PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 113 - III. Cơ sở lý thuyết : 1) Đònh luật 1 Faraday : m = KIt/F - Trong đó : m - Lượng kim loại hoà tan (g); I - Cường độ dòng điện (ampe); t - thời gian (giờ); F - hằng số Faraday, và là điện lượng cần thiết để hoà tan 1 đương lượng gam của kim loại F = 96496 colomb ; K - đương lượng điện hoá tức khối lượng của chất (tính bằng mg) được giải phóng khi có 1 điện lượng colomb đi qua dd điện phân. 2) Đònh luật 2 Faraday : - Các đương lượng điện hoá tỉ lệ với đương lượng gam của các chất được giải phóng trong quá trình điện phân. Đương lượng gam bằng tỉ số giữa trọng lượng nguyên tử A và hoá trò Hình 4.1 : Sơ đồ nguyên lý gia công điện hóa PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 114 - n. Vậy : K =(1/F). (A/n) với đơn vò ; [K] = g/A.s ;g/A.ph ; mm 3 /A.s ; mm/A.s - Công thức của đònh luật hợp nhất : m = (1/F). (A/n) . It = K.I.t - Trong thực tế khi gia công kim loại không tinh khiết hoặc các hợp kim của chúng gồm nhiều hợp chất khác nhau (ví dụ thép hợp kim) thì đương lượng điện hoá của chúng được xác đònh 1 cách tương đối theo các thành phần hợp kim như sau : n n 2 2 1 1 thép K P K P K P 100 K +++ = Trong đó : P 1 , P 2 , . . ., P n là thành phần hợp kim trong kim loại, tính theo phần trăm trọng lượng ; K 1 , K 2 , . . ., K n là đương lượng điện hoá của mỗi thành phần hợp kim trong kim loại. IV. Máy và dụng cụ gia công : 1) Điện cực dụng cụ – catod : - Vật liệu chế tạo điện cực phải được chế tạo bằng các kim loại có tính dẫn điện cao, độ bền chống rỉ tốt, điển hình như thép không rỉ, thép chòu nhiệt, hợp kim titan, grafit, . . . - Để tạo biến dạng của dụng cụ có thể sử dụng các phương pháp sau : gia công cắt gọt đúc chính xác, mạ chất dẻo, phun kim loại. 2) Dung dòch điện phân : - Vai trò quan trọng của dung dòch điện phân là tạo sự di chuyển của các tia lửa điện bằng các ion giữa các anod và catod. Ngoài ra các ion của dd điện phân còn tham gia tích cực vào các phản ứng điện cực. Dung dòch điện phân được sử dụng để hoà tan liên tục kim loại của chi tiết (anod) do đó thành phần của nó phải được chọn đúng để tránh khả năng tạo các chất không hoà tan gây ra sự trơ hoá bề mặt của chi tiết. Vì PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 115 - vậy sự tồn tại của các ion hoặc các nhóm ion trong dd điện phân phụ thuộc vào các tính chất của nó. Bảng 4.1 Các thông số của một số vật liệu dùng làm điện cực Vật liệu dụng cụ Chất cách điện Chiều dày lớp phủ (mm) Ứng dụng Đồng thau Men Silicat 0,15 ÷ 0,2 Gia công lỗ, mặt đònh hình Polypropylen 0,3 ÷ 0,35 Keo Epoxy 0,1 ÷ 0,3 Notacryl 0,2 ÷ 0,5 Tẩy bavia, gia công các mặt đònh hình và các lỗ có đường kính lớn Nhựa Polyuretan 0,1 ÷ 0,2 Cao su Tectolit 0,5 ÷ 5 Ebonit 0,5 ÷ 5 Tẩy bavia, gia công các bề mặt có kích thước lớn Thép không rỉ Men sứ 0,03 ÷ 0,08 Mở rộng các lỗ, rãnh hẹp, lỗ đònh hình và lỗ sâu Keo Epoxy 0,1 ÷ 0,4 Mở rộng lỗ sâu Nhũ tương 0,02 ÷ 0,05 Teflon 0,08 ÷ 0,2 Hợp kim Titan, hợp kim chòu nhiệt. Polyclovinyl 0,08 ÷ 0,2 Mở rộng lỗ đường kính nhỏ - Phản ứng điện cực xảy ra ở catod vì vậy cần phải nghiên cứu sự phóng các ion đã nạp điện, chúng không đựoc kiềm chế PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 116 - quá trình hoà tan các anod. Trên catod không nên có sự kết tủa các ion kim loại có trên dung dòch điện phân vì như vậy sẽ làm thay đổi hình dáng của catod và gây ra sai số hình dáng chi tiết. - Do đó các cation của dung dòch điện phân không được là kim loại vì chúng sẽ tạo sự kết tủa trên dụng cụ (làm bằng vật liệu là thép hoặc đồng . . .) thông thường các cation là hidro, kiềm như natri, kali, . . . V. Các thông số công nghệ : 1) Năng suất gia công : - Năng suất gia công được tính bằng lượng nguyên liệu được lấy đi trong 1 đơn vò thời gian (cm 3 /phút) và tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện. Như đã xác đònh theo đònh luật Faraday, tốc độ tiến của điện cực cũng ảnh hưởng đến năng suất. Tốc độ này là hằng số với dd điện phân thường dùng là NACL, KCL, và NANO 3 và nhiệt độ dung dòch từ 90÷125 0 C. - Ngoài ra còn các yếu tố như điện áp, khả năng dẫn điện của dung dòch điện phân, vật liệu làm điện cực cũng ảnh hưởng đến năng suất gia công. - Trên hình 4.3 trình bày mối quan hệ với mật độ dòng điện và khe hở giữa dụng cụ và chi tiết. Khe hở này thường có giá trò từ 0,075÷0,75 mm, giá trò mật độ thường là 2,32 đến 3,1 A/mm 2 (1500÷2000 A/inch 2 ) và tốc độ bóc vật liệu tương ứng là 16,38 mm 3 /phút/1000A. 2) Độ chính xác gia công : - Trong quá trình gia công, giữa vật gia công và mặt đầu của điện cực tồn tại khe hở (h). - Trong trường hợp khoan lỗ cụt, thì nó có ảnh hưởng tới độ chính xác và độ sâu của lỗ. Với tốc độ tiến không đổi của điện cực, thì khe hở là hàm số của điện áp : U. e X K h =δ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 117 - - Trong thực tế quan hệ đó thay đổi theo đồ thò hình 4.4. - Có thể thấy rằng đồ thò không phải là đường thẳng do ảnh hưởng của những yếu tố khác nhau (như dòng chảy). Có thể rút ra kết luận rằng, bằng cách nâng tốc độ tiến điện cực thì có thể giảm sai số của khe hở, tức là giảm sai số gia công, thậm chí có thể nâng điện áp lên thì sẽ làm khe hở trở nên không đổi. - Dòng điện không những chỉ đi qua khe hở mặt đầu, mà cả ở khe hở giữa thành trong của lỗ với mặt bao quanh điện Hình 4.2 : Tốc độ tiến của Catod e và mật độ dòng S Hình 4.3 : Mối quan hệ giữa khe hở gia công, tốc độ tiến và mật độ dòng điện PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 118 - cực. Ở khe hở này thì tác dụng điện hoá của dòng điện xảy ra chậm hơn. Tốc độ hoà tan tỉ lệ nghòch với khoảng cách giữa các bề mặt của điện cực. Do đó trường hợp gia công lỗ bằng điện cực hình trụ thì đường sinh của lỗ có dạng parabol. Hình 4.4 : Quan hệ giữa điện áp và khoảng cách mặt đầu ( h δ ) của điện cực với tốc độ tiến điện cực ( e) khác nhau ( Nguyên vật liệu gia công : thép C45 K=2,2 mm 3 /A. min) Hình 4.5 : Hình dạng của lỗ gia công bằng điện hóa. e: Tốc độ tiến cực. δ : Khe hở điện cực. h: Khe hở mặt đầu. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 119 - - Kích thước của khe hở trên sẽ là hàm số của độ sâu lỗ như đã trình bày ở hình dưới đây : - Ở đây cũng nhận thấy rằng nếu tăng tốc độ tiến cực thì có thể làm giảm sai số hình dạng. Sai số hình dạng có thể hạn chế bằng cách tạo hình điện cực một cách phù hợp. Nếu bọc cách điện ở chung quanh cho đến cạnh của mặt đầu thì có thể ngăn chặn sự hoà tan ở mặt bên, lỗ sẽ có đường sinh song song. Hình dạng điện cực phổ biến như trên hình 4.7, ở đó, đường kính ngoài của ống nhựa cách điện phải nhỏ để không ngăn cản sự lưu thông của dung dòch. Bán kính vê tròn chu vi ngoài của mặt đầu chỉ là 0,13 - 0,18 mm - Mặt đáy của lỗ không bao giờ bằng phẳng, mà có ụ nổi lên, nếu ta muốn làm nhẵn thì cần có một bước gia công riêng. Hình 4.6 : Quan hệ giữa khe hở ( δ ) với độ sâu của lỗ (h) với các tốc độ tiến điện cực ( e) khác nhau. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 120 - - Trường hợp gia công lỗ có tiết diện thay đổi, thì không dùng được điện cực có vỏ cách điện. Ở đây khoảng cách điện cực phụ thuộc rất nhiều vào thông số hình học và các thông số khác, do đó trong thực tế không thể chuẩn bò trước một điện cực được tạo hình theo đúng kích thước và hình dáng của lỗ cần gia công. Bằng thực nghiệm người ta tạo hình điện cực phù hợp. Phương pháp này khá tốn kém, do đó chỉ có trong sản xuất hàng loạt thì mới có hiệu quả kinh tế. Điện cực không mòn, có thể dùng để gia công nhiều lần, độ chính xác của lỗ có thể đảm bảo được 0,02 mm. - Muốn bảo đảm đạt độ chính xác kích thước cao người ta thường lọc sạch dung dòch trong quá trình gia công. Hình 4.7 : Hình dạng của lỗ được gia công diện hoá bằng điện cực bọc cách điện mặt bao quanh. a: Vật gia công b: Dung dòch diện phân c: Điện cực d: Lớp cách điện e: Hướng tiến điện cực . 4.1 : Sơ đồ nguyên lý gia công điện hóa PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 114 - n. Vậy : K =(1/F). (A/n) với đơn vò ; [K] = g/A.s ;g/A.ph ; mm 3 /A.s ; mm/A.s - Công thức của đònh luật. đến 3,1 A/mm 2 (150 0÷2000 A/inch 2 ) và tốc độ bóc vật liệu tương ứng là 16,38 mm 3 /phút/1000A. 2) Độ chính xác gia công : - Trong quá trình gia công, giữa vật gia công và mặt đầu của. các tốc độ tiến điện cực ( e) khác nhau. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trang - 120 - - Trường hợp gia công lỗ có tiết diện thay đổi, thì không dùng