Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số về điện (ui , ie , te) đến độ chính xác hình dáng hình học và độ chính xác kích thước gia công khi gia công hợp kim cứng (BK20) trên máy gia công tia lửa điện cực dây (CW 420 HS)

Chế độ gia công trên máy gia công tia lửa điện điện cực dây phụ thuộcrất nhiều vào thành phần hóa học của vật liệu, tính dẫn điện, do đó với mỗiloại vật liệu gia công khác nhau sẽ có mộ

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Ngô Đình Hiển

Sinh ngày 10 tháng 09 năm 1990

Học viên lớp cao học khóa 4-đợt 1- Kỹ thuật cơ khí- Trường Đại học côngnghiệp Hà Nội

Hiện đang công tác tại: Công ty cổ phần công nghệ sinh học Biospring

Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số về điện (Ui , Ie , te) đến độ chính xác hình dáng hình học và độ chính xác kích thước gia công khi gia công hợp kim cứng (BK20) trên máy gia công tia lửa điện cực dây (CW 420 HS)” Do thầy giáo TS Trần Quốc Hùng hướng

dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các mục tham khảo đều cótrích dẫn rõ ràng

Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như trong đềcương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịutrách nhiệm trước Hội đồng khoa học và trước pháp luật

Hà Nội, ngày 06 tháng 12 năm 2016

Tác giả luận văn

NGÔ ĐÌNH HIỂN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

- Thầy giáo hướng dẫn TS Trần Quốc Hùng đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tácgiả hoàn thành luận văn này

Trung tâm đào tạo sau đại học, các thầy giáo, cô giáo thuộc khoa cơ khí Trường Đại học công nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trìnhhọc tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn

Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm,động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoànthành bản luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 06 tháng 12 năm 2016

Tác giả luận văn

NGÔ ĐÌNH HIỂN

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix

DANH MỤC CÁC BẢNG 1

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VÀ VẬT LIỆU HỢP KIM CỨNG 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 4

1.1.1 Sự xuất hiện của gia công tia lửa điện 4

1.1.2 Đặc điểm và khả năng công nghệ của gia công tia lửa điện 4

1.1.2.1 Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện 4

1.1.2.2 Khả năng công nghệ khi gia công tia lửa điện 5

1.1.3 Các phương pháp gia công tia lửa điện 5

1.1.4 Bản chất của phương pháp gia công tia lửa điện 8

1.1.4.1 Bản chất vật lý 8

1.1.4.2 Cơ chế của quá trình tách kim loại bằng tia lửa điện 13

1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện 14

1.1.5.1 Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện 14

1.1.5.2 Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ 19

1.1.5.3 Ảnh hưởng của điện dung C 21

1.1.5.4 Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công 22

1.1.5.5 Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực 23

1.1.5.6 Ảnh hưởng của vật liệu phôi 23

1.1.5.7 Ảnh hưởng của vật liệu điện cực 24

1.1.5.8 Ảnh hưởng của chất điện môi 25

1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ GIA CÔNG VẬT LIỆU BẰNG TIA LỬA

ĐIỆN 36

1.4 HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 38

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 39

CHƯƠNG 2 MÁY CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH GIA CÔNG 40

2.1 MÁY CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN 40

2.1.1 Sơ bộ về máy cắt dây tia lửa điện 40

2.1.2 Sơ đồ cấu tạo 41

2.1.3 Nguyên lý làm việc 43

2.1.4 Công dụng của máy cắt dây 43

2.1.5 Ưu, nhược điểm của phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 44

2.1.5.1 Ưu điểm 44

2.1.5.2 Nhược điểm 44

2.1.6.Vật liệu điện cực dây 45

2.1.6.1 Yêu cầu của vật liệu điện cực: 45

2.1.6.2 Các loại dây điện cực: 45

2.2 CƠ CHẾ BÓC TÁCH PHOI VÀ SỰ THOÁT PHOI KHI CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN 46

2.2.1 Cơ chế bóc tách phoi 46

2.2.2 Sự thoát phoi khi cắt dây tia lửa điện 47

2.3 CÁC THỒNG SỐ ĐIỀU KHIỂN TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN 48

2.3.1 Các thông số về điện 48

2.3.1.1 Dòng phóng tia lửa điện Ie và bước của dòng điện 48

2.3.1.2 Độ kéo dài xung ti 48

2.3.2 Các thông số về cơ 50

2.3.2.1 Tốc độ dây cắt 50

2.3.2.2 Tốc độ tiến của bàn máy 50

2.3.2.3 Lực căng của dây 50

2.4 ĐỘ CHÍNH XÁC KHI GIA CÔNG CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN 50

2.4.1 Các đại lượng đặc trưng cho độ chính xác gia công cắt dây tia lửa điện 50

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công khi cắt dây 51

2.4.3 các sai số cố hữu của profin trong cắt dây tia lửa điện 53

2.5 CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN 55

2.5.1 Các đại lượng đặc trưng cho chất lượng bề mặt khi cắt dây tia lửa điện 55

2.5.1.1 Độ nhám bề mặt 56

2.5.1.2 Vết nứt tế vi và các ảnh hưởng về nhiệt 57

2.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt khi cắt dây tia lửa điện 58

2.6 NĂNG SUẤT VÀ ĐỘ MÒN ĐIỆN CỰC KHI GIA CÔNG CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN 59

2.6.1 Năng suất gia công 59

2.6.2 Độ mòn điện cực 59

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 60

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM 61

3.1 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẪU VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 61

3.1.1 Chọn vật liệu thí nghiệm 61

3.1.2 Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm 62

3.1.3 Máy thí nghiệm 62

3.1.3.1 Thông số kỹ thuật của máy 63

3.1.3.2 Lựa chọn các thông số điều chỉnh trên máy thí nghiệm 64

3.2 MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN .71

3.3 MÔ HÌNH QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 71

3.3.1 Chọn các thông số đầu vào: Ui , Ie , tON (te) 71

3.3.2 Chọn thông số đầu ra: 73

3.3.2.1 Độ chính xác kích thước lỗ gia công, ký hiệu (Y1): 73

3.3.2.2 Độ chính xác biên dạng hình học, ký hiệu (Y2) 73

3.4 THỰC NGHIỆM ĐO KẾT QUẢ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘ CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC PHỤ THUỘC VÀO Ui, ton 73

3.4.1 Kết quả đo 74

3.4.1.1 Thí nghiệm 1 75

3.4.1.2 Thí nghiệm 2 76

3.4.1.3 Thí nghiệm 3 78

3.4.1.4 Thí nghiệm 4 79

3.4.1.5 Thí nghiệm 5 81

3.4.1.6 Thí nghiệm 6 82

3.4.1.7 Thí nghiệm 7 84

3.4.2 Xây dựng phương trình toán học biểu diễn độ chính xác kích thước theo Ui và tON 85

3.4.2.1 Xác định kích thước lỗ gia công ở từng thí nghiệm 85

3.4.2.2 Xây dựng phương trình hồi quy 86

3.4.2.3 Đánh giá độ tin cậy của hàm hồi quy thực nghiệm 89

3.5 XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN ĐỘ CHÍNH XÁC HÌNH DÁNG HÌNH HỌC THEO Ui VÀ tON 92

3.5.1 Phương pháp đo 92

3.5.2 Kết quả đo 93

3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 98 KẾT LUẬN CHUNG 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

1 We Năng lượng tách vật liệu

2 Ue Điện áp phóng tia lửa điện

3 Ie Dòng phóng tia lửa điện

9 EDM Gia công tia lửa điện

10 WEDM Gia công cắt dây bằng tia lửa điện

11 EDD Phủ bằng tia lửa điện

12 AEDG Mài xung điện

13 MEDM Gia công xung định hình siêu nhỏ

14 MWEDM Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ

Hình 2.1 Sơ đồ gia công cắt dây tia lửa điện 40

Hình 2.2 Hình ảnh máy cắt dây hãng Goldsun Trung Quốc 41

Hình 2.3 Hình ảnh máy cắt dây đồng SureFirst Đài Loan 41

Hình 2.4 Hình ảnh máy cắt dây đồng CHMER(CW420HS) Đài Loan 41

Hình 2.5 Hình ảnh máy cắt dây cỡ lớn của Sodick (chiều dầy cắt tới 400 mm 41

Hình 2.6 Sơ đồ máy cắt dây 42

Hình 2.7 Mức độ hớt vật liệu là hàm số của chiều cao phôi và kiểu dây 46

Hình 2.8 Các trường hợp khó khăn đối với dòng chảy đồng trục 47

Hình 2.9 Sự cân bằng lực khi cắt dây và sai số hình học ở góc của công tua

54

Hình 2.10 Khe hở phóng điện trong gia công cắt dây tia lửa điện 56

Hình 2.11 Sự hình thành nhám bề mặt 56

Hình 2.12 Cấu trúc lớp bề mặt sau khi cắt dây tia lửa điện 57

Hình 3.1 Hình ảnh phôi thí nghiệm 61

Hình 3.2 Kích thước mẫu thí nghiệm 62

Hình 3.3 Hình ảnh máy gia công tia lửa điện CW420HS 62

Hình 3.4 Các dạng sai số hình dáng hình học khi cắt dây 64

Hình 3.5 Hình ảnh gá lắp mẫu thí nghiệm 69

Hình 3.6 Panme đo lỗ ba chấu 70

Hình 3.7 Máy đo 3 chiều Mitutoyo QM333 70

Hình 3.8 Mô hình hóa quá trình gia công tia lửa điện 71

Hình 3.9 Hình ảnh lỗ cắt 7 thí nghiệm 73

Hình 3.10 Hình vẽ vị trí đo kích thước lỗ của thí nghiệm 74

cắt trong thí nghiệm 2 77Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn kết quả 6 lần đo ở vị trí đo 1 và vị trí đo 2 của lỗcắt trong thí nghiệm 3 78Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn kết quả 6 lần đo ở vị trí đo 1 và vị trí đo 2 của lỗcắt trong thí nghiệm 4 80Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn kết quả 6 lần đo ở vị trí đo 1 và vị trí đo 2 của lỗcắt trong thí nghiệm 5 81Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn kết quả 6 lần đo ở vị trí đo 1 và vị trí đo 2 của lỗcắt trong thí nghiệm 6 83Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn kết quả 6 lần đo ở vị trí đo 1 và vị trí đo 2 của lỗcắt trong thí nghiệm 7 84Hình 3.18 Đồ thị 3D biểu diễn quan hệ giữa độ chính xác kích thước Y1 và

Ui, tON91

Hình 3.19 Hình vẽ vị trí đo độ tròn của lỗ thí nghiệm 92Hình 3.20 Đồ thị 3D biểu diễn quan hệ giữa độ chính xác hình dáng hình học

Y2 và Ui, tON 97

Bảng 3.3 Lực căng dây theo đường kính dây và chế độ gia công 65

Bảng 3.4 Lực căng dây tương ứng với từng số hiệu 65

Bảng 3.5 Áp lực nước(WL): 66

Bảng 3.6 Mức điện áp của máy theo số hiệu cài đặt của nhà sản xuất 66

Bảng 3.7 Thời gian xung theo đường kính dây 67

Bảng 3.8 Tốc độ chạy dây ứng với từng phân đoạn 69

Bảng 3.9 Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào 72

Bảng 3.10 Kết quả đo đường kính lỗ sau khi gia công của thí nghiệm 1 75

Bảng 3.11 Kết quả đo đường kính lỗ sau khi gia công của thí nghiệm 2 76

Bảng 3.12 Kết quả đo đường kính lỗ sau khi gia công của thí nghiệm 3 78

Bảng 3.13 Kết quả đo đường kính lỗ sau khi gia công của thí nghiệm 4 79

Bảng 3.14 Kết quả đo đường kính lỗ sau khi gia công của thí nghiệm 5 81

Bảng 3.15 Kết quả đo đường kính lỗ sau khi gia công của thí nghiệm 6 82

Bảng 3.16 Kết quả đo đường kính lỗ sau khi gia công của thí nghiệm 7 84

Bảng 3.17 Kết quả đo độ chính xác về kích thước 86

Bảng 3.18 Tóm tắt kết quả ứng dụng phần mềm Excel bằng phương pháp ANOVA ảnh hưởng của Ui, tON đến độ chính xác kích thước 86

Bảng 3.19 Thông số phân tích ANOVA 88

Bảng 3.20 Bảng giá trị thành phần trong công thức (3-2) 90

Bảng 3.21 Bảng kết quả đo độ tròn từ máy đo 3 chiều 93

Bảng 3.22 Kết quả đo độ chính xác về hình dáng hình học 94

Bảng 3.23 Tóm tắt kết quả ứng dụng phần mềm Excel bằng phương pháp ANOVA ảnh hưởng của Ui, tON đến độ chính xác hình dáng hình học 94

Bảng 3.24: Các thành phần trong công thức (3-5) 96

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng các mác hợp kim cứngTungsten Carbide (theo tiêu chuẩn Nga Tungsten Carbide là hợp kim cứngnhóm một các bít có ký hiệu như: BK15, BK20, BK25 ) làm khuôn dập,chày dập tôn silic trong chế tạo roto và stato của động cơ điện không ngừngtăng lên Gia công loại vật liệu hợp kim cứng này chủ yếu dùng máy gia côngtia lửa điện điện cực dây hoặc điện cực định hình Trong nước, nhiều doanhnghiệp đã trang bị máy gia công tia lửa điện điện cực dây (máy cắt dây) đểchủ động trong vấn đề gia công loại hợp kim cứng này làm khuôn dập Tuynhiên việc xác định chế độ công nghệ để gia công tại các cơ sở thường xácđịnh theo tài liệu kèm theo máy hoặc theo kinh nghiệm do đó chưa thấy đượcảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ chính xác hình dáng hình học

và độ chính xác kích thước gia công, vì vậy hiệu quả khai thác và sử dụngmáy cũng hạn chế

Chế độ gia công trên máy gia công tia lửa điện điện cực dây phụ thuộcrất nhiều vào thành phần hóa học của vật liệu, tính dẫn điện, do đó với mỗiloại vật liệu gia công khác nhau sẽ có một chế độ công nghệ gia công khácnhau Vì vậy cần nghiên cứu tìm ra ảnh hưởng của các thông số công nghệđến độ chính xác hình dáng hình học và độ chính xác kích thước gia công khigia công các loại vật liệu bằng phương pháp tia lửa điện điện cực dây

Hiện nay trong nước và ngoài nước đã có một số công trình nghiên cứu

về ảnh hưởng của chế độ cắt trên máy cắt tia lửa điện điện cực dây đến năngsuất, chất lượng, độ chính xác kích thước khi gia công các loại vật liệu làmkhuôn như : SKD61, SKD11, X12M nhưng chưa có công trình nào nghiêncứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ chính xác hình dáng hìnhhọc và độ chính xác kích thước gia công khi gia công vật liệu Tungsten

Carbide, vì thế đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số về điện (Ui , Ie , te) đến độ chính xác hình dáng hình học và độ chính xác kích thước gia công khi gia công hợp kim cứng (mác BK20) trên máy gia công tia lửa điện cực dây (CW 420 HS)” đã được tác giả lựa chọn, nhằm mục đích nghiên cứu

tìm ra các thông số ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng của các thông số côngnghệ tới quá trình gia công vật liệu Tungsten Carbide (mác BK20), làm luậnvăn tốt nghiệp cao học góp phần khai thác và sử dụng máy cắt tia lửa điệnđiện cực dây có hiệu quả

2 Tính cấp thiết của đề tài

Ứng dụng Tungsten Carbideg (hợp kim cứng nhóm một các bít) để làmkhuôn dập thép lá kỹ thuật điện ngày càng phát triển Độ chính xác về biêndạng hình học và độ chính xác kích thước khuôn gia công là hai trong các yếu

tố chính quyết định độ chính xác về biên dạng hình học và độ chính xác kíchthước của sản phẩm dập ra, vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông

số công nghệ đến độ chính xác về biên dạng hình học và độ chính xác kíchthước gia công khuôn khi gia công hợp kim cứng trên máy gia công tia lửađiện cực dây là một yêu cầu cấp thiết được đặt ra

3 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số về điện (Ui, Ie, te) đến độ chínhxác hình dáng hình học và độ chính xác kích thước gia công khi gia công hợpkim cứng (BK20) trên máy gia công tia lửa điện cực dây (CW 420 HS)

Cung cấp thêm các kiến thức chuyên ngành về công nghệ gia công tialửa điện điện cực dây khi gia công hợp kim cứng mác BK20

4 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số về điện (Ui, Ie, te) đến độchính xác hình dáng hình học và độ chính xác kích thước gia công khi gia

công hợp kim cứng trên máy gia công tia lửa điện cực dây (CW 420 HS) tạitrường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

+ Vật liệu gia công: hợp kim cứng mác BK20 (tiêu chuẩn Nga)

5 Phương pháp nghiên cứu

Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thựcnghiệm để khảo sát quá trình cắt theo các nội dung:

- Nghiên cứu lý thuyết, phân tích và lựa chọn các thông số về điện cóảnh hưởng chính đến độ chính xác hình dáng hình học và độ chính xác kíchthước gia công khi gia công hợp kim cứng trên máy gia công tia lửa điện điệncực dây

- Nghiên cứu bằng thực nghiệm nhằm xây dựng các mô hình toán họcbiểu diễn mối quan hệ giữa độ chính xác về hình dáng hình học và độ chínhxác kích thước gia công với các thông số điều khiển được về đện (Ui, Ie, te)của quá trình gia công thực hiện trên máy gia công tia lửa điện điện cực dâykhi gia công chi tiết từ phôi là hợp kim cứng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN

VÀ VẬT LIỆU HỢP KIM CỨNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN

1.1.1 Sự xuất hiện của gia công tia lửa điện.

Nửa cuối thế kỷ 20, nhu cầu về vật liệu cứng, lâu mòn và siêu cứng sửdụng cho tuabin máy điện, động cơ máy bay, dụng cụ cắt, khuôn mẫu … tănglên không ngừng ở các nước công nghiệp phát triển Việc gia công các vậtliệu này bằng công nghệ truyền thống là rất khó khăn, đôi khi không giảiquyết được Do vậy, một nhu cầu thực tế đặt ra là có một phương pháp giacông mới để đáp ứng được sự phát triển không ngừng của vật liệu Tới nhữngnăm 1943, hai vợ chồng nhà bác học Lazarenco người Nga mới tìm đượcphương pháp gia công tia lửa điện Phương pháp gia công mới này sử dụng tialửa điện để hớt kim loại mà không phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu phôi.Quá trình hớt kim loại như vậy được gọi là gia công tia lửa điện (ElectricalDischarge Machining – EDM)

1.1.2 Đặc điểm và khả năng công nghệ của gia công tia lửa điện

Gia công tia lửa điện là phương pháp gia công bằng cách phóng điện ăn mònvật liệu

1.1.2.1 Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện.

+ Vật liệu điện cực và vật liệu phôi đều phải có tính chất dẫn điện

+ Điện cực (dụng cụ cắt): có độ cứng thấp hơn nhiều so với vật (chi tiết giacông) Vật liệu điện cực thường là đồng, grafit

+ Có thể gia công được rất nhiều loại vật liệu khác nhau (kể cả vật liệu

đã qua nhiệt luyện)

+ Chế độ gia công thay đổi trong phạm vi rộng

+ Điện cực (dụng cụ cắt) không tiếp xúc với chi tiết gia công Chính vìđiều này phương pháp gia công bằng tia lửa điện không có lực cắt

1.1.2.2 Khả năng công nghệ khi gia công tia lửa điện.

Phương pháp gia công tia lửa điện có thể tạo được các mặt định hình làđường thẳng, đường cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profin phức tạp,

… (hình1.1), với độ bóng bề mặt tương đối cao và đạt độ nhám Ra = 1.25µm

÷ 5µm, đôi khi trong trường hợp có thể đạt tới 0.32 µm và độ chính xác cao từcấp 8 đến cấp 9

So với các phương pháp gia công cắt gọt truyền thống, gia công tia lửađiện rất phù hợp với công nghệ chế tạo khuôn mẫu và chế tạo dụng cụ đo.Chất lượng và năng suất gia công tỷ lệ nghịch với nhau

Hình 1.1 Một số chi tiết được gia công tia lửa điện

1.1.3 Các phương pháp gia công tia lửa điện

Ngày nay, trong gia công cơ khí trên thế giới có 2 phương pháp gia công tialửa điện chủ yếu, được ứng dụng rộng rãi và đã có những đóng góp đáng kể cho

sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại Có rất nhiều phương pháp giacông bằng tia lửa điện nhưng chủ yếu và được sử dụng rộng rãi đó là:

+ Phương pháp gia công xung định hình (EDM)

+ Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện (WEDM)

1.1.3.1 Phương pháp gia công xung định hình

Đây là phương pháp dùng các điện cực đã được tạo hình sẵn để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi Phương pháp này được dùng để chế tạo

khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông

1.1.3.2 Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện

Là phương pháp dùng 1 dây dẫn điện có đường kính nhỏ (0,1 – 0,3mm)cuốn liên tục và chạy theo 1 biên dạng định trước để tạo thành 1 vết cắt trên phôi Phương pháp này thường dùng để gia công các lỗ thông suốt có biên dạng phức tạp như các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạocác điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các dưỡng kiểm,

1.1.3.3 Các phương pháp khác

Ngoài 2 phương pháp gia công chủ yếu trên, ngày nay trên thế giới còn

có một số phương pháp gia công sử dụng nguyên lý gia công bằng tia lửa điệnnhư sau:

+ Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM):

Là phương pháp sử dụng một điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực hiện

ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay Sử dụng phương pháp này để gia công cáchình dạng phức tạp do không phải chế tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho điện cực cắt theo chương trình

Ưu điểm : Khi chi tiết gia công có hình dạng phức tạp thì thay vì phải chế

tạo điện cực dụng cụ phức tạp theo phôi mà người ta đã sử dụng điện cực chuẩn để giảm giá thành chế tạo

+ Phủ bằng tia lửa điện (EDD):

Là phương pháp sử dụng hiệu quả của sự ăn mòn tia lửa điện để phủ lên các bánh mài sau thời gian sử dụng nghiền cơ khí các vật liệu rắn.Trong quá trình này, bánh mài phải có tính dẫn điện Bánh mài kim cương liên kết kim loại thường được làm theo phương pháp này Điện áp xung được đặt vào giữa điện cực và bánh mài, trong quá trình mài, tia lửa điện sinh ra sẽ bóc tách các

cạnh sắc trên bánh mài Quá trình này cũng được sử dụng để chế tạo bánh mài

có hình dạng đặc biệt

+ Gia công xung định hình siêu nhỏ (MEDM):

Là một dạng xung định hình đặc biệt trong đó điện cực được quay với tốc độ lớn (tới 10.000vg/ph) Điện cực sử dụng trong MEDM có kích thước nhỏ và được chế tạo bằng các phương pháp gia công tia lửa điện khác

Phương pháp này dùng để gia công các lỗ siêu nhỏ với độ chính xác rất cao

Ưu điểm : Kích thước gia công lỗ siêu nhỏ từ 25µm đến 250 µm với độ

chính xác là ±1 µm đến ± 2 µm

+ Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM):

Là phương pháp cắt dây sử dụng điện cực Tungsten, Wolfram có đường kính dây nhỏ dưới 10 µm

Ưu điểm : Phương pháp này dùng để gia công cắt dây các lỗ siêu nhỏ có

kích thước từ 0,1 ÷ 1mm, các vật liệu khó gia công, các chi tiết có chiều dày mỏng, hoặc dùng trong công nghệ chế tạo các chi tiết bán dẫn

+ Gia công EDM rung của siêu âm (Ultrasonic Aided EDM):

Là phương pháp hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung điện cực dụng cụ với tần số rung bằng tần số siêu âm Rung điện cực với tần số siêu âm giúp nâng cao khả năng công nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia công khi gia công các lỗ nhỏ và siêu nhỏ

+ Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding - AEDG):

Là phương pháp gia công trong đó vật liệu được bóc tách nhờ tác dụng kết hợp của ăn mòn tia lửa điện và ăn mòn cơ khí

Ưu điểm : Phương pháp này dùng để gia công vật liệu siêu cứng như :

Kim cương đa tinh thể

+ Gia công tia lửa điện theo kiểu đê chắn (Mole EDM):

Là một quá trình gia công đặc biệt cho phép gia công các hốc, rãnh dạng đường cong hoặc đường xuyến Hình dáng điện cực được sử dụng trong phương pháp này giống như một thanh dẫn có thể uốn cong và một hệ thống nhận dạng Người ta sử dụng sóng siêu âm để nhận dạng các đường hầm gia công trong chi tiết

+ Xung định hình với 2 điện cực quay:

Là phương pháp sử dụng một điện cực quay để ăn mòn một phôi quay Khi phối hợp chuyển động của điện cực và phôi sẽ tạo ra các hình dạng chi tiết khác nhau theo yêu cầu Phương pháp này là phương pháp gia công siêu chính xác và độ bóng siêu cao

1.1.4 Bản chất của phương pháp gia công tia lửa điện.

1.1.4.1 Bản chất vật lý.

Thực chất của phương pháp gia công tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi

bề mặt phôi nhờ tia lửa điện Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công bằngtia lửa điện được mô tả như hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện

1 – Thùng chứa chất điện môi 2 – Khe hở

3 – Điện cực 4 – Chất điện môi 5 – Phôi

Quá trình tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi cụ thể như sau:

Một điện áp đặt vào giữa điện cực và phôi (như ở hình 1.2) Không giangiữa 2 điện cực được điền đầy bởi một chất lỏng cách điện gọi là chất điệnmôi (Dielectric) Cho 2 điện cực áp lại gần nhau, đến một khoảng cách nào đóthì xảy ra sự phóng tia lửa điện Một dòng điện xuất hiện một cách tức thời.Khi phóng tia lửa điện, các điện cực không tiếp xúc với nhau Nếu chúngchạm vào nhau thì sẽ không có tia lửa điện mà sẽ xảy ra một dòng ngắn mạch,

có hại đối với quá trình gia công Nếu khe hở lớn quá thì lại không thể xảy ra

sự phóng tia lửa điện Do có sự xuất hiện của tia lửa điện đó đã bóc đi một lớpvật liệu trên bề mặt phôi tạo thành 1 vết cắt Xét cụ thể diễn biến của một chu

kỳ phóng điện diễn ra ở 3 pha như sau:

Pha I: Pha đánh lửa.

Máy phát khởi động (đóng điện áp máy phát Ui) Dưới ảnh hưởng của điện trường, từ cực âm (điện cực) bắt đầu phát ra các điện tử (electron) và chúng bị hút về phía cực dương (phôi) mật độ electron tăng gây ra tính dẫn điện cục bộ của dung dịch chất điện môi tại khe hở giữa 2 điện cực Do bề mặt của điện cực và phôi không hoàn toàn phẳng nên điện trường sẽ mạnh nhất tại 2 điểm trên điện cực và phôi có khoảng cách gần nhất Mặt khác do chất điện môi bị ion hoá nên 1 kênh phóng điện đột nhiên được hình thành và

sự phóng ra tia lửa điện bắt đầu xảy ra

Hình 1.3 Pha đánh lửa

Dòng điện trong pha này thường rất nhỏ, thường dưới 1µA Khoảng thờigian kéo dài ở pha này được gọi là thời gian trễ đánh lửa.

Pha II: Sự hình thành kênh phóng điện.

Ở thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm, số lượng các pha dẫn điện(các electron và các ion dương) tăng lên đột ngột và bắt đầu xuất hiện 1 dòngđiện chạy qua các điện cực Dòng điện này cung cấp 1 năng lượng khổng lồlàm cho dung dịch điện môi bốc hơi cục bộ tạo ra bọt khí, các bọt khí này do

áp suất đẩy chất điện môi sang 2 bên Nhưng do có độ nhớt của chất điện môinên đã tạo ra sự cản trở và hạn chế sự lớn lên của kênh phóng điện giữa cácđiện cực

Hình 1.4 Sự hình thành kênh phóng điện Trong điều kiện phóng tia lửa điện tối ưu, pha này tồn tại trong khoảng

10‾8÷10-6 giây Sự chuyển tải tại pha này được thực hiện bởi các điện tử

Pha III: Sự nóng chảy và bốc hơi vật liệu.

Phía trung tâm của vùng bọt khí bao gồm 1 kênh plasma, kênh plasmanày là 1 chất khí có lẫn các điện tử và các ion dương ở áp suất cao và nhiệt độcực lớn (áp suất khoảng 1Kbar và nhiệt độ khoảng 100000C) Khi kênh

plasma tới mức tới hạn (điện áp qua giữa hai điện cực đạt tới giá trị của điện

áp phóng điện Ue, Ue hằng số phụ thuộc vào cặp vật liệu), chất điện môi giữkênh plasma và tạo ra 1 sự tập trung năng lượng cục bộ, mặt khác sự va chạmcủa các electron lên phôi và các ion dương lên điện cực làm nóng chảy và bốchơi vật liệu trên bề mặt phôi và điện cực Sau khi diễn ra 1 xung, máy phát

sẽ ngắt dòng điện Điện áp kênh phóng điện và áp suất bị ngắt đột ngột chonên kim loại nóng chảy bị đẩy ra ngoài và bị bốc hơi

Hình 1.5 Sự nóng chảy và bốc hơi vật liệuChu kỳ phóng tia lửa điện để lại các ‘‘vết” gia công trên phôi và có thể tóm tắt thông qua các đại lượng sau :

- td là thời gian trễ thuộc khoảng thời gian cho phép chất điện môi ion hóa và hình thành kênh phóng điện

- te là thời gian thực hiện phóng điện thuộc pha II làm kim loại nóng chảy.Tổng thời gian ti = td + te là thời gian xung

Thời gian chất điện môi ngừng ion hóa và chuẩn bị cho chu kỳ phóng điện tiếp theo được gọi là thời gian ngắt xung t0 Chính trong thời gian ngắt xung t0

phoi được vận chuyển ra khỏi vùng khe hở phóng điện

Hình 1.6 Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điệnTrong đó:

te : Thời gian kéo dài xung hay còn

gọi là thời gian xung

td : Thời gian trễ đánh lửa

ti : Độ kéo dài xung của máy phát

xung

t0 : Khoảng cách xung

tp : Chu kỳ xung

Ui: Điện áp máy phát mở

Ue: Điện áp phóng tia lửa điện

Ie : Dòng phóng tia lửa điện.Hình 1.6 biểu diễn biến của điện áp và dòng điện ở một máy gia công tia lửa điện được sinh ra ở một máy phát tĩnh trong một chu kỳ xung Đặc điểm của

đồ thị này cho thấy dòng điện xung bao giờ cũng xuất hiện trễ hơn một khoảng thời gian td so với thời điểm bắt đầu có điện áp máy phát Ui Ue và Ie

là các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện khi phóng tia lửa điện

1.1.4.2 Cơ chế của quá trình tách kim loại bằng tia lửa điện.

Trước hết, muốn tách vật liệu ra khỏi phôi thì phải có năng lượng tách vật liệu

We = Ue.Ie.te

Trong đó Ue và Ie là các giá trị trung bình của điện áp và dòng tia lửa điệnđược lấy trong khoảng thời gian xung; te là thời gian xung, Ue là hằng số phụthuộc vào cặp vật liệu điện cực và phôi nên thực chất We chỉ phụ thuộc vào Ie

và te Thực tế dòng điện tổng cộng qua kênh plasma qua khe hở phóng điện làtổng của các dòng điện tử chạy tới điện cực dương và các dòng ion dươngchạy tới điện cực âm Tuy nhiên do khối lượng của các ion dương lớn hơnnhiều lần so với khối lượng của các electron cho nên tốc độ của các electron

có tốc độ lớn nhiều lần so với tốc độ của các ion dương Vì vậy thực chấtdòng điện do các ion dương chuyển động về cực âm là rất nhỏ so với dòngcác electron chuyển động về cực dương Do đó có thể bỏ qua dòng điện dochuyển động của các ion dương nên mật độ các electron tập trung tại cựcdương cao hơn nhiều so với mật độ của ion dương tại cực âm Khi đó mức độtăng của dòng điện khi bắt đầu có sự phóng điện là rất lớn, điều này gây ra sựnóng chảy mạnh ở cực dương Trong khi đó do dòng các ion dương tới cực

âm là nhỏ nên không gây ra hiện tượng ăn mòn ở cực âm

Một lý do quan trọng để tách vật liệu nóng chảy ra khỏi bề mặt là do sựbiến mất đột ngột của kênh plasma điều này dẫn đến sự sụt giảm áp suất độtngột xuống bằng áp suất môi trường xung quanh, trong khi đó nhiệt độ khônggiảm nhanh như vậy dẫn đến sự nổ và bốc hơi khối lượng kim loại nóng chảy

đó Tốc độ cắt dòng điện và mức độ sụt giảm áp suất quyết định đến sự nổ vàbốc hơi của lớp kim loại nóng chảy Trong đó thời gian sụt của dòng điện làyếu tố quyết định tới độ nhám gia công

1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện

1.1.5.1 Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện

Khác với những phương pháp gia công cắt gọt truyền thống, phương pháp giacông bằng tia lửa điện bên cạnh các tham số công nghệ như cặp vật liệu, sựđấu cực, điều kiện dòng chảy chất điện môi, thì tham số điều khiển về xungnhư thời gian, điện áp, dòng điện cũng đóng vai trò rất quan trọng đến năngsuất và đặc biệt là đến chất lượng bề mặt gia công Các tài liệu nghiên cứu đãđưa ra các kết luận đã trở thành các kiến thức cơ bản về gia công tia lửa điệnnhư điện áp xung Ue có tác động đến lượng bóc tách vật liệu, là hằng số vật lýphụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực – phôi Dòng xung Ie ảnh hưởng lớn nhấtđến lượng hớt vật liệu phôi, độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt gia công.Trong mối quan hệ với lượng bóc tách vật liệu, Ie càng lớn thì lượng hớt vậtliệu Vw càng lớn, độ nhám gia công càng tăng và độ mòn điện cực càng giảm.Giá trị trung bình Ie có thể đọc trên bảng điều khiển điện trong suốt quá trìnhgia công, ở một số máy xung định hình, Ie thường được thể hiện theo bướcdòng điện Phụ thuộc vào kiểu máy, Ie được điều chỉnh theo 18 hoặc 21 bước,xác định tương đương với 0.5A ÷ 80A, trong đó các bước nhỏ được chọn đểgia công tinh, lớn để gia công thô

Thời gian xung và khoảng ngắt xung te và t0 cũng là những tham số điềukhiển có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt gia công Vấn đề là thờigian xung te lớn thì có lợi cho năng suất do lượng hớt vật liệu cao, tuy nhiên

bề mặt gia công lại thô (tương tự xảy ra với t0 nhỏ) Ngoài ra, nếu khoảng thờigian ngắt xung t0 quá nhỏ, có thể chất điện môi sẽ không đủ thời gian để thôiion hoá, phần tử vật liệu bóc tách do điện và nhiệt không kịp được đẩy ra khỏivùng khe hở, điều đó có thể gây nên các lỗi phóng điện như ngắn mạch, hồquang, các lỗ gia công bị ngậm xỉ,

Về mối quan hệ thời gian xung/khoảng ngắt ta có tỉ lệ ti /t0 ~ 10 phù hợpcho gia công thô, tỉ lệ ti /t0 ~ 5 ÷ 10 cho gia công tinh và ti/t0 < 1 cho gia công

bề mặt siêu tinh

Dưới đây ta nghiên cứu sâu hơn về sự ảnh hưởng của từng thông số côngnghệ đến chất lượng bề mặt và năng suất gia công

- Ảnh hưởng của điện áp đánh lửa U i

Đây là điện áp cần thiết để có thể dẫn đến phóng tia lửa điện, điện áp đánh

lửa Ui càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho phép khe hở phóng điệncàng lớn

- Ảnh hưởng của thời gian trễ phóng tia lửa điện t d

Là khoảng thời gian đóng máy phát và lúc bắt đầu xuất hiện sự phóngđiện Ngay khi đóng điện máy phát, chưa xảy ra hiện tượng phóng điện Điện

áp được duy trì ở giá trị của điện áp đánh lửa Ui, dòng điện bằng “0” Sau mộtthời gian trễ td mới xảy ra sự phóng tia lửa điện, dòng điện từ giá trị “0” vọtlên Ie

- Ảnh hưởng của điện áp phóng tia lửa điện U e

Là điện áp trung bình trong suốt quá trình phóng điện Ue là hệ số vật lýphụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi Ue không điều chỉnh được Khi bắtđầu xảy ra phóng tia lửa điện thì điện áp tụt xuống từ Ui đến Ue

- Ảnh hưởng của dòng phóng tia lửa điện I e

Là giá trị trung bình của dòng điện từ khi bắt đầu phóng ra tia lửa điệnđến khi ngắt điện Khi bắt đầu phóng điện dòng điện tăng từ 0 đến Ie kèm theo

sự bốc cháy kim loại Theo các nghiên cứu trước đây thì Ie có ảnh hưởng lớnnhất đến ăn mòn vật liệu, độ ăn mòn điện cực và đến chất lượng bề mặt giacông Nói chung là khi Ie tăng thì lượng hớt vật liệu tăng và độ nhám gia cônglớn và độ ăn mòn điện cực giảm

- Ảnh hưởng của thời gian phóng tia lửa điện t e.

Là khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu phóng tia lửa điện và lúc ngắt điện,tức là thời gian có dòng điện Ie trong một lần phóng điện

- Ảnh hưởng của độ kéo dài xung t i

Là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy phát trong cùng 1 chu

kỳ phóng tia lửa điện Độ kéo dài xung ti ảnh hưởng đến nhiều yếu tố quantrọng có liên quan trực tiếp đến chất lượng và năng suất gia công như:

+ Tỷ lệ hớt vật liệu: Thực nghiệm cho thấy khi giữ nguyên dòng điện Ie

và khoảng cách xung t0, nếu tăng ti thì ban đầu Vw tăng nhưng chỉ tăng đến giátrị cực đại ở ti nhất định nào đó sau đó Vw giảm đi, nếu vẫn tiếp tục tăng ti thìnăng lượng phóng điện không còn được sử dụng thêm nữa để hớt vật liệuphôi mà nó lại làm tăng nhiệt độ của các điện cực và dung dịch chất điện môi.Mối quan hệ giữa lượng hớt vật liệu với ti được biểu thị ở Hình 1.7

Hình 1.7 Mối quan hệ giữa Vw và t i

+ Độ mòn điện cực: Độ mòn của điện cực sẽ giảm đi khi ti tăng thậm trí

cả sau khi đạt lượng hớt vật liệu cực đại Nguyên nhân do mật độ điện tử tậptrung ở bề mặt phôi (cực dương) cao hơn nhiều lần so với mật độ ion dươngtập trung tới bề mặt dụng cụ (cực âm), trong khi mức độ tăng của dòng điện

lại rất lớn Đặc biệt là dòng ion dương chỉ đạt tới cực (+) trong những θ đầutiên mà thôi Do vậy mà ngày càng giảm

Mối quan hệ giữa độ mòn điện cực với ti được biểu thị ở Hình 1.8

Hình 1.8 Mối quan hệ giữa θ và t i

+ Nhám bề mặt : Khi tăng ti thì độ nhám Ra cũng tăng do tác dụng củadòng điện được duy trì lâu hơn làm cho lượng hớt vật liệu tăng lên ở một số

vị trí và làm cho Ra tăng lên Mối quan hệ giữa ti với độ nhám bề mặt gia côngđược biểu thị ở Hình 1.9

Hình 1.9 Mối quan hệ giữa Rmax và t i

- Ảnh hưởng của khoảng cách ngừng xung t 0.

Là khoảng thời gian ngừng phóng điện giữa 2 chu kỳ phóng tia lửa điện

kế tiếp nhau, t0 còn được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung

hồ quang hoặc dòng ngắn mạch Cũng trong thời gian nghỉ của các xung điện,dòng chảy sẽ đẩy các vật liệu đã bị ăn mòn ra khỏi khe hở phóng điện Do đó,tuỳ thuộc vào kiểu máy và mục đích gia công cụ thể mà người ta lựa chọn t0, ti

phù hợp thông qua việc lựa chọn tỷ lệ giữa thời gian xung và thời gian nghỉ ti/

t0 Cụ thể như sau:

+ Khi gia công rất thô chọn: ti /t0 >10

+ Khi gia công thô chọn: ti /t0 = 10

+ Khi gia công tinh chọn: ti /t0 = 5 ÷ 10

+ Khi gia công rất tinh chọn: ti /t0 < 5

1.1.5.2 Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ.

Hình 1.11 Ảnh hưởng của δ Điện áp phóng tia lửa điện Ue được xác định theo biểu thức sau:

Ue = Ui.(1- e\f(-T1,RC\a\ac\vs2( )

Trong đó: + T1 là thời gian tích điện của tụ điện (s)

+ Ui là điện áp đánh lửa

+ C là điện dung của tụ điện

- Nếu δ nhỏ thì Ue cũng nhỏ thì tần số xung lớn, bởi vì ta có quan hệ:

We = Ue.Ie.te

Chính vì điều này dẫn đến năng suất bị thấp

- Nếu δ lớn thì Ue lớn dẫn đến f nhỏ Nhưng theo đồ thị dưới đâythì dòngđiện Ie cũng nhỏ làm cho năng suất cũng thấp Như vậy, việc chọn δ tối ưu saocho sự phóng tia lửa điện diễn ra đều đặn để có một năng suất gia công phùhợp là rất cần thiết

Công suất gia công được xác định bằng công thức sau :

Nc = \f(1,T1Ue.It.dt Trong đó : Ue = Ui(1- e\f(-T1,RC\a\ac\vs2( )

It = Iz.e\f(-T1,RC\a\ac\vs2( ( Iz = \f(Ui,R) Với: R là điện trở trong mạch RC

C là điện dung trong mạch RC

T1 là thời gian tích điện

Thay số ta được: Nc = \f(Ui.Iz,T1 (1- e\f(-T1,RC\a\ac\vs2( ).e\f(-T1,RC\a\ac\vs2(

.dt

Đặt η = \f(Ue,Ue = 1- e\f(-T1,RC\a\ac\vs2( (η được gọi là hệ số tích điện)

Như vậy, thay số vào và sau khi tính toán tích phân ta được :

Nc = Ui.Iz.\f(1,1-η\f(η,

Đặt ap = \f(1,1-η\f(η, (ap là hệ số công suất)

Vậy Nc = Ui.Iz.ap

Hình 1.12 Đồ thị mối quan hệ giữa η và ap

Qua đồ thị cho ta thấy ap đạt giá trị max khi η = 0,6 - 0,8 Vì vậy phải điềuchỉnh khoảng cách điện cực phù hợp với trị số η trên nhưng cũng phải giữđược δ ổn định trong khoảng đó

1.1.5.3 Ảnh hưởng của điện dung C

Ảnh hưởng của điện dung C được mô tả như sau:

Hình 1.13 Ảnh hưởng của điện dung C Biểu đồ chỉ ra rằng khi điện áp tối ưu Uopt = 0,7Ui thì sẽ đạt được một lượnghớt vật liệu lớn nhất, đồng thời lượng mòn điện cực là nhỏ nhất Khi giữ Uopt =

const và thay đổi điện dung C ta xác định được điện dung giới hạn Cgh Nếu C <

Cgh thì sẽ gây ra hiện tượng hồ quang làm giảm năng suất gia công

1.1.5.4 Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công

Hình 1.14 Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công F

Đồ thị sau biểu thị ảnh hưởng của diện tích vùng gia công đến quá trìnhgia công tia lửa điện Ta thấy, sau khi tăng gần như tuyến tính của V0 đến khiđạt tới giá trị tới hạn của diện tích Fgh thì V0 sẽ giảm dần Nguyên nhân bởi vìkhi đã vượt quá Fgh thì cũng có nghĩa là vượt quá giới hạn của dòng điện, khi

đó việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công khó khăn hơn và làm giảmnăng suất gia công

1.1.5.5 Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực.

Phương pháp gia công tia lửa điện là phương pháp dùng điện cực âm để

hớt đi một lượng vật liệu trên điện cực dương (phôi) Song song với quá trìnhtrên là quá trình điện cực âm cũng bị hớt đi một lượng vật liệu trên bề mặt docác ion dương gây ra Mặc dù lượng vật liệu bị hớt đi trên điện cực âm là rấtnhỏ so với lượng vật liệu bị hớt đi trên điện cực dương nhưng khi quá trìnhgia công diễn ra trong một khoảng thời gian dài thì kích thước điện cực cũng

bị thay đổi và do đó sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác gia công Nói chung, độmòn của điện cực phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực – phôi và các thông số

điều chỉnh khác trong quá trình gia công Người ta xác định độ mòn tương đốicủa điện cực bằng công thức sau:

θ = \f(Ve,Vw x.100%

Trong đó: + Ve là thể tích vật liệu bị mất ở điện cực

+ Vw là thể tích vật liệu bị mất ở phôi

Độ mòn tương đối chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau:

+ Độ kéo dài xung te và sự đấu cực

+ Sự phối hợp của cặp vật liệu điện cực – phôi

+ Dòng điện Ie và bước của dòng điện

1.1.5.6 Ảnh hưởng của vật liệu phôi.

Một trong những phương pháp nâng cao hiệu quả hớt vật liệu là sử dụngphù hợp cặp điện cực dụng cụ - phôi gia công Trong gia công EDM phôithường đặt là cực dương, điện cực thường được đặt là cực âm nhằm đảm bảotốc độ hớt vật liệu phôi là cao nhất Tuy nhiên tại những nguyên công giacông có yêu cầu thời gian phóng tia lửa điện cực ngắn hoặc gia công các loạihợp kim cứng và hợp kim Titan thì lại cần sự đấu cực ngược lại có nghĩa làđiện cực lúc này là cực dương còn phôi gia công là cực âm Bằng EDM có thểgia công được mọi kim loại do tính dẫn điện của chúng Đối với kim loại, đa

số có tính dẻo cao, nhiệt độ nóng chảy và bốc hơi thấp thì tốc độ hớt kim loạiphụ thuộc chủ yếu vào chế độ nhiệt của chúng Tham số ảnh hưởng trước hết

là điểm nóng chảy của vật liệu và khả năng dẫn nhiệt của chúng Đối vớinhững vật liệu cứng và dòn, có nhiệt độ nóng chảy cao thì mối quan hệ giữatốc độ hớt vật liệu và đặc tính nhiệt không còn tuân theo quy luật đó Bởi vìvới nhiều vật liệu dòn, cơ chế hớt vật liệu và đặc tính nhiệt bị ảnh hưởng bởicác tác động khác mà chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu

Ví dụ: Với vật liệu là Titanborit sự hớt vật liệu đuợc thực hiện do va đậpnhiệt, với SiSiC sự hớt vật liệu được thực hiện thông qua sự khuếch tán tạitoàn bộ các pha liên kết kim loại ….

Với thép có thành phần cacbon thấp như thép xây dựng thì không phù hợptrong gia công xung điện, vì bên cạnh tính kinh tế thì với cùng chế độ giacông, sử dụng thép cacbon thấp có khả năng cho ta một bề mặt mịn như khi

sử dụng kim loại cứng hơn Trong gia công xung điện, các loại thép này nênđược cung cấp ở trạng thái đã tôi Nhiều hợp kim cứng, như WC-Co, các loạihợp kim Titan… dường như cũng không phù hợp với gia công xung điện vìchúng có tính dẫn điện kém chứ không phải do tính cứng của chúng Cácnghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng tốc độ hớt vật liệu đối với một số loại vật liệu

cụ thể như kim loại cứng, hợp kim bền nhiệt thực tế không phụ thuộc vào độcứng của chúng

1.1.5.7 Ảnh hưởng của vật liệu điện cực.

Vật liệu điện cực bao gồm 2 nhóm chính là kim loại và graphit với 5 loại

phổ biến là: đồng đỏ, đồng thau, wolfram, kẽm và graphit Thêm vào đó,người ta còn kết hợp một vài vật liệu điện cực với các kim loại khác để tạo raloại điện cực composite nhằm tăng hiệu quả cắt gọt (tạo thành nhóm thứ 3)

Độ chính xác gia công và nhám bề mặt khi gia công xung điện phụ thuộcvào nhiều yếu tố trong đó có vật liệu điện cực Do đó việc chọn vật liệu điệncực thích hợp nhất đóng vai trò quan trọng trong quá trình lập quy trình côngnghệ gia công xung điện

- Chọn vật liệu điện cực dựa vào các yếu tố sau.

+ Có tính dẫn điện tốt

+ Có tính nhiệt tốt

+ Tính vật lý tốt

+ Có độ bền mòn cao

+ Có độ bền cơ học tốt.

+ Có tính gia công tốt.

+ Giá thành rẻ

+ Khối lượng riêng nhỏ

+ Kiểu điện cực thích hợp nhất cho việc gia công

- Các loại vật liệu thường dùng.

Những loại vật liệu thường được dùng như: Cu, đồng thau, hợp kimnhôm, hợp kim Cu-W, Ag-W, grafit, đồng điện phân … và được phân làm 3nhóm:

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

+ Nhóm vật liệu pha trộn kim loại – phi kim loại: Đồng-Grafit

1.1.5.8 Ảnh hưởng của chất điện môi.

- Tác dụng của chất điện môi.

+ Cách điện

+ Ion hóa

+ Làm nguội chi tiết gia công

+ Vận chuyển các bột cácbon (phoi)

- Tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi.

Trong gia công xung điện thì chất điện môi thường được sử dụng làHydrocacbon

Chất điện môi được đánh giá theo các tiêu chuẩn sau:

+ Bền lâu, hao phí ít

+ Vệ sinh, không hại dao, không độc, không khó ngửi

+ Có điểm cháy cao (khó cháy)

+ Có mật độ, độ đậm đặc phù hợp

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

+ Có độ nhớt phù hợp.

+ Cách điện ở điều kiện bình thường

+ Có khả năng truyền điện áp

+ Có khả năng bị ion hoá

+ Khả năng làm sạch dễ dàng

+ Giá cả thấp

Trong tất cả các tiêu chuẩn trên thì tiêu chuẩn về độ nhớt là quan trọngnhất vì nó ảnh hưởng trực tiếp lên kênh phóng điện, nó quyết định mở rộngkênh phóng điện (là trở lực của chất lỏng đối với sự cháy, độ nhớt chất điệnmôi càng cao thì kênh phóng điện càng tập trung lớn nên hiệu quả phóng điệncàng cao)

Để gia công thô thì cần độ nhớt cao hơn (để bóc được lượng vật liệu lớnhơn khoảng 4mm2/s)

Để gia công tinh thì cần độ nhớt thấp hơn khoảng 2mm/s (khi gia côngtinh cho chất điện môi chảy qua khe hở rất nhỏ nên đòi hỏi độ nhớt của chấtđiện môi cũng phải nhỏ)

Trên thực tế để tránh phải thay chất điện môi khi gia công thô và gia côngtinh nên thường chọn chất điện môi có độ nhớt trung bình để gia công cho cảhai trường hợp

- Các yếu tố an toàn chất điện môi.

+ Do nhiệt độ trong quá trình phóng điện tại khe hở là rất cao nên đòi hỏichất điện môi phải có điểm cháy cao (do khi đó nhiệt độ của chất điện môicũng tăng cao)

+ Thành phần hoá học của chất điện môi cũng phải thích hợp do khinhiệt độ ở khe hở cao sẽ làm bốc hơi và lắng cặn Do đó đòi hỏi khi bốc hơi

và sự lắng cặn không ảnh hưởng tới sức khoẻ con người và môi trường xungquanh

- Các loại dòng chảy chất điện môi.

Như các phân tích ở trên chất điện môi là một yếu tố không thể thiếu đượctrong gia công tia lửa điện mà ở đó chất điện môi không những đóng vai trò làmôi trường gây ra sự phóng điện mà đóng một vai trò hết sức quan trọng đếnnăng suất cũng như chất lượng bề mặt gia công Nếu chất điện môi loãng (độnhớt nhỏ) thì sức căng bề mặt nhỏ càng thích hợp với nhiệm vụ sục rửa khe

hở Nếu sục rửa không tốt thì khi gia công càng lâu và càng gây ra các lỗingắn mạch hay hồ quang làm hư hại phôi và điện cực, do tồn tại các phoi lẫntrong dung dịch chất điện môi gây ra

Trong quá trình gia công xung điện có các phương pháp tạo dòng chảy chất : + Dòng chảy bên ngoài

+ Có bể chứa dự trữ dung dịch

+ Làm nguội dung dịch

+ Có đủ lượng dung dịch cần thiết chứa sẵn trong bể để có thể sửdụng liên tục trong quá trình gia công

* Các phương pháp lọc :

+ Bộ lọc màng giấy: Là thiết bị lọc bao gồm một số bộ phận chính như:

Bể chứa dự trữ dung dịch điện môi, bơm lọc, bơm tới máy, bộ lọc mâm, bộlàm nguội Phần tử lọc là một mâm giấy hình tròn có lỗ ở giữa, khi mâm lọc

bị bẩn thì áp lực lọc sẽ lớn và khi đó cần phải thay mâm lọc Đây là bộ lọc cókết cấu đơn giản, rẻ tiền

+ Bộ lọc phễu đá sỏi: Khi cần lọc với công suất lớn hơn thì bộ lọc màng

giấy không đáp ứng được yêu cầu, vấn đế này đã được xử lý bằng bộ lọc đásỏi Phương tiện lọc có thể là một phễu đá sỏi hoặc xenlulô, khi chất điện môichảy vào phễu thiết bị sẽ được lọc và đây là thiết bị lọc tuần hoàn Để làmsạch phễu lọc chỉ cần cho dòng chảy chất điện môi ngược lại chiều lọc làdòng chảy sẽ kéo chất bẩn ra khỏi phễu lọc

+ Bộ lọc khe hở: Đây là bộ lọc có chất lượng cao và ngày càng được sử

dụng nhiều Thiết bị này gồm nhiều ống lọc trong một thùng chịu áp lực.Trong các ống lọc có các đĩa lọc đặc biệt không dẻo, dung dịch chất điện môiđược nén áp lực bằng khí nén Dưới áp lực cao đó chất điện môi đã được lọc

sẽ theo các ống lọc chảy ra ngoài và giữ lại các tạp chất bẩn trên ống

1.2 ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỢP KIM CỨNG

1.2.1 Tổng quan về hợp kim cứng trong ngành khuôn mẫu

chất dính kết liên kết các hạt lại với nhau thành khối vững chắc [11]

Để chế tạo hợp kim cứng phải qua các bước sau đây:

- Đầu tiên phải chế tạo Wonfram nguyên chất bằng cách hoàn nguyên

WO3 trong dòng khí hyđrô ở 700 – 9000C Bột vonfram thô (hạt lớn) thu đượcđem nghiền nhỏ trong máy nghiền bi, sau đó qua sàng để lấy kích thước hạtnhỏ nhất định ( 0,10 – 0,15 µm tới 3 - 5µm)

Bảng 1.1: Thành phần hóa học và cơ tính của hợp kim cứng [11]

δn,N/mm2

Độ cứng HRACacbit

Vonfram

BK2BK3BK4BK6BK8

9897969492

_

_

23468

10001100140015001600

90,089,589,588,587,5