Báo cáo đồ án môn học: Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC)

Chương 3 Tình trạng và giải pháp nâng cấp723.1Thực trạng và giải pháp về phần cứng723.2Sơ đồ khối máy EDM tại C8 sau khi nâng cấp753.2.1 Động cơ bước (Step Motor SM )793.3Quá trình điều khiển và tối ưu hoá trong EDM.883.3.1 Giới thiệu chung883.3.2 Các tham số trong EDM893.3.2.1 Tham số đầu vào893.3.2.2 Tham số đầu ra893.3.3 Tối ưu hoá trong gia công EDM903.3.3.1 Các vấn đề và giải pháp903.3.3.2 Tối ưu hoá độc lập913.3.3.3 Tối ưu hoá trực tuyến933.4Đánh giá quá trình gia công thực trong EDM963.4.1 Các vấn đề cảm biến.963.4.2 Các dạng xung973.4.3 Khe hở điện cực993.4.4 Bảo vệ bề mặt điện cực993.5 Kỹ thuật Điều khiển thích nghi.1003.5.1 Giới thiệu chung1003.5.2 Các mức điều khiển trong EDM1013.5.3 Kỹ thuật cưỡng bức điều khiển thích nghi (ACC).1023.5.3.1 Chọn mức cưỡng bức.1023.5.3.2 Điều khiển nhiều chiều.1033.6Sự thích ứng phần cứng trong điều khiển thích nghi1073.6.1 Giới thiệu chung1073.6.2 Bộ xử lý1073.6.3 Bộ cảm biến1083.6.4 Bộ điều khiển1093.6.4.1 Bộ điều khiển thời gian1093.7Chiến lược cơ bản trong tối ưu hoá DK thích nghi cho EDM.1113.7.1 Tổ chức tổng quan của chiến lược.1113.7.2 Module phối hợp1123.7.3 Module điều khiển điện áp điều chỉnh và thời gian xung.1143.8Đặc tính và hạn chế của chiến lược cơ bản1223.8.1 Đặc tính của chiến lược.1223.8.2 Nhược điểm của chiến lược cơ bản122

Chơng 1tổng quan về edm

1.1 EDM và nguyên lý của EDM

Trong nửa đầu thế kỷ 20, nhu cầu về các vật liệu lâu mòn tăng lên khôngngừng ở các nớc công nghiệp phát triển Nhng vấn đề là gia công những vậtliệu đó bằng công nghệ thông thờng thì rất khó khăn, nhiều khi không thựchiện đợc

Thực ra về nguyên lý thì cách đây gần 200 năm, nhà nghiên cứu ngờiAnh Toseph Priestley (1733 - 1809) trong thí nghiệm của mình đã phát hiệnthấy có một hiệu quả ăn mòn vật liệu gây ra bởi sự phóng điện Nhng mãi đếnnăm 1943 gia công bằng tia lửa điện lần đầu tiên mới xuất hiện ở Nga saunhững nghiên cứu của vợ chồng Lazarenko Khi các tia lửa điện đợc phóng ra,vật liệu trên bề mặt phôi bị hớt đi bởi một quá trình điện-nhiệt thông qua sựnóng chảy và bốc hơi kim loại - đó là quá trình gia công bằng tia lửa điện gọitắt là gia công EDM (Electrical Discharge Machining)

Cho đến nay quá trình EDM đã đợc phát triển khá rộng rãi ở các nớc pháttriển Nhiều gam máy hoạt động trong lĩnh vực EDM đã đợc sản xuất vớinhiều kiểu khác nhau để phục vụ những mục đích khác nhau Nó đa quy về 2dạng sau:

 Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình: Gọi tắt là phơng

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 thờng dùng để tạo hìnhnhững chi tiết đục lỗ nhng không thông

 Gia công tia lửa điện bằng cắt dây: Điện cực là một sợi dây kim loại

mảnh (d= 0,10,3) đợc quấn liên tục và chạy dao theo một côngtuaxác định

Trang1

Sơ đồ nguyên lí gia công tia lửa điện

1.1.1 Bản chất vật lý của quá trình phóng tia lửa điện

- Đặt một điện áp giữa điện cực và phôi

- Không gian giữa điện cực và phôi phải đợc điền đầy bởi một chất

điện môi

- Cho 2 điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách  nào đóthì xảy ra sự phóng tia lửa điện, xuất hiện một dòng điện tức thời

- Nếu 2 điện cực chạm nhau thì sẽ không có tia lửa điện mà sẽ sảy

ra ngắn mạch có hại cho quá trình gia công

- Nếu khe hở quá lớn thì sẽ không thể xảy ra sự phóng tia lửa điện

điều đó làm giảm năng suất gia công

Để có thể làm phát sinh tia lửa điện, một điều không thể thiếu đợc là mộtthời gian ngắn sau khi đã có dòng điện chạy qua 2 điện cực thì phải ngừngcung cấp năng lợng Đơn giản ngời ta dùng bộ phát xung RC nh trên để cungcấp xung răng ca

Hoạt động của nó nh sau:

Điện áp cung cấp Ui qua R nạp điện cho C, khi điện áp tụ C đạt đến Ui

bằng điện áp mồi tia lửa điện thì quá trình phóng điện bắt đầu, tụ điện phóng

điện ra R cho đến khi Ui giảm xuống đến điện áp tắt sau đó lại tiếp tục quátrình nạp và lặp lại nh trên Quá trình chuyển đổi năng lợng R  C tạo ra dao

động hình thành xung răng ca

+ Thời gian nạp tụ: T1 = RC

+ Thời gian phóng điện T2 rất ngắn vì trị số điện trở rất nhỏ

+ Chu kỳ phóng điện: T = T1 + T2

+ Tần số phóng tia lửa điện:

2

T RC

1 T

1 f

Khi sự phóng tia lửa điện đợc sinh ra ở vùng giữa 2 điểm của cực dơng vàcực âm, nhiệt lợng rất lớn đợc sinh ra làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu ởvùng này Để tăng hiệu quả của phơng pháp gia công, điện cực dụng cụ vàphôi đợc nhấn chìm trong dung dịch điện môi (hyđrôcacbon hoặc dầukhoáng) Quan sát thấy rằng nếu cả 2 loại điện cực đợc làm cùng một loại vậtliệu thì điện cực đợc nối với cực dơng vật liệu điện cực bị bào mòn với tốc độlớn hơn.

Với một khe hở (khe hở phóng điện) thích hợp đợc giữ không đổi giữa 2

bề mặt dụng cụ và phôi, với nguồn một chiều thích hợp dới tần số cao thì xẩy

ra sự phóng tia lửa điện Tia lửa điện sinh ra tại điểm mà nhấp nhô giữa 2 bềmặt dụng cụ và phôi gần nhau nhất, điểm này sẽ thay đổi sau khi phóng tia lửa

điện (bởi vì vật liệu đã bị bào mòn sau khi phóng tia lửa điện), tia lửa sẽ sinh

ra trên toàn bộ bề mặt Kết quả là một lợng vật liệu không đổi đợc hớt đi trêntoàn bê mặt phôi Việc giữ khe hở phóng điện theo một giá trị xác định trớcnhờ một bộ điều khiển servo Khoảng phóng điện đợc nhận biết thông qua

điện áp trung bình giữa khe hở, điện áp này đợc so sánh với một giá trị điện áp

đặt trớc Sự khác nhau này sẽ điều khiển động cơ servo Thờng động cơ bớc

đ-ợc sử dụng thay thế động cơ servo

Tần số tia lửa điện khoảng 200-500000Hz, khe hở phóng điện đợc xác

định khoảng 0,025-0,05mm Điện áp cực đại đợc giữ khoảng 30-250V Lợnghớt vật liệu có thể đạt 300mm3/phút, công suất động cơ 10W/mm3/phút Năngsuất và độ chính xác gia công sẽ tăng lên khi cung cấp một lực chu kỳ củadòng dung dịch điện môi

Sơ đồ dới đây cho ta thấy diễn biến của điện áp và dòng điện ở một máyxung định hình, đợc sinh ra bởi một máy phát tĩnh, trong những khoảng thờigian xác định của một chu kỳ xung

i : Độ kéo dài xung máy phát

t

o : khoảng cách xung Ui: điện áp mở máy Ue: điện áp phóng tia lửa điện

Ie: dòng phóng tia lửa

điện

Đây là đồ thị điển hình của chu kỳ xung trong gia công tia lửa điện đặc

điểm của đồ thị này là dòng điện Ie của xung bao giờ cũng xuất hiện trễ hơnmột khoảng thời gian td (độ trễ đánh lửa) so với thời điểm bắt đầu có điện ápmáy phát Ui Ue và Ie là các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện khiphóng tia lửa điện

Trong một chu kì phóng tia lửa điện ta có thể phân biệt đợc các pha sau

đây:

Pha 1: đánh lửa

Máy phát tăng điện áp khởi động qua một khe hở (đóng điện ápmáy phát Ui) Dới ảnh hởng của điện trờng, từ cực âm (catốt) bắt đầuphát ra các điện tử và chúng bị hút về cực dơng (anốt) Sự phát điện tửgây ra sự tăng cục bộ tính dẫn điện của chất điện môi ở khe hở

Các bề mặt của 2 điện cực không hoàn toàn phẳng Điện trờng sẽmạnh nhất ở 2 điểm gần nhau nhất Chất điện môi bị iôn hoá Tất cả cácphần tử dẫn điện (điện tử và iôn dơng) đều hội tụ quanh điểm này trongkhoảng không gian giữa 2 điện cực và chúng tạo nên một cái cầu Mộtkênh phóng điện đợc hình thành ngang qua cầu Sự phóng điện bắt đầu

t i

u

u

Pha 3: nóng chảy và bốc hơi vật liệu

Lõi của bọt hơi bao gồm một kênh plazma Plazma này sẽ là mộtchất khí có lẫn Lõi của bọt hơi bao gồm một kênh plazma Plazma này làmột chất khí có lẫn các điện tử và iôn dơng ở áp suất rất cao (khoảng 1bar) và nhiệt độ cực lớn (10000 Co ) Khi kênh plazma đợc tạo thành đầy

đủ thì điện áp qua khe hở đạt tới mức của điện áp phóng tia lửa điện Ue.Giá trị điện áp Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc vào sự phối hợp vậtliệu điện cực và phôi

Chất điện môi giữ kênh plazma và cũng là giữ cho năng lợng có mật

độ tập trung cục bộ Sự va đập của các điện tử lên cực dơng và các iôn

d-ơng lên cực âm 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 cũng bị mất

đột ngột Điều này làm cho kim loại nóng chảy bất ngờ bị đẩy ra khỏikênh phóng điện và bốc hơi

Sự phóng điện có thể kéo dài từ vài micrô giây đến vài trăm micrôgiây, tuỳ thuộc vào công dụng Giữa các xung có một độ trễ To, cho phépchất điện môi thôi iôn hoá và để có thời gian vận chuyển phoi ra khỏi khe

hở gia các điện cực nhờ dòng chảy chất điện môi ở đây phoi là vật liệu

điện cực bị tách ra Mỗi bề mặt điện cực đều để lại một “vết lõm” bị ănmòn, nhng sự ăn mòn không nh nhau, cực nào bị ăn mòn nhiều hơn (th-ờng là cực dơng) sẽ đợc dùng làm điện cực dụng cụ Cực bị ăn mòn íthơn đợc dùng làm điện cực dụng cụ Điều này không phải là luôn luôn cố

định Nó còn phụ thuộc vào chế độ phóng điện, việc chọn cặp vật liệu

i u

Phoi

Plazma

1.1.2 Cơ chế tách vật liệu

Tool Work

C B D A E

Hình trên chỉ ra chi tiết bề mặt của 2 điện cực, thực tế 2 bề mặt naykhông phẳng nh ta tởng tợng mà nó có các nhấp nhô Khoảng cách giữa 2 bềmặt điện cực trong toàn bề thực tế không cố định mà nó thay đổi do các nhấpnhô Ví dụ tại điểm A khoảng cách giữa 2 điện cực là nhỏ nhất Khi một điện

áp thích hợp đợc đặt giữa 2 điện cực (dụng cụ và phôi), một trờng tĩnh điện cócờng độ lớn đợc sinh ra nó gây ra sự tách các electron từ cực âm tại A Cácelectron giải phóng này đợc tăng tốc về phía cực dơng Sau khi đạt đến vận tốc

đủ lớn, các electron này va đập với các phần tử điện môi, bắn phá các phần tử

đó thành các electron và các ion dơng Các vừa sinh ra lại đợc tăng tốc và nólại đánh bật electron khác từ các phân tử dung dịch điện môi Cứ nh vậy, mộtcột hẹp các phân tử dung dịch điện môi bị iôn hoá đợc sinh ra tại điểm A nối 2

điện cực lại với nhau (sinh ra một dòng thác điện tử, cột phân tử bị iôn hoátăng lên và tính dẫn điện mạnh, nó nh một tia lửa) Kết quả tia lửa này là mộtsóng chèn ép lớn đợc sinh ra và có nhiệt độ rất lớn tăng lên trên các điện cực(10000-120000C) Nhiệt độ lớn này làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu điệncực, vật liệu nóng chảy bị sóng thổi đi, và một vết lõm trên 2 bề mặt đợc sinh

ra Ngay lúc đó thì khoảng cách giữa 2 điện cực tại A tăng lên và vị trí tiếptheo có khoảng cách giữa 2 điện cực ngắn nhất (ví dụ tại B) Tơng tự, chu kỳtrên đợc lặp lại, tia lửa tiếp theo đợc sinh ra tại B Cứ nh vậy tia lửa sẽ sinh ratrên toàn bề mặt điện cực Kết quả diễn biến quá trình sẽ sinh ra khoảng cáchkhông đổi giữa 2 bề mặt điện cực Phụ thuộc vào hình dạng của âm cực mà d-

ơng cực chép lại hình dạng đó Việc tách vật liệu phụ thuộc vào năng lợngtách vật liệu We:

We=Ue.Ie.te.

Trong đó: Ue, Ie là giá trị trung bình của điện áp và dòng tia lửa điện đợclấy trong khoảng thời gian xung Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc cặp vậtliệu điện cực/phôi Vì vậy năng lợng thực chất chỉ phụ thuộc vào Ie và te

Dòng điện tổng cộng trong kênh plazma qua khe hở phóng điện là tổngcủa dòng các điện tử chạy tới cực dơng và dòng các iôn dơng chạy tới cực âm

Do khối lợng của các iôn dơng lớn hơn trên 100 lần so với khối lợng của các

điện tử, nên ta có thể bỏ qua tốc độ của các iôn dơng khi xuất phát các xung

điện so với tốc độ của điện tử

Mật độ điện tử tập trung tới bề mặt cực dơng cao hơn nhiều lần so vớimật độ iôn dơng tập trung tới bề mặt cực âm trong khi mức độ tăng của dòng

điện lớn nhất trong khoảnh khắc đầu tiên của sự phóng điện Điều này lànguyên nhân gây ra sự nóng chảy rất mạnh ở cực dơng trong chu kỳ này.Dòng iôn dơng chỉ đạt tới cực âm trong micro giây đầu tiên Các iôn d-

ơng gây ra sự nóng chảy và bốc hơi của vật liệu catốt (cực âm) Do đó có hiệntợng điện cực bị mòn

Vật liệu điện cực trong sự tiếp xúc với plazma này ở một pha có áp lựccao tới 1 Kbar và nhiệt độ cao tới 10000 oC trong kênh plazma Một lý doquan trọng của sự tống ra vật liệu bị chảy lỏng là sự đột ngột biến mất củakênh plazma khi dòng điện bị ngắt Ngay tức khắc, áp suất xụt xuống bằng ápsuất xung quanh sau khi ngắt dòng điện Nhng nhiệt độ của chất lỏng lạikhông tụt nhanh nh thế Điều này gây ra sự nổ và bốc hơi của chất lỏng nóngchảy hiện có Tốc độ cắt dòng điện và tốc độ xụt của xung dòng điện sẽ quyết

định tốc độ xụt áp suất và sự bắt buộc nổ vật liệu chảy lỏng Thời gian xụt củadòng điện là yếu tố quyết định đối với độ nhám bề mặt gia công

Vì lợng vật liệu đợc hớt đi phụ thuộc vào điện áp, cờng độ dòng điện vàthời gian nên ngời ta có thể nghiên cứu một cách chính xác tuần tự theo thờigian của dòng điện và điện áp trong lúc phóng tia lửa điện bằng thực nghiệm

nh sau:

Trang7

150 120

30 42

V

U2 = 120 U3 = 60

U1 = 120

V V V V V V V

V

I4 = 29 t4 = 120  s)

V

I7 = 30 I8 = 0 V

I6 = 30 I5 = 30

V V

 s)

 s)

 s)

t2 = 30 t3 = 45

t1 = 0

I3 = 20 I2 = 0 I1 = 0

V V V

1.2 các thông số công nghệ của EDM

1.2.1 Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện

Các đặc tính về điện đợc nhận ra dựa vào các đặc tính thời gian của sựphóng tia lửa điện Các đặc tính này chính là các thông số điều chỉnh quantrọng nhất của quá trình gia công

Mỗi máy phát của thiết bị gia công tia lửa điện đều có một nhiệm vụ làcung cấp năng lợng làm việc cần thiết Trớc đây ngời ta sử dụng các máy phát

có tụ bù Nhợc điển của loại máy này là 50% năng lợng tích trữ trong điện trởnạp biến thành nhiệt Vì vậy, loại máy này chỉ có hiệu suất khoảng 50% Ngàynay các tụ bù chỉ còn đợc sử dụng trong các bộ ngắt bổ xung để thực hiện tối -

u việc gia công đơn giản

Máy phát xung hiện đại của một thiết bị gia công tia lửa điện là một máyphát xung tĩnh ở đây năng lợng đợc điều khiển bằng điện tử nhng không cóyếu tố bù Nguyên lý tác dụng của máy phát xung tĩnh thực hiện trớc hếtthông qua sự phát triển của Transistor mạnh và các sản phẩm điện tử hiện đại.Máy phát xung tĩnh có u việt lớn ở độ linh hoạt của các thông số điều chỉnh.Qua đó mỗi trờng hợp gia công có thể đợc giải quyết dới quan điểm là điệncực ít mòn nhất và chất lợng bề mặt là tối u muốn vậy các thông số của quátrình gia công phải đợc điều chỉnh cho phù hợp

1.2.2 Các thông số điều chỉnh

a Điện áp đánh lửa Ui: đây là điện áp cần thiết để dẫn tới sự phóng tia lửa

điện Nó cung cấp cho điện cực và phôi khi máy phát đợc đóng điện, gây

ra sự phóng tia lửa điện để đốt cháy vật liệu Điện áp đánh lửa Ui càng lớnthì phóng điện càng nhanh và cho phép khe hở phóng điện càng lớn

b Thời gian trễ đánh lửa t d : đó là thời gian giữa lúc đóng điện máy phát và

lúc xảy ra phóng tia lửa điện Khi đóng điện máy phát lúc đầu cha xảy ra

điều gì Điện áp duy trì ở giá trị của điện áp đánh lửa Ui, dòng điện bằng

0 Sau một thời gian trễ td mới xảy ra sự phóng tia lửa điện Dòng điện từ 0vọt lên Ie

c Điện áp phóng tia lửa điện Ue: khi bắt đầu phóng tia lửa điện thì điện áp

tụt xuống từ Ui đến Ue đây là điện áp trung bình trong suốt thời gianphóng tia lửa điện Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu

điện cực/phôi Ue không điều chỉnh đợc.

d Dòng phóng tia lửa điện Ie: là giá trị trung bình của dòng điện từ khi bắt

đầu phóng tia lửa điện đến khi ngắt điện Khi bắt đầu phóng tia lửa điệndòng điện tăng lên từ 0 đến giá trị Ie, kèm theo sự đốt cháy Ie ảnh hởnglớn nhất đến lợng hớt vật liệu, độ mòn điện cực và chất lợng bề mặt gia

Trang9

50

500 1000

100

50 500 1000 5000  s)

10 5 10 100

t i

V (mm /min) 3

10 50

 (%)

50 75 100 125

 m)

Rz

công Nhìn chung Ie càng lớn thì lợng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám bềmặt càng lớn nhng độ mòn điện cực giảm

 Độ mòn tơng đối của vật liệu đợc định nghĩa:  = Ve/Vw

Ve: thể tích vật liệu bị mất ở điện cực

Vw: thể tích vật liệu phôi bị hớt đi

 Dòng điện và diện tích bề mặt bị ăn mòn: Mật độ dòng điện

(A/mm2) sẽ sinh ra lợng nhiệt lớn làm quá nhiệt điện cực và gâymòn điện cực nhanh hơn Do vậy để gia công một vùng nhỏ cầnchọn dòng điện nhỏ và ngợc lại

Nh vậy, khi gia công chỉ có một điện cực hay có nhiều điệncực để thay thế thì phải chú ý lựa chọn dòng điện cho phù hợpsao cho nó cho phép đạt đợc lợng hớt vật liệu lớn nhất có thể đạt

đợc trong khi vẫn duy trì độ nhẵn bóng và độ mòn điện cực tronggiới hạn yêu cầu

e Độ kéo dài xung t i : là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy

phát trong cùng một chu kỳ phóng tia lửa điện Nó bằng thời gian trễ (td)

và thời gian phóng tia lửa điện ie :

ti = td + te

Độ kéo dài xung ti ảnh hởng đến nhiều yếu tố quan trọng có liênquan trực tiếp đến chất lợng và năng suất gia công

Các yếu tố bị ảnh hởng:

 t i ảnh hởng lớn đến lợng hớt vật liệu: thực nghiệm cho thấy khi giữ

nguyên dòng điện Ie và khoảng cách xung to, nếu tăng ti thì ban đầu

Vw tăng nhng chỉ tăng đến

giá trị cực đại ở ti nhất định

nào đó sau đó Vw giảm đi,

nếu vẫn tiếp tục tăng ti thì

năng lợng phóng điện

không còn đợc sử dụng

thêm nữa để hớt vật liệu

phôi mà nó lại làm tăng

nhiệt độ của các điện cực và

dung dịch điện môi

 t i và độ mòn điện cực: độ

mòn  của điện cực sẽ giảm

đi khi tăng ti thậm chí cả sau

khi đạt lợng hớt vật liệu cực

đại Nguyên nhân do, mật độ điện tử tập trung ở bề mặt phôi (+)cao hơn nhiều lần so với mật độ iôn dơng tập trung tới bề mặt dụng

cụ (-) trong khi mức độ tăng của dòng điện lại rất lớn đặc biệt làdòng iôn dơng chỉ đạt tới cực (+) trong những s đầu tiên mà thôi

Do vậy mà  ngày càng giảm

 t i và độ nhám bề mặt: khi tăng ti thì độ nhám Rmax cũng tăng do tácdụng của dòng điện đợc duy trì lâu hơn làm cho lợng hớt vật liệutăng lên ở một vị trí  Rmax tăng lên

f Khoảng cách xung t o : là thời gian giữa hai lần ngắt-đóng của máy phát

xung thuộc 2 chu kỳ phóng điện kế tiếp nhau, to còn đợc gọi là độ kéo dàinghỉ của xung

Cùng với tỉ lệ ti/to, to có ảnh hởng rất lớn đến lợng hớt vật liệu.Khoảng cách to càng lớn thì lợng hớt vật liệu Vw càng nhỏ và ngợc lại

Phải giữ to nhỏ nh có thể đợc để nó có thể đạt một lợng hớt vật liệutối đa Nhng khoảng cách xung to phải đủ lớn để có đủ thời gian thôi iônhoá chất điện môi trong khe hở phóng điện Nhờ đó sẽ tránh đợc lỗi củaquá trình nh tạo hồ quang hoặc dòng ngắn mạch Cũng nh trong thời giancủa khoảng cách xung dòng chảy sẽ đẩy các vật liệu đã bị ăn mòn ra khỏikhe hở phóng điện

Do vậy, tuỳ thuộc vào kiểu máy và trờng hợp gia công cụ thể mà lựachọn to, ti phù hợp thông qua tỉ số ti/to :

+ Khi gia công rất thô chọn : ti/to > 10+ Khi gia công thô chọn : ti/to = 10+ Khi gia công tinh chọn : ti/to = 5  10+ Khi gia công rất tinh chọn : ti/to < 5 (thờng chọn = 0,4)

g Khe hở phóng điện: cho tới đây, ta đã có rất nhiều các thông số điều

chỉnh nh: I, ti, to, U mà chúng chỉ tác động lên sự phóng ta lửa điện Để

dự kiến đợc lợng hớt vật liệu từ đầu đến cuối sau một số lần phóng tia lửa

điện thì vấn đề là phải duy trì khe hở vớ một chiều rộng tối u Quá trình đógọi là sự điều chỉnh khe hở phóng điện Đó là cách để đảm bảo chắc chắnrằng điệc cực tiếp tục ăn xuống để thâm nhập vào phôi

Trên máy xung, việc đo khe hở  đợc thực nghiệm gián tiếp thôngqua việc đo Ue Ue là một đại lợng điện chính xác khi điện cực đã tiến đủgần đến phôi, Ue tăng thì khe hở  cũng tăng Để duy trì một chiều rộngkhe hở phóng điện là hằng số thì tơng ứng với nó là một giá trị danh nghĩacủa Ue Trong quá trình gia công, do điện cực và phôi bị ăn mòn làm cho

 lớn lên, để điều chỉnh thì Ue đợc đo liên tục và đợc so sánh với giá trịdanh nghĩa Thông qua hệ điều khiển nó sẽ điều chỉnh khe hở cho phù hợpbởi vì hệ điều khiển biết chính xác Ue nào tơng ứng với  là bao nhiêu.Thông tờng trong gia công, ngời vận hành máy chọn I, ti, to, Ui phùhợp với yêu cầu năng suất và chất lợng bề mặt, lúc đó hệ điều khiển sẽ tự

động điều chỉnh  cho phù hợp với I và Ui

1.3 năng suất gia công - chất lợng bề mặt và độ chính

xác gia công của edm 1.3.1 Năng suất gia công

Năng suất gia công tia lửa điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọngnhất là các yếu tố cơ bản sau:

- Khe hở phóng tia lửa điện 

Trong đó : T1 thời gian tích điện (s)

* Nếu  nhỏ thì Ucmax cũng nhỏ nên tần số xung lớn, bởi vì ta có quan hệ:

C Uc

I RC

1

Do f cho nên thời gian phóng tia lửa điện te nhỏ

Nh vậy,  nhỏ  Uc ; te , cho dù Ie có lớn thì năng lợng tích luỹtrong xung điện We (năng lợng tách vật liệu) vẫn nhỏ:

We = Ue.Ie.te

Dẫn đến năng suất cũng thấp

* Nếu  lớn thì Uemax lớn  f nhỏ Nhng theo đồ thị dới đây thì dòng điện

Ie cũng nhỏ làm cho năng suất vẫn thấp Nh vậy, việc chọn tối u sao cho

sự phóng điện diễn ra đều đặn để có đợc một năng suất gia công phùhợp là rất cần thiết

0.08 0.04 0.4

0.12 0.16 0.20

a p 0.24

- Công suất gia công: Nc = 0T1

1

dt It Uc T

1

(3)Với :

Uc = Ui.( RCT1

e1

C: điện dụng của mạch RC

T1: thời gian tích điệnThay (4) và (5) vào (3), ta đợc :

T 0

RC T RC T

1

T

Iz Ui N

T

C

max C

1 e 1 U







sau khi tính toán phân tích ta đợc:

) 1

1 ln(

2

Iz Ui N

2 C

1 ln(

Đồ thị bên cho ta mối quan hệ giữa 

và ap trong gia công tia lửa điện, qua đồ thị

đó ta thấy rằng ap đạt max khi = 0,6 

0,8 Vậy phải điều chỉnh khoảng cách điện cực phù hợp với trị số trên và bộ phận điều khiển phải giữ ổn định trong khoảng cách đó

b ảnh hởng của điện dung C

Ta cũng có kết quả theo đồ thị sau Trong đó chỉ ra rằng điện áp tối

u Uopt = 0.7Ui sẽ đạt đợc một lợng hớt vật liệu lớn nhất đồng thời lợngmòn điện cực là nhỏ nhất

f: lợng mòn điện cực

V D

U , f

D

V f

Vùng mạch

, f

V D

C gh C

Hồ quang

f

V D

1 10

20 30 40 50 60

R (  m)

Khi giữ Uopt = const, ta thay đổi điện dung C thì đợc kết quả nh hình

vẽ Ta xác định đợc điện dung giới hạn Cgh, nếu C < Cgh thì sẽ gây ra hiệntợng hồ quang làm giảm năng suất gia công

c ảnh hởng của diện tích vùng gia công F

Theo đồ thị bên thì: sau đoạn tăng

lên gần nh tuyến tính của Vo thì đến

đoạn giảm dần khi diện tích đạt giá trị

tới hạn Fgh Điều này do khi đã quá Fgh

thì cũng có nghĩa là vợt quá dòng điện

tới hạn Việc lấy phoi ra khỏi khe hở

điện cức khó khăn hơn Điều này ảnh

Về độ nhám bề mặt: sau khi gia công bề mặt gia công không hoàn

toàn phẳng mà nó để lại những nhấp nhô, chính là độ nhám bề mặt Điềunày làm giảm đặc tính chống mài mòn và tăng nguy cơ bị ăn mòn hoáhọc

Khi gia công thô sẽ có độ nhám rất lớn, tạo ra bề mặt thô và ngợclại khi gia công tinh Bề mặt càng thô thì tính chống mài mòn càng kém

và nguy cơ bị ăn mòn hoá học càng cao

Theo lý thuyết thì bề mặt bị ăn mòn tạo ra những vết lõm hình vòmbán cầu chồng mép lên nhau Nh-

ng trong thực tế thì không có sự

đều đặn nh hình vẽ, mà hình dạng

của chúng thay đổi đi nhiều do

hơi kim loại ngng tụ lại

Hình bên cho ta thấy cấu trúc

tế vi của bề mặt gia công bằng tia

lửa điện Nó không đồng đều,

nhiều nghiên cứu chứng minh

Trang15

50 25 75 100 125

C U 2

Nh vậy, thể tích của vết lõm: V = K.U2.C

Trong đó: K là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và điều kiện gia công

Giả sử V tỉ lệ với lập phơng của chiều sâu (R) thì :

3 1 3

1 3 2 2 3

1 Max K V K U C m C

Từ thực nghiệm ta có mối quan hệ giữa U, C, và RMax nh đồ thị dới

đây Đồ thị phản ánh đúng biểu thức trên, ta nhận thấy muốn đạt R nhỏthì phải dùng tụ có điện dung C nhỏ

Qua nghiên cứu lý thuyết cũng nh thực nghiệm, ngời ta chứng minh

Do tác dụng của dòng điện

duy trì lâu hơn khi tăng độ kéo dài

U = const

C (F)

log(Rmax)

130V 85V 27V

xung nên chiều cao nhấp nhô Rmax tăng, ngay cả sau điểm đạt đợc lợnghớt vật liệu cực đại

Trang17

Về vết nứt tế vi và lớp ảnh hởng nhiệt sau khi gia công có thể đợc

mô tả nh hình sau:

Hình trên cho thấy rõ cấu trúc lớp bề mặt phôi và sự thay đổi độcứng của chúng theo chiều sâu Ta phân biệt đợc các lớp và các cấu trúcsau đây:

1 Lớp trắng: đó là lớp kết tinh lại, với các vết nứt tế vi do ứng suất d

vì nóng lạnh đột lặp đi lặp lại Độ kéo dài xung te càng lớn thì lớpnày càng dày

2 Lớp bị tôi cứng: với cấu trúc dòn, lớp này có độ cứng tăng vọt (trên

1000 HV) so với kim loại nền

3 Lớp bị ảnh hởng nhiệt: do nhiệt độ ở đây đã vợt quá nhiệt độ

ostenit(Fe-Fe3C) trong một thời gian ngắn Độ cứng của lớp nàygiảm so với lớp tôi cứng, khoảng dới 800HV

Dới cùng là lớp không bị ảnh hởng nhiệt Nó trở lại độ cứngbình thờng của vật liệu nền

Nhiệt độ cao sinh ra do sự phóng điện gây ra nóng chảy và bốchơi vật liệu, rõ ràng là nhiệt độ này tác dụng lên tính chất của lớpmỏng (2.5-150m) của bề mặt gia công Lớp ngoài cùng bị nguộinhanh, đó là nguyên nhân làm lớp này rất cứng, lớp sát trong lớpnày ở trong điều kiện nh ram, hình sau chỉ ra mối liên hệ của độcứng với chiều sâu lớp ảnh hởng nhiệt trên bề mặt phôi thép sau khigia công

Hình này chỉ rõ khi gia công tinh độ cứng không thay đổi nhiều, tuynhiên với gia công thô lớp ngoài cùng đợc ram và độ cứng giảm dần theochiều sâu.

Độ cứng lớp bề mặt sau khi gia công sẽ làm cho độ bền mòn tănglên Tuy nhiên, độ bền mỏi giảm do các vết nứt tế vi tăng trên bề mặttrong quá trình làm nguội nhanh Hình sau chỉ ra sự so sánh của độ bềnmỏi giữa phơng pháp phay và gia công tia lửa điện

Phay EDM

Tính chất của lớp mỏng bề mặt không ảnh hởng nhiều đến độ bềnkéo Cấu trúc của vật liệu đã bị thay đổi do tia lửa gây ra Tính chất hoáhọc cũng thay đổi Những tính chất này làm tăng sự mài mòn

1.3.2.2 Độ chính xác tạo hình khi gia công.

Gia công tia lửa điện kiểu xung định hình là phơng pháp gia công inhình, độ chính xác in hình phụ thuộc nhiều yếu tố:

 Độ chính xác của máy

 Các thông số điều chỉnh về điện khi gia công

 Tính chất của điện cực (vật liệu , độ chính xác kính thớc )

 Độ chính xác lập trình(Độ chính xác quỹ đạo dụng cụ đợc lậptrình)

Trang19

125 30

250 375 500 625

40

50 60

0 20

Tác dụng của EDM lên độ cứng bề mặt

Tác dụng của EDM lên độ bền mỏi của vât liệu phôi

Về độ chính xác của máy, trớc hết nhà chế tạo phải quan tâm bố trímáy cho tối u Điều này nhà chế tạo chỉ có thể đáp ứng đợc ở mức độgiới hạn vì phải quan tâm đến giá thành, công suất, độ lớn chấp nhận đợccủa máy.

Ngời sử dụng cũng cần quan tâm đến những điều kiện phù hợp nhnhiệt độ trong phòng và giữ cho nhiệt độ của chất điện môi là hằng số.Phải chịu trách nhiệm về thông số điều chỉnh

Khe hở phóng điện, chất điện môi cũng ảnh hởng quan trọng lên độchính xác gia công Khi chất điện môi đặc thì lợng hớt vật liệu lớn hơn,

do sự có mặt của các phần tử dẫn điện sẽ làm tăng cờng độ từ trờng đốivới cùng một chiều rộng khe hở phóng điện Từ đó đa đến sự khác nhaugiữa chiều rộng khe hở phóng điện mặt bên và mặt trớc

Độ chính xác lập trình không chỉ phụ thuộc vào ngời sử dụng màcòn phụ thuộc vào nhà sản xuất maý Đó là khả năng đáp ứng các yêucầu nh profine có thể thực hiện, độ chính xác

Độ không chính xác kích thớc của phơng pháp gia công tia lửa điệngồm :

trên của lỗ chịu tác dụng của số lần

phóng tia lửa điện nhiều hơn phần dới Độ côn phụ thuộc vào đờng kínhdụng cụ Nó có thể đợc điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số về

điện

b Hiện tợng cắt quá mức.

Cắt quá mức là kích thớc của lỗ gia công vợt quá kích thớc dụng cụ

điện cực Độ lớn của hiện tợng này phụ thuộc vào chiều dài tia lửa điện,khe hở phóng điện Khi trong khe hở có các hạt mài mòn, chiều dài tácdụng của tia lửa điện tăng lên do dw (đờng kính hạt mài) Đợc chỉ ra trongdới đây:

Trang20

d w

1.3.3 Lợng hớt vật liệu

Các yếu tố tác động lên lợng hớt vật liệu gồm

- Điện áp phóng tia lửa điện Ue

- Dòng phóng tia lửa điện Ie

- Thời gian phóng tia lửa điện te

Từ đẳng thức của năng lợng phóng tia lửa điện

We =Ue Ie te

Ta thấy rằng dới điều kiện bình thờng thì khi Ue, Ie,te càng lớn thìnăng lợng phóng tia lửa điện càng tăng Làm tăng tốc độ hớt vật liệu.Trong thực tế lơng hớt vật liệu có thể đợc xác định thông qua cácthông số điều chỉnh: I, ti, tc, Uz

Lợng vật liệu đợc lấy đi do một lần phóng tia lửa điện có thể đợcxác định bởi đờng kính, chiều sâu vết lõm và nhiệt độ nóng chảy vật liệu

Ta đa ra các giả thiết

1 Tia lửa là một nguồn nhiệt có chu kỳ không đổi trên toàn bề mặt

điện cực và có đờng kính 2a đợc giữ không đổi

2 Xem bề mặt điện cực là nửa mặt phẳng vô hạn

3 Trừ phần nguồn nhiệt, còn lại bề mặt điện cực đợc giữ cách điện

4 Tốc độ nguồn nhiệt đầu vào đợc giữ không đổi trong lúc phóngtia lửa điện

5 Tính chất của vật liệu không đổi theo nhiệt độ

6 Sự bốc hơi của vật liệu đợc bỏ qua

Hình vẽ sau chỉ ra 1 nguồn nhiệt lý tởng

Ta có H là lợng nhiệt đầu vào (J),  là nhiệt độ (0C ), t là thời gian(s), K là hệ số dẫn nhiệt (cal/cm.s 0C ), độ khuyếch tán (cm2/s), td

khoảng thời gian phóng điện (s), m là nhiệt độ nóng chảy của vật liệu

Nguồn nhiệt lý t ởng trong gia công tia lửa điện

Nhiệt độ tại bất kỳ một điểm nào đó phụ thuộc r, z.

2

z r r

1 r

H z

(0,z,td)=

d

Kat

H 2

2

z erfc e a j a j

0

d d

z 1

Gọi z là chiều sâu nhiệt độ nóng chảy đạt tới

m =

d 2 d t Ka

t H 2

a z ierfc t

2

z ierfc (17)Trong đó:

2 m tong

t a

z a H H

Vc : Thể tích vết lõm (cm3).

hc(z) : Chiều sâu vết lõm (cm)

Đồ thị sau chỉ ra giá trị lý thuyết của z phụ thuộc vào td, với vật liệulàm điện cực là Cu, Al, Zn, đờng kính tia lửa không đổi:

Hình sau mô tả bản chất sự biến thiên của thể tích vết lõm theo td

với các mức năng lợng khác nhau:

Hình dạng đồ thị gần giống nhau Một điều quan trọng là lợng vậtliệu bị bào mòn rất bé với thời gian phóng điện bé và tăng dần theo td.Khi đạt đến giá trị cực đại, bỗng nhiên nó tụt xuống giá trị bằng 0 Điềunày chứng minh rằng lợng vật liệu bị lấy đi mỗi lần phóng điện phụthuộc vào điểm nóng chảy của vật liệu

Các vết nứt cũng ảnh hởng đến quá trình hớt vật liệu Lợng vật liệu

đợc lấy đi trong thời gian phóng điện tiếp theo đợc chỉ ra trong đồ thị dới

đây Rõ ràng lợng vật liệu bị bóc đi lớn nhất khi áp suất dới 1 giá trị nào

đó, điều này chỉ ra sự tác dụng của vết nứt lên tốc độ hớt vật liệu

Cu Al Zn

H = 0,5 J 2a = 0,08 cm

Biến thiên của chiều sâu vết lõm z và thể tích Vc phụ thuộc vào t d .

Độ nhám bề mặt có mối liên hệ thực nghiệm đối với tốc độ bào mònvật liệu Từ kích thớc vết lõm phụ thuộc vào năng lợng phóng tia lửa điện(giả thiết các điều kiện khác đợc giữ không đổi), chiều sâu và đờng kínhvết đợc tính nh sau:

hc=K1W1/3 ( cm ) ( 21a )2a=K2W1/3 ( cm ) ( 21b )Trong đó W là năng lợng phóng tia lửa điện ( J ), K1, K2 là các hằng

số không đổi Với điện cực Cu, dung dịch điện môi là dầu hoả, K1=0.4,

K2 =0.045 Thay vào ( 20 ) ta đợc:

) K K 4

3 ( K 6

1 2 2 1

m: Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu ( 0C )

Trong các hệ thức trên chúng ta có giả thiết phóng điện trong điềukiện bình thờng

Lợng hớt vật liệu phụ thuộc mạnh vào dòng điện môi Khi không cólực chu kỳ, hạt mài nóng chảy và nối các điện cực lại Đồ thị sau chỉ rabản chất lợng vật liệu bị bào mòn khi có và khi không có lực chu kỳ củacủa dòng dung dịch điện môi:

Tác dụng lực chu kỳ của dòng dung dịch

Có dòng dung dịch điện môi Không có dòng dung dịch

Sau khi sự phóng điện hoàn thành, dung dịch điện môi xung quanhlần phóng điện cuối cùng nên đợc tiếp tục khử ion hoá Với trờng hợpnay điện áp khe hở phải đợc giữ dới điện áp phóng điện cho đến khi sựkhử ion hoá hoàn thành, nếu không dòng điện sẽ chạy qua khe hở tại vịtrí phóng điện đầu tiên Thời gian yêu cầu để hoàn thành sự khử ion hoáphụ thuộc vào năng lợng giải phóng bởi lần phóng điện đầu tiên Năng l-ợng giải phóng lớn thì thời gian khử ion hoá tăng.

Độ kéo dài xung ti (là khoảng thời gian giữa 2 lần đóng-ngắt củamáy phát xung trong 1 chu kỳ phóng điện) ảnh hởng đến lợng hớt vậtliệu Nếu độ kéo dài xung đợc tăng lên trong khi bớc dòng điện vàkhoảng cách xung giữ nguyên thì tác động của dòng phóng tia lửa điện

sẽ lâu hơn Ban đầu lợng hớt vật liệu tăng nhng chỉ tăng đến một giá trịcực đại ở một độ kéo dài xung nhất định nào đó sau đó giảm đi

Giá trị cực đại của lợng hớt vật liệu tơng ứng với một độ kéo dàixung tối u Nếu vẫn tiếp tục tăng độ kéo dài xung thì năng lợng phóng

điện không còn đợc sử dụng thêm nữa để hớt vật liệu phôi

Khoảng cách xung t0 ảnh hởng đến lợng hớt vật liệu, khoảng cáchxung càng lớn thì lợng hớt vật liệu càng nhỏ, và ngợc lại

Nếu khoảng cách xung quá ngắn thì chất điện môi không đủ thờigian để ion hoá Các phần tử đã bị ăn mòn điện và nhiệt của chất điệnkhông thể đợc đa đi khỏi khe hở phóng điện trong khoảng thời gian ngắnnày Kết quả là xảy ta hồ quang và ngắn mạch Lợng hớt vật liệu bị giảm

Trang25

1.4 Dung dịch chất điện môi và dòng chảy chất điện môi 1.4.1 Yêu cầu của dung dịch điện môi

 Tính nhớt thấp: trong quá trình gia công các vật liệu bị bào mòn cần phải

đợc lấy đi, nếu có sự tồn tại của vật liệu bị bào mòn trong khe hở sẽ gây racác lỗi trong quá trình gia công Để lấy vật liệu đó thì chất điện môi có độnhớt càng thấp càng tốt

 Không độc hại: vấn đề an toàn lao động là rất cần thiết cho ngời công

nhân Môi trờng độc hại sẽ ảnh hởng đến sức khoẻ, vì vậy chất điện môiphải không độc hại

 Không có xu hớng bị đốt nóng: chất điện môi ngoài tác dụng cuốn phoi đi

còn có tác dụng làm mát, dẫn nhiệt vùng bị đốt nóng ra ngoài Do đó chất

điện môi có nhiệt độ càng thấp càng tốt

1.4.2 Nhiệm vụ của dung dịch điện môi

Chất điện môi có 4 nhiệm vụ chính nh sau:

hở cha đủ hẹp Chỉ ở một khoảng cách nhỏ nhất có thể có giữa điện cực

và phôi mới cho phép dòng phóng tia lửa điện đi qua Nếu khe hở nhỏ thìlợng hớt vật liệu và độ chính xác in hình tăng

Tuy nhiên, lợng hớt vật liệu cũng tăng khi khoảng cách xung ngắn.Chất điện môi phải đợc Iôn hoá nhanh nh có thể đợc sau xung này

Chất điện môi đợc dùng trong thực tế ít khi nguyên chất Vì vậy,

tr-ớc tiên nó phải đợc dẫn qua một hệ thống lọc Mặc dù vậy, vẫn luôn luôncòn sót lại các phần tử tế vi vật liệu điều này phải đợc tính đến khi chọnchất điện môi

Nếu xung bị ngắt thì chất điện môi phải đợc iôn hoá, tạo điều kiện

để sự phóng điện tiếp theo xảy ra ở một vị trí khác Chất điện môi cũngbao trùm lên kênh phóng điện, nhờ đó có thể đạt đợc mật độ năng lợngcao, tăng hiệu quả phóng điện

ở kênh phóng điện, trong khoảng thời gian cực ngắn (cỡ phần triệugiây) nhiệt độ có thể lên tới 10000 oC Nhiệt xuất hiện ở đây phải đợcchuyển đi, nếu không thì độ mòn diện cực sẽ tăng lên và bề mặt phôi sẽ

bị h hại do quá nhiệt

Bản thân chất điện môi cũng không đợc phép bị quá nhiệt Sự quánhiệt làm cho chất điện môi dễ bị phân hủy thành khí và cácbon tự do.Khí này đa đến sự mở rộng không mong muốn của kênh phóng điện vàlàm giảm lợng hớt vật liệu

Các cặn cacbon lắng trên bề mặt điện cực sẽ gây ra sự ngắn mạch.Vì vậy, cần tạo ra một dòng chảy đi qua khe hở phóng điện để làm nguộicả điện cực và phôi

Vì vậy, phải có một hệ thống dòng chảy của chất điện môi để vậnchuyển các phần tử đã ăn mòn đó đi khỏi khe hở phóng điện và đảm bảocấp điện môi sạch cho khe hở Dòng chảy mang theo các phần tử đã bị ănmòn sẽ đợc đa tới hệ thống lọc để sau đó lại tiếp tục đa chất điện môisạch tới vùng gia công

1.4.3 Các loại chất điện môi và tiêu chuẩn đánh giá chúng

 Các loại chất điện môi

Cho đến nay, có hai loại chất điện môi chủ yếu dùng cho hai phơng phápgia công tia lửa điện khác nhau, đó là:

- Hydrocacbon : chủ yếu dùng cho xung định hình

- Nớc khử khoáng : chủ yếu dùng cho cắt dâyNgoài ra, trên thị trờng thế giới vừa xuất hiện một loại chất điện môi mớinhất dựa trên thành phần chính là nớc Nó có độ nhớt cao hơn nớc và hiệu quảlàm nguội tốt hơn dầu Nó đợc dùng chủ yếu cho gia công xung định hình với

Trang27

điện cực Graphit lớn và bớc dòng điện lớn Do đó có lợng hớt vật liệu rất cao.Vì chất điện môi này có thành phần chính là nớc nên dòng điện dò là rất lớnkhi gia công tinh Nó làm cho khó nhận đợc bề mặt tinh và độ nhám Rmax 

và khả năng áp dụng chất điện môi Dầu khoáng chất lợng cao có đợc nhờ kĩthuật tinh chế đặc biệt

Các dẫn xuất của xăng bao gồm 100% các sản phẩm thơm đều cho hiệuquả cao nếu dùng làm chất điện môi Tuy nhiên, tiếc rằng lại không đợc phép

sử dụng chúng do chúng có mùi, gây hại cho sức khoẻ và môi trờng

 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi:

Chất điện môi đợc đánh giá dựa trên một loạt các tiêu chuẩn sau đây:

- Bền lâu, ít hao phí

- Vệ sinh: không hại da, không độc, không khó ngửi

- Có điểm cháy tơng đối cao (khó cháy)

- Có mật độ, độ đậm đặc nhất định

- Có độ trong suốt để dễ quan sát vùng gia công

- Có độ nhớt nhất định

- Có khả năng dẫn điện dới một điều kiện nhất định

- Cách điện ở điều kiện bình thờng

điện môi Vì nó làm ảnh hởng trực tiếp lên kênh phóng điện Độ nhớt đặc trng

cho “masat trong” là trở lực của chất lỏng đối với sự cháy Độ nhớt đợc đobằng mm2/s Độ nhớt quyết định sự mở rộng của kênh phóng điện.

Độ nhớt của chất điện môi càng cao thì kênh phóng điện càng đợc tậptrung hơn, hiệu quả phóng điện càng cao hơn

Để gia công thô, sử dụng chất điện môi có độ nhớt cao với giá trị độ nhớt

đến 4 mm2/s Để gia công tinh, sử dụng chất điện môi có độ nhớt thấp, giá trị

 Các yếu tố an toàn chất điện môi:

Vì nhiệt độ trong khe hở phóng điện rất cao, bản thân chất điện môi trởnên rất nóng nên rất cần tránh dùng các chất điện môi có điểm cháy thấp (dễcháy) Mặt khác phải chắc chắn rằng khí bốc hơi và các sản phẩm lắng cặncủa chất điện môi phải không hại đến sức khoẻ Trong các chất điện môi trêncơ sở là nớc, dòng điện dò rất lớn có hại cho gia công tinh

Sơ đồ sau là sơ đồ áp dụng chất điện môi nh là hàm số của dòng điện dò

và diện tích bề mặt hoạt động của điện cực:

Phù hợp nhất cho gia công tinh vẫn là dầu, vì dầu có khả năng điện môithấp Trên thị trờng cũng có các máy gia công xung định hình cho phép thaythế chất điện môi khi gia công thô và gia công tinh (ví dụ : máy SODIC) Khigia công tinh ta có thể sử dụng sự ô nhiễm nhân tạo của chất điện môi Ví dụ,dựa vào các phần tử nhỏ li ti dẫn điện (nhôm) để làm tăng tính dẫn điện củachất điện môi giữa các khe hở lớn, cho phép tránh đợc sự ngắn mạch khi giacông tinh Sự “làm bẩn” nhân tạo này cũng giúp đợc các vết đốm đen thờngxuất hiện lác đác trên phôi sau khi gia công tinh

Trong gia công xung định hình thì không thể dùng nớc khử khoáng vì bềmặt điện cực sẽ cho dòng điện dò quá lớn

1.4.4 Các loại dòng chảy chất điện môi

Để đạt đợc kết quả gia công tối u, một điều tối cần thiết là phải xục rửatốt vùng khe hở phóng điện bằng cách tạo ra một dòng chảy thờng xuyên củachất điện môi Dòng chảy chất điện môi có ảnh hởng quyết định lên kết quảgia công xung định hình Nếu chất điện môi càng loãng và sức căng bề mặtcàng nhỏ thì càng thích hợp với nhiệm vụ xục rửa Nếu xục rửa càng kém thìgia công càng lâu Nếu xục rửa không đủ thì sẽ tồn tại các sản phẩm bị ănmòn trong khe hở phóng điện, là nguyên nhân tạo ra các lỗi quá trình nh ngắnmạch hoặc hồ quang làm h hại bề mặt phôi và điện cực

Việc chọn cẩn thận các thông số gia công xung định hình sẽ là vô íchnếu điều kiện dòng chảy không đáp ứng đợc quá trình gia công đó

Thông thờng có các phơng pháp tạo dòng chảy chất điện môi nh sau:

- Dòng chảy bên ngoài

- Dòng chảy áp lực: từ điện cực hoặc từ phôi

- Dòng chảy hút: qua điện cực hoặc qua phôi

ở dòng chảy bên ngoài, chất điện môi đợc đa vào trực tiếp đến khe hởphóng điện bởi một miệng vòi:

Trong trờng hợp này cần đến t thế của miệng vòi:

- Khi lòng khuôn rộng thì miệng vòi cần phải nằm ngang

- Khi lòng khuôn sâu thì miệng vòi cần nằm thẳng đứngNếu miệng vòi không đợc đặt dới một góc phù hợp thì sẽ gây ra lỗi dòngchảy Các phần tử đã bị ăn mòn, điện tích sẽ tích tụ trong góc của lòng khuôn,

Điện cực Vòi xục rửa chất điện môi

Phôi

Dòng chảy hút qua điện cực Dòng chảy hút qua phôi

hiệu quả dòng chảy bên ngoài bị giảm Khi đó cần phối hợp dóng chảy bênngoài với dòng chảy nhắp

 Dòng chảy áp lực

Cùng với dòng chảy bên ngoài, dòng chảy áp lực là một trong những

ph-ơng pháp dòng chảy quan trọng nhất Trong kỹ thuật này, chất điện môi đợc

đa cỡng bức vào khe hở phóng điện qua các lỗ ở điện cực hoặc phôi

Trong các trờng hợp này, dòng chảy áp lực chỉ có hiệu quả nếu nh việctách các phần tử đã bị ăn mòn điện ra khỏi khe hở mặt bên không gây ra quánhiều sự phóng tia lửa điện, nếu không sẽ có nguy cơ tạo ra sai số in hình vàbiến đổi hình dáng nh việc tạo ra thành côn ở mặt bên lòng khuôn

Sự tạo ra các sai số in hình và các thay đổi hình dáng chủ yếu có thể xảy

ra nếu áp lực dòng chảy quá thấp hoặc quá cao Các lỗ khoan lệch tâm và hìnhhọc không đối xứng cũng có thể gây ra các sai số nh vậy

Cần lu ý rằng, nếu dùng phơng án chất điện môi chảy qua một lỗ của

điện cực thì khi kết thúc gia công sẽ để lại một lõi ở phôi mà nó cần đợc cắt đitrong bớc gia công tiếp theo

 Dòng chảy hút

Theo phơng pháp này, chất điện môi đã bẩn đợc hút ra khỏi khe hở

phóng điện qua 1 lỗ ở điện cực hoặc một lỗ ở phôi

Phơng pháp hút này làm giảm sự phóng điện bổ xung ở khe hở mặt bên,

do các phần tử bị tách ra không bị đẩy lên trên kênh phóng điện Vì thế, thờngdùng phơng pháp khi gia công tinh lần cuối và ở nơi cần đạt đợc các thànhkhuôn song song

Dòng chảy hút không tốt sẽ xảy ra khi lòng khuôn sâu và hẹp Khi đó

cần đặc biệt chú ý là khuôn phải

luôn đủ dung dịch điện môi trong khe hở phóng điện để cho quá trình giacông không bị mất ổn định Khi xục rửa theo kiểu hút cũng cần tính đến mộtgiá trị nhỏ của khe hở phóng điện Đôi khi do không đủ chất điện môi trongkhe hở có thể xuất hiện “khe hở khô” gây h hại bề mặt phôi.

Trong trờng hợp lòng khuôn có sẵn lỗ thủng ở đáy thì ngời ta thờng sửdụng sự hút qua phôi theo kiểu “vòi ấm” “Vòi ấm” đợc đặt dới phôi va chất

điện môi bẩn đợc hút qua phôi

Dòng chảy nhắp là dòng chảy chỉ tác động khi điện cực nâng lên Dòngchảy nhắp chỉ thực hiện khi lòng khuôn sâu, điện cực nhỏ và chỉ dùng cho giacông tinh

Dòng chảy nhắp chỉ có thể dùng cho sự phóng tia lửa điện trong phơngthức nhắp mà ở đó quá trình gia công bị gián đoạn sau một chu kỳ nhất địnhcủa thời gian phóng tia lửa điện te Hệ điều khiển sẽ nâng điện cực lên mộtkhoảng xác định AW sau đó lại hạ điện cực xuống

Các tham số của dòng chảy nhắp:

- Thời gian ăn mòn điện te

- Khoảng cách nâng điện cực lên AW

Điện cực Miếng giữ điện cực

Phôi Hút Nén

- Phơng thức dòng chảy SPL: phơng thức chảy liên tục haynhắp, với điều kiện dòng chảy là dòng chảy áp lực, dóng chảyhút hay dòng chảy phối hợp.

 Dòng chảy do chuyển động của điện cực

Dòng chảy do chuyển động của điện cực có tác động đối với chất điện môi trong khe hở phóng điện là nhờ vào chính chuyển động của điện cực

ở các lòng khuôn sâu và hẹp, sự tiến - lùi của điện cực sẽ đều đặn bơmchất điện môi sạch vào khe hở phóng điện

Trang33

1.5 Một số vấn đề về dụng cụ điện cực

Điện cực dụng cụ giữ vai trò quan trọng trong nguyên lý gia công tia lửa

điện vì vậy hình dạng chính xác của dụng cụ cần đợc giữ trong điều kiện tốtnhất để đạt kết quả gia công tốt hơn

Trong quá trình gia công tia lửa điện, không phải chỉ có vật liệu phôi bịhớt đi mà chính vật liệu điện cực cũng bị hớt đi một lớp mỏng, tuy rất nhỏ sovới lợng vật liệu phôi bị hớt đi Việc điện cực bị mòn là không mong muốn do

1.5.1.1 Yêu cầu của vật liệu điện cực

Mọi vật liệu dẫn điện và dẫn nhiệt đều có thể dùng làm điện cực Nhng

để sử dụng chúng một cách kinh tế và đạt hiệu quả cao thì chúng cần thoảmãn các yêu cầu sau:

- Có tính dẫn điện tốt, để dòng điện có thể truyền qua điện cực để phóngtia lửa điện

- Có tính chất nhiệt vật lý tốt nh độ dẫn nhiệt, khả năng nhận nhiệt, có

điểm nóng chảy và điểm sôi cao

- Có độ bền mòn cao, tức là độ bền vững trong gia công tia lửa điện.Tiêu chuẩn này là quan trọng nhất, nó đợc thể hiện bởi công thức về

- Có tính gia công tốt, nghĩa là phải dễ gia công

- Giá thành rẻ

- Khối lợng riêng nhỏ, để có thể chế tạo các điện cực lớn mà khối lợng

điện cực không quá nặng làm ảnh hởng đến khả năng của máy

1.5.1.2 Các loại vật liệu điện cực.

Khi lựa chọn vật liệu điện cực phụ thuộc các yếu tố sau:

Ngời ta phân biệt 3 nhóm vật liệu điện cực:

Nhóm vật liệu kim loại : Đồng điện phân, Cu-W, Ag-W, đồng thau và

thép

Nhóm vật liệu phi kim loại : Grafit.

Nhóm vật liệu pha trộn kim loại : Phi kim loại, đồng grafit.

Ngoài ra còn có một số vật liệu nh :

Thép, wolfram, nhôm, molipden, hợp kim cứng chỉ đợc dùng làm

điện cực trong một số ứng dụng đặc biệt

Ta đi sâu tìm hiểu một số vật liệu điện cực phổ biến nhất trong giacông tia lửa điện

 Nhóm vật liệu kim loại: thờng dùng đồng điện phân và Cu-W.

Trang35

điện phân cần đợc khử ứng suất nội để tránh bị biến dạng do sự giảiphóng ứng suất nội khi gia công.

Điện cực bằng đồng điện phân có lợng hớt vật liệu cao và độ mònnhỏ Nhợc điểm lớn nhất của đồng điện phân là nặng và có độ giản nởnhiệt lớn nên không thích hợp với việc chế tạo các điện cực lớn Đồng

điện phân dễ bị biến dạng nên khi làm các điện cực mảnh dẻ thì đồng

điện phân không ổn định về hình dáng Khi tăng cờng độ phóng điện thì

Điện cực bằng đồng - volfram có độ bền ăn mòn cao là nhờ sự cómặt của volfram, có tính dẫn điện cao nhờ đồng điện cực bằng đồng -volfram cũng đạt chất lợng bề mặt gia công tia lửa điện tơng đơng với

điện cực đồng điện phân , nhng tính gia công kém hơn Nhợc điểm lớncủa đồng - volfram là khối lợng riêng lớn và giá thành cao nên kích thớccủa điện cực bị giới hạn Trong nhóm vật liệu phi kim loại chỉ có grafit là

đợc sử dụng phổ biến làm điện cực

đồng.Grafit có điện trở riêng lớn hơn vài trăm lần so với đồng điện phân.Khi cờng độ dòng phóng tia lửa điện tăng lên thì sự mòn điện cực không

đổi, chỉ khi dòng phóng tia lửa điện tăng lên rất cao ( trên 200 A ) thìmới có sự thay đổi độ mòn điện cực

Hiện nay đã phát triển các loại grafit đặc biệt với các đặc tính vật lýquan trọng nhất dùng cho gia công xung định hình nh :

có độ bền xung nhiệt, ở một môi trờng không khí xung quanh nóng tới

480 oC grafit vẫn bền Grafit có tính dẫn điện tốt, độ dẫn điện là10m

ở ngay gần độ 0 tuyệt đối, grafit tỏ ra nh một chất cách điện vì nó chỉ córất ít điện tử tự do Khi tăng nhiệt độ, số điện tử tự do tăng lên, nhờ đótăng độ dẫn điện và quá trình gia công xung định hình sẽ tốt hơn

Độ dẫn nhiệt ở grafit cao hơn nhiều kim loại và độ dẫn nhiệt giảmkhi nhiệt độ tăng

Độ dãn nở nhiệt rât thấp, nên nó giữ đợc kích thớc chính xác trongquá trình gia công

 Nhóm vật liệu pha trộn kim loại - phi kim: vật liệu đồng - grafit là điển

hình

 :2.4-3.2 g/cm3

Điện trở riêng :-5 mm2/m

Độ bền gãy : 700-900 kg/cm3

Nhờ có Cu nên vật liệu đồng-grafit có độ bền gãy cao hơn grafit,

điện trở riêng giảm

Trong quá trình gia công tia lửa điện, đồng có xu hớng chảy ra các

lỗ hổng của grafit nên không đạt đợc chất lợng bêf mặt gia công tốt hơn

so với grafit Nên nó chỉ dùng cho những nhiệm vụ đặc biệt Nó rất đắt,

Trang37

nhng có độ cứng vững tốt hơn grafit nên thờng đợc dùng để làm các điệncực nhỏ cho các chi tiết tinh xác.

1.5.2 Chế tạo điện cực.

Trong thực tế có các phơng pháp chế tạo điện cực nh sau :

- Phơng pháp gia công thông thờng nh tiện, phay,mài

Sử dụng khi vật liệu là Cu, đồng thau, hợp kim Cu-W, Ag-W, grafit

- Đúc: Sử dụng khi vật liệu là hợp kim đúc thành phần chính là Zn nhhợp kim Zn-Sn, hợp kim nhôm

- Cắt bằng tia nớc

- ép định hình

Có nhiều phơng pháp chê tạo điện cực nhng cần chú ý đến phơng pháp

xử lý cuối cùng Một điện cực phức tạp có thể đợc chia ra thành nhiều điệncực đơn giản để dễ chế tạo Cần phải giữ đợc tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt của

điện cực

1.5.3 Các thông số ảnh hởng đến mòn điện cực

Khi có điện áp đủ lớn đặt vào khe hở phóng điện gọi là điện áp đánh lửa

Uz, thì bắt đầu gây ra sự phóng tia lửa điện đốt cháy vật liệu Trong thời giantrễ đánh lửa td thì điện áp là Uz, dòng bằg 0, sau thời gian td thì xảy ra sựphóng tia lửa điện, dòng từ 0 tăng lên Ie và Uz giảm xuống Ue Ue là giá trị

điện áp trung bình trong suốt thời gian phóng tia lửa điện, Ue là hằng số vật lýphụ thuộc vào cặp vật liệu và không điều chỉnh đợc Dòng điện sinh ra khiphóng tia lửa điện là là tổng dòng các điện tử chạy tới cực dơng và các ionchạy tới cực âm Dòng ion dơng đạt tới cực âm trong micro giây đầu tiên Cácion dơng này gây ra sự nóng chảy và bốc hơi vật liệu cực âm Đây là nguyênnhân gây ra hiện tợng mòn điện cực Ta thấy rằng Ue phụ thuộc vào cặp vậtliệu nên nó không ảnh hởng đến mòn điện cực

V W

E



VE : Là thể tích vật liệu bị mất đi ở điện cực

VW : Là thể tích vật liệu bị mất đi ở phôi

Đặc trng cho dòng phóng tia lửa điện ngời ta đa ra khái niệm bớc dòng

điện

Cùng với sự phối hợp vật liệu điện cực/phôi và sự đấu cực, bớc dòng điện

ảnh hởng mạnh mẽ lên độ mòn điện cực

Với 2 cặp vật liệu phổ biến nhất là đồng/thép và grafit/thép thì bớc dòng

điện và độ mòn điện cực tác động qua lại nh sau :

- Khi gia công thô, cặp vật liệu điện cực/phôi là đồng/thép, dùng bớc

dòng điện lớn thì độ mòn tơng đối của điện cực là thô = 0,5  3 %.Nhng khi gia công tinh, với bớc dòng điện nhỏ thì độ mòn tơng đốicủa điện cực là thô = 5  10 %

- Đối với sự phối hợp vật liệu grafit/thép, nếu bớc dòng điện tăng thì nênthay đổi sự đấu cực để tăng lợng hớt vật liệu:

+ Khi gia công tinh: điện cực đấu vào cực dơng+ Khi gia công thô: điện cực đấu vào cực âm

Chơng 2Thiết bị điều khiển logic khả trình (plc)

PLC và khả năng của PLC

PLC là gì ?

Thiết bị điều khiển Logic khả trình (Programmable Logic Control), viếttắt là PLC, là loại thiết bị cho phép nhập các thuật toán điều khiển số thôngqua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện các thuật toán đó bằngmạch số Nh vậy, với chơng trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một

bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thôngtin với môi trờng xung quanh Toàn bộ chơng trình điều khiển đợc lu trong bộnhớ của PLC dới dạng các khối chơng trình và đợc thực hiện lặp theo chu kìcủa vòng quét (scan)

Để có thể thực hiện đợc một chơng trình điều khiển, tất nhiên PLC phải

có tính năng nh một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lí (CPU), một hệ

điều hành, bộ nhớ để lu chơng trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải cócác cổng Vào/Ra để giao tiếp đợc với đối tợng điều khiển và để trao đổi thôngtin với môi trờng xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển

số, PLC phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác nh: bộ đếm (Counter),

bộ thời gian (Timer), và những khối hàm chuyên dụng

Trang39

Bộ nhớ ch ơng trình

Khối vi xử lí trung tâm

+

Hệ điều hành

Khối vi xử lí trung tâm

+

Hệ điều hành

Time

Bộ đếm Bit cờ

Cổng vào ra I/O

Bộ đệm I/O

Cổng ngắt và đếm tốc độ cao

Cổng ngắt và đếm tốc độ cao

Quản lí ghép nối

Nguyên lý chung về cấu trúc bộ PLC