Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất và chất lượng khi gia công thép 40x trên máy cắt dây tia lửa điện

Với mục đích nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng các thông số công nghệ tới năng suất gia công cắt dây tia lửa điện tôi đã chọn đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến n

Trờng đại học Bách khoa Hà Nội

Luận Văn thạc sỹ khoa học

Nghiên cứu ảnh Hưởng của các thông số Công nghệ đến năng suất và chất lượng khi gia công thép 40x trên máy cắt dây tia lửa điện

Lời cam đoan

Chương 1: Tổng quan về gia công tia lửa điện 9

1.1 Bản chất của quá trình gia công tia lửa điện 9 1.1.1 Nguyên lý làm việc của máy gia công tia lửa điện 9

1.2 Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện 13 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình gia công tia lửa điện 14 1.3.1 Các đặc tính về điện của quá trình gia công tia lửa điện 14

1.3.4 ảnh hưởng của diện tích vùng gia công 22

1.6 Chất lượng bề mặt khi gia công bằng tia lửa điện 27

1.8 Chất điện môi 30

1.8.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 33

Chương 2: Gia công tia lửa điện bằng cắt dây 41

2.2 ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng máy cắt dây 42 2.2.1 Giới thiệu công nghệ gia công khuôn khi chưa có máy cắt 42 2.2.2 Giới thiệu công nghệ gia công khuôn khi sử dụng máy cắt dây 43 2.2.3 ưu nhược điểm của phương pháp cắt dây 44

2.4 Sự thoát phoi khi gia công bằng cắt dây 47 2.5 Các hệ thống điều khiển khi gia công trên máy cắt dây 48 2.5.1 Dòng phóng tia lửa điện Ie và bước của dòng điện 48

2.6.1 Các sai số của profin trong cắt dây 53

2.9 LËp tr×nh gia c«ng trªn m¸y c¾t d©y 59

Ch−¬ng 3: Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè

c«ng nghÖ tíi n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng khi gia

c«ng thÐp 40X trªn m¸y c¾t d©y tia löa ®iÖn

81

Danh mục các bảng số liệu

2.1 Tốc độ chạy dao nhanh trên các trục 60

Danh mục các đồ thị và hình vẽ

1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 9

1.3 Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện 10

1.4 ảnh hưởng của T

i và t0 tới năng suất gia công 17 1.5 ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ tới Ue và Ie 20

1.8 ảnh hưởng của diện tích vùng gia công F 22

2.5 Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc 54 2.6 Độ chính xác của mạch cắt và rảnh cắt 55 2.7 Khe hở phóng điện trong gia công cắt dây 56 2.8 Các lệnh dịch chuyển đường kính dây G41/G42 72 3.1 Mô hình quá trình cắt dây vật liệu 40X 82

3.3.b Màn hình điều khiển máy cắt dây GS40B 86 3.3 c Phần điều chỉnh chế độ gia công chính 87

đó gia công tia lửa điện là công nghệ đã được hiện đại hoá cao, đến mức các máy gia công tia lửa điện đã được chế tạo hàng loạt và được trang thiết bị các hệ thống điều khiển số CNC Các nước Tây Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản là những Trung tâm lớn, phát triển và xuất khẫu nhiều nhất các loại máy này

ở Việt Nam công nghệ gia công EDM đã thâm nhập vào với số lượng ngày càng nhiều Trong khi đó tài liệu hướng dẫn về lĩnh vực này rất còn ít

Để nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng năng suất trong sản xuất bằng máy cắt dây tia lửa điện, cần phải phân tích các thông số của độ chính xác và nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc giữa chúng và các yếu tố công nghệ Để giải quyết vấn đề này cần thông qua bằng con đường thực nghiệm Với mục đích nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng các thông số công nghệ tới năng suất gia công cắt dây tia lửa điện tôi đã chọn đề tài:

"Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất

và chất lượng khi gia công thép 40X trên máy cắt dây tia lửa điện"

Việc tìm ra mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với năng suất

và chất lượng bề mặt là việc làm cần thiết, nhằm đạt được năng suất trên cơ

- Bản chất của phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện

- ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới năng suất và chất lượng

bề mặt bằng gia công tia lửa điện trên máy cắt dây

- Độ chính xác gia công bằng thực nghiệm

Do điều kiện còn hạn chế về thiết bị gia công và các thiết bị sử dụng trong công việc nghiên cứu, đo kiểm Vì vậy đề tài tập trung nghiên cứu về phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện Nhằm tìm hiểu các bản chất của quá trình gia công, từ đó nghiên cứu và đánh giá các thông số ảnh hưởng

đến năng suất và chất lượng, để lựa chọn được các phương pháp gia công hợp lý, xác định chế độ cắt tối ưu trong một điều kiện cụ thể Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng sản xuất tại Công ty cổ phần công nghiệp Quang Nam nhằm đưa lại năng suất và chất lượng cho Công ty trong quá trình sản xuất

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là thiết bị gia công cắt dây tia lửa

điện GS40B do hãng GOLDSUN CO: LTD - CHINA cung cấp cho Công ty

cổ phần công nghiệp Quang Nam Đối tượng gia công là loại vật liệu thường được chọn để gia công khuôn dập polyme Các thông số công nghệ

được cài đặt theo các chế độ sẵn có trên thiết bị, các kết quả được hiển thị trên máy tính của thiết bị và được kiểm tra tại Phòng quản lý chất lượng của

Công ty

ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Xác định ảnh hưởng các yếu tố công nghệ của quá trình cắt tới năng suất

và chất lượng trong gia công cắt dây tia lửa điện

- Xác định được chế độ gia công tối ưu trong gia công cắt dây tia lửa

điện trên thiết bị nghiên cứu

- Mô hình hoá quá trình gia công được rút ra từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm Từ đó xây dựng được mối quan hệ toán học giữa các yếu tố công nghệ với năng suất và chất lượng gia công

ý nghĩa thực tiễn:

Các kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất tại Công ty cổ phần công nghiệp Quang Nam trong việc chế tạo các khuôn dập polyme Với kết quả này sẽ giúp Công ty nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm đem lại hiệu quả cao trong sản xuất, nhằm giảm giá thành sản phẩm tăng cường sức cạnh tranh với các sảm phẩm trên thị trường

Trong điều kiện hạn chế về thời gian và trang thiết bị để nghiên cứu, nên trong luận văn không tránh khỏi những thiếu sót rất mong sự đóng góp

ý kiến của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn chỉnh hơn

Chương 1: Tổng quan về gia công tia lửa điện

1.1 Bản chất của quá trình gia công tia lửa điện

1.1.1.Nguyên lý làm việc của máy gia công tia lửa điện

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện

1- Thùng chứa chất điện môi; 2- Khe hở a

3- Điện cực; 4 - chất điện môi; 5 - Phôi

Một điện áp được đặt giữa điện cực và phôi không gian giữa 2 điện cực được điền đầy bởi một chất lỏng cách điện gọi là chất điện môi (Dielectric) Cho điện cực dụng cụ đi xuống tới lúc khoảng cách của điện cực và dụng cụ a = amin thì xẩy ra hiện tượng phóng tia lửa điện Một dòng

điện khép kín mạch xuất hiện một cách tức thời

Khi phóng tia lửa điện, các điện cực không tiếp xúc với nhau Nếu chúng chạm vào nhau thì không có tia lửa điện mà xẩy ra một dòng ngắn mạch, có hại đối với quá trình gia công Nếu khe hở lớn quá thị lại không thể xẩy ra sự phóng tia lửa điện, làm giảm năng suất gia công

Đồ thị hình 1.2 cho thấy diễn biến của điện áp và dòng điện ở một xung

Ui: Điện áp ban đầu (ch−a phóng điện) giữa điện cực và phôi

Ue: Điện áp phóng tia lửa điện

te: Thời gian kéo dài xung hay còn gọi là độ kéo dài xung

ti: Thời gian kéo dài xung của máy phát xung

tp: Thời gian chu kỳ

ie: Dòng phóng tia lửa điện

Đây là đồ thị biểu diễn quá trình diễn biến của một chu kỳ xung trong gia công tia lửa điện ứng với te(độ kéo dài xung) thì khoảng cách a lại tăng lên dẫn đến lúc kết thúc hiện tượng phóng điện

- t0 làthời gian ứng với quá trình điện cực đi xuống để a = amin , khi đó diễn biến quá trình được lặp lại như trên t0 chính là khoảng cách giữa 2 xung hay còn gọi là khoảng cách xung

1.1.2 Sự hình thành quá trình phóng điện ( hình 1.2)

- Pha 1: Đóng mạch điện đồng thời điện cực di chuyển về phía vật gia công

tới lúc a = amin thì xẩy ra hiện tượng phóng điện Các điện tử dưới tác dụng của điện trường sẽ thoát ra từ cực âm (điện cực) chuyển động về phía cực dương (vật gia công ) Trong quá trình phóng điện mật độ electron tăng dần làm tăng cục bộ tính dẫn điện của chất điện môi nằm giữa 2 điện cực

- Pha 2: Trong quá trình phóng điện thì các điện tử chuyển động về phía

cực dương, các ion + chuyển động về phía cực âm Quá trình này tạo ra năng lượng rất lớn làm bốc hơi cục bộ phần dung dịch điện môi nằm giữa 2 điện cực do đó tạo thành kênh dẫn điện giữa 2 điện cực

- Pha 3: Kênh dẫn điện có năng lượng rất lớn, được gọi là kênh plasma

Plasma này là một chất khí có lẫn các điện tử và các ion dương ở điện áp rất cao (khoảng 1kbar) và nhiệt độ điện cực lớn (10.0000C) Khi kênh plasma

đạt tới trạng thái ổn định thì điện áp giữa 2 điện cực đạt tới điện áp phóng

Ví dụ: Khi dùng điện cực đồng để gia công thép thì Ue= 25 V

Sự va đập của các điện tử và ion vào các điện cực tạo nên nhiệt độ rất cao

làm nóng chảy và bốc hơi các vật liệu ở các điện cực

1.1.3 Cơ chế của quá trình tách vật liệu

Quá trình tách vật liệu phụ thuộc vào năng lượng tách vật liệu Nếu gọi năng lượng tách vật liệu là We thì ta có biểu thức sau:

We = Ue Ie te

Trong đó: - Ue,: Điện áp trung bình khi phóng điện ( khi tồn tại xung ), Ue là hằng số phụ thuộc vào vật liệu cặp điện cực / phôi

- Ie: Dòng điện trung bình khi phóng điện

- te: Thời gian tồn tại xung

Vì Ue là hằng số phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi nên năng lượng tách vật liệu we chỉ phụ thuộc vào dòng điện Ie và thời gian xung te

Dòng điện trong kênh plasma bao gồm:

- Dòng điện tạo ra do các điện tử chuyển động từ cực âm (điện cực) về phía cực dương (vật gia công )

- Dòng điện tạo ra do các ion dương chuyển động từ cực dương (vật gia công) về phía cực âm (điện cực )

- Do dòng điện tử và ion dương đều chuyển động về phía các điện cực âm

và dương tạo nên sự nóng chảy và bốc hơi kim loại của các điện cực dẫn

đến trong quá trình gia công các điện cực (âm và dương) đều bị mòn

điện cực dương (vật gia công) bị nóng chảy và bốc hơi rất mạnh so với cực

âm (điện cực) chính vì vậy phía điện cực dương (vật gia công hay phôi) bị mòn rất nhanh so với điện cực âm, từ đó lỗ hình cần gia công được hình thành và có hình dạng của điện cực âm và khoảng cách a giữa hai điện cực lại tăng dần Khi khoảng cách a đủ lớn, hiện tượng phóng điện mất đi, xung

bị dập tắt

- Khi hết chu kỳ xung, dòng giữa hai điện cực mất đi thì dung dịch chất

điện môi ở xung quanh lại tràn vào giữa 2 điện cực đẩy các mùn kim loại (lương kim loại của 2 điện cực bị tách ra và bị đốt cháy) ra ngoài khu vực gia công

- Sau đó do điện cực tiếp tục đi xuống, khoảng cách a giữa 2 nhấp nhô của hai điện cực giảm dần tới lúc đạt giá trị a = amin , quá trình phóng điện lại lặp lại, lúc đó quá trình tách vật liệu lại được lặp lại ứng với chu kỳ mới Thể tích vật liệu được lấy đi phụ thuộc vào điện áp, cường độ dòng điện và

thời gian gia công

1.2 Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện,

Gia công tia lửa điện là phương pháp gia công bằng sự phóng điện ăn mòn trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được tạo ra do sự phóng điện của 2

điện cực Nó có các đặc điểm chính sau:

- Vật liệu dụng cụ là vật liệu phôi đều phải có tính dẫn điện

- Khi gia công phải sử dụng một loại chất lỏng điện môi, đó là một dung dịch không dẫn điện ở điều kiện làm việc bình thường

Nguyên lý hớt vật liệu bắt buộc phải theo là vật liệu liệu dẫn điện Các vật liệu dẫn điện kém như gốm và kim cương cũng có thể gia công được ở kim cương ta có thể tổ hợp một lớp các bon dẫn điẹn trên bề mặt phôi

Các phương pháp gia công tia lửa điện được sử dụng trong công nghiệp là:

- Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình, gọi tắt là phương pháp "xung định hình " Theo đó, điện cực là một hình không gian bất kỳ

mà nó in hình của mình lên phôi tạo thành một lòng khuôn Phương pháp này thường được dùng để chế tạo khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn

ép định hình, khuôn ép nhựa, lỗ không thông

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

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình gia công tia lửa điện

1.3.1 Các đặc tính về điện của quá trình gia công tia lửa điện

Tham số điều khiển về xung như thời gian, điện áp, dòng điện cũng đóng vai trò rất quan trọng đến năng suất và đặc biệt đến chất lượng bề mặt gia công Các tài liệu nghiên cứu đã đưa ra kết luận và trở thành các kiến thức cơ bản về gia công tia lửa điện, như điện áp xung Ue các tác động đến lượng bóc tách vật liệu, là hằng số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực - phôi Dòng điện Ie ảnh hưởng lớn nhất đến 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 vật liệu We cũng 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 trong quá trình gia công

Mỗi máy phát của thiết bị gia công tia lửa điện đều có nhiệm vụ là cung cấp năng lượng làm việc cần thiết Trước đây người ta sử dụng các máy phát có

tụ bù nhưng loại máy này lại có nhược điểm là 50% năng lượng tích luỹ trong điện trở nạp bị biến thành nhiệt, cho nên loại máy này chỉ có hiệu suất khoảng 50% Sau này các tụ bù này chỉ còn được sử dụng trong các bộ ngắt xung để thực hiện tối ưu việc gia công đơn giản

Hiện nay máy phát hiện đại của một thiết bị gia công tia lửa điện là một máy phát xung tĩnh, năng lượng được điều khiển bằng điện tử nhưng không

có yếu tố bù Nguyên lý tác dụng của máy phát xung tĩnh thực hiện được trước hết thông qua sự phát triển của transistor mạnh và các sản phẩm điện

tử hiện đại Máy phát xung tĩnh có ưu việt lớn ở độ linh hoạt của các thông

số điều chỉnh Qua đây ta thấy rằng mỗi trường hợp gia công cần được giải

- Điện áp đánh lửa Ui: Đây là điện áp cần thiết để dẫn tới sự phóng tia lửa điện Nó được cung cấp cho điện cực và phôi khi máy phát được đóng

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

- Thời gian trễ phóng tia lửa điện td là khoảng thời gian giữa lúc đóng

điện máy phát và lúc xẩy ra phóng tia lửa điện Ngay khi đóng máy phát, chưa xẩy ra hiện tượng phóng điện Điện áp duy trì ở giá trị điện áp đánh lửa Ui dòng điện vẫn bằng không Sau một thời gian trễ td mới xẩy ra sự phóng tia lửa điện Dòng điện từ không vọt lên giá trị Ie

- Điện áp phóng tia lửa điện Ue là điện áp trung bình trong suốt thời gian phóng điện Ue là hệ số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/ phôi Ue không điều chỉnh được Khi bắt đầu xẩy ra phóng tia lửa điện thì

điện áp tụt từ Ui xuống đến giá trị Ue

- Dòng phóng tia lửa điện Ie là giá trị trung bình của dòng điện khi bắt

đầu phóng tia lửa điện đến khi kết thúc phóng điện Khi bắt đầu phóng tia lửa điện, dòng điện từ không tăng lên giá trị Ie, kèm theo sự đốt cháy kim loại Theo các nghiên cứu trước đây thì Ie ảnh hưởng lớn nhất tới lượng hớt vật liệu, độ ăn mòn điện cực và đến chất lượng bề mặt gia công Nhìn chung

Ie càng lớn thì lượng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám gia công lớn, nhưng độ mòn điện cực giảm

- Thời gian phóng tia lửa điện te: Là khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu

phóng tia lửa điện và lúc kết thúc phóng điện, tức thời gian có dòng điện Ie

trong một lần phóng điện

- Độ kéo dài xung ti: Đây là thời gian giữa hai lần đóng - ngắt của

máy phát trong cùng một chu kỳ phóng tia lửa điện Độ kéo dài xung ti là

tổng của thời gian trễ đánh lửa Id và thời gian phóng tia lửa điện te

ti = td + te

Độ kéo dài xung ảnh hưởng đến nhiều yếu tố quan trọng có liên quan trực

tiếp đến chất lượng và năng suất gia công như:

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

Ie và khoảng cách xung t0 và tăng ti thì ban đầu Ww giảm đi, nếu vẫn tiếp

tục tăng ti thì năng lượng phóng điện không còn được sử dụng thêm nữa để

hơt đi vật liệu phôi 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 thi

Hình 1.4 ảnh hưởng của t i và t 0 tới năng suất gia công

ƒ Độ mòn điện cực: Độ mòn điện cực φ của điện cực sẽ giảm đi khi ti

tăng, mà ngay cả sau khi đạt lượng hớt vật liệu cực đại Nguyên nhân do

mật độ điện tử tập trung ở bề mặt phôi (cực âm) cao hơn nhiều lần so với

mật độ ion dương tập trung tới bề mặt dụng cụ (cực dương), trong khi mức

độ tăng của dòng điện lại rất lớn Đặc biệt là dòng ion dương chỉ đạt tới cực

(+) trong những às đầu tiên mà thôi Do vậy mà φ ngày càng giảm

ƒ Chất lượng bề mặt gia công: Khi tăng ti thì chiều cao nhấp nhô Rmax

cũng tăng do tác dụng của dòng điện được duy trì lâu hơn làm cho hàm

lượng hớt vật liệu tăng lên ở một vị trí mà cho Rmax tăng lên

- Khoảng cách xung t0 là khoảng thời gian giữa 2 lần đóng ngắt của

máy phát giữa 2 chu kỳ phóng tia lửa điện kế tiếp nhau, t0 còn được gọi là

độ kéo dài nghỉ của xung Cùng với tỷ lệ ti/t0, t0 có ảnh hưởng rất lớn đến

lượng hớt của vật liệu

Khoảng cách t0 càng lớn thì lượng hớt vật liệu Vw càng nhỏ và ngược lại

Phải điều chỉnh t0 có thể được nhằm đạt một lượng hớt vật liệu tối đa

Nhưng ngược lại khoảng cách xung t0 phải đủ lớn để có đủ thời gian thôi ion

hoá chất điện môi trong khe hở phóng điện Nhờ đó sẽ tránh được lỗi của

quá trình như tạo sự hồ quang hoặc dòng điện ngắn mạch Cũng trong thời

gian của khoảng cách xung điện t0, 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 ữ10

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

Điện áp phóng tia lửa điện đ−ợc xác định theo công sau:

Ue= Ui (1 - RC

T i

e ) Trong đó:

+ Ti là thời gian tích điện (giây) của tụ điện

+ Ui là điện áp đánh lửa

+ C là điện dung của tụ điện

Nếu khe hở ( δ ) nhỏ thì maxã

e

U nhỏ dẫn đến tần số xung lớn, vì:

C U

I RC

We = Ue.Ie.te

Điều đó dẫn đến năng suất gia công thấp

- Nếu δ lớn thì Uemax lớn dẫn đến f nhỏ Theo đồ thị thì dòng điện Ie cũng nhỏ làm cho năng suất vẫn thấp Ta chọn δ tối −u sao cho sự phóng tia lửa

điện diễn ra đều đặn để có một năng suất gia công phù hợp là rất cần thiết

- Công suất gia công: Nc = ∫1

0

.

1T

e I t dt U

T

) ; It = IZ RC

T e

Trong đó: R là điện trở trong mạch RC

C là điện dung trong mạch RC

T1 là thời gian tích điện

T T

RC T

i

Z i c

(

1 ln(

2

.

Trong đó : ap=

) 1

1 ln(

1.3.3 ảnh hưởng của điện dung C

ảnh hưởng của điện dung C được biểu hiện bằng biểu đồ sau:

ap

0,24

0,20

0,16 0,12

0,08

0,04

Hình 1 7: ảnh hưởng của điện dung C

Qua biểu đồ trên ta thấy rằng khi điện áp tối ưu Uopt= 0,7 Ui thì sẽ đạt được

một lượng hớt vật liệu lớn nhất, đồng thời lượng mòn điện cực là nhỏ nhất,

dẫn đến lượng mòn điện cực là nhỏ nhất Ta giữ cho Uopt = const và thay đổi

điện dung C thì xác định được điện dung giới hạn Cgh Nếu C < Cgh sẽ gây ra

hiện tượng hồ quang làm giảm năng suất gia công

1.3.4 ảnh hưởng của diện tích vùng gia công

Thể hiện qua đồ thị sau:

và làm giảm năng suất gia công

1.3.5 ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực

Gia công tia lửa điện là phương pháp dùng điện cực âm để hớt đi một lượng vật liệu trên điện cực dương (phôi) Cùng với quá trình đó là quá trình điện cực âm cũng bị hớt đi một lượng vật liệu trên bề mặt do các ion dương gây

ra Mặc dù lượng vật liệu bị hớt đi trên điện cực âm là rất nhỏ so với lượng vật liệu bị hớt trên điện cực dương nhưng khi quá trình gia công diễn ra trong một khoảng thời gian dài thì kích thước điện cực cũng bị thay đổi và

do đó sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Nói chung độ mòn 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 đối θ của

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

+ Vw là thể tích vật liệu bị mất ở phôi

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

+ Sự phối hợp của cặp vật liệu điện cực phôi

+ Dòng điện Ie và bước của dòng điện

+ Độ kéo dài xung te và sự đấu cực

1.4 Các hiện tượng không móng muốn xẩy ra khi gia công bằng tia lửa điện 

1.4.1 Hiện tượng hồ quang

Là hiện tượng có sự phóng điện do không có thời gian trễ td là do sự phóng

điện mà xuất hiện trong chất điện môi (nằm giữa 2 điện cực) những phần tử vật liệu đã bị ăn mòn và các ion dương chưa bị dòng chảy chất điện môi đẩy

ra khỏi khe hở phóng điện Chính các ion này gây ra hồ quang trước khi chúng mất điện và bị đẩy ra khỏi khe hở phóng điện Hồ quang xẩy ra khỏi các xung Do đó, nếu trong quá trình gia công mà điều chỉnh khoảng cách xung quá ngắn thì sẽ xẩy ra hiện tượng xung tiếp theo sẽ bị đốt cháy cùng một điểm với xung phía trước (do lúc đó không có khoảng thời gian trễ để phóng điện vào các đỉnh nhấp nhô cao nhất) Do đó điểm ăn mòn sẽ bị khoét thành một hố sâu và không đều trên bề mặt phôi

U i U i

t t t t

a) Phóng điện lý tưởng b) Phóng điện có hồ quang

Hình 1.9: Hiện tượng hồ quang

1.4.2.Ngắn mạch và sụt áp

Hiện tượng: Không có sự phóng điện mà chỉ xuất hiện dòng điện chạy từ

điện cực sang phôi (Khi có điện áp là rất nhỏ và dòng điện cực đại), còn gọi

là dòng điện ngắn mạch Sự ngắn mạch không chỉ ngăn cản sự hớt vật liệu phôi mà còn làm hư hại cấu trúc của phôi do dòng điện sẽ tạo ra nhiệt làm

ảnh hưởng đến phôi

Nguyên nhân:

+ Do sự tiếp xúc trực tiếp của điện cực vào phôi

+ Tồn tại một phần tử bị kẹt trong khe hở phóng điện

+ Chiều rộng khe hở quá nhỏ, dòng chảy chất điện môi quá yếu

+ Là các yếu tố thuộc về thiết bị như mức độ ổn định của thiết bị, rung

động, sự ổn định nhiệt, độ chính xác của các thước đo, khả năng và độ chính xác của các cơ cấu truyền động, lắp đặt bố trí máy và các thành phần thuộc đồ gá kẹp chặt

+ Sai lệch thuộc hệ thống điều khiển

1.5.2.Nhiễu ngẫu nhiên:

Là các nhiễu thuộc về điều kiện môi trường như nhiệt độ làm việc, nhiệt độ dung môi, độ ẩm, Những yếu tố này đã gây ra những ảnh hưởng ngẫu nhiên đến quá trình gia công tia lửa điện Khả năng thích ứng của chương trình điều khiển cũng có thể coi là một yếu tố ngẫu nhiên Ví dụ như việc chọn chuẩn hệ toạ độ để gia công cho chương trình, độ chính xác điều khiển cắt, phương pháp lập trình, đều là các yếu tố ảnh hưởng đến độ

chính xác gia công tia lửa điện

1.6 Chất lượng bề mặt khi gia công bằng tia lửa điện

Chất lượng bề mặt của một sản phẩm gia công tia lửa điện được đánh giá dựa trên các tiêu chí sau:

vi điện tử người ta nhận thấy cấu trúc của lớp bề mặt như hình 1.16 sau:

1- Lớp trắng, 2- Lớp cứng ; 3 - Lớp ảnh hưởng nhiệt ; 4 - Lớp nền Hình 1.12 Cấu trúc tế vi và độ cứng tế vi lớp bề mặt

1) Lớp trắng: Đây là lớp kết tinh lại với các vết nứt tế vi trên bề mặt do tồn tại ứng suất dư khi vật liệu nóng chảy bị làm lạnh đột ngột Chiều dày của lớp trắng phụ thuộc vào độ kéo dài xung te (te càng lớn thì chiều dày lớp trắng càng lớn)

2) Lớp tôi cứng: Là lớp có độ cứng tăng vọt so với kim loại nền

3) Lớp ảnh hưởng nhiệt: Do nhiệt độ của vùng này cao hơn nhiệt độ ostentit (của giản đồ Fe-C) trong một thời gian ngắn Độ cứng của lớp này thấp hơn

độ cứng của lớp tôi cứng

4) Lớp nền: Có cấu trúc của kim loại nền do không chịu ảnh hưởng của nhiệt

Các lớp ở vùng 1 và 2 có ảnh hưởng rất xấu tới chất lượng bề mặt như:

- Các vết nứt tế vi và ứng suất dư làm giảm độ bề mỏi của chi tiết

- Lớp trắng gây khó khăn trong việc phủ lên lớp bề mặt sau khi gia công các lớp phụ gia cần thiết

để làm giảm ảnh hưởng của nhiệt tới chất lượng gia công

1.7 Độ chính xác gia công

Độ chính xác khi gia công bằng tia lửa điện phụ thuộc vào các yếu tố sau: 1- Độ chính xác của máy (gồm có: Độ cứng vững; độ ổn định về cơ của hệ thống công nghệ, độ chính xác về vị trí, hệ thống dẫn hướng, các con trượt vv ) Điều này chủ yếu phụ thuộc vào thiết bị mà không chịu ảnh hưởng của các yếu tố khác bên ngoài, do đó người sữ dụng ít cần quan tâm tới yếu

tố này mà quan tâm tới việc sử dụng chất điện môi thích hợp để dữ nhiệt độ gia công được ổn định trong quá trình gia công

2- Các thông số điều chỉnh về điện khi gia công (ví dụ như Ue, Ie, te, to, td )

Đây là phần mà người sữ dụng cần phải quan tâm nhất để có thể lựa chọn

được chế độ gia công phù hợp cho các thiết bị gia công sao cho đạt được chất lượng và năng suất là lớn nhất

3- Tính chất của điện cực: Là các tính chất như độ chính xác kích thước của

điện cực, vật liệu điện cực vv Các yếu tố này ảnh hưởng tới độ mài mòn của điện cực và ảnh hưởng tới cả chất lượng bề mặt cũng như độ chính xác gia công của chi tiết gia công

5- Ngoài ra độ chính xác khi gia công còn phụ thuộc vào chất lượng của chất dung môi vì nó ảnh hưởng tới khe hở phóng điện và khả năng thoát phoi khi gia công

1.8 Chất điện môi

1.8.1 Nhiệm vụ của chất điện môi:

Trong khi gia công cơ khí người ta thường dùng dung dịch để làm nguội khu vực gia công nhằm tránh các ảnh hưởng về nhiệt lên bề mặt chi tiết gia công cũng như dụng cụ gia công Tuy nhiên, trong gia công bằng tia lửa

điện thì ngoài 2 yếu tố chính là dụng cụ cắt và phôi cắt được nối tới 2 cực thì một yếu tố không thể thiếu để có thể tạo ra sự bóc phôi và vận chuyển phoi ra khỏi vùng cắt - đó là dung dịch chất điện môi Vì thế nhiệm vụ chính của chất điện môi trong gia công tia lửa điện là:

- Cách điện giữa 2 cực (giữa phôi cắt và dụng cụ cắt)

- Tạo ra môi trường để có quá trình Ion hoá

- Làm nguội

- Vận chuyển phoi

+ Cách điện: Nhiệm vụ đầu tiên của chất điện môi là cách điện giữa 2 cực (điện cực và phôi), để đảm bảo không có dòng điện chạy qua khe hở giữa 2 cực, khi khoảng cách giữa 2 cực chưa đủ nhỏ Đến khi khoảng cách

đối nên sau một thời gian sữ dụng cần phải thay dung dịch chất điện môi mới

+ Ion hoá: Khi điện cực tiến lại gần sát phôi thì xẩy ra hiện tượng ion hoá chất điện môi ở khoảng cách giữa 2 điện cực (tức là có khả năng tạo 1 cầu phóng điện) Điều này tạo một sự tập trung năng lượng rất lớn ở kênh plasma Khi có sự phóng điện các electron bay với vận tốc rất lớn tới bề mặt phôi cần gia công Khi chúng va chạm lên bề mặt gia công thì phần động năng của electron sẽ chuyển thành nhiệt năng làm chảy một phần bề mặt phôi Khi ngắt xung thì chất điện môi phải được thôi ion hoá kịp thời để tạo

điều kiện cho sự phóng điện xẩy ra ở vị trí khác khi xung điện tiếp theo xẩy

ra

+ Làm nguội: Sự phóng điện xẩy ra trong một thời gian cực ngắn t0, tại vị trí phóng điện trên bề mặt phôi nhiệt độ tăng lên cực lớn (hàng chục ngàn 0C) Nhiệt độ ở đây cần phải chuyển đi nhằm tránh ảnh hưởng tới bề mặt phôi, bản điện cực cũng như chất điện môi khi ngừng phóng điện (ngắt xung) thì dòng chảy chất điện môi có tác dụng làm nguội khu vực trên (và thôi ion hoá nói trên) chuẩn bị cho chu kỳ phóng điện sau

có nguy cơ gây ra sự phóng điện bất thường, có thể tạo hồ quang và ngắn mạch tăng lên làm giảm độ chính xác và năng suất cắt Vì vậy chất điện môi cần phải có nhiệm vụ vận chuyển phoi này ra khỏi vùng cắt bằng cách tạo ra dòng chảy chất điện môi hợp lý, dẫn phần chất điện môi này vào hệ thống lọc để làm sạch chất điện môi trước khi đưa trở lại tiếp tục làm các nhiệm vụ của mình khi đã được làm sạch

1.8.2 Các loại chất điện môi:

Phương pháp gia công tia lửa điện được ứng dụng chủ yếu vào 2 phương pháp gia công đó là phương pháp gia công xung định hình và gia công cắt dây tia lửa điện ở mỗi phương pháp gia công thì sử dụng các chất điện môi khác nhau như sau:

- Chất Hyđrocacbon chủ yếu dùng cho xung điện định hình

- Nước khử khoáng chủ yếu dùng cho cắt dây

Ngoài ra, ngày nay trên thế giới còn xuất hiện 1 loại chất điện môi mới mà thành phần chủ yếu là nước, nhưng nó lại có độ nhớt cao hơn nước, hiệu quả làm mát lại cao hơn dầu

Riêng đối với chất Hyđrocacbon còn được chia làm 3 nhóm dựa trên cơ sở

đặc tính hoá học đó là:

+ Parafin

+ Dầu khoáng

1.8.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi

Dựa trên các tiêu chuẩn sau:

+ Bền lâu, hao phí ít

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

+ Có điểm cháy cao ( khó cháy)

đòi hỏi độ nhớt của chất điện môi cũng phải nhỏ)

Trên thực tế để tránh phải thay chất điện môi khi chuyển từ gia công thô sang gia công tinh người ta thường chọn chất điện môi có độ nhớt trung bình để gia công cho cả hai trường hợp

• Các yếu tố an toàn của chất điện môi:

Do nhiệt độ trong quá trình phóng điện tại khe hở là rất cao nên đòi hỏi chất

điện môi phải có điểm cháy cao (do khi đó nhiệt độ của chất điện môi cũng tăng cao)

• Thành phần hoá học của chất điện môi cũng phải thích hợp do khi nhiệt

độ ở khe hở cao sẽ làm bốc hơi và lắng cặn Do đó đòi hỏi các khí bốc hơi

và các sự lắng cặn không ảnh hưởng tới sức khoẻ con người và môi trường xung quanh

• Mặt khác, cơ sở chủ yếu của chất điện môi là nước nên khi gia công sẽ tồn tại dòng dò Dòng này ảnh hưởng lớn đến độ bóng và độ chính xác khi gia công

Trong gia công cắt dây tia lửa điện chất điện môi là nước khử khoáng khi đó khe hở nhỏ nên ít có vấn đề liên quan đến sự bóc hớt của các bọt khí được tạo ra trong chất điện môi Tuy nhiện nước khử khoáng đòi hỏi

1.8.4 Các loại dòng chảy chất điện môi

Chất điện môi là một yếu tố không thể thiếu được trong gia công tia lửa

điện mà ở đó chất điện môi không những đóng vai trò là môi trường gây ra

sự phóng điện mà đóng một vai trò hết sức quan trọng đến năng suất cũng như chất lượng bề mặt gia công Nếu chất điện môi loãng (độ nhớt 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 càng dễ gây ra các lỗi ngắn mạch hay hồ quang làm hư hại phôi và điện cực, do tồn tại các phoi lẫn trong dung dịch chất điện môi gây ra

Trong quá trình gia công tia lửa điện có các phương pháp tạo dòng chảy chất điện môi sau:

* Dòng chảy áp lực: Phương pháp này là phương pháp đưa cưỡng bức chất

điện môi được vào khe hở qua các lỗ ở điện cực hoặc phôi, phương pháp này để lại một lõi trên phôi (xem hình 1.16) Do đó sau khi gia công bằng tia lửa điện cần phải cắt lõi đi (phù hợp với gia công cắt định hình )

Hình 1.14 Dòng chảy áp lực

Hình 1.16 a là dòng chảy áp lực được thực hiện qua 1 lỗ ở điện cực Hình 1.16b là dòng chảy áp lực được thực hiện qua một lỗ ở đáy phôi

H×nh 1.15 Dßng ch¶y hót qua ph«i

* Dßng ch¶y phèi hîp: Lµ ph−¬ng ph¸p kÕt hîp c¶ dßng ch¶y ¸p lùc vµ c¶ dßng ch¶y hót qua 2 lç trªn ph«i ho¨c trªn ®iÖn cùc Mét ®Çu b¬m chÊt ®iÖn m«i mét ®Çu hót chÊt ®iÖn m«i §©y lµ ph−¬ng ph¸p cã thÓ kh¾c phôc ®−îc c¸c nh−îc ®iÓm cña hai ph−¬ng ph¸p trªn

H×nh 1.16 Dßng ch¶y phèi hîp

* Các hiện tượng không móng muốn do dòng chảy gây ra:

- Do áp lực cao tạo ra 1 áp lực tác dụng lên điện cực làm xê dịch vị trí của điện cực cũng như gây ra rung động điện cực làm mất độ chính xác chi tiết gia công

- Do áp lực chảy quá thấp, không đủ sức tạo ra dòng chảy đủ lớn để cuốn sạch phoi Do đó cũng gây ra sai hỏng do tạo ra dòng chảy ngắn mạch

hoặc gây ra hồ quang

1.8.5 Hệ thống lọc chất điện môi

Các phần tử phoi tồn tại trong chất điện môi sẽ gây ra các tác dụng xấu như ngắn mạch, gây ra hồ quang Mặt khắc nếu nhiệt độ chất điện môi cao cũng

ảnh hưởng tới độ chính xác gia công Với mục đích tiết kiệm chất điện môi bằng cách tái sữ dụng chất điện môi đã qua sử dụng, người ta dùng 1 hệ thống lọc chất điện môi, hệ thống lọc chất điện môi phải có các chức năng sau: