Điện áp và cường Độ dòng Điện phóng Điện (edm spark voltage) 9

Nói một cách đơn giản, nó là một chuỗi phóng điện xảy ra giữa hai vật dẫn điện được ngăn cách bởi một chất lỏng không dẫn điện được gọi là chất điện môi.. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG Vật liệu đ

BO CONG THUONG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THANH PHO HO CHI MINH

KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

(4®)

INDUSTRIAL UNIVERSITY 0F HOCHIMINH CITY

MON HOC TRUYEN DONG VA DIEU KHIEN MAY CNC

DE TAI:

ĐIỆN ÁP VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN PHONG DIEN (EDM SPARK VOLTAGE)

Nhóm: 4 Lớp học phần: DHCDT15B

MÃ HP: 420300004001 GVHD: Đường Công Truyền

Danh sách nhóm

TP HO CHI MINH, T10-2023

Lời mở đầu Môn học Truyền động và điều khiển máy CNC là môn học rất cần thiết cho sinh viên

ngành cơ điện tử nhằm tìm hiểu nguyên lí hoạt động, câu tạo chi tiết về điều khiến các loại

may gia công nghệ Mục đích là giúp sinh viên nghiên cứu và làm quen với máy gia công CNC

Trong chương trình môn học này nhóm em được tạo điều kiện tiếp xúc và tìm hiểu: Máy

gia công bằng tia lửa điện (Electrical Discharge Machining - EDMI): điện áp và cường độ dòng điện phóng điện (EDM Spark Voltage) Gia công bằng tia lửa điện hay còn gọi là gia céng EDM (Electrical Discharge Machining) la mét trong nhimg phuong phap gia cong ky thuật phục vụ cho việc gia công các vật liệu có độ cứng cao, được sử dụng rất phô biến trong các ngành công nghiệp hiện nay Phương pháp gia công này thay thế hoàn toàn phương pháp gia công truyền thống đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao và phù hợp với thị trường Trong khi thực hiện dé nay, do kiến thức của chúng em còn hạn chế nên bài làm của nhóm chúng em còn nhiều thiếu xót Chúng em rất mong nhận được sự góp ý cua thay dé bai tiêu

luận được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đường Công Truyền đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn chủng em trong quá trình thực hiện dé tai nay

s - Bán phân công công việc và thời gian thực hiện cho mỗi thành viên

Luân, Tìm tài liệu

Khang,

Phước,

Kiệt

MUC LU

I.TÌM HIỂU CHUNG 52-2222 2122112211227121122112212112112122221221 021g 4

1 NGUON GOC CUA MAY CAT TIA LUA DIEN ( EDM) 2-5 snHeeree, 4

2 KHAL NEEM cccccccccccccsccscsssesesscssessesecssesevssessvssessesensetesesessessnssrestssiesessnesevsesevsen 4

3 NGUYEN LI HOAT DONG ooo ccccccccccecccscssessessessessesvesscssesecsecssesevsvsecevevsseecsvseeensvees 4

II DEEN AP VA AMPE ooo cccccccccccccccccsccssessesscssesevsscesessvsscevssessesensstsstsarsvesteevevsevevsesaveeees 5

1.So sab nur À7 Nìïr:iỪDùDùẰẶẰỤẶA 5

III ION HÓA 22 5s 22221122112221221122112211221122112211212211212E1 2tr re 6

4 lon hoá hoãn và giảm Á mpe - 0 0122211112211 111 111111 1111011111111 1 1012111111 ckg 12

5 Thời gian bình đắng cho tắt cả tỉa lửa - ST HH HH uêg 13

IV ĐIỆN ÁP KHỞI TẠO KHE HỞ - S1 1E 1211211 11211211 E121 1 HH ro 14

V ĐIỆN ÁP VÀ AMPE KẾ 5 SH TH nh n1 nh ng anh He Ha l6

VI TÓM TẮTT 2-52 21225122212111211221121121111121101211212112111221222 re 17

Tài liệu tham khảo: - Q2 12111222111 1112111121151 1151110111 1111111101111 111k kh KH ru 18

ĐIỆN ÁP VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN PHÓNG ĐIỆN (EDM SPARK VOLTAGE) LTÌM HIẾU CHUNG

1 NGUON GOC CUA MAY CATTIA LUA DIEN ( EDM)

Hầu hết mọi người nghĩ về EDMing là một khám phá tương đối gần đây, trong khi thực tế

nó có từ năm L770 khi một nhà khoa học người Anh tên là Priestly lần đầu tiên phát hiện ra

hiệu ứng ăn mòn của phóng điện

Tuy nhiên, phải đến năm 1943, hai anh em nhà khoa học người Nga tên là Lazarenko mới nảy sinh ý tưởng khai thác tác dụng phá huỷ của phóng điện và phát triển một quy trình có

kiểm soát để chế tạo vật liệu dẫn điện Anh em nhà Lazarenko đã hoàn thiện quy trình EDM

Nói một cách đơn giản, nó là một chuỗi phóng điện xảy ra giữa hai vật dẫn điện được ngăn cách bởi một chất lỏng không dẫn điện được gọi là chất điện môi Ngày nay, quá trình này vẫn mang tên của hai nhà khoa học này với tên gọi là “Lazarenko Circuit” EDM ngay nay

có hai loại cơ bản là dây và điện cực (die sinker) Dây EDM được sử dụng chủ yếu cho các

hình dạng được cắt qua một bộ phận hoặc cụm được chọn Đầu tiên phải khoan một lỗ vào

phôi và sau đó một dây được đưa qua lỗ đề hoàn thành việc gia công Máy EDM xung được

sử dụng cho các dạng hình học phức tạp trong đó máy EDM sử dụng điện cực graphit, đồng vonfram hoặc đồng graphit đã được gia công thành hình đề ăn mòn hình dạng mong muốn Xung EDM không yêu cầu lỗ khoan trước trên bộ phận

2 KHÁI NIỆM

Gia công phóng điện (EDM|), còn được gọi là gia công tia lửa, ăn mòn tia lửa, đánh chìm khuôn, đốt đây hoặc ăn mòn đây, là một quy trình chế tạo kim loại, nhờ đó thu được hình dạng mong muốn bằng cách sử dụng phóng điện

3 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

Vật liệu được loại bỏ khỏi chỉ tiết gia công bằng một loạt dòng phóng điện định kỳ nhanh

chóng giữa hai điện cực, được ngăn cách bởi chất lỏng điện môi và chịu tác dụng của điện áp

I ĐIỆN ÁP VÀ AMPE

Điện áp, trong dòng điện, được gọi là áp suất điện, lực hoặc lực điện động (EMF) Trong

EDM, điện áp là áp suất làm cho ampe chảy đưới đạng tia lửa Ampe là tia lửa điện 1.So sánh nước và điện

Điện áp và ampe có thể được minh họa thông qua việc sử dụng hệ thông nước Hình 6-l

cho thây một bê chứa nước, máy bơm, van và vòi Hệ thống này làm cho nước chảy từ bê chứa và ra ngoài qua vòi khi máy bơm đang hoạt động và van mở Máy bơm có khả năng cung cấp nước cho hệ thống với tốc độ 10 gal/ phút (38 L/ phut) va ap suat 40 psi (3 kPa) Các thông số kỹ thuật này cho thấy tốc độ cung cấp nước đại diện cho ampe điện và áp lực nước đại điện cho điện áp Nước được chứa trong hệ thông nhưng nó sẽ không chảy cho đến khi van điều tiết mở và cho đến khi máy bơm phát triển đủ áp suất để buộc nó đi qua hệ

thống Đề so sánh điện, lưu lượng nước đại điện cho ampe và áp lực nước đại điện cho điện

áp Van điều khiển lưu lượng nước đến đầu ra của ống Từ quan điểm điện, van đại diện cho một bóng bán dẫn Hệ thống phát tia lửa EDM cung cấp điện thông qua một mạch điện khả

giống với hệ thống nước Hình 6-2 minh họa mạch điện cơ bản này (Jameson, 2001)

(Malayath, 2020) (eBooks, 2012)

Water reservoir Water-pump rating:

Water = 10 gal/min (38 L/min)

Pressure = 40 psi (3 kPa)

Figure 6-1 Water flow by means of pump pressure

EDM-power-supply controls

ON OFF Electronic switch control

Oo Oo

B 4 naar

Ƒ_—

Workpiece

Figure 6-2 Basic electrical circuit for sparking.

Il [ON HOA

1 Ion hoa cho phép dong dién

Ton hoa là quá trình mà một electron được loại bỏ khỏi một nguyên tử, phân tử hoặc 1on

Quá trình này có tầm quan trọng cơ bản đối với dẫn điện trong chất lỏng Trong trường hợp đơn giản nhất, ion hóa giống như sự chuyền tiếp giữa trạng thái ban đầu, bao gồm một nguyên tử trung tính và trạng thái cuối cùng, bao gồm một ion đương và một electron tự do

Nguồn điện DC cung cấp áp suất điện dưới dạng điện áp và phát ra tia lửa điện dưới dạng

ampe Hình 6-2 chí định điện áp và cường độ dòng điện ở 100 V dòng điện một chiều (100

VDC) và 50A Điện áp thực tế có sẵn cho tia lửa EDM được nhà sản xuất quy định cho từng máy đề phù hợp với nhu cầu của thiết kế cung cấp điện EDM Điện áp trong mạch phát tia lửa EDM được đo qua khe hở tia lửa giữa điện cực và phôi, nơi tia lửa xảy ra trong thời gian

BAT tia lita Bong ban dẫn cho phép điện có sẵn ở khe hở tia lửa trong thời gian BẬT,

nhưng tia lửa sẽ không xảy ra cho đến khi chất lỏng điện môi ion hóa đề cho phép đòng điện

đi qua Có hai điều kiện khác nhau sau đó có thể Xảy ra:

1 Chất lỏng điện môi sẽ không ion hóa trong thời gian BẬT bóng bán dẫn khi điện áp được đặt qua khe hở tia lửa; hoặc

2 Chất lỏng điện môi sẽ ion hóa trong thời gian BẬT bóng bán dẫn khi điện áp được đặt qua khe ho tia lửa

Khi chất lỏng điện môi không 1ơn hóa, điện áp được đặt vào khe hở tia lửa Tuy nhiên,

không có dòng điện giữa điện cực và phôi thông qua chất lỏng điện môi Ở đây, hình dang

sóng vuông tăng từ 0 lên điểm 100 VDC Nó vẫn ở đó cho đến khi thời gian TẮT làm cho

điện áp giảm xuống không Điều này xảy ra khi khoảng cách điện cực đến phôi lớn hơn kích

thước mà tia lửa điện xảy ra Đây được gọi là điện áp mạch hở Điện áp mạch hở cho hầu hết các nguồn cung cấp điện EDM là khoảng 100 VDC Nhà sản xuất chỉ định điện áp hở mạch

chính xác cho bất kỳ nguồn điện cụ thể nào để phù hợp với yêu câu thiết kế điện tử Điều quan trọng cần lưu ý là điện áp hở mạch có nghĩa là có khả năng bị điện giật Hướng dẫn của

nhà sản xuất và việc sử dụng bảo vệ bảo vệ cần được tuân thủ đẻ tránh bị điện giật

Khi quá trình ion hóa chất lỏng điện môi xảy ra trong thời gian ON bóng bán dẫn, điện đưới dạng tia lửa điện chạy qua chất lỏng điện môi Sự ion hóa chất lỏng điện môi này thường xảy

ra vào đầu thời gian BẬT bóng bán dẫn Khi đòng điện chạy qua chất lỏng, điện áp giữa điện

7

cực và phôi được giảm gần như ngay lập tức từ điện áp hở mạch 100 VDC xuống từ 20 đến

50 VDC, dải điện áp xảy ra tia lửa Điện áp này được gọi là điện áp gia công Độ bèn điện môi và đặc tính điện của chất lỏng điện môi trong quá trình ion hóa thiết lập giá trị thực tế của điện áp giảm này Một lưu ý: mặc dù điện áp giảm đáng kể, vẫn cần cân thận để tránh bị

điện giật

„ EDM-power-supply controls

A

“a

Spork |4

ON OFF Electronic switch control

“

_~ Transistor

B

ye

Sparking gap DC-power source

Electricity = 50 amperes

Voltage = 100 VDC

`

Workpiece

Figure 6-2 Basic electrical circuit for sparking

2 Sự chậm trễ của ion hoá làm chậm tỉa lửa

lon hóa chất lỏng điện môi không phải lúc nào cũng xảy ra vào đầu khoảng thời gian ÔN

Nó có thê xảy ra bất cứ lúc nào trong khoảng thời gian bóng bán dan-BAT Hinh 6-4 minh họa các dạng sóng điển hình cho ion hóa chất lỏng điện môi bình thường và chậm, sau khi

điện áp mạch hở được đặt vào khe hở tia lửa

Normal x2 ionization point

100

|

Time ——>

A Normal dielectric-fluid ionization

Delayed

ionization point

Open-

1 ,; Machining voltage

voltage

0

Time ——>

Voltage

B Delayed dielectric-fluid ionization

Figure 6-4 Machining voltage due to ionization Normal is seen in (A) and

delayed in (B)

3 Điện áp tia lửa bình thường và Ampe

Cả điện áp và ampe đều quan trọng đề phân tích điều gì xảy ra khi tia lửa xuất hiện trong

khe hở phóng điện Đầu tiên, điện áp được đặt vào giữa điện cực và phôi trong thời gian

BẬT bóng bán dẫn Sau đó, khi quá trình ion hóa chất điện môi diễn ra, ampe chạy qua khe

hở dưới dạng tia lửa điện Hình 6-5 mình họa dạng sóng điện áp và ampe trong một tia lửa

9

điện bình thường Trong quá trình này, công tắc bóng bán dẫn đóng trong khoảng thời gian

BAT: nguồn điện một chiều, điện áp mạch hở được đặt vào điện cực và phôi qua khe phóng điện; và sự ion hóa chất điện môi dién ra Tại thời điểm ion hóa, điện áp khe hở phóng điện

giảm xuống thành điện áp gia công và dòng điện chạy giữa điện cực và phôi dưới đạng tia lửa điện Dòng ampe là tức thời tại điểm ion hóa và nó tiếp tục trong suốt thời gian BẬT bóng bán dẫn hoàn chính Trong hình minh họa, cường độ dòng điện được biểu thị là 50A

Cường độ dòng điện thực tế được xác định bằng phương pháp cài đặt nguồn điện thu được

từ dữ liệu vận hành/nhà sản xuất cho một ứng dụng gia công cụ thê Vì quá trình ion hóa chất lỏng điện môi diễn ra bất cứ lúc nào trong khoảng thời gian BẬT bóng bán dẫn, nên thời gian BẬT ampere thay đổi, dựa trên điểm ion hóa của chất lỏng điện môi Hình 6-6 minh hoa diém nay (Jameson, 2001)

10

|

A Voltage waveform

‡ Peak amperes

lonization point

100

Open-

o> 50 _— ý circuit

Š 50

E

0

Time ——>

Figure 6-5 Normal spark voltage (A) and ampere waveforms (B)

ll

Delayed

ionization point

D

voltage

20

Ting

I L1 Voltage waveform

I <—+—— lonization point

I 1 ot

_> ® <<

a

LÝ I1 1

4

Time ——>

Ampere waveform

Figure 6-6 Ampere ON-time delay, due to ionization

4 lon hoá hoãn và giảm Ámpe

Sự chậm trễ ở điểm ion hóa chất điện môi trong khoảng thời gian BẬT làm cho thời gian BẬT tia lửa bị giảm Việc giảm thời gian tia lửa điện này làm giảm lượng vật liệu bị tia lửa loại bỏ Tuy nhiên, có những bộ nguồn EDM luôn tạo ra tia lửa điện với thời gian BẬT bằng

nhau Hình 6-7 cho thay các tia lửa có thời gian BẬT bằng nhau, đựa trên điểm ion hóa chất điện môi

12

lonizotion lonization

to next

®

œ

lq— lonization lg— lonization Lạ lonization

o

a

E

< 0

Time ——*>

Figure 6-7 Equal spark-ON time based on ionization point

5 Thời gian bình đẳng cho tất ca tia lira

T1a lửa ON-tme bằng nhau dựa trên việc bắt đầu thời gian BẬT tia lửa điện tại điểm ion hóa chất lỏng điện môi Điện áp hở mạch được áp dụng ở đây cho khe hở tia lửa Tại một số

13

điểm, quá trình ion hóa diễn ra và thời gian ON bắt đầu và duy trì trong thời gian được đặt tại điều khiển cung cấp điện Ampe tia lửa chỉ chảy trong thời gian ion hóa cho đến khi thời gian TẮT bắt đầu Mỗi tia lửa ở đây luôn bằng nhau Thời gian tia lửa bằng nhau đảm bảo loại bỏ vật liệu bằng nhau cho mỗi tia lửa Nó cũng cho phép tính nhất quán trong bề mặt gia công

Các ampe tia lửa bằng nhau cho mỗi tia lửa điện có lợi ích là tạo ra một bề mặt gia cong

đồng nhất Thời gian của điểm ion hóa xác định điểm bắt đầu cho mỗi ampe-ON time Tông

thời gian từ khi bắt đầu một lần BẬT tia lửa đến lần tiếp theo là ngẫu nhiên, đựa trên điểm

ion hóa chất lỏng Điểm ion hóa có thể mở rộng đến điểm xảy ra ít tia lửa Nếu điều kiện này

ton tai, việc sử dụng thời gian BẬT / TAT cố định bình thường hơn có thể tạo ra các điều

kiện gia công hiệu quả hơn Khi được đặt cho cùng một thời gian và ampe BẬT va TAT, bé mặt được tạo ra bởi máy ON time tia lửa bằng nhau đồng đều hơn bề mặt được tạo bởi máy ampe - ON-time thay đổi Lý do cho sự khác biệt này là bề mặt của máy ampe biến thiên

được hình thành bởi các tia lửa có cùng tốc độ loại bỏ vật liệu như các tia lửa cho thời gian bật bằng nhau Hơn nữa, các tia lửa sẽ có tỷ lệ loại bỏ vật liệu giảm

IV DIEN AP KHOI TAO KHE HO

Điện áp mạch hở cung cấp năng lượng thường đủ để ion hóa hiệu quả chất lỏng điện môi Đôi khi sự không 6n định gia công làm cho khoảng cách điện cực đến phôi thay đôi Kết quả

là, tia lửa sẽ không xảy ra Trong nỗ lực tăng khả năng phát ra tia lửa trong những điều kiện này, các nhà thiết kế điện tử EDM đôi khi sử dụng xung điện áp cao, thời gian rất ngắn được

đặt chồng lên cạnh đầu của xung ON-time Hình 6-8 minh họa khái niệm này Độ bền điện

môi của chất lỏng điện môi xác định kích thước ion hóa khi điện áp được áp dụng Xung thời gian ngắn này áp dụng một điện áp cao hơn đáng kế so với điện áp hở mạch bình thường Do điện áp cao hơn, quá trình ion hóa diễn ra ở đây ở khoảng cách xa hơn Ngoài ra, điều này làm cho hiệu quả tia lửa được tăng lên Ngay cả khi sử dụng xung khởi động, không có gì đảm bảo rằng số lượng tia lửa sẽ tăng đủ đề tạo ra sự gia tăng hiệu quả gia công

Có ba điều kiện tia lửa có thê xảy ra khi áp dụng xung điện áp cao, thời gian ngắn để tăng hiệu quả phát ra tia lửa Những điều kiện này là:

14