Tạo hình các bề mặt phức tạp và gia công trân máy cắt dây tia lửa điện

Do đó, việc nghiên cứu về lĩnh vực gia công cắt dây tia lửa điện nhằm mục đích hiểu rõ bản chất, mở rộng khả năng ứng dụng, khai thác thiết bị theo h-ớng tiết kiệm năng l-ợng, nâng cao c

Mục lục

Mục lục 1

Danh mục các bảng 4

Danh mục các hình vẽ 5

Lời Mở ĐầU 7

CHƯƠNG 1: tổng quan 8

1.1 Các nguyên lý gia công tạo hình bề mặt 8

1.1.1 Gia công định hình 8

1.1.2 Gia công bao hình 9

1.1.3 Động học gia công 11

1.2 Tổng quan công nghệ gia công tia lửa điện 22

1.2.1 Sơ l-ợc và lịch sử phát triển công nghệ gia công tia lửa điện. 22

1.2.2 Đặc điểm và khả năng công nghệ của gia công tia lửa điện 24

1.2.3 Nguyên lý gia công tia lửa điện. 25

1.2.4 Bản chất vật lý của quá trình phóng tia lửa điện. 26

1.2.5 Cơ chế bóc kim loại bằng gia công tia lửa điện 28

1.3 Năng suất gia công 31

1.3.1 ảnh h-ởng của khe hở phóng điện . 32

1.3.2 ảnh h-ởng của điện dung C 33

1.3.3 ảnh h-ởng của diện tích gia công F 34

1.4 Các ph-ơng pháp gia công tia lửa điện 35

1.4.1 Ph-ơng pháp gia công xung định hình 35

1.4.2 Ph-ơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện 37

1.5 Các hiện t-ợng xấu khi gia công tia lửa điện 48

1.5.1 Hồ quang 48

1.5.2 Ngắn mạch, sụt áp 49

1.5.3 Xung mạch hở không có dòng điện 49

1.5.4 Sự quá nhiệt của chất điện môi 49

1.6 Chất điện môi trong gia công tia lửa điện 50

1.6.1 Nhiệm vụ của chất điện môi 50

1.6.2 Các loại chất điện môi 52

1.6.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất điện môi 53

1.6.4 Các loại dòng chảy chất điện môi và lỗi của dòng chảy 54

1.6.5 Hệ thống lọc chất điện môi 56

1.7 Các nghiên cứu về gia công cắt dây tia lửa điện 57

1.7.1 Nghiên cứu về thiết bị cắt dây 58

1.7.2 Nghiên cứu về vật liệu dây cắt và dung dịch điện môi 59

1.7.3 Nghiên cứu về giám sát quá trình gia công 61

1.7.4 Nghiên cứu về chất l-ợng chi tiết gia công và tối -u hóa các thông số công nghệ. 62

1.8 Nghiên cứu một số ứng dụng của cắt dây tia lửa điện 64

1.8.1 Gia công vật liệu đặc biệt 64

1.8.2 Gia công tế vi cắt dây tia lửa điện. 65

1.8.3 Mở rộng khả năng công nghệ ph-ơng pháp cắt dây tia lửa điện. 66

1.9 Kết luận ch-ơng 1 67

1.10 H-ớng nghiên cứu của Luận văn 68

Ch-ơng 2: cơ sở lý thuyết và lựa chọn các thiết bị thí nghiệm 69

2.1 các thông số công nghệ của quá trình gia công cắt dây tia lửa điện

69

2.1.1 Nhóm các thông số về điện 69

2.1.2 Nhóm các thông số không điện 74

2.1.3 Nhóm các thông số về dây cắt 75

2.1.4 Nhóm các thông số về phôi 79

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất l-ợng quá trình gia công tia lửa điện 79

2.2.1 Chất l-ợng chi tiết gia công 79

2.2.2 Khe hở phóng điện 81

2.2.3 Năng suất gia công 82

2.3 Lựa chọn thiết bị thực nghiệm trong luận văn 83

2.3.1 Máy cắt dây 83

2.3.2 Máy đo độ nhấp nhô bề mặt 84

2.4 Kết luận ch-ơng 2 85

CHƯƠNG 3: nghiên cứu chất l-ợng bề mặt chi tiết gia công trong cắt dây tia lửa điện 86

3.1 Cơ sơ nghiên cứu 86

3.2 Vật liệu thí nghiệm 87

3.2.1 Vật liệu 87

3.2.2 Vật liệu điện cực và chất điện môi 87

3.2.3 Các thông số cố định khác 87

3.3. Tiến hành thí nghiệm 88

3.3.1 ảnh h-ởng của điện áp phóng điện U e đến độ nhấp nhô bề mặt. 88

3.3.2 ảnh h-ởng của dòng phóng điện I e đến độ nhấp nhô bề mặt. 91

3.3.3 ảnh h-ởng của chiều dày phôi đến độ nhấp nhô bề mặt 94

3.3.4 ảnh h-ởng của thời gian xung đến độ nhấp nhô bề mặt 97

3.3.5 ảnh h-ởng của góc nghiêng dây đến độ nhấp nhô bề mặt 100

3.4 Kết luận ch-ơng 3 104

KếT LUậN CHUNG 105

TàI LIệU THAM KHảO 107

Danh môc c¸c b¶ng

B¶ng 2.2 Thuéc tÝnh vÒ ®iÖn cña mét sè vËt liÖu d©y 67 B¶ng 2.3 C¸c lo¹i d©y c¾t vµ ph¹m vi øng dông 69 B¶ng 2,4 Gi¸ trÞ vÒ nhiÖt cña mét sè vËt liÖu 70

Hình 1.15 Sự hóa rắn hơi vật liệu và phục hồi 30 Hình 1.16 Các miệng núi lửa hình thành liên tiếp 31 Hình 1.17 ảnh huởng của điện dung C tới năng suất hớt vật liệu V0 32 Hình 1.18 ảnh hởng của diện tích F tới năng suất V0 33

Hình 1.20 Sơ đồ gia công bằng máy cắt dây EDM 39

Hình 1.23 Các trờng hợp khó khăn đối với dòng chảy đồng trục 43

Hình 1.24 ảnh h-ởng của các lực sinh ra trong vùng gia công đến độ

Hình 1.28 Nguyên lý tiện WEDM và sản phẩm gia công 52

Hình 2.1 Biểu đồ các thông số công nghệ và chỉ tiêu đánh giá chất

Lời Mở ĐầU

Ra đời cách đây khoảng 70 năm (1944), công nghệ gia công tia lửa điện ngày càng củng cố vị thế vững chắc trong lĩnh vực gia công cơ khí, đặc biệt là gia công các dạng bề mặt phức tạp, kích th-ớc nhỏ, chiều dày phôi lớn và rất cứng Tại Việt Nam, ngày càng nhiều các doanh nghiệp đầu t- các thiết bị gia công tia lửa điện nói chung và máy cắt dây tia lửa điện nói riêng nhằm mở rộng khả năng sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu

Tuy vậy, hiện trong các tr-ờng Đại học, Viện nghiên cứu ở n-ớc ta vẫn ch-a đ-ợc đầu t- nhiều về loại thiết bị này nên tài liệu tham khảo và đề tài nghiên cứu còn nhiều hạn chế Trong khi đội ngũ kỹ thuật tại các doanh nghiệp lại chỉ sử dụng máy theo h-ớng dẫn của nhà sản xuất hoặc làm theo kinh nghiệm nên không sử dụng hết đ-ợc các tính năng công nghệ của thiết bị

Do đó, việc nghiên cứu về lĩnh vực gia công cắt dây tia lửa điện nhằm mục

đích hiểu rõ bản chất, mở rộng khả năng ứng dụng, khai thác thiết bị theo h-ớng tiết kiệm năng l-ợng, nâng cao chất l-ợng sản phẩm, phục vụ đào tạo, chuyển giao công nghệ … mang ý nghĩa hết sức quan trọng về khoa học và thực tiễn trong điều kiện cụ thể tại Việt Nam

CHƯƠNG 1:

TổNG QUAN 1.1 Các nguyên lý gia công tạo hình bề mặt

1.1.1 Gia công định hình

Phay định hình là một ph-ơng pháp tạo hình bề mặt mà chi tiết đ-ợc chép lại theo biên dạng của bề mặt tạo bởi luỡi cắt dụng cụ Để gia công bề mặt theo ph-ơng pháp này thì biên dạng dụng cụ phải giống hệt biên dạng chi tiết, ví dụ nh- cắt bánh răng trụ bằng dao phay định hình (dao phay đĩa modun) Với ph-ơng pháp này biên dạng dao phải trùng khít với biên dạng rãnh của các bánh răng, khi phay hết rãnh này dùng đầu phân độ để phay rãnh tiếp theo Đ-ờng chạy dao trong gia công định hình là những đ-ờng đơn giản, dễ xác định Gia công định hình th-ờng đ-ợc ứng dụng để chế tạo các bề mặt chi tiết máy đơn giản nh- bánh răng trụ, côn, rãnh cam, … Thiết bị gia công là các máy vạn năng

đơn giản ( di chỉ cần các đ-ờng chạy dao đơn giản) Ph-ơng pháp này dễ thực hiện nh-ng độ chính xác không cao, đòi hỏi phải sử dụng các dụng cụ chuyên dùng

Hình 1.1 – Sơ đồ phay bánh răng bằng dao phay đĩa modun

1.1.2 Gia công bao hình

Gia công bao hình là ph-ơng pháp tạo hình bề mặt mà bề mặt tạo hình là mặt bao của họ bề mặt tạo bởi l-ỡi cắt của dụng cu Tùy theo đặc tính về hình dạng của bề mặt cần gia công ng-ời ta thiết lập các sơ đồ động học giữa dụng cụ

và chi tiết để tạo thành các ph-ơng pháp phay bao hình khác nhau

1.1.2.1Phay bao hình các bề mặt cho phép chuyển động “tự tr-ợt”

Các bề mặt của nhóm này bao gồm bề mặt bề mặt của bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng, côn xoắn, bề mặt then hoa, bánh vít, các bề mặt xoán của dụng cụ nh- mũi khoan, dao phay …

Để gia công các bề mặt này ng-ời ta sử dụng ph-ơng pháp bao hình có tâm tích và ph-ơng pháp bao hình không tâm tích

 Ph-ơng pháp bao hình có tâm tích dựa trên nguyên lý ăn khớp của các bề mặt đối tiếp của các cặp động học Trong quá trình tạo hình bằng ph-ơng pháp này tồn tại các đ-ờng lăn của dụng cụ và chi tiết tiếp xúc và lăn không tr-ợt với nhau Trong cặp động học ăn khớp đó, ng-ời ta cho một là dụng cụ, một là phôi và thiết lập một mắt xích bao hình từ dụng cụ đến phôi, xích bao hình có thể là xích cứng (các bộ truyền bánh răng thay thế) hay xích mềm (ch-ơng trình điều khiển CNC) Dựa vào sự ăn khớp của bánh răng và bánh răng, ng-ời ta tạo ra ph-ơng pháp gia công bao hình là xọc răng, sự ăn khớp giữa bánh răng và trục vít tạo ph-ơng pháp phay lăn răng

Gia công bao hình bề mặt phức chi tiết máy cơ bản đòi hỏi dụng cụ phải

có biên dạng thích hợp theo biên dạng chi tiết, muốn xác định biên dạng dụng cụ phải xác định bề mặt khởi thủy của dụng cụ

1.1.2.2 Phay bao hình các bề mặt tự do

Các bề mặt thuộc nhóm này bao gồm các bề mặt khuôn mẫu có hình dạng phức tạp nh- bề mặt khuôn dập vỏ ô tô, khuôn đúc cánh quạt, vỏ điện thoại, vỏ máy thu hình …

Ph-ơng pháp này dựa trên nguyên lý bề mặt đ-ợc tạo thành coi là đúng khi chiều cao nhấp nhô để lại giữa các vết cắt nhỏ hơn một giá trị cho phép (h<[]) Chiều cao nhấp nhô h phụ thuộc vào hình dáng dụng cụ, hình dáng bề

mặt chi tiết , b-ớc tiến ngang so với góc nghiêng của trục dao với pháp tuyến bề mặt

Dụng cụ để gia công các loại bề mặt trên là dụng cụ tiêu chuẩn, có hình dáng hình học xác định, điển hình là các loại dao phay ngón

Hình 1.3 – Phay bao hình bề mặt tự do

Máy để gia công là các máy phay CNC hay các trung tâm gia công CNC nhiều trục Trong ph-ơng pháp gia công bao hình, để tạo thành các bề mặt khuôn mẫu, vấn đề khó khăn nhất không phải là xác định biên dạng dụng cụ hay xác

định xích bao hình (mối quan hệ động học) mà là giải quyết tính toán đ-ờng chạy dao cho việc điều khiển dụng cụ để gia công đạt kết quả mong muốn Việc tính toán đ-ờng chạy dao để gia công bề mặt không gian chỉ có thể thực hiện

đ-ợc với sự trợ giúp của các phần mềm CAD/CAM và quá trình tạo hình đ-ợc thực hiện trên các dòng máy công cụ CNC nhiều trục

1.1.3 Động học gia công

Chuyển động tạo hình là chuyển động t-ơng đối của cặp bề mặt chi tiết dụng cụ Với chuyển động đó sẽ hình thành bề mặt chi tiết theo quy luật hình

động học tạo hình

Tập hợp tất cả các chuyển động của bề mặt định tr-ớc đó đối với vật thể

đối t-ợng cần tạo hình mà các chuyển động đó cần thiết để xác định bề mặt khởi thủy của vật thể đối t-ợng tạo hình gọi là sơ đồ động học tạo hình

Đối với quá trình tạo hình với cặp bề mặt dụng cụ và chi tiết có thể gọi

động học gia công hoặc sơ đồ động học gia công là tập hợp tất cả các chuyển

động t-ơng đối của bề mặt chi tiết (hoặc dụng cụ) đối với dụng cụ (hoặc chi tiết) không đ-ợc xét đến trong sơ đồ động học gia công

Trong thực tế, các chuyển động tạo hình có thể đồng nhất hoặc không

đồng nhất với các chuyển động gia công cắt gọt (gia công định hình trùng nhau, gia công bao hình không trùng nhau)

Các thiết bị, máy cắt sẽ đ-ợc thiết kế theo các sơ đồ động học gia công Các sơ đồ động học gia công th-ờng đ-ợc tổ hợp của hai chuyển động cơ bản

đ-ợc truyền cho phôi và dụng cụ Hai chuyển động đó là chuyển động quay tròn

III - Hai chuyển động thẳng

IV - Hai chuyển động quay tròn

V - Một chuyển động thẳng, một chuyển động quay tròn

- Nhóm ba chuyển động

VI - Hai chuyển động thẳng và một chuyển động quay tròn VII - Hai chuyển động quay tròn và một chuyển động thẳng VIII - Ba chuyển động quay

Có thể tổ hợp nhiều chuyển động nữa nh-ng trong thực tế ứng dụng th-ờng bị giới hạn bởi độ phức tạp của các tổ hợp và khó khăn trong việc chế tạo các thiết bị

a) Cấu trúc đơn giản nhất của sơ đồ gia công chứa một chuyển động thẳng

do máy công cụ truyền cho chi tiết hoặc dụng cụ Chuyển động này th-ờng là chuyển động cắt chính với tốc độ cắ V C Véc tơ V C thực tế có h-ớng bất kỳ trong không gian

Hình 1.4 - Sơ đồ một chuyển động quay tròn

Một chuyển động chỉ cho một tổ hợp Cũng t-ơng tự nh- vậy với chuyển

động quay ở nhóm hai (hình 1.4) Có thể hình dung sự quay tại trục tọa độ quanh h-ớng kính với mặt cầu ở hai sơ đồ động học này th-ờng các chuyển động đ-ợc thực hiện theo h-ớng trục cơ bản, tức là chuyển động thẳng thì theo h-ớng nằm ngang hay thẳng đứng và chuyển động quay quanh trục nằm ngang hay thẳng

đứng

b) Cấu trúc phức tạp hơn của sơ đồ gia công chứa tổ hợp hai chuyển động thành phần cùng xảy ra đồng thời Một chuyển động là chuyển động cắt chính, còn chuyển động thứ hai là chuyển động chạy dao Trong những tr-ờng hợp đặc biệt (chép hình), chuyển động này là chuyển động hỗ trợ (phụ) Hai cơ sở thành phần trong không gian có thể có h-ớng bất kỳ

ở nhóm III, sơ đồ động học của nó dựa trên cơ sở tổ hợp hai chuyển động thẳng Chuyển động thứ nhất luôn luôn thẳng đều, chuyển động thứ hai có thể không thẳng đều Kết quả tổ hợp các chuyển động thẳng đều là chuyển động

thẳng Kết quả tổ hợp các chuyển động thẳng đều và không thẳng đều là chuyển

động cong đều V C Độ lớn và h-ớng của vận tốc V C phụ thuộc vào tỷ lệ của vận tốc tức thời V C và V f Những đ-ờng cong hình học phẳng hoặc cong của profin chi tiết t-ơng ứng cho các chuyển động kết quả mà tất cả các điểm của chúng

đều nằm trong mặt phẳng Q (hình 1.5)

Hình 1.5 - Sơ đồ tổ hợp hai chuyển động thẳng nhóm III

c) Nhóm thứ IV chứa sơ đồ gia công dựa trên sự tổ hợp của hai chuyển

động quay đều với những số l-ợng tổ hợp vô cùng Để xác định đặc tr-ng tổ hợp, chúng ta giả thiết rằng chuyển động quay đều với vận tốc góc c có trục quay cố

định OC  X và chuyển động quay đều với vận tốc góc r nằm ở vị trí bất kỳ trong không gian Vị trí đặc tr-ng của các trục của chuyển động quay Or nằm trên bề mặt cầu (hình 1.3)

Hình 1.6 - Sơ đồ tổ hợp hai chuyển động nhóm IV

Kết quả của tổ hợp hai chuyển động quay đều là chuyển động cong đều

Đ-ờng của chuyển động có thể là đ-ờng cong phẳng (trong tr-ờng hợp các trục chuyển động quay song song) hay đ-ờng cong không gian (trong tr-ờng hợp các trục ngoài nhau)

d) Nhóm thứ V của sơ đồ gia công đ-ợc thiết lập trên cơ sở tổ hợp của hai chuyển động đơn giản là thẳng đều và quay đều Đặc tr-ng của tổ hợp trên hình 1.5

Chúng ta giả sử rằng chuyển động quay đều với vận tốc góc c diễn ra quanh trục không đổi Oc song song với trục X Chúng ta có thể coi chuyển động thẳng đều đi theo h-ớng pháp tuyến của bề mặt cầu có tâm O với vec tơ V r trong tr-ờng hợp này có thể cho ra 6 chuyển động tổ hợp Kết quả của tổ hợp hai chuyển động này là chuyển động cong Đ-ờng chuyển động có thể là đ-ờng cong trong mặt phẳng (cho tr-ờng hợp chuyển động khác, ví dụ tr-ờng hợp chuyển động thẳng theo h-ớng trục quay)

Hình 1.7 - Sơ đồ tổ hợp hai chuyển động thẳng đều và

Sơ đồ động học gia công thiết lập trên sự tổ hợp của chuyển động thẳng

đều của chuyển động ng-ợc đều hoặc không đều và chuyển động quay đều đ-ợc cho vào nhóm VI Chính là sơ đồ nhóm V bổ sung thêm chuyển động tịnh tiến ng-ợc Chuyển động kết quả của ba chuyển động thành phần này là chuyển động ngắt quãng đều hoặc không đều, diễn ra trong mặt phẳng trong tr-ờng hợp tất cả các chuyển động nằm trong mặt phẳng hoặc trong không gian (hình 1.5)

Hình 1.8 - Sơ đồ tổ hợp hai chuyển động thẳng và

một chuyển động quay nhóm VI

Quãng đ-ờng của chuyển động tổng hợp t-ơng ứng cho các thành phần của chuyển động đơn giản Trong tr-ờng hợp thứ nhất là đ-ờng cong phẳng, trong tr-ờng hợp thứ hai là đ-ờng cong không gian mà các điểm của chúng nằm trên bề mặt côn có trục trùng với trục chuyển động quay

f) Nhóm thứ VII chứa sơ đồ động học gia công cơ bản gồm hai chuyển

động quay đều và một chuyển động thẳng đều Đây là nhóm thứ t- mở rộng thêm một chuyển động thẳng đều Chuyển động tổng hợp là tổ hợp của ba chuyển động thành phần diễn ra trong mặt phẳng hay trong không gian Theo đó thì các quãng đ-ờng chuyển động của l-ỡi cắt dụng cụ hoặc là đ-ờng cong thẳng hoặc là không gian

g) Nhóm thứ VIII là sơ đồ động học gia công cơ bản có cấu trúc tổ hợp ba chuyển động quay Đây chính là mở rộng nhóm thứ t- thêm một chuyển động quay mà trục của nó h-ớng bất kỳ trong không gian Các trục của hai chuyển

động quay c và r song song với trục X Trục X đi qua giao điểm của hai trục Y

và Z vuông góc với O và O đó cũng là gốc tọa độ O Trục O là tiếp điểm tại

điểm bất kỳ của bề mặt cầu có bán kính r và tâm tại gốc O của hệ tọa độ (hình 1.6)

Hình 1.9 - Sơ đồ tổ hợp ba chuyển động quay nhóm VIII

Chuyển động tổng hợp của ba chuyển động quay đều là chuyển động tổ hợp đều trong mặt phẳng hay trong không gian Đây là tr-ờng hợp trong thực tế

ít xảy ra

Có thể nói rằng các sơ đồ động học gia công cơ ban là những sơ đồ khởi thủy để thiết lập mối quan hệ xác định quỹ đạo chuyển động các điểm của l-ỡi cắt dụng cụ Chúng cũng đ-ợc sử dụng để thiết lập các sơ đồ động học tạo hình

bề mặt khởi thủy của dụng cụ và chúng cũng đ-ợc sử dụng để tính toán chính xác tiết điện lớp cắt, lực cắt từ lực cặt đơn vị

1.1.4 Tạo hình mặt khởi thủy K bằng giải tích

Mặt khởi thủy K của dụng cụ đ-ợc xác định nh- là mặt bao của họ bề mặt chi tiết C trong quá trình chuyển động Bề mặt chi tiết có thể đ-ợc biểu diễn bằng đ-ờng cong phẳng của tiết diện thẳng, do đó có thể tìm mặt khởi thuye bằng cách xác định đ-ờng bao của họ đ-ờng cong phẳng, đó chính là l-ỡi cắt nằm trên mặt khởi thủy K của dụng cụ

1.1.4.1 Ph-ơng trình chuyển đổi hệ tọa độ ( công thức chuyển trục)

Công thức chuyển trục có thể viết theo hình giảI tích hoặc d-ới dạng tích các ma trận trong hệ tọa độ thuần nhất nh- sau

 Tr-ờng hợp hệ trục O1X1Y1Z1 tịnh tiến T t t t( , , )x y z so với hệ trục tọa độ OXYZ

1

1 1

1 1

y z

Cho hai hệ tọa độ S1(x1,y1,z1) và S2(x2,y2,z2) Gốc tọa độ O1 và O2 biết:

- Hệ tọa độ S1 đi qua một góc  nào đó so với hệ tọa độ S2

- Tọa độ tâm O1 trong hệ tọa độ S2 là (a,b,c)

- Điểm A(x1,y1,z1) trong hệ tọa độ S1, xác định đ-ợc điểm A(x2,y2,z2) trong hệ tọa độ S2

Hình 1.10 - Chuyển trục từ hệ O 1 x 1 y 1 z 1 sang hệ O 2 x 2 y 2 z 2

Theo hình giả tích thì tọa độ x2,y2,z2 đ-ợc xác định nh- sau:

Trong đó aịi là các cosin chỉ ph-ơng giữa các trục x1,y1,z1 và x2,y2,z2:

a11 = cos(x2,x1) a12 = cos(x2,y1) a13 = cos(x2,z1)

a21 = cos(y2,x1) a22 = cos(y2,y1) a23 = cos(y2,z1)

a31 = cos(z2,x1) a32 = cos(z2,y1) a33 = cos(z2,z1)

1.1.4.2 Xác định profin dụng cụ bằng cách xác định đ-ờng bao của họ đ-ờng cong phẳng

Trong tr-ờng hợp bề mặt chi tiết có thể đ-ợc biểu diễn bằng đ-ờng cong phẳng của tiết diện thẳng ta có thể đ-a bài toán không gian về bài toán phẳng Thay cho việc đI tìm mặt bao của họ bề mặt chi tiết bằng cách xác định đ-ờng bao của họ đ-ờng cong tiết diện thẳng của chi tiết (profin chi tiết) Đ-ờng bao tìm đ-ợc chính là profin mặt khởi thủy K của dụng cụ

Ph-ơng pháp này đ-ợc dùng phổ biến để xác định profin l-ỡi cắt dụng cụ với các thông số ban đầu là profin chi tiết và các chuyển động tạo hình

Nội dung cơ bản của ph-ơng pháp nh- sau:

1 Thiết lập hệ tọa độ O1x1y1 gắn lion với chi tiết (hệ tọa độ chi tiết),

hệ toa độ Oxy gắn lion với dụng cụ (hệ tọa độ dụng cụ) Ph-ơng trình đ-ờng cong phẳng biểu diễn profin bề mặt C của chi tiết

đ-ợc thiết lập trong hệ tọa độ chi tiết

2 Cố định dụng cụ cho chi tiết thực hiện chuyển động tạo hình với

tham số chuyển động, tạo thành một họ profin chi tiết Sử dụng công thức chuyển trục bằng cách đ-a ph-ơng trình profin chi tiết

từ hệ O1x1y1 sang hệ cố định Oxy ta có ph-ơng trình của họ profin chi tiết

3 Xác định đ-ờng bao của họ profin chi tiết bằng hình giải tích

Tuy thuộc vào dạng ph-ơng trình họ profin chi tiết có thể xác

định ph-ơng trình đ-ờng bao nh- sau:

Họ đ-ờng cong có dạng:

F(x,y,C) = 0 Trong đó C là tham số của họ

Ph-ơng trình của họ đ-ờng bao của họ đ-ợc xác định bởi hệ ph-ơng trình sau:

1.2 Tổng quan công nghệ gia công tia lửa điện

1.2.1 Sơ l-ợc và lịch sử phát triển công nghệ gia công tia lửa điện

Trong khoảng vài thập niên trở lại đây, công nghệ gia công tia lửa điện (EDM) đ-ợc phát triển rộng rãi và trở thành quá trình gia công cơ khí t-ơng đối quan trọng

Sở dĩ có nhận xét trên là do đặc điểm tách phoi Không giống nh- các ph-ơng pháp gia công cắt gọt truyền thống là dùng dụng cụ cắt có độ cứng cao hoặc mài mòn để tách phoi chi tiết mềm hơn, gia công EDM sử dụng tia lửa điện (năng l-ợng nhiệt) để tách phoi và tạo ra biên dạng cắt Sự tách phoi phụ thuộc vào độ dẫn điện, nhiệt độ nóng chảy, không phụ thuộc vào độ cứng và độ bền của vật liệu chi tiết Do vậy, gia công EDM rất thích hợp để gia công các loại vật liệu cứng, khó cắt gọt

Hình 1.4 - Hai loại gia công EDM cơ bản

Gia công EDM đ-ợc chia thành hai loại cơ bản: gia công xung định hình

và cắt dây WEDM Gia công xung định hình có điện cực dạng thỏi, đ-ợc chế tạo

có biên dạng giống bề mặt cần gia công; còn WEDM thì dùng điện cực dạng dây mảnh (đ-ờng kính khoảng 0,01 – 0,36mm) để cắt chi tiết

Lịch sử phát triển công nghệ gia công EDM đ-ợc bắt đầu từ nửa đầu của thế kỷ thứ 18 từ những nghiên cứu về hiện t-ợng tĩnh điện với máy ma sát Sau

đó, xung hồ quang và tia lửa điện được tạo ra với “Bình Leyden”, là dạng ban

đầu của tụ điện, đ-ợc phát minh ở Đức và Hà Lan Nhà hóa học ng-ời Anh Joseph Priestley (1733 - 1804) lần đầu tiên tìm thấy vết lõm ăn mòn bởi sự phóng điện ở bề mặt katot vào năm 1766, ông cũng tìm ra đ-ợc sự ảnh h-ởng cảu vật liệu điện cực và dòng phóng điện đến kích cỡ vết lõm ăn mòn

Mặc dù vậy, s- phóng điện liên tục chỉ đ-ợc tạo ra với ắc quy từ các tế bào

điện hóa, đ-ợc phát minh bởi Alessandro Volta (1745 - 1827) vào năm 1799 Sự phát triển của ắc quy điện lần đầu đ-ợc tìm ra bởi Vasilii Petrov ở St-Petersburg năm 1802, những phát minh này mở ra sự phát triển cho gia công EDM về sau Tuy vậy, phải đến hơn một thế kỷ sau nó mới đ-ợc sử dụng đến

Tất cả các tài liệu đều khẳng định, lịch sử của gia công EDM đ-ợc bắt đầu

từ năm 1943 bởi hai nhà khoa học Boris và Natalya Lazarenko ở Matxcova, Liên Xô (cũ) Khi đó, họ đ-ợc phân công nghiên cứu sự mòn gây ra bởi tia lửa điện giữa các bản tiếp điểm điện bằng tungsten, vốn là một vấn đề rất nghiêm trọng trong bảo d-ỡng động cơ ô tô thời kỳ Chiến tranh thế giới thứ II Khi đặt các tiếp

điểm điện trong dầu, họ kết luận đ-ợc rằng: các tia lửa điện đồng đều và dự đoán

là tốt hơn so với đặt trong không khí Từ đó, họ đề xuất việc đảo chiều hiện t-ợng trên và sử dụng việc điều khiển tia lửa điện nh- là một cách để ăn mòn vật liệu Mặc dù vẫn không thể giải quyết vấn đề mòn nh-ng hai nhà khoa học đã phát triển đ-ợc thế hệ máy gia công EDM đầu tiên, rất hữu dụng cho việc ăn mòn các vật liệu cứng như tungsten hoặc carbit tungsten “Mạch Lazarenko” vẫn là bộ phát xung EDM tiêu chuẩn cho đến ngày nay

Khoảng thập niên 1950, ngành công nghiệp Thụy Sỹ đã phát triển và đ-a

ra thị tr-ờng dòng máy EDM Đến thập niên 1960, cùng với sự phát triển của công nghiệp bán dẫn, các máy xung định hình đã có độ ổn định, tin cậy, chất l-ợng bề mặt chi tiết tốt, máy WEDM thì mới bắt đầu phát triển

Đến thập niên 1970, hệ thống điều khiển số ra đời đã giúp nâng cao chất l-ợng cho các máy EDM Càng về sau, các hệ thống điều khiển tự động, điều khiển servo, rồi ngày nay là điều khiển mờ và mạng neural đã giúp cho các máy gia công EDM càng phát triển mạnh mẽ

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

Gia công tia lửa điện là ph-ơng pháp gia công bằng ph-ơng pháp phóng

điện ăn mòn trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện đ-ợc tạo ra do sự phóng

điện giữa hai điện cực

1.2.2.1 Đặc điểm của ph-ơng pháp gia công tia lửa điện

Ph-ơng pháp gia công tia lửa điện có các đặc điểm nh- sau:

- Điện cực (đóng vai trò là dụng cụ cắt) có độ cứng thấp hơn nhiều so với vật liệu phôi Vật liệu điện cực th-ờng là đồng, grafit …

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

- Gia công đ-ợc vật liệu có độ cứng thấp và cả vật liệu có độ cứng rất cao nh- các thép hợp kim đã qua nhiệt luyện Điều này góp phần thay đổi cả quá trình công nghệ khi gia công các chi tiết phức tạp có yêu cầu độ cứng cao, nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất

- Quá trình gia công đ-ợc thực hiện trong môi tr-ờng chất lỏng gọi là chất điện môi Đây là dung dịch không dẫn điện ở điều kiện làm việc bình th-ờng

1.2.2.2 Khả năng công nghệ của ph-ơng pháp gia công tia lửa điện

Ph-ơng pháp gia công tia lửa điện có thể tạo đ-ợc các mặt định hình là các mặt thẳng, mặt cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profile phức tạp … với độ bóng bề mặt t-ơng đối cao (Ra = 1,25μm  5μm) và độ chính xác kích th-ớc tới 3μm

1.2.3 Nguyên lý gia công tia lửa điện

Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện đ-ợc thể hiện nh- hình 1.2 Nếu đặt một điện áp một chiều (khoảng 80 – 200V) giữa hai tấm kim loại khác nhau, một tấm đóng vai trò là phôi, một tấm là điện cực Không gian giữa hai tấm kim loại

đ-ợc điền đầy bởi một dung dịch cách điện đặc biệt, gọi là chất điện môi

Khi đ-a hai tấm kim loại tiến gần nhau, đến một khoảng cách đủ nhỏ thì xảy ra sự phóng tia lửa điện giữa hai tấm kim loại Nhiệt độ ở vùng có tia lửa

điện lên rất cao, có thể đến 120000C, làm nóng chảy, đốt cháy phần kim loại ở cực d-ơng nguồn điện đ-ợc ngắt đột ngột, tia lửa điện biến mất; dung dịch điện môi ( nhiệt độ thấp) tràn vào, tạo ra sự chênh áp suất, gây áp lực va đập rất lớn, làm hóa rắn hơi vật liệu đ-ợc đốt cháy thành các hạt ôxit kim loại và đẩy chúng

ra ngoài kết quả là một phần vật liệu trên phôi đ-ợc bóc tách ra

Hình 1.5 - Nguyên lý gia công EDM

Toàn bộ quá trình trên xảy ra rất nhanh (khoảng 0.1 - 100μs) Sau đó, nguồn

điện đ-ợc cung cấp trở lại và khi điện áp của tụ đ-ợc nâng lên mức đủ để phóng

điện thì quá trình trên lại diễn ra

Mạch điện trong gia công EDM phải cung cấp điện áp dạng “xung” một chiều qua khe hở hai điện cực Thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời gian cần thiết để dung dịch điện môi có thể khôi phục lại trạng thái không dẫn điện của nó và sẵn sàng cho xung gia công tiếp theo Giá trị thời gian ngắn này cùng

với khe hở giữa hai điện cực sẽ tạo ra bốn trạng thái gia công khác nhau: hở mạch, phóng tia lửa điện, hồ quang và ngắn mạch

Hở mạch xảy ra khi khoảng cách giữa hai điện cực quá xa, xung điện áp

hở và không có sự gia công Ng-ợc lại sẽ là ngắn mạch khi hai điện cực tiếp xúc nhau Khi thời gian ngắt dòng điện không có hoặc quá nhỏ thì sẽ làm cho dung dịch điện môi luôn ở trạng thái dẫn điện, làm cho tia lửa điện phát triển thành hồ quang, gây h- hỏng cho bề mặt chi tiết và điện cực Do vậy, để quá trình gia công EDM đầu tiên diễn ra bình th-ờng thì khe hở giữa hai cực phải đủ nhỏ và thời gian ngắt xung đủ lớn

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

Bản chất vật lý quá trình gia công EDM đ-ợc giải thích bởi ba giai đoạn trong một chu kỳ phóng tia lửa điện nh- sau [1,17]:

1 Giai đoạn 1: hình thành kênh dẫn điện

Khi điện tr-ờng giữa hai điện cực tăng lên do việc đ-a chúng đến gần nhau làm cho vận tốc của các ion và điện tử tự do có trong lớp dung dịch điện môi ở giữa các điện cực tăng lên và bị hút về phía cực trái dấu Điện tr-ờng sẽ mạnh nhất tại điểm mà khoảng cách giữa hai điện cực là bé nhất Đồ thị hình 1.3 minh họa cho thấy điện áp thì tăng nh-ng dòng điện thì bằng 0

Hình 1.6 - Sự hình thành kênh dẫn điện [1]

Trong quá trình di chuyển, các ion và điện tử tự do (phần tử mang điện) va

đập với các phần tử trung hòa làm tách ra các ion và điện tử mới Cứ nh- vậy, số l-ợng các phần tử mang điện tăng lên, tính cách điện của dung dịch điện môi giảm đi Điện áp đạt đỉnh nh-ng dòng điện thì vẫn bằng 0

Khi khoảng cách giữa hai điện cực đủ nhỏ, làm cho từ tr-ờng và động năng của các phần tử mang điện đủ lớn dẫn đến hình thành một dòng chuyển dịch có h-ớng của các ion và điện tử, tức là tạo nên dòng điện Dung dịch điện môi trở thành dẫn điện và điện áp bắt đầu giảm

2 Giai đoạn 2: Phóng tia lửa điện và bốc hơi vật liệu

Tại kênh dẫn điện, năng l-ợng tập trung rất lớn, làm cho nhiệt độ tại đó rất cao (khoảng 10000oC) Dòng điện tăng nhanh còn điện áp tiếp tục giảm, hình 1.4

Hình 1.7 - Sự phóng điện qua kênh dẫn điện [1]

Dòng điện trên cung cấp một mật độ năng l-ợng khổng lồ làm cho dung dịch điện môi bốc hơi cục bộ Bong bóng hơi có xu h-ớng phình ra nh-ng do có

độ nhớt nên chất điện môi tạo ra sự cản trở, hạn chế sự lớn lên của kênh phóng

điện giữa các điện cực Dòng điện tiếp tục tăng và điện áp tiếp tục giảm

Gần cuối của giai đoạn này, nhiệt độ và áp suất của bong bang hơi đạt giá trị cực đại Vật liệu của các điện cực tại nơi xuất hiện tia lửa điện bị bốc hơi bởi nhiệt độ cao Bên cạnh đó còn có một l-ợng nhỏ vật liệu bị tách khỏi bề mặt các

điện cực do s- va đập của các ion và điện tử lên bề mặt của chúng

3 Giai đoạn 3: Hóa rắn hơi vật liệu và phục hồi

Máy phát ngắt dòng điện đột ngột, điện áp bị ngắt đột ngột, kênh dẫn điện biến mất Dung dịch điện môi ở nhiệt độ th-ờng xung quanh tràn vào gây ra sự thay đổi áp suất đột ngột, nh-ng nhiệt độ thì không thể thay đổi đột ngột nhanh nh- vậy đ-ợc, điều này khiến cho kim loại nóng chảy bất ngờ và bị bốc hơi khỏi các điện cực nh- hình 1.5

Hình 1.8 - Sự hóa rắn hơi vật liệu và phục hồi.[1]

Dung dịch điện môi lấy lại trạng thái ban đầu không dẫn điện Hơi của vật liệu của các điện cực bị hóa rắn và đ-ợc dòng chảy của dung dịch điện môi đẩy

ra khỏi lớp bề mặt chi tiết đ-ợc xem nh- là lớp đúc lại

Những phần tử kim loại bị hóa rắn đ-ợc đẩy ra d-ới dạng các quả cầu nhỏ

li ti phân tán trong dung dịch điện môi và phần hơi còn lại sẽ nổi lên bề mặt của dung dịch điện môi

Một xung hiêu quả kết thúc Kết quả là cả hai điện cực đều bị mòn nh-ng s- ăn mòn không nh- nhau, cực nào ăn mòn nhiều hơn (th-ờng là cực d-ơng) thì

sẽ dành cho phôi, cực nào ăn mòn ít dành cho điện cực Tuy vậy, điều này còn phụ thuộc vào chế độ phóng điện, cặp vật liệu và sự đấu cực

1.2.5 Cơ chế bóc kim loại bằng gia công tia lửa điện

Trên thực tế bề mặt phôi và bề mặt điện cực không phẳng nh- ta t-ởng t-ợng mà nó có các nhấp nhô Khoảng cách giữa hai bề mặt điện cực trong toàn

bề mặt thực tế là không cố định mà nó thay đổi do các nhấp nhô

Nếu trên bề mặt phôi xuất hiện một miệng núi lửa rất nhỏ ở điểm A nào

đó và có khoảng cách gần nhất tới điện cực Khi một điện áp thích hợp đ-ợc đặt giữa hai điện cực (dụng cụ và phôi), một tr-ờng tĩnh điện có c-ờng độ lớn đ-ợc sinh ra nó gây ra sự tách các electron từ cực âm A Các electron đ-ợc giải phóng này đ-ợc tăng tốc về phía cực d-ơng, sau khi đạt đ-ợc tốc độ 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 d-ơng Các electron vừa sinh ra lại đ-ợc tăng tốc và nó lại đánh bật các electron khác từ các phần tử dung dịch điện môi Cứ nh- vậy, một cột hẹp các phần tử dung dịch điện môi bị ion hoá đ-ợc sinh ra tại điểm A nối hai điện cực lại với nhau (sinh ra một dòng thác điện tử, cột phần tử bị ion hoá tăng lên và

có tính dẫn điện mạnh-tia lửa điện) Kết quả là tia lửa điện này là một sóng chèn

ép lớn đ-ợc 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 điện cực, vật liệu nóng chảy bị dòng dung môi cuốn đi và một vết lõm trên hai bề mặt

đựơc sinh ra Ngay lúc đó thì khoảng cách giữa hai điện cực tại A tăng lên và vị trí tiếp theo có khoảng cách ngắn nhất giữa hai điện cực là một vị trí khác (ví dụ tại B) T-ơng tự khi nguồn điện áp đựơc đóng ngắt một lần nữa, chu kỳ trên đ-ợc lặp lại, tia lửa điện tiếp theo đ-ợc sinh ra tại vị trí B Cứ nh- vậy khi máy phát

đóng ngắt liên tục thì sự phóng tia lửa điện sẽ sản sinh ra một loạt miệng núi lửa

kế tiếp nhau trên toàn bề mặt điện cực Kết quả là vật liệu đ-ợc hớt đi một cách

đồng đều trên toàn bề mặt điện cực (phôi)

Bề mặt đ-ợc gia công tia lửa điện sẽ hình thành do sự tạo nên các “miệng núi lửa” li ti đó Nếu năng l-ợng do phóng tia lửa điện đ-ợc giảm một cách hợp

lý thì các “miệng núi lửa” sẽ có kích th-ớc cực nhỏ và ta nhận đ-ợc một bề mặt

có độ bóng cao

Hình 1.9 – Các “miệng núi lửa” đ-ợc hình thành liên tiếp

Tr-ớc hết, muốn tách vật liệu ra khỏi phôi thì phải có năng l-ợng bóc tách vật liệu We

We = Ue.Ie.te (Jun) (1.1) Trong đó:

Ue : là điện áp trung bình của tia lửa điện

Ie : là c-ờng độ dòng điện trung bình của tia lửa điện

te : là thời gian xung ( thời gian phóng tia lửa điện)

Do Ue là hằng số phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực nên thực chất We chỉ phụ thuộc vào Ie và te

Thực tế dòng điện tổng cộng trong kênh plasma qua khe hở phóng điện là tổng của các dòng điện tử chạy tới điện cực d-ơng và dòng các ion d-ơng chạy tới điện cực âm Tuy nhiên do khối l-ợng các ion d-ơng lớn hơn nhiều lần so với khối l-ợng electron cho nên tốc độ của các electron lớn hơn nhiều lần so với tốc

độ của các ion d-ơng Vì vậy thực chất dòng điện do các ion d-ơng chuyển động

về cực âm là rất nhỏ so với dòng các electron chuyển động về cực d-ơng Do đó

có thể bỏ qua dòng điện do sự chuyển động của các ion d-ơng gây ra Do tốc độ của các electron lớn hơn nhiều lần so với các ion d-ơng nên mật độ các electron tập trung tai cực d-ơng cao hơn nhiều so với mật độ của các ion d-ơng lại cực

âm trong khi mức độ tăng của dòng điện khi bắt đầu có sự phóng điện là rất lớn,

điều này gây ra sự nóng chảy mạnh ở cực d-ơng

Khi dòng điện bị ngắt, kênh plasma đột ngột biến mất Ngay tức khắc, áp suất giữa hai điện cực tụt xuống bằng áp suất xung quanh nh-ng nhiệt độ của

chất lỏng giữa hai điện cực lại không tụt nhanh nh- vậy, dẫn đến sự nổ và bốc hơi của vật liệu nóng chảy đang tồn tại giữa hai điện cực Tốc độ cặt dòng điện

và mức độ sụt của dòng điện sẽ quyết định tốc độ sụt áp và sự bắt buộc nổ vật liệu chảy lỏng Vì vậy thời gian sụt của dòng điện cũng là yếu tố quyết định đối với độ nhám bề mặt gia công

1.3 Năng suất gia công

Năng suất gia công (mm3

/phút hay g/phút): là l-ợng hớt vật liệu chi tiết trong một khoảng thời gian Năng suất gia công tỷ lệ thuận với c-ờng độ dòng

điện và khoảng thời gian gia công có ích (thời gian của giai đoạn 2)

Trên thực tế, một đại l-ợng khác t-ơng tự năng suất gia công th-ờng đ-ợc dùng trong quá trình điều khiển là hiệu suất gia công Hiệu suất gia công đ-ợc tính theo công thức:

k e

t t

t

1

) (

) (

) (



Với N: là số chu kỳ lấy mẫu

Mỗi chu kỳ gia công đ-ợc tính trong khoảng thời gian ( ti + t0 ) (μs)

Theo công thức trên, hiệu suất gia công đ-ợc tính cho một quá trình gia công hay một khoảng thời gian xác định Thông th-ờng, các hệ điều khiển hiện

đại nh- AGIE, Charmill, Mitsubishi lấy N = 1000

Năng suất gia công tia lửa điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là các yếu tố:

- Khe hở tia phóng điện 

1.3.1 ảnh h-ởng của khe hở phóng điện 

 ảnh h-ởng đến điện áp của tụ đã đ-ợc tích điện UC

1

RC T i

C U e

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

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

C U

I RC

f

C.

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 l-ợng tích lũy trong xung

điện We (năng l-ợng tách vật liệu) vẫn nhỏ, dẫn đến năng suất cũng thấp

*Nếu  lớn thì UCmax cũng lớn nên f nhỏ Nh-ng 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

đ-ợc một năng suất gia công phù hợp là cần thiết

Công suất gia công : Ne = 1

0 1

.

1 T

c It dt U T

Với:

) 1

(

1

RC T i

1



(5)

IZ = Ui/R (6) R: điện trở trong mạch RC

C: điện dung trong mạch RC

T1: thời gian tích điện

1 (

. T

RC T RC

T Z

1 ln(

1 ln(

Thực nghiệm cho thấy rằng, ap đạt max khi  = 0,6  0,8 Vì vậy phải điều chỉnh khoảng cách điện cực phù hợp với trị số  trên

1.3.2 ảnh h-ởng của điện dung C

Hình 1.10 - ảnh h-ởng của điện dung C tới năng suất hớt vật liệu V 0

ảnh h-ởng của điện dung C đ-ợc mô tả nh- đồ thị hình 1.7 Đồ thị chỉ ra rằng khi điện áp tối -u Uopt = 0,7Ui thì sẽ đạt đ-ợc năng suất hớt vật liệu lớn nhất,

đồng thời l-ợng mòn điện cực là nhỏ nhất Khi điện áp tối -u Uopt không đổi và thay đổi điện dung C ta xác định đ-ợc điện dung giới hạn Cgh Nếu C < Cgh thì sẽ gây ra hồ quang làm giảm năng suất gia công

1.3.3 ảnh h-ởng của diện tích gia công F

Hình 1.11 - ảnh h-ởng của diện tích gia công F đến năng suất V 0

V 0

U i

U opt

Vùng ngắn mạch

Fgh

Đồ thị trên hình 1.8 mô tả ảnh h-ởng của diện tích vùng gia công F dến năng suất hớt vật liệu V0 và độ mòn điện cực  Đồ thị cho thấy giai đoạn đầu, l-ợng hớt vật liều gần nh- tăng tuyến tính khi tăng diện tích F, tới khi diện tích F

đạt giá trị giới han Fgh thì V0 = V0max Sau đó nếu tiếp tục tăng diện tích F thì l-ợng hớt vật liệu V0 giảm dần do diện tích gia công v-ợt qua giới hạn, cũng có nghĩa là dòng diện v-ợt quá giới hạn, khi đó việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công khó khăn hơn và làm giảm năng suất gia công

Đồ thị 1.8 cũng chỉ ra rằng khi tăng diện tích vùng gia công F thì ban đầu l-ợng mòn điện cực  giảm mạnh, sau đó nếu tiếp tục tăng F thì l-ợng mòn 

gần nh- không thay đổi

1.4 Các ph-ơng pháp gia công tia lửa điện

Ngày nay có hai ph-ơng pháp gia công tia lửa điện chủ yếu đ-ợc ứng dụng rộng rãi trong gia công cơ khí, đó là ph-ơng pháp xung định hình và ph-ơng pháp cắt dây tia lửa điện

1.4.1 Ph-ơng pháp gia công xung định hình

1.4.1.1 Bản chất của ph-ơng pháp

Ph-ơng pháp gia công xung định hình là ph-ơng pháp dùng điện cực đã

đ-ợc tạo hình sẵn để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi Ph-ơng pháp này

đ-ợc 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 …

Hình 1.12 - Máy xung định hình

1.4.1.2 Ưu nh-ợc điểm của ph-ơng pháp xung định hình

a Ưu điểm:

Một trong những điểm đặc sắc nhất của quá trình gia công bằng tia lửa

điện là không có lực cắt trong quá trình gia công Không có lực cắt đồng nghĩa với việc tính toán đồ gá, bàn máy sẽ đơn giản hơn rất nhiều, công suất của động cơ điều khiển các trục cũng sẽ không cần lớn nh- tr-ớc Đó cũng là lý do vì sao các hãng chế tạo máy xung đẩy mạnh nghiên cứu gia công máy phay, máy khoan tia lửa điện bởi nếu thành công, họ sẽ có thể chế tạo đ-ợc các chi tiết phức tạp không thua gì các ph-ơng pháp gia công truyền thống mà công suất có thể thấp hơn nhiều

Chất l-ợng chi tiết gia công tốt, độ chính xác kích th-ớc và độ nhám bề mặt không thua kém gì các ph-ơng pháp gia công truyền thống

Ngày càng có nhiều đóng góp trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu với tổng số sản phẩm tăng dần theo hàng năm

- Gia công đ-ợc vật liệu có độ cứng thấp và vật liệu có độ cứng rất

cao

- Gia công đ-ợc các chi tiết cơ khí (chủ yếu là khuôn ép định hình,

khuôn nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông hoặc thông …) có hình dạng phức tạp

b Nh-ợc điểm:

Không gia công đ-ợc những chi tiết phức tạp Rõ ràng nơi phôi bị ăn mòn, hình dáng chi tiết sẽ có hình dáng giống nh- điện cực Vì vậy, nếu cần phải gia công những chi tiết phức tạp, việc thiết kế điện cực sẽ trở nên khó khăn hơn rất nhiều lần

Tốc độ gia công chậm Sau mỗi xung, bề dày l-ợng kim loại bị ăn mòn chỉ khoảng vài μm và chỉ giới hạn trong một diện tích nhỏ Tốc độ gia công chậm

đồng nghĩa với năng suất chế tạo thấp Các nghiên cứu nhằm tăng tốc độ gia công bằng tia lửa điện cũng là một mối quan tâm lớn của các hãng chế tạo máy xung trên thế giới

- Năng suất gia công thấp

- Chi phí chế tạo cao

- Chỉ gia công đ-ợc các vật liệu là kim loại, không gia công đ-ợc các

vật liệu phi kim

1.4.1.3 Phạm vi ứng dụng

Ph-ơng pháp xung định hình th-ờng đ-ợc sử dụng trong các tr-ờng hợp:

- Sử dụng đ-ợc trong chế tạo cơ khí chính xác

- Chế tạo khuôn mẫu phục vụ các ngành sản xuất nhựa, đúc áp lực …

1.4.2 Ph-ơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện

Cắt dây hành trình EDWM là một ph-ơng pháp gia công EDM đặc biệt

Về bản chất nó giống nh- gia công bằng điện cực định hình là sử dụng năng l-ợng nhiệt của các xung điện làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu cần gia công Ph-ơng pháp này dùng điện cực là dây dẫn điện đ-ợc quấn liên tục Dây dịch

ghép chính xác Mảng bên trong (chày) hay bên ngoài (khuôn) có thể là chi tiết cần gia công

Hình 1.13 - Sơ đồ gia công bằng máy cắt dây EDM

Hình 1.14 – Máy cắt dây EDM

1.4.2.1 Bản chất của ph-ơng pháp

Ph-ơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện là ph-ơng pháp dùng một dây

dẫn điện có đ-ờng kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) cuốn liên tục, và chạy theo một biên dạng (contour) định tr-ớc (lập trình) để tạo thành mạch cắt trên phôi [1] Ph-ơng pháp này th-ơng dùng để gia công các lỗ thông suốt có biên dạng phức tạp nh- các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các d-ỡng kiểm

Trong quá trình cắt dây, ngoài sự phối hợp các chuyển động t-ơng đối giữa dây và phôi để tạo ra côngtua đ-ợc cắt, bản thân dây phải có chuyển động dọc trục, đ-ợc tạo ra do sự cuốn dây liên tục giữa các con lăn

Tuỳ theo loại dây điện cực và tuỳ thuộc kiểu máy cắt dây, dây chỉ có thể chỉ đ-ợc dùng một lần hoặc dùng đi dùng lại nhiều lần do đ-ợc cuốn qua cuốn lại liên tục trong quá trình gia công

Máy cắt dây cũng có nhiều loại, từ máy nhỏ cho đến máy lớn, từ máy đơn giản cho đến máy tự động hoá rất cao

1.4.2.2 Ưu nh-ợc điểm của ph-ơng pháp

a Ưu điểm:

Ph-ơng pháp cắt dây tia lửa điện có các -u điểm sau:

- Độ chính xác kích th-ớc cao (có thể lên tới 1μm)

- Kết cấu máy đơn giản

- Có khả năng tự động hóa quá trình gia công, đơn giản, dễ vận hành Gia công tia lửa điện hớt đi vật liệu kim loại trên vật gia công nhờ hiệu ứng của quá trình điện – nhiệt, do đó có thể gia công đ-ợc vật liệu có độ cứng bất kỳ Điều này hạn chế rủi ro khi gia công những chi tiết có giá trị cao so với gia công băng ph-ơng pháp cắt gọt truyền thống rồi mới xử lý nhiệt luyện

b Nh-ợc điểm:

- Phôi và dụng cụ đều phải dẫn điện, do đó chỉ gia công đ-ợc các vật

liệu kim loại

- Do nhiệt độ tại vùng gia công rất cao nên dễ gây biến dạng nhiệt

- Đối với vật gia công có chiều dầy lớn (lớn hơn 100mm) hoặc trong

tr-ờng hợp chất điện môi bị bẩn thì việc bơm chất điện môi vào vùng gia công sẽ rất khó khăn Do đó, chất điện môi cần đ-ợc bơm vào với áp suất cao, điều này gây ra các rung động cho chất điện cực dẫn tới giảm độ chính xác gia công

- Trong điều kiện gia công bình th-ờng không thể dùng điện cực

nhiều lần do khi đã sử dụng điện cực bị mòn đẫn đến sai số cho quá trình cắt Để khắc phục tình trạng này, ng-ời ta có thể sử dụng dây cắt một lần để gia công các chi tiết cần độ chính xác cao hoặc dùng dây đã đ-ợc phủ, mạ một lớp kim loại đặc biết để có thể sử dụng nhiều lần

- Dây điện cực có kích th-ớc nhỏ (từ 0,1 – 0,3mm), vật liệu dây

th-ờng có độ bền kéo thấp nên trong quá trình gia công (đặc biệt là khi gia công các chi tiết có chiều dầy lớn) thì dây điện cực sẽ bị uốn cong làm ảnh h-ởng tới độ chính xác gia công, thậm chí có thể bị

đứt dây dẫn đến sai số gia công và giảm năng suất gia công

- Các chỉ tiêu công nghệ của quá trình này phụ thuộc vào thông số

xung điện, hằng số vật liệu, chiều dày chi tiết gia công, tính chất của chất điện môi, vật liệu dây điện cực, h-ớng và tốc độ cuốn dây

điện cực …

1.4.2.3 Phạm vi ứng dụng

Do đặc điểm của thiết bị là dây điện cực phải có chuyển động dọc trục liên tục giữa các con lăn nên ph-ơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện th-ờng dùng trong các gia công nh- sau:

- Chế tạo các điện cực chính xác cho gia công xung định hình