Nghiên cứu mòn biên dạng điện cực và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện tt

Mòn điện cực được nghiên cứu theo nhiều hướng khác nhau như: mòn hình dáng hình học của điện cực, mòn điện cực theo khối lượng… khi thay đổi yếu tố công nghệ đầu vào đều ảnh hưởng đến độ

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Phương pháp gia công tia lửa điện là một trong những phương pháp gia công phi truyền thống đang được sử dụng rộng dãi hiện nay Phương pháp này đang thể hiện được khả năng ưu việt khi gia công các vật liệu sau nhiệt luyện [1]

Các nghiên cứu về lựa chọn cặp vật liệu phù hợp khi gia công xung định hình cho kết quả khả quan với từng mục tiêu đặt ra tại từng thời điểm Gia công tia lửa điện là một quá trình gia công với thời gian khá dài Vì vậy hướng nghiên cứu nhằm nâng cao năng suất, chất lượng của phương pháp gia công hiện đang rất được quan tâm [8, 10, 11, 30, 31, 32]

Mòn điện cực là một trong những vấn đề lớn trong quá trình xung tia lửa điện EDM Mòn điện cực ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của chi tiết gia công Do đó rất cần những nghiên cứu để xác định được lượng mòn trong quá trình gia công Kết quả nghiên cứu trước đó chỉ ra rất nhiều yếu công nghệ ảnh hưởng đến độ mòn của điện cực [9,13,37,41]

Mòn điện cực được nghiên cứu theo nhiều hướng khác nhau như: mòn hình dáng hình học của điện cực, mòn điện cực theo khối lượng… khi thay đổi yếu tố công nghệ đầu vào đều ảnh hưởng đến độ mòn điện cực có thể kể đến như: Ảnh hưởng của thời gian phóng xung, thời gian ngừng phóng xung, ảnh hưởng của điện áp đầu vào, ảnh hưởng của cường độ dòng điện đầu vào, ảnh hưởng của chất lượng dầu xung, ảnh hưởng của hướng phun dầu và ảnh hưởng của các chất trộn thêm trong quá trình xung [8,13,41,43] Các hướng nghiên cứu nêu trên đều tập trung vào một vài yếu tố đầu vào cơ bản Bên cạnh đó cũng chưa thấy nghiên cứu đề cập đến ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến độ mòn của điện cực

Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu mòn biên dạng điện cực

và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện” làm đề tài luận án tiến

sỹ

2 Mục tiêu của luận án

Đánh giá được mòn biên dạng của điện cực và chất lượng bề mặt của chi tiết khi gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện, tìm ra chế độ công nghệ tối ưu để đạt lượng

mòn điện cực, độ nhám bề mặt gia công nhỏ nhất

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về phương pháp xung tia lửa điện;

- Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn điện cực và chất lượng bề mặt với các thông số công nghệ;

- Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm về ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung đến mòn điện cực, độ nhám bề mặt gia công;

- Tối ưu hóa các thông số công nghệ theo từng chỉ tiêu mòn điện cực, độ nhám bề mặt của chi tiết và khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực, sau đó tối ưu hóa đa mục tiêu;

- Nghiên cứu biện pháp để giảm độ mòn điện cực bằng cách lựa chọn vật liệu và biên dạng điện cực phù hợp, giảm độ nhám bề mặt chi tiết và giảm khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực

4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

- Mòn điện cực đồng đỏ và điện cực đồng đỏ mạ crom

- Độ nhám bề mặt chi tiết với vật liệu thép SKD11;

- Khe hở giữa bề mặt chi tiết gia công và bề mặt điện cực khi xung với cặp nhôm – C45, đồng đỏ - SKD11 và đồng đỏ mạ crom – SKD11

Phạm vi nghiên cứu:

Trong công trình này chất lượng bề mặt chi tiết chỉ đánh giá bởi hai thông số bao gồm độ nhám bề mặt và chiều dày lớp ảnh tôi cứng Đường kính điện cực từ 10 đến 20

mm, vật liệu điện cực là kim loại

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, kế thừa kết quả nghiên cứu của các công trình đã công bố

- Nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng mô hình về mòn điện cực và chất lượng bề mặt chi tiết gia công trên máy xung tia lửa điện

- Nghiên cứu phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi để đánh giá ảnh hưởng của các thông số và tối ưu từng mục tiêu và đa mục tiêu

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Đề tài nhằm làm rõ ảnh hưởng của mật độ dòng điện, thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung đến độ mòn của điện cực và chất lượng bề mặt của một

số loại thép làm khuôn được gia công bằng phương pháp xung định hình, giúp các nhà công nghệ lựa chọn được chế độ gia công tối ưu nhất khi gia công trên máy xung định hình

- Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu để giảm mòn điện cực sẽ giúp các nhà sản xuất tiết kiệm được chi phí, các kết quả nghiên cứu giảm độ nhám bề mặt và khe hở phóng điện sẽ góp phần là tăng chất lượng của sản phẩm

7 Những kết quả khoa học đạt được và đóng góp mới của luận án

- Đã xây dựng được mô hình thực nghiệm về nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến mòn khi sử dụng các loại điện cực nhôm, điện cực đồng đỏ và điện cực đồng đỏ mạ crom;

- Đã nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của biên dạng điện cực đến lượng mòn giúp nhà công nghệ lựa chọn biên dạng phù hợp khi gia công;

- Đã xây dựng mô hình độ nhám bề mặt phụ thuộc vào các thông số công nghệ đầu vào;

- Xác định được bộ thông số tối ưu đơn mục tiêu về độ mòn, độ nhám bề mặt và khe

hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực cũng như xác định được bộ thông số tối ưu đa mục tiêu;

- Đề xuất giảm độ mòn và tăng chất lượng bề mặt bằng mạ thêm crom vào điện cực đồng

sử dụng phổ biến rộng rãi trên thế giới Nguyên tắc của phương pháp này là bắn phá chi tiết để tách vật liệu bằng nguồn năng lượng nhiệt rất lớn được sinh ra khi cho hai điện cực tiến gần nhau Trong hai điện cực này, một điện cực đóng vai trò là dao và một điện cực đóng vai trò là phôi trong quá trình gia công [1, 27,46]

Phương pháp EDM được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gia công cơ khí Có hai phương pháp gia công tia lửa điện chủ yếu là xung định hình và cắt dây tia lửa điện Cả hai phương pháp trên 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[4, 16, 45]

Xung định hình là phương pháp dùng 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 v.v

EDM thường dùng trong gia công khuôn mẫu và các sản phẩm cơ khí đòi hỏi độ chính xác cao, có biên dạng phức tạp, có độ bền và độ cứng cao mà việc gia công trên các máy công cụ thông thường không hiệu quả hoặc không đáp ứng được

Tuy nhiên EDM cũng có một số nhược điểm như: Chỉ gia công được các loại vật liệu dẫn điện; năng suất và chất lượng bề mặt gia công thấp, khi tăng năng suất bóc tách vật liệu thì độ nhám bề mặt gia công cũng tăng; trong quá trình gia công xảy ra hiện tượng quá cắt và mòn điện cực làm ảnh hưởng không tốt đến độ chính xác gia công; khó xác định chính xác khe hở phóng điện và các thông số công nghệ tối ưu

1.1.2 Nguyên lý gia công

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện (Nguồn: [1])

Nguyên lý gia công của EDM là chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt thông qua chuỗi các tia lửa điện gián đoạn sinh ra tại khe hở giữa hai điện cực (trong

đó một điện cực là dụng cụ và một điện cực là chi tiết gia công) ngâm trong dung dịch điện môi như trên hình 1.3 Tại khe hở nhỏ nhất giữa dụng cụ và chi tiết gia công, một điện áp cao được đặt vào sẽ đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi và làm xuất hiện tia lửa điện gây nóng chảy, bay hơi vật liệu của cả dụng cụ và chi tiết gia công [24,27,40]

Hình 1.4 Thống kê về các phương pháp gia công tia lửa điện (Nguồn: [12])

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong các công trình nghiên cứu [8, 44] đưa ra phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung, vật liệu điện cực và nồng độ bột đến năng suất và chất lượng bề mặt thép làm khuôn được

gia công bằng phương pháp xung định hình có trộn bột Ti trong dung dịch điện môi theo các chỉ tiêu năng suất bóc tách vật liệu, lượng mòn điện cực, chất lượng bề mặt gia công, nghiên cứu này chỉ ra rằng:

Độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp PMEDM hầu hết cao hơn so với độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp EDM tại cùng chế

độ công nghệ Tại chế độ dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung nhỏ thường

có độ cứng cao hơn so với dòng phóng tia lửa điện lớn và thời gian phát xung lớn trong các dải nồng độ được khảo sát Xác đinh được mối quan hệ giữa độ cứng tế vi bề mặt với các thông số đầu vào như : Dòng phóng tia lửa điện, thời gian phát xung, nồng độ bột theo công thức hồi quy

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Nghiên cứu của Ali Ozgedik đề cập tới ảnh hưởng của dung dịch điện môi tới độ mòn của điện cực Tác giả đã quan tâm đến các hướng phun dung dịch điện môi thường dùng để thực hiện các nghiên cứu Kết quả của nghiên cứu cho ta thấy ảnh hưởng của hướng phun dung dịch điện môi đến độ mòn điện cực [13]

Hình 1.5 Mòn điện cực với hướng phun dung dịch điện môi bên cạnh (Nguồn: [13])

Với sơ đồ như hình 1.5 có thể thấy rằng vị trí trực tiếp bị phun dòng chất điện môi

sẽ chịu mòn lớn hơn dẫn đến hiện tượng mòn không đều, để khắc phục hiện tượng này có thể điều chỉnh hướng phun dung dịch điện môi ở giữa như hình 1.6

Hình 1.6 Mòn điện cực với hướng phun dung dịch điện môi ở giữa (Nguồn: [13])

Tác giả Y Ziada trong công trình nghiên cứu [59] đã phân tích về mòn tại các góc với điện cực là hình đa giác Tác giả cho thêm chuyển động quay của điện cực nhằm giảm ảnh hưởng của độ mòn tại các góc và kết quả thu được là vẫn có sự ăn mòn không đồng đều trên chi tiết gia công

Hình 1.7 Chuyển động của điện cực bám theo hình đa giác (Nguồn: [59])

Đối với nghiên cứu của tác giả Yin Qingfeng [60], ông lại đưa ra ảnh hưởng từ sự

ăn mòn của bề mặt điện cực khi hạn chế quá trình ăn mòn của các mặt bên bằng cách đưa vào các tấm nhựa bảo vệ như hình 1.8

Hình 1.8 Phương pháp xung có tấm nhựa bảo vệ (Nguồn: [60])

KẾT LUẬN

Từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy thấy có rất nhiều tác nhân gây ảnh hưởng đến độ mòn của điện cực và chất lượng bề mặt của chi tiết khi xung Tuy vậy, hướng nghiên cứu về mòn và chất lượng khi gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện vẫn chưa được đề cập nghiên cứu khi sử dụng các loại điện cực có vật liệu khác nhau (điện cực nhôm, điện cực đồng đỏ và điện cực đồng đỏ mạ crom) và biên dạng mặt cắt ngang của điện cực thay đổi (từ số cạnh là 3 cạnh, 4 cạnh, 6 cạnh và hình tròn) sẽ giúp lựa chọn được điện cực phù hợp khi gia công để giảm mòn và đạt được chất lượng bề mặt tốt Hướng nghiên cứu của đề tài sẽ tiếp cận các kết quả nghiên cứu đã có, xây dựng các

mô hình thực nghiệm và đưa ra các kết quả mang tính mới, có khả năng ứng dụng vào thực tiễn sản xuất để cải thiện chất lượng của chi tiết sau gia công và giảm mòn cho điện cực, do đó nâng cao hiệu quả kinh tế của doanh nghiệp

Chương 2 NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÕN ĐIỆN CỰC VÀ CHẤT

LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG VỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

2.1 Mối quan hệ giữa các đại lượng trong quá trình gia công tia lửa điện

Gia công bằng tia lửa điện là một quá trình phức tạp và kết quả của quá trình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Sơ đồ dưới đây phân tích sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các đại lượng đầu vào, đại lượng trung gian và đại lượng đầu ra

Có thể thấy rằng kết quả của quá trình gia công EDM phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như máy, chi tiết, dụng cụ, chế công nghệ v.v Các yếu tố đầu vào này chính là nguyên nhân gây nên những hiện tượng xảy ra trong quá trình gia công như mòn điện cực, rung động, biến dạng nhiệt v.v Tất cả đều có những ảnh hưởng nhất định đến mục tiêu cuối cùng Tùy thuộc vào mỗi phương pháp gia công thì mục tiêu nào là quan trọng hơn Với EDM ngoài đảm bảo tính kinh tế thì lượng mòn điện cực, độ chính xác và chất lượng bề mặt chính là những chỉ tiêu quan trọng của sản phẩm gia công

2.2 Đại lượng đầu vào

b) Vật liệu điện cực

Trong gia công tia lửa điện, dụng cụ (điện cực) đóng vai trò cực kỳ quan trọng vì độ chính xác gia công một mặt phụ thuộc vào độ chính xác của điện cực Điện cực thường được gia công bằng phương pháp cắt gọt, đúc, ép, phun kim loại, mạ điện phân v.v Vật liệu làm điện cực phải đảm bảo các yêu cầu:

- Có tính dẫn điện tốt

- Nhiệt lượng riêng lớn

- Có nhiệt độ nóng chảy cao

- Có tính dẫn nhiệt tốt

Vật liệu làm điện cực thường là đồng đỏ, đồng thau, bạc hay kẽm

* Các tính chất của vật liệu điện cực:

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chế tạo điện cực bao gồm: khả năng gia công,

độ bền, khả năng tạo và bóc ba via

2.2.1.2 Chất điện môi

a) Nhiệm vụ cơ bản của chất điện môi

- Cách điện: Nhiệm vụ chính của chất lỏng điện môi là cách điện giữa điện cực và

phôi Nó phải đảm bảo sự cách ly giữa điện cực với phôi khi khe hở chưa đủ hẹp Chỉ có một khoảng cách nhỏ nhất có thể có giữa điện cực và phôi mới cho phép dong tia lửa điện

đi qua

- Ion hóa: Chất điện môi phỉa tạo nên những điều kiện tối ưu cho sự phóng tia lửa

điện, nghĩa là nó phải được ion hóa ở vào thời điểm chuẩn bị phóng tia lửa điện, tức là phải có khả năng tạo nên một cầu phóng điện

- Làm nguội: Ở kênh phóng điện, trong khoảng thời gian cực ngắn, nhiệt độ có thể

lên tới 10.0000C Nhiệt xuất hiện ở đây cần phải được chuyển đi, nếu không thì độ mòn điện cực sẽ tăng lên, đồng thời bề mặt phôi cũng bị hư hại do quá nhiệt

Bản thân chất điện môi cũng không được phép bị quá nhiệt Sự quá nhiệt làm cho chất điện môi dễ bị phân hủy thành khí và cacbon tự do Khí này sẽ làm mở rộng không mong muốn kênh phóng điện và làm giảm lượng hớt vật liệu Đồng thời cặn cacbon lắng xuống trên bề mặt điện cực sẽ gây ra sự ngắn mạch Vì vậy, cần tạo ra một dỏng chảy

đi qua khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực để làm nguội cả điện cực và phôi

- Vận chuyển phoi: Nếu chất điện môi bị bẩn sẽ gây ra sự in hình không chính xác

và các khuyết tật quá trình Sự bẩn của chất điện môi chủ yếu là do các phần tử đã bị ăn mòn còn lơ lửng hoặc lắng đọng trong khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực Chính vì các lý do trên mà cần phải có một hệ thống dòng chảy của chất điện môi để vận chuyển các phần tử đã bị ăn mon (phoi) đi ra khỏi khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực và đảm bảo chất điện môi sạch cho khe hở

b) Các loại chất điện môi

Hiện nay có hai loại chất điện môi chủ yếu dùng cho hai phương pháp gia công tia lửa điện khác nhau, đó là:

- Hydrocacbon: Chủ yếu dùng cho xung định hình

- Dung dịch điện môi có trộn bột: Khả năng cách điện đồng nhất của dung dịch điện môi trong EDM đã tạo ra miền phân bố điện trường với cường độ không đổi dẫn đến khe

hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực nhỏ và tia lửa điện chỉ xuất hiện tại một vài điểm

2.2.2 Đại lƣợng điều chỉnh

Đại lượng điều chỉnh chính là các thông số công nghệ cần đưa vào ngay từ đầu của quá trình gia công, bao gồm điện áp đánh lửa (U0), cường độ dòng phóng xung tia lửa điện (Ie), thời gian phát xung (ton), thời gian ngừng phát xung (toff) và khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực ()

2.3 Đại lƣợng trung gian

Các đại lượng quá trình chính là quá trình ăn mòn kim loại dưới tác động của điện

và nhiệt để tạo ra khe hở giữa điện cực và chi tiết, các nghiên cứu cho thấy quá trình ăn mòn của 1 xung gia công được trải qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Hình thành kênh dẫn điện

Giai đoạn 2: phóng tia lửa điện làm bốc hơi vật liệu

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

2.3.1 Tác động của điện

Các ion và điện tử do điện trường lớn giữa khe hở phóng điện nên bị hút về phía cực trái dấu Trên đường di chuyển, được gia tốc nhờ năng lượng của điện trường nên có được động năng rất lớn làm ion hoá các phân tử trung hoà của dung dịch điện môi để tạo thêm các ion và điện tử tự do Các ion và điện tử này va đập vào bề mặt các điện cực làm tách các điện tử và ion vật liệu của các điện cực tạo nên sự mòn của các điện cực

2.3.2 Tác động của nhiệt

Khi tia lửa điện phóng qua kênh dẫn điện, nhiệt độ ở kênh dẫn điện có thể đạt tới khoảng 10000oC làm cho vật liệu của các điện cực tại nơi tiếp giáp với kênh dẫn điện bị bốc hơi

2.3.3 Khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực

Điện cực được điều khiển chạy tự động để điều chỉnh khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực không thay đổi ứng với mỗi điều kiện gia công xác định Hệ thống điều chỉnh chuyển động điện cực phải đảm bảo các yêu cầu: Điều chỉnh kích thước khe hở ổn định và tốc độ thích nghi nhanh để đáp ứng với sự ngắn mạch hoặc kích thước khe hở

2.4 Đại lƣợng đầu ra

2.4.1 Mòn điện cực

Để có thể giữ cho độ mòn điện cực là nhỏ nhất bằng cách chọn vật liệu điện cực phù hợp với phôi Việc chọn các tham số ăn mòn điện cực cũng tác động lên độ mòn điện cực Chính do sự mòn điện cực là nó gây ta sự không chính xác khi gia công Độ mòn tương đối  của điện cực được xác định theo công thức [14]:

W

.100%

E V V

Trong đó: VE là thể tích vật liệu bị mất đi ở điện cực

VW là thể tích vật liệu phôi được lấy đi

Ảnh hưởng lên độ mòn tương đối  của điện cực bao gồm các yếu tố sau:

+ Sự phối hợp điện cực/phôi

+ Dòng điện Ie hay bước dòng điện

+ Độ kéo dài xung

+ Sự đấu cực

2.4.2 Chất lượng bề mặt và sự biến đổi cấu trúc

Trong gia công xung định hình, điện cực đóng vai trò cực kì quan trọng vì chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc vào độ chính xác của điện cực Việc lựa chọn hợp lý vật liệu điện cực là một yếu tố quan trọng

Chất lượng bề mặt gia công mà đặc trưng là độ nhám phụ thuộc vào năng lượng của một lần phóng điện Một phần diện tích của tụ tạo nên vết lõm nên thể tích của vết lõm tỉ

lệ với năng lượng phóng ra của tụ

2.5 Ảnh hưởng của các đại lượng đầu vào đến các đại lượng quá trình và đại lượng đầu ra

2.5.1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ

Các kết quả khảo sát với điện cực Cu và vật liệu gia công là thép SKD61 đã cho thấy: Khi tăng cường độ dòng điện đã làm năng suất bóc tách vật liệu (MRR), Lượng mòn điện cực (TWR) và độ nhám bề mặt (Ra) tăng nhanh, nhưng khi thời gian phát xung tăng dẫn đến MRR và Ra tăng còn TWR giảm (hình 2.14 và 2.15) Và ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến các chỉ tiêu đánh giá là mạnh hơn so với thời gian phát xung [52, 56]

Hình 2.14 Ảnh hưởng của thời gian phát xung (Nguồn: [52])

Hình 2.15 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện (Nguồn: [52])

2.5.2 Ảnh hưởng của số lượng tia lửa điện trong mỗi lần phát xung

Thông thường trong EDM chỉ tạo ra một tia lửa điện cho mỗi lần phát xung Để tạo

ra nhiều tia lửa điện trong mỗi lần phát xung thì điện cực sẽ được chia thành hai hoặc nhiều phần điện cực nhỏ [27, 31] Các phần điện cực nhỏ này sẽ được cách điện giữa chúng và được kết nối với bộ phận phát xung để tạo ra nhiều tia lửa điện đồng thời trong một lần phát xung làm tăng năng suất bóc tách vật liệu Điện năng tiêu thụ của EDM thông thường với EDM có điện cực được chia nhỏ tương tự nhau, nhưng công suất của tia lửa điện trong EDM có điện cực chia nhỏ sẽ bằng “n” lần so với EDM thông thường trong một lần phát xung [18]

Hình 2.16 Quan hệ giữa MRR với số phần chia của điện cực (Nguồn: [58])

2.5.3 Ảnh hưởng của thành phần dung dịch điện môi

Dung dịch điện môi sử dụng trong EDM có thể ở các dạng: lỏng, khí hoặc hỗn hợp lỏng và khí Vật liệu dung dịch điện môi là các loại dầu cách điện, nước khử ion và khí ga

2.5.4 Nghiên cứu điều khiển các điện cực trong EDM

Điều khiển chuyển động của các điện cực là điều khiển quan trọng nhất quyết định đến quá trình gia công bằng EDM Trong thực tế không nhất thiết tia lửa điện có cường độ tốt như nhau với hai lần phát xung liên tục khi khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực không đổi Điều này là do đỉnh và đáy của các nhấp nhô trên bề mặt phôi, hạt tạp chất trong dung môi đã làm thay đổi đặc trưng dẫn điện trong khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực

2.5.5 Nghiên cứu điều khiển dạng xung trong EDM

Xung trong EDM thường được phân thành các dạng: Xung hở, xung tia lửa điện, xung ngắn mạch, xung hồ quang và xung trễ [48] Các dạng xung khác nhau sẽ có công suất gia công khác nhau

2.5.6 Nghiên cứu tối ưu hóa thông số công nghệ trong EDM

Các thông số công nghệ trong EDM thường được xác định thông qua kinh nghiệm hoặc sổ tay công nghệ Tuy nhiên, việc lựa chọn này sẽ không đảm bảo chắc chắn được kết quả gia công sẽ tối ưu hoặc xấp xỉ trị số tối ưu

- Đại lượng trung gian đặc trưng là khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực tạo ra trong quá trình lấy vật liệu dưới tác động của điện và nhiệt

- Đại lượng đầu ra bao gồm mòn biên dạng điện cực và chất lượng bề mặt của chi tiết sau gia công

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 3.1 Sơ đồ mô hình thí nghiệm

Trên cơ sở lý thuyết đã phân tích, phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung nghiên cứu về mòn điện cực và chất lượng bề mặt (đại diện là độ nhám bề mặt và khe hở phóng điện) dưới tác dụng của các đại lượng đầu vào như máy xung EDM, dung dịch điện môi, vật liệu, nghệ hình dạng điện cực cũng như chế độ công ta xây dựng được sơ đồ mô hình thí nghiệm

3.2 Trang thiết bị và vật liệu thí nghiệm

- Thiết bị đo độ nhám: Sử dụng thiết bị đo độ nhám SURFTEST SJ-210 của Nhật

bản với các thông số kỹ thuật như bảng 3.2

- Thiết bị đo mòn: Sử dụng cân phân tích MW-P Series độ chính xác 1/1000

- Thiết bị đo kích thước: Sử dụng Panme TESA CAPA μ SYSTEM IP54

3.3 Khảo sát khe hở phóng điện và độ nhám bề mặt với điện cực hợp kim nhôm 6061

Trong khảo sát này sẽ lấy vật liệu nhôm để làm điện cực, bởi vì nhôm có tính dẫn điện tốt, nhiệt độ nóng chảy thấp, giá thành tương đối rẻ và dễ gia công

3.3.1 Điều kiện thực nghiệm

- Máy gia công: Máy xung EDM EPRESS

- Vật liệu điện cực: Hợp kim nhôm 6061

- Hình dáng và kích thước điện cực: Trụ tròn

- Vật liệu chi tiết: Thép C45

- Cường độ dòng điện: Ie trong khoảng 2,5A đến 15A

- Chất điện môi là dầu Shell EDM Fluid

- Độ sâu gia công: 5mm

3.2.2 Khảo sát khe hở phóng điện

Khe hở phóng điện được xác định theo công thức:

Trong đó:

Δ: Khe hở phóng điện (mm)

p : Đường kính lỗ chi tiết sau xung (mm)

đc: Đường kính điện cực sau xung (mm)

Khảo sát thực nghiệm với Ie thay đổi theo 6 mức, ta được kết quả như bảng 3.9

Bảng 3.9 Khe hở phóng điện phụ thuộc cường độ dòng điện

Độ tăng kích thước điện cực sau khi xung được xác định theo công thức:

Δđc = đctrước xung– đcsau xung (3.2) Trong đó: Δđc : Độ tăng kích thước điện cực (mm)

đctrước xung : Đường kính điện cực trước xung (mm)

đcsau xung: Đường kính điện cực sau xung (mm)

Bảng 3.10 Kích thước của điện cực tại cùng một vị trí trước và sau khi xung

TT đctrước xung đcsau xung Δđc

- Khoảng cách khe hở phóng điện có xu hướng tăng khi cường độ dòng điện I e tăng

Giải thích cho nhận xét này như sau: Khi cường độ dòng điện Ie giảm năng lượng và kích thước của tia bắn phá nhỏ dẫn đến khoảng cách khe hở nhỏ hơn

- Kích thước điện cực tăng khi cường độ dòng điện Ie tăng

Đây là một kết quả khác với dùng vật liệu đồng đỏ và graphite Nguyên nhân chính

là do nhôm dễ nóng chảy hơn và tạo thành miệng núi lửa to hơn, sần sùi hơn khi có tia lửa điện

Từ đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thông số cường độ dòng điện Ie đến độ nhám

bề mặt chi tiết xung (hình 3.10), ta thấy:

- Độ nhám chi tiết xung tăng khi cường độ dòng điện Ie tăng

Khi cường độ dòng điện Ie nhỏ thì công suất xung sẽ nhỏ, do đó khả năng công phá

bề mặt của các ion và các điện tử va đập vào về mặt phôi bị giảm đi Đồng thời, khi Ie nhỏ thì nhiệt sinh ra trong kênh phóng điện cũng sẽ bị giảm xuống và làm cho khả năng ăn mòn bề mặt phôi cũng được giảm xuống

Tuy rằng độ nhám bề mặt nhỏ nhưng điện cực bị mòn rất lớn, kích thước của điện cực bị thay đổi không đồng đều, một số bị chỗ mòn (tức là kích thước điện cực giảm đi) nhưng vị trí tiếp giáp giữa phần xung và không xung của điện cực thì lại tăng kích thước, dẫn đến không kiểm soát được sai số về hình dáng hình học của chi tiết Do đó, ta thấy rằng điện cực nhôm không phù hợp để gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện

3.4 Khảo sát khe hở phóng điện và độ nhám bề mặt với điện cực đồng đỏ

Đồng đỏ là một loại vật liệu đắt, khó gia công nhưng tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt nên được dùng trong gia công tinh khi xung định hình

3.4.1 Điều kiện thực nghiệm

- Vật liệu điện cực: Đồng đỏ

3.4.2 Khảo sát khe hở phóng điện

Tiến hành khảo sát thực nghiệm với Ie thay đổi theo 6 mức, ta được kết quả như bảng 3.12

Bảng 3.12 Khe hở phóng điện phụ thuộc cường độ dòng điện