KH ẢO SÁT ĐỘ NHÁM BỀ MẶT SẢN PHẨM, KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN VÀ KÍCH THƯỚC ĐIỆN CỰC SAU KHI XUNG TIA LỬA ĐIỆN BẰNG ĐIỆN C ỰC NHÔM A STUDY ON SURFACE ROUGHNESS OF WORKPIECE AND DISCHARGED GAPAN
Trang 1KH ẢO SÁT ĐỘ NHÁM BỀ MẶT SẢN PHẨM, KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN VÀ KÍCH THƯỚC ĐIỆN CỰC SAU KHI XUNG TIA LỬA ĐIỆN BẰNG ĐIỆN
C ỰC NHÔM
A STUDY ON SURFACE ROUGHNESS OF WORKPIECE AND DISCHARGED GAPAND ELECTRODE DIMENSION IN EDM MACHINING BY ALUMINUM
ALLOY ELECTRODE
PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh1a,
TS Tr ần Văn Khiêm 2b, ThS Tr ần Quang Huy2c
1Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội
2Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Nam Định
asinh.hoangvinh@hust.edu.vn; btranvankhiemspkt@gmail.com; c quanghuy511@gmail.com
TÓM T ẮT
Điện cực được dùng khi xung thông thường là đồng đỏ và graphit.Tuy nhiên, các loại
v ật liệu trên thường đắt và khó gia công Trong khuôn khổ bài báo này, tác giả nghiên cứu và
kh ảo sát khi gia công xung tia lửa điện (EDM) bằng điện cực hợp kim nhôm 6061 để đánh giá
kh ả năng thay thế hai loại vật liệu điện cực thông dụng trên Tiêu chí khảo sát là độ nhám bề
m ặt chi tiết sau khi gia công EDM và khe hở phóng điện với thông số đầu vào được xem xét
là cường độ dòng điện Ie
T ừ khóa: gia công tia lửa điện, điện cực nhôm hợp kim, khe hở phóng điện, độ nhám
b ề mặt
ABSTRACT
The material of electrode in EDM machining usually are copper and special graphite However, those materials are difficulty on machining and expensive In this paper, the authors study and do experiments to find if aluminum alloy 6061 could be used as electrode in EDM machining Discharged gap and surface roughness of workpiece will be defined as a function
of machining current Ie.
Keywords: EDM die sinking, aluminum alloy electrode, discharged gap, surface
roughness
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Đồng đỏ và graphite là hai loại vật liệu thường được dùng làm điện cực khi gia công xung tia l ửa điện (EDM) Tuy nhiên, cả hai loại vật liệu đều có giá thành cao và khó gia công
V ới đồng đỏ, do tính dẻo cao nên khi gia công dễ bị gãy dao và năng suất gia công thấp (thường tốc độ cắt dưới 150m/phút, tốc độ dịch dao dưới 1.000mm/phút) Graphite lại là loại
v ật liệu được chế tạo với các đặc tính đặc biệt để tránh bị vỡ và rỗ sau khi gia công Thiết bị
để gia công graphite cũng có những yêu cầu cao như tốc độ quay của trục chính lớn (thường hơn 40.000 vòng/phút), yêu cầu về đảm bảo môi trường bụi sẽ không gây hại tới sức khỏe công nhân, độ kín khít của máy phải tốt để tránh các hạt graphite rơi vào làm mòn các chi tiết máy gia công đó
Đã có nhiều nghiên cứu về gia công tia lửa điện với các loại điện cực bằng đồng đỏ, graphite như xác định hiệu suất của điện cực đồng, crôm [3], nghiên cứu tính toán thời gian
bù mòn điện cực trong quá trình phay xung tia lửa điện [6], ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến độ chính xác bề mặt chi tiết gia công [2]
Trang 2Nhôm h ợp kim là loại vật liệu dễ gia công, có năng suất gia công rất cao với tốc độ cắt trên 200m/phút, lượng dịch dao có thể đạt 2.500mm/phút, giá thành rẻ chỉ bằng 25-30% của đồng đỏ và bằng 10-12% của graphite Cũng đã có một số nghiên cứu về khả năng xung EDM
b ằng điện cực hợp kim nhôm như mòn điện cực khi xung với điện cực nhôm [4], cải thiện
ch ất lượng bề mặt chi tiết gia công khi kết hợp xung tia lửa điện với siêu âm [5]
Bài báo này nghiên c ứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện khi xung EDM đến độ chính xác hình h ọc và độ nhám của chi tiết sau khi gia công bằng điện cực hợp kim nhôm 6061
B ảng 1 Thành phần của hợp kim nhôm 6061 Hợp
kim
nhôm
Tạp chất khác
6061 99,8 0,8-1,2 0,40-0,80 0,30 0,10 0,25 0,50-0,30 0,50-0,30 0,15 0,05-0,15
2 THÍ NGHI ỆM
2.1 Điều kiện thí nghiệm
Để đánh giá độ chính xác hình học của chi tiết, điện cực 6061 được chế tạo là một hình
tr ụ có đường kính là ϕ10,21-10,28mm Vật liệu chi tiết là thép C45 có thành phần vật liệu như sau:
B ảng 2 Thành phần của thép C45
C45 0,45 0,40-0,80 0,70 0,40 0,40 0,05-0,15
Hình 1 Hình d ạng của phôi thép C45
Phôi thép C45 ban đầu được chế tạo như hình 1 với mục đích thoát phoi và hạn chế tối
đa ảnh hưởng của phoi đến quá trình gia công
Các điều kiện thí nghiệm:
- V ật liệu điện cực: hợp kim nhôm 6061
- Hình dáng và kích thước điện cực: trụ tròn
- V ật liệu chi tiết: thép C45
- Cường độ dòng điện: Ie trong khoảng 2,5A đến 15A
- Ch ất điện môi là dầu Shell EDM Fluid
- Độ sâu gia công: 5mm
Trang 3Hình 2 Thi ết bị thí nghiệm (máy xung EDM EXPRESS của Đài Loan) và thiết bị đo
(SURFTEST SJ-210 c ủa Nhật bản)
2Δ = ϕp – ϕđc
Δ: khe hở phóng điện (mm)
ϕp: đường kính lỗ chi tiết sau xung (mm)
ϕđc: đường kính điện cực sau xung (mm)
Hình 3 Công thức tính toán khe hở phóng điện khi xung EDM
2.2 K ết quả thí nghiệm
B ảng 3 Khe hở phóng điện phụ thuộc cường độ dòng điện
Hình 3 Khoảng cách khe hở giữa điện cực và chi tiết xung
Δđc = φđctrước xung – φđc sau xung
Δđc: độ tăng kích thước điện cực (mm)
φđctrước xung : đường kính điện cực trước xung (mm)
φđc sau xung : đường kính điện cực sau xung (mm)
0 0.1 0.2 0.3 0.4
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15
C ường độ dòng điện xung
2Δ
Trang 4B ảng 4 Kích thước của điện cực tại cùng một vị trí trước và sau khi xung STT φđc trước xung φđc sau xung Δđc
Hình 4 Kích thước điện cực trước, sau xung
Hình 5 Độ tăng kích thước của điện cực
B ảng 5 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện khi xung Ie đến độ nhám bề mặt chi tiết
10.140
10.160
10.180
10.200
10.220
10.240
10.260
10.280
10.300
Kích th ước điện cực trước, sau xung
φ đc trước xung φđc sau xung
0 0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Sự thay đổi kích thước của điện cực
Trang 5Hình 6 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện khi xung Ie đến độ nhám bề mặt chi tiết 2.3 Đánh giá và nhận xét kết quả
T ừ đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thông số cường độ dòng điện Ie đến khoảng cách khe h ở GAP (Hình 3) và độ tăng kích thước của điện cực khi gia công bằng xung tia lửa điện (Hình 4, Hình 5), nh ận thấy:
- Kho ảng cách khe hở phóng điện có xu hướng tăng khi cường độ dòng điện Ie tăng
Gi ải thích cho nhận xét này như sau: Khi cường độ dòng điện Ie gi ảm năng lượng và kích thước của tia bắn phá nhỏ dẫn đến khoảng cách khe hở nhỏ hơn
- Kích thước điện cực tăng khi cường độ dòng điện Ie tăng
Đây là một kết quả khác với dùng vật liệu đồng đỏ và graphite Nguyên nhân chính là
do nhôm d ễ nóng chảy hơn và tạo thành miệng núi lửa to hơn, sần sùi hơn khi có tia lửa điện
Hình 7 S ự tăng kích thước của điện cực
T ừ đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thông số cường độ dòng điện Ie đến độ nhám bề
m ặt chi tiết xung (Hình 6), ta thấy:
- Độ nhám chi tiết xung tăng khi cường độ dòng điện Ie tăng
Khi cường độ dòng điện Ie nhỏ thì công suất xung sẽ nhỏ, do đó khả năng công phá bề
m ặt của các ion và các điện tử va đập vào về mặt phôi bị giảm đi Đồng thời, khi Ie nhỏ thì nhi ệt sinh ra trong kênh phóng điện cũng sẽ bị giảm xuống và làm cho khả năng ăn mòn bề
m ặt phôi cũng được giảm xuống
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
C ường độ dòng điện xung
Trang 6Tuy nhiên, s ự giảm của độ nhám rất nhỏ nên có thể đây là một đặc tính tốt để sử dụng nhôm h ợp kim làm điện cực xung trong quá trình gia công sản xuất
3 KẾT LUẬN
T ừ các kết quả nghiên cứu nêu trên, có thể rút ra một số kết luận:
Khi gi ảm dòng phóng điện Ie, thì khe hở phóng điện giảm, độ nhám bề mặt chi tiết xung
gi ảm rất ít Với một số điều kiện thì khi tăng Ie lại làm tăng kích thước điện cực
Hướng phát triển: Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của các thành phần % các nguyên tố
có ảnh hưởng gì đến quá trình xung EDM bằng điện cực hợp kim nhôm
TÀI LI ỆU THAM KHẢO
[1] Hoàng Vĩnh Sinh, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Tối ưu hoá quá trình gia công kim loại trên
máy xung tia l ửa điện, 2003
[2] Allen, P and Chen, X Process simulation of micro electro-discharge machining on
molybdenum, Journal of Processing Technology, 2007, Vol 186 (3), p 346–355
[3] H.C Tsai, B.H Yan; EDM performance of Cr/Cu-based composite electrodes,
International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2003, Vol 43 (3), p 245–252
[4] A A Khan, Electrode wear and material removal rate during EDM of aluminum and
mild steel using copper and brass electrodes, The International Journal of Advanced
Manufacturing Technology, 2008, Vol 39 (5), p 482-487
[5] Yan Cherng Lin, Surface modification of Al-Zn-Mg aluminum alloy using the combined
process of EDM with USM J Mater Process Technol, Journal of Materials Processing
Technology, 2001, Vol 115 (3), p 359-366
[6] P Bleys,J.-P Kruth, Real-time Tool Wear Compensation in Milling EDM, CIRP Annals
- Manufacturing Technology, 2002, Vol 51 (1), p 157-160
THÔNG TIN TÁC GI Ả
1 PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh, Trường ĐHBK Hà Nội
Email: sinh.hoangvinh@hust.edu.vn, 0962926611
2 TS Tr ần Văn Khiêm, Trường ĐHSPKT Nam Định
Email: tranvankhiemspkt@gmail.com, 0913290074
3 ThS Tr ần Quang Huy, Trường ĐHSPKT Nam Định
Email: quanghuy511@gmail.com, 0985367665
