điện cực, dẫn đến làm khó khăn cho hoạt động của hệ thống tự động điều chỉnh khe hở điện cực

* Khi gia công tia lửa điện cắt dây trong cồn etyl, độ bẩn của bề mặt gia công nhỏ hơn nhiều, điều đó giải thích bằng khối lượng muội than tạo thành nhỏ hơn khi gia công đầu

Để kết hợp các ưu điểm của các loại chất lỏng thực tế người ta thường pha lẫn các chất lỏng thành hỗn hợp: Hơi nước, cồn, dầu biến thế, dầu hoả…Trong các máy gia công tia lửa điện người ta rất chú ý đến lọc sạch chất lỏng môi

trường, ít nhất có 2 cấp lọc thô, tinh - (bể lắng, bể lọc) Ngoài ra sau thời gian dài làm việc người ta tiến hành lọc bằng điện trường để có thể sử dụng được chất lỏng môi trường gia công được lâu hơn

Chất điện môi có nhiệm vụ chính sau:

* Cách điện: Đó là nhiệm vụ bao trùm của chất lỏng điện môi là cách điện

giữa điện cực và phôi Nó đảm bảo sự cách li giữa điện cực với phôi khi khe hở chưa đủ hẹp Chỉ ở một khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa điện cực và phôi mới cho phép dòng tia lửa điện đi qua vì nếu khe hở nhỏ thì lượng hớt vật liệu và độ chính xác tăng lên

Tuy nhiên chất điện môi dùng trong thực tế ít khi nguyên chất Vì vậy trước tiên nó phải được dẫn qua một hệ thống lọc Mặc dù vậy vẫn luôn luôn còn sót lại các phần tử tế vi của vật liệu Điều này được tính đến khi chọn chất điện môi

* Ion hoá: chất điện môi phải được tạo nên những điều kiện tối ưu cho sự

phóng điện, nghĩa là nó phải được ion hoá vào thời điểm chuẩn bị phóng điện nghĩa là phải tạo nên một cầu phóng điện Điều này giúp cho sự tập trung năng lượng ở kênh plazma, giúp cho sự hớt vật liệu khi đóng tia lửa điện Nếu xung bị ngắt phải được thôi ion hoá tạo điều kiện để sự phóng điện tiếp theo xảy ra ở một

vị trí khác Chất điện môi cũng bao trùm kênh phóng điện, nhờ đó có thể đạt được mật độ năng lượng cao, tăng hiệu quả phóng điện

* Làm nguội: Trong kênh phóng điện, trong khoảng thời gian cực ngắn (cỡ

vài phần triệu giây) nhiệt độ có thể lên tới 10.0000C Nhiệt xuất hiện ở đây cần phải được chuyển đi nếu không thì độ mòn điện cực sẽ tăng lên, bề mặt phôi cũng

bị hư hại do quá nhiệt Vì vậy cần tạo một dòng chảy đi qua khe hở phóng điện

để làm nguội điện cực và phôi

* Vận chuyển phôi: Nếu chất điện môi bị bẩn sẽ gây ra sự in hình không

chính xác và có khuyết tật quá trình Sự bẩn của chất điện môi chủ yếu là do các phần tử đã bị ăn mòn còn lơ lửng hoặc lắng đọng trong khe hở phóng điện Một tỷ

lệ quá lớn của các phần tử này dẫn đến sự phóng điện thất thường và gây ra sai số

in hình, nguy cơ tạo hồ quang và ngắn mạch tăng lên

Vì vậy phải có một hệ thống dòng chảy của chất điện môi để vận chuyển các phần tử đã ăn mòn đó đi khỏi khe hở phóng điện và đảm bảo cấp chất điện môi sạch cho khe hở Dòng chảy mang theo các phần tử đã bị ăn mòn sẽ được đưa tới hệ thống lọc để sau đó lại tiếp tục đưa chất điện môi sạch tới vùng gia công

* Các loại chất điện môi: Hiện nay có hai loại chất điện môi chủ yếu dùng

cho hai phương pháp gia công tia lửa điện cắt dây

+ Hydro cacbon: Dùng cho xung định hình

+ Nước khử khoáng: Chủ yếu dùng cho cắt dây

Đáng quan tâm hàng đầu là độ nhớt của chất điện môi Vì độ nhớt quyết

định sự mở rộng kênh phóng điện

- Độ nhớt càng cao thì kênh phóng điện càng được tập trung, hiệu quả

phóng điện cao hơn Để gia công thô, sử dụng chất điện môi có độ nhớt cao hơn

- Trong thực tế sử dụng để tránh phải thay chất điện môi, có thể sử dụng

một chất điện môi có độ nhớt trung bình cho cả gia công thô, tinh

Bảng 1-8

Đặc tính một số chất điện môi trên thị trường

Tên sản phẩm Hãng cung cấp Điểm cháy

(0 0 C)

Độ nhớt (mm 2 /s)

Độ thơm (%)

Nhiệt

độ sôi (0 0 C)

0,1 0,5

0,3 1,0

213

240

* Các yếu tố an toàn của chất điện môi: Vì nhiệt độ trong khe hở phóng

điện rất cao, bản thân chất điện môi trở rất nóng nên rất cần đến các chất điện

môi có điểm cháy thấp

Trong chất điện môi trên cơ sở nước, dòng điện dò rất lớn, có hại khi gia

công tinh

Người ta đã đưa ra đồ thị là sơ đồ áp dụng chất điện môi như một hàm số

của dòng điện đó và diện tích bề mặt hoạt động của điện cực

Qua đó có thể cho ta cách chọn chất điện môi phụ thuộc vào bề mặt hoạt

động của điện cực

* Khi gia công tia lửa điện bằng điện cực dây: Thường xuyên dùng nước

khoáng, khi đó do khe hở nhỏ nên ít có vấn đề hơn liên quan đến sự bốc hơi của các bọt khí được tạo nên chất điện môi

* Hệ thống lọc chất điện môi: Để đạt được kết quả gia công tối ưu thì điều

quan trọng là phải lọc sạch dung dịch điện môi khỏi phần tử đã bị ăn mòn Đồng thời dung dịch đó phải tải đi một phần lớn để duy trì nhiệt độ làm việc không đổi

Một cụm dung dịch điện môi cần thực hiện các chức năng sau đây:

* Độ bền mòn của vật liệu làm dây

Mọi vật liệu dẫn điện và dẫn nhiệt có thể làm điện cực Nhưng để sử dụng một cách kinh tế và đạt hiệu quả cao thì chúng cần thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Có tính dẫn điện tốt

+ Có độ dẫn nhiệt tốt và có điểm nóng chảy và sôi cao

+ Độ bền mòn và bền cơ học cao, dễ chế tạo, dễ kiểm tra và rẻ tiền

- Nhưng độ bền ăn mòn là yêu cầu quan trọng nhất

b Các loại dây điện cực

Các đặc tính của dây điện bao gồm

Đường kính dây thường dùng d = (0,1 - 0,3)mm

Vật liệu dây và đặc tính của vật liệu:

Tuỳ thuộc các vật liệu gia công khác nhau người ta có thể sử dụng một trong các vật liệu sau: Đồng, đồng thau (Cu Zn), Môlíp đen, Vonfram và các dây

có lớp phủ

Những loại dây có chất lượng tốt, giá thành chấp nhận được Đó là các

điện cực của các hãng: COBRCUT, NOVOCUT, APSCACUT, BROCUT, GOLDSAN, GOLDSUN

Ngoài ra khi chiều dày phôi lớn thì đòi hỏi, phải tăng độ căng của dây nên hiện nay người ta còn sản xuất ra những điện cực dây có phủ một lớp kim loại bên ngoài nhằm tăng độ bền kéo, độ thoát nhiệt gia công tốt Ví dụ dây HSW - 25X - lõi bằng đồng thau và lớp bề mặt phủ lớp oxit kẽm

Với dây này làm điện cực thì nó có những ưu điểm sau: Lớp phủ oxit kẽm cho độ thoát nhiệt tốt trong quá trình gia công, khả năng đứt dây giảm, sự bay hơi lớp phủ oxit kẽm trong quá trình gia công làm cải thiện sự hớt phôi trong khe hở

và khe hở tăng do lớp phủ biến mất

khiển cho bốn máy gia công điện cực dây với bốn loại chi tiết khác nhau

Máy cắt dây thường có 4 khả năng chạy chương trình, được điều khiển bởi

ấn các phím sau: DISK; MEM, TAPE, ON LINE

- DISK: chương trình được ghi vào đĩa mềm

- MEM: lập trình trực tiếp thông qua bàn phím máy tính

- TAPE: chương trình được đưa vào băng rồi băng được nạp vào phần đọc của máy

- ON LINE : truyền dẫn chương trình từ mạng đến máy tính hoặc hệ điều khiển của máy cắt dây CNC

Khi đang chạy chương trình chính mà có lệnh “EXECUTE SUB PROGRAM” ( chạy chương trình con) thì khi đó máy sẽ thực hiện các lệnh thuộc chương trình con Ngược lại khi có lệnh “RETURNE TO MAIN PROGRAM” (về chương trình chính) thì máy sẽ về thực hiện lệnh của chương trình chính Khi soạn chương trình, để cho chương trình ngắn gọn và đơn giản nên dùng chương trình lặp các phần giống nhau rồi đưa vào bộ nhớ của chương trình con

Hệ điều khiển của máy cũng dùng ngôn ngữ ISO- CNC trên cơ sở mã “G”

Chương trình chính và chương trình con

1.8.2 Các trục điều khiển và hệ toạ độ:

Thông thường máy cắt dây dùng cấu hình trục

X, Y, Z, U, V

- Trục X do bàn trượt phía trên mang đầu

máy, nó dịch chuyển theo phương nằm ngang từ trái

sang phải (theo + X)

- Trục Y do bàn trượt phía dưới mang phôi,

nó dịch chuyển theo phương nằm ngang từ trước ra

sau ( theo +Y)

- Trục Z do bộ dẫn dây phía trên dịch chuyển

… Trở về chươnh trình chính “99”

(returne to main program “99” )

theo phương thẳng đứng tù dưới lên trên (theo +Z)

- Bộ dẫn dây phía trên có các bàn trượt lắp trong đầu máy chúng bị mang theo trong các chuyển động của bàn trượt Bên trong bàn trượt X lại bố trí bàn trượt nhỏ để có thể di chuyển độc lập theo các phương U song song với X và V song song với Y Dùng trục U-V này để cắt côn như vậy X-Y dùng điều khiển các toạ độ của bộ dẫn hướng dưới của dây Còn U-V dùng điều khiển toạ độ bộ dẫn hướng trên Khi cắt trụ với dây thẳng đứng thì các toạ độ U= 0; V= 0

Hệ toạ độ: trong khi lập trình cần áp dụng qui tắc chuyển động tương đối,

coi phôi đứng yên và dây chuyển động Các lệnh cho dây chuyển động gồm chữ cái G đi kèm con số theo qui tắc viết lệnh cho máy CNC Ví dụ lệnh: G00; G01; G02…vv

Khi khai báo toạ độ có thể khai ở dạng toạ độ tuyệt đối bằng lệnh G90, cũng có khi khai báo bằng lệnh G91 dạng toạ độ tương đối (gia số)

Tốc độ chạy dao: chạy dao nhanh dùng lệnh G00 các bàn trượt chạy tốc độ

tối đa Lệnh G107 chạy dao dò tìm mép phôi, trường hợp này có thể dùng mã F Trên trục Y-X tốc độ tối đa đạt 1500mm/ phút còn trên trục U-V đạt 300mm/ phút, riêng trục Z tốc độ tối đa đạt 600mm/ phút

Lượng chạy dao: Khi chạy nội suy thẳng ta dùng lệnh G01, chạy dao nội

suy theo cung tròn thuận chiều kim đồng hồ dùng lệnh G02, chạy dao nội suy theo cung tròn ngược chiều kim đồng hồ dùng lệnh G03

Điều kiện cắt S: màn hình của hệ điều khiển có sẵn hay có thể viết nhiều

điều kiện cắt khác nhau, mỗi điều kiện cắt được trình bày trên một dòng nằm ngang với các thông số như điện áp, dòng điện, độ dài xung…mỗi điều kiện cắt

đặc trưng bởi địa chỉ S đi kèm con số có ba chữ số ví dụ: S 003 Tuỳ từng đời

máy mà chế độ cắt được hiển thị chi tiết đến mức nào

1.8.3 Các chức năng G:

Địa chỉ G được viết cùng một giá trị bằng số cho biết ý nghĩa của lệnh trong khối Có hai dạng mã:

Mã G một cú – chỉ có ý nghĩa bên trong một khối;

Mã G hình thức – là mã G duy trì hiệu lực cho đến khi một mã G khác trong cùng nhóm được viết lệnh

Thay đổi giá trị dịch chuyển đường kính dây

7 20 Số liệu vào bằng inch

Lưu giữ kiểm tra chức năng OFF

11 27 Kiểm tra điểm gốc

21 50 Xoá nghiêng dây

22 51 Nghiêng dây bên trái

5 M31 Cho hiển thị thời gian cắt

6 M40 Ngắt sự phóng tia lửa điện

7 M41 Ngắt điện gia công cắt dây

8 M42 Ngắt chạy dao dây

17 M60 Thay dây điện cực

18 M70 Khởi động đi ng−ợc lại điểm xuất phát

29 M96 Kết thúc chạy copy đối xứng gương

30 M97 Khởi động chạy copy đối xứng gương

Nội suy đường thẳng: G01

Thực hiện di chuyển để cắt theo đường thẳng đến vị trí lệnh Tốc độ dịch chuyển dao phụ thuộc vào lệnh G94 (hằng số) hay G95 (chạy dao servo) Vị trí

đích phụ thuộc cách ghi toạ độ tuyệt đối hay gia số Chỉ khi cắt côn mới có các tham số trục U-V

Nội suy vòng tròn: G02; G03 Dây dịch chuyển theo cung tròn thể hiện như sau: G 02 X- Y- I- J- F- ; hay G 03 X- Y- I- J- F- ;

Dùng lệnh G02 khi nhìn từ chiều dương trục Z thấy bàn máy quay thuận chiều kim đồng hồ

Dùng lệnh G03 khi nhìn từ chiều dương trục Z thấy bàn máy quay ngược chiều kim đồng hồ Trong đó X và Y là toạ độ cuối của cung tròn, I, J là toạ độ tâm cung tròn Nếu dùng G91 thì toạ độ tâm được so với điểm xuất phát cung tròn Vòng tròn đầy đủ 3600 thì điểm xuất phát trùng điểm cuối nên chỉ cần viết G02 I- J-; là đủ

Lệnh tạm dừng tại chỗ G04

Dùng lệnh này làm chậm hay trì hoãn thời gian gia công blôck tiếp theo bằng một thời gian cho trong chương trình Lệnh có thể được viết như sau: G04