Gia Công Xung Điện - EDM

Gia công xung điện ( EDM- electrical discharge machining ) Gia công xung điện (EDM) phơng pháp lấy kim loại xung điện Một điện cực có hình dạng định (thờng đồng graphit) đợc dùng để tạo hốc có hình dạng ngợc với điện cực Không có tiếp xúc trực tiếp điện cực phôi Xung điện qua dung dịch điện môi (thờng dầu nhẹ),khoảng cách điện cực phôi đợc điều khiển Cả điện cực phôi phải có tính chất dẫn điện Mặc dù vài máy EDM có khả dịch chuyển theo vài trục, máy EDM đơn giản có trục thẳng đứng dới điều khiển động servo (H1) Dấu âm điện cực đợc nối âm Giữa bề mặt dụng cụ chi tiết gia công phải tồn khe hở gọi khe hở điện cực ( 0.025 ữ 0.05mm ) Nếu bàn đợc phép dịch chuyển kiểm soát, có tiếp xúc trực tiếp điện cực phôi, điều gây ngắn mạch Hiện tợng đợc ngăn chặn cấu servo điện đợc đo so sánh với thông tin tham chiếu Nếu liệu lớn giá trị tham chiếu, bàn tiến lên, nhỏ hơn, bàn lùi lại Dịch chuyển thực xi lanh thuỷ lực hay động servo dẫn động trực tiếp Khi phôi đợc gia công mài mòn xung, khoảng cách điện cực phôi tăng lên Điện tăng lên bàn tiến lên đến điện phù hợp với giá trị tham chiếu Do cấu servo trì khe hở không đổi Sự sói mòn tiếp tục đến đạt đợc chiều sâu đặt Tại thời điểm điện cực đợc rút khỏi phôi Hinh1 Sơ đồ máy gia công xung điện Cơ chế tách bỏ vật liệu Năng lợng dòng điện chiều đợc đặt vào mạch xung tạo xung vuông gần đúng, với tần sồ F ( F 200.000 ữ 500.000 Hz ), điện cực V 30 ữ250V Một cách lý tởng xung tạo hồ quang (tia lửa điện ) Mỗi hồ quang xuất nơi mà điện trở nhỏ nhất, thờng gần chỗ phóng hồ quang trớc đó, tạo nhiệt cục lớn bề mặt phôi (10.000 ữ20.000oC), làm kim loại nóng chảy bốc Hiện tợng diễn liên tục chạy khắp bề mặt điện cực, cuối khe hở trở nên đặn (hình ) Do tuỳ theo hình thù Katôt mà anôt đợc chép lại hình dạng giống nh Thông thờng cực âm bị mòn cực dơng do: - Động lợng gây e lớn nhiều so với ion - Do nhiệt phân dung môi mà tạo màng mỏng bon bám vào âm cực (các bon có chất lỏng ) Do cực âm thờng đợc nối với dụng cụ Sóng vuông biểu diễn quan hệ dòng điện theo thời gian, thông số kỹ thuật thông thờng nguồn điện EDM Các biến thời gian nối mạch, thời gian ngắt mạch dòng điện đỉnh (H2) Hình2 Những thông số xung EDM, Thời gian ngắt mạch cờng độ dòng điện đỉnh xác định lợng tia lửa Hình3 Profin xung EDM a thời gian ion hoá; b- thời gian xung; c thời gian khử ion; d thời gian nghỉ Hỗu hết trình mòn điện cực xảy suốt thời gian ion hoá Hình có tính chất tham khảo, trình phức tạp nhiều Khi điện cực tiếp cận phôi, dung dịch điện môi bắt đầu iôn hoá điểm tiếp cận gần Điện rơi xuống mức thấp (khoảng 35 V) dòng điện bắt đầu chạy qua Đây phóng điện Nó xẩy khoảng cách phóng điện từ 0,01 đến 0,4 mm Với lần phóng điện vật liệu bị tách khỏi phôi bay chảy, lỗ xuất phôi điện cực Hình cho tranh rõ hơn, biểu diễn điện áp dòng điện nh hàm thời gian Thời gian nối mạch ( on time) đợc chia thành thời gian iôn hoá, thời gian phóng điện thời gian khử iôn Sự ngắt quãng dòng điện ( off time) cho phép hạt vật liệu bị tách từ hố tạo xung bị đẩy dòng chảy chất điện môi Dung dịch ion hoá đợc bỏ thay dung dịch Thời gian off time phải lớn thời gian khử iôn để ngăn phóng điện liên tục điểm Hiện tợng đợc biết hồ quang điện chiều Hinh : Profin bề mặt Hinh : Sơ đồ nguyên lý EDM Nguồn điện cho EDM đợc cải tiến từ mạch điện trở tụ điện (RC Hình 6) Gần đây, có xu hớng chuyển sang thiết bị tranzitor oxit kim loại tác động trờng Chúng hữu ích nguồn điện EDM khả chuyển mạch nhanh công suất cao Một nguồn điện đại cho phép đặt độc lập thời gian on time off time Phạm vi thông thờng đến 1000 micro giây Thờng toàn lợng xung điện tỷ lệ với thể tích khối đồ thị vuông trục vuông góc thời gian, dòng điện điện áp Chỉ có thời gian nối mạch ( on time) tức thời gian sau iôn hoá ảnh hởng đến việc tách bỏ vật liệu (H4) Nh đờng kính hố (tạo xung) tỷ lệ với dòng điện tác động chiều sâu tỷ lệ với thời gian nối mạch Hình : Sơ đồ kích thớc tia lửa xung EDM Năng lợng tia lửa có hiệu lực để bóc vật liệu tỷ lệ với thời gian đóng mạch hiệu quả, cờng độ dòng điện điện áp đánh lửa Hình Sơ đồ nguyên lý mạch phục hồi Các tiến gần EDM EDM không mòn thờng đợc định nghĩa nh gia công có tỷ số mòn mòn điện cực 100 hay Đặc điểm EDM không mòn cực điện cực dơng, thời gian nối mạch dài đỉnh dòng điện thấp ( Hình ) Nó dạng riêng rẽ EDM Chế độ xung gần chế độ không mòn cho hệ số mòn gần 100, graphit, graphit trộn đồng, đồng, vonfram đồng, vonfram bạc, tất dùng làm vật liệu điện cực Vật liệu phôi thép, hợp kim stelit ( Co-Cr), hợp kim nikel cao hay nhôm Cácbit vonfram sử dụng theo cách đợc EDM không mòn dùng cắt thô, nhng không cho tốc độ tách bỏ vật liệu cao ( điều xuất điện cực nối âm) Hình biểu diễn tốc độ tách bỏ vật liệu max hệ số mòn tốt nh hàm thời gian nối mạch việc lựa chọn phơng pháp kinh tế tuỳ thuộc vào chi phí vật liệu điện cực, sửa điện cực tốt, chi phí lao động thời gian máy Hình : Thời gian nối mạch với điện cực nối dơng cho tốc độ tách bỏ vật liệu max Mòn tốt thời gian nối mạch max v điện cực nối dơng Phôi l thép dụng cụ Dòng điện 12 A Vật liệu điện cực : graphit Giá trị ghi đờng cong l thời gian đóng mạch có đơn vị micro giây, Máy EDM CNC đứng Máy điều khiển số máy tính (CNC) cho thêm khả điều khiển vô cấp chuyển động ăn mòn Gần nh tất máy có trục đợc điều khiển; có máy có khả tạo bề mặt cong điện cực đầu tròn thao cách tơng tự phay CNC Tuy nhiên điện cực định hình dùng với máy EDM tiêu chuẩn đợc dùng nhiều Máy EDM CNC có u điểm khả gia công *Việc định vị điện cực tơng ứng với vài chuẩn nh bi, lỗ chuẩn phôi hay bề mặt chuẩn *Bù mòn điện cực dùng đầu so bề mặt chuẩn *Kiểm tra máy với đầu dò gắn kẹp điện cực *Đặt lại nhanh chế độ xung cặp phôi-điện cực cho trớc *Lu lại phục hồi liệu điện cực trục điện cực không trùng với cần gá Các sai số định hớng góc sửa lại đợc *Các hệ thống đa toạ độ cho phôi vị trí hớng khác *Các hình đồng dạng theo đờng tâm đợc dùng với điện cực kiểu dao phay ( có kiểu gia công nh phay) Đồng dạng lớn dùng gia công thô loại nhỏ dùng gia công tinh Một phần danh sách minh họa lợi ích khả có sử dụng EDM CNC Trong gia công tự động chế độ xung mãnh liệt (đặc trng thời gian ngắt mạch ngắn) không nên áp dụng hồ quang phá huỷ chi tiết trớc vấn đề đợc phát Chuyển động theo quỹ đạo chuyển động tơng đối điện cực phôi theo kiểu cho trớc Quỹ đạo tròn vuông mặt x y kiểu thông dụng Tuy giới hạn độ phức tạp quỹ đạo, chí quỹ đạo cong thực đợc Trên máy EDM CNC quỹ đạo đợc thực gần nh vạn dịch chuyển bàn máy Hệ thống nh giới hạn kích thớc quỹ đạo Chuyển động quỹ đạo máy CNC thực mặt x-z y-z có u điểm quan trọng sau : *Việc rửa trôi mặt gia công đợc cải tạo nâng cao mở rộng thu hẹp luân phiên khe hở điện cực phôi *Một điện cực cho trớc thờng kích thớc lợng d, dùng để gia công phạm vi lớn kích thớc hốc khác nhau, loại bỏ việc phải gia công riêng điện cực cho ứng dụng *Cùng điện cực dùng cho gia công thô gia công tinh Vì kích thớc quỹ đạo tăng nên lợng xung giảm Kết giống nh sử dụng cấp hạt nhỏ liên tục giấy ráp Các ứng dụng : - Mặc dù ứng dụng EDM giới hạn gia công vật liệu dẫn điện, phơng pháp có khả gia công mà không bị ảnh hởng độ cứng độ bền vật liệu - Phơng pháp EDM đợc dùng rộng rãi công nghiệp chế tạo khuôn mẫu dụng cụ, nhng đợc áp dụng ngày nhiều để làm chi tiết mẫu sản xuất, đặc biệt công nghiệp hàng không điện tử, yêu cầu suất tơng đối thấp Việc sản xuất khuôn dập ứng dụng phơng pháp hiệu kinh tế sử dụng để làm phù hợp chế tạo theo cách thông thờng Khuôn đùn, khuôn mặt đầu, khuôn kéo, rèn, đúc, nh khuôn nhựa gia công phơng pháp EDM - EDM đặc biệt phù hợp cho chi tiết làm từ vật liệu khó gia công và/ chứa nhiều lỗ nhỏ hay lỗ có hình dạng đặc biệt, số lợng lớn lỗ hay lỗ có góc vào nhỏ, hốc phức tạp, đờng biên phức tạp Các chi tiết thu nhỏ chi tiết mỏng hay từ vật liệu giòn lực cắt khí thông thờng đối tợng phù hợp EDM Các lỗ tròn có đờng kính 0,05 mm gia công với tỷ số chiều dài/ đờng kính khoảng 20/1 Các rãnh hẹp 0,05 đến 0,3 mm đợc cắt nhiều EDM - Cắt không bavia đặc tính EDM Nhiều khía cạnh thiết bị EDM đại, nh điện cực nhiều đầu, sửa điện cực tự động điều khiển số góp phần mở rộng ứng dụng Cắt dây EDM hnh trình Cắt dây hành trình EDM phơng pháp EDM đặc biệt, điện cực dây dẫn điện đợc liên tục Dây dịch chuyển tơng ứng với phôi bàn điều khiển số Một sơ đồ máy cắt dây EDM hành trình đợc biểu diễn hình Các máy có hai trục điều khiển ( x y) Phần lớn máy đánh nghiêng dây để gia công côn hai trục nằm ngang phụ ( gọi trục u,v) Hiện có loại trục quay trục đứng đợc điều khiển - Dây (thờng đồng thau) đợc dùng lần Điều khiển servo máy tơng tự nh máy CNC đứng Độ dày phôi trung bình 150 mm, vài máy lên tới 420 mm, chất điện môi thờng nớc khử ion đợc cấp đầu phun phía dới đờng dẫn dây Đầu phun đồng trục với dây Mạt gia công đợc lấy lọc lắng - Độ xác thông thờng khoảng 0,013 mm Các biện pháp đặc biệt nh chạy dây nhiều lần điều khiển nhiệt xác cho độ xác cao 0,005 mm Chế độ lợng giảm lợt dây để nâng cao chất lợng bề mặt giống nh EDM đứng - Lực căng dây không đổi đợc trì, lực căng phải đủ lớn để giữ dây thẳng vùng cắt, nhng không cao khiến dây bị đứt Lực căng hàm vật liệu đờng kính dây Bộ phận dẫn dây làm vật liệu cứng nh saphia hay kim cơng để giảm thiểu mòn Nó cần để giữ dây thẳng đứng, điều cần thiết để cạnh gia công phôi thẳng Cơ cấu servo thuỷ lực không dùng cắt dây EDM Chuyển động servo đợc thực động xoay chiều servo dẫn động trực tiếp, động chiều hay động bớc Các giá trị đợc đo điện áp dây phôi Hình 10 biểu diễn ứng dụng điển hình cắt dây EDM cắt khối phẳng Các ứng dụng cắt dây EDM - Phơng pháp đợc dùng để chế tạo khuôn dập, dụng cụ cho máy tiện, điện cực cho EDM , khoét khuôn đùn Nó dùng để tạo mẫu chi tiết để sau chế sản xuất dập hay phay Khuôn dập liên tiếp đợc trình bày hình 11 ứng dụng cắt dây EDM - Cắt dây EDM có nhiều ứng dụng luyện kim, nh lấy mẫu thử lõi từ vật đúc để xác định thay đổi hoá học : tiết diện mối hàn để xác định cấu trúc kim loại tạo tính chất khí mẫu Hình 11 Khuôn đợc cắt máy cắt dây EDM Nguồn điện Nh EDM đứng, dòng điện đỉnh thời gian nối mạch biến điều khiển lợng xung Trong nguồn cấp xung đại, biến với thời gian ngắt mạch cài đặt độc lập Dây có khả dẫn điện hạn chế dòng điện nguồn vợt 30 A Điện dây phôi thờng khoảng 55 60V Vì mòn điện cực quan trọng, thông thờng dây đợc nối âm điều cho tốc độ cắt cao Đờng kính dây lớn cho xung lợng cao tốc độ cắt cao Bề mặt Đặc tính bề mặt cắt cắt dây EDM giống nh EDM đứng Năng lợng xung thấp cho bề mặt nhẵn Độ nhám bề mặt thuộc khoảng Ra 1,25 đến 0,2 m Vật liệu phôi độ dày cần phải quan tâm lập chế độ xung Những lợng nhỏ vật liệu dây lắng đọng bề mặt phôi, thí nghiệm cho thấy chí dây molibden phủ graphit lắng đọng cácbon molibden lên bề mặt phôi Đồng kẽm lắng đọng từ dây đồng thau có hại đến hàn, nhng loại bỏ axit nitric Cắt dây để cắt cácbit vonfram thiêu kết gặp khó khăn thành phần coban dính gây đứt dây Lu thông chất điện môi chất điện môi Lu thông chất điện môi tốt cắt dây quan trọng nh EDM đứng Các đầu cấp dung dịch điện môi phải gần phôi tốt Phôi có thay đổi nhiều độ dày đờng cắt ngăn cản lu thông dung dịch điện môi rắc rối thực Hậu thờng gặp lu thông dung dịch điện môi đứt dây Để tránh đứt dây, thời gian ngắt mạch thờng đợc tăng lên Cách làm cho thời gian gia công tăng lên Lý sử dụng thời gian ngắt mạch lợng xung không bị ảnh hởng trì đợc khe hở gia công chất lợng bề mặt Khe hở gia công không đổi cần cho đảm bảo độ xác Nớc khử ion đợc dùng nhiều làm chất điện môi Độ nhớt thấp lý tởng điều kiện lu thông chất điện môi khó khăn cắt dây Mặc dù phụ gia thờng không cần thiết, chúng đợc dùng nh thành phần chống gỉ hay làm cho dung dịch điện môi (hợp chất etylen glicol) trơn Dầu nhẹ đợc dùng nh dung dịch điện môi Việc lọc đảm bảo quan trọng tạp chất ảnh hởng đến khoảng cách khe hở đo đến độ xác Vì trình cắt dây sinh nhiều nhiệt, môi trờng điều khiển nhiệt độ làm mát chất điện môi đợc sử dụng Dây loại vật liệu đợc dùng nhiều đồng thau, có hầu hết phẩm chất cần có cho cắt dây EDM, tức độ bền kéo cao, độ dẫn điện cao dễ kéo đạt đợc dung sai xác Hiện nghiên cứu dây đợc tiến hành Xu hớng dây nhiều lớp với vật liệu khác cho chức khác Một VD dây lõi thép cho độ kéo cao, lớp đồng cho độ dẫn điện tốt lớp graphit bên cho tốc độ cắt cao Lớp đợc lựa chọn để phù hợp với ứng dụng cụ thể Mặc dù đắt hơn, loại dây nh cắt nhanh dây đồng thau xây dựng toán cho trờng hợp cụ thể để xem xét hiệu kinh tế dòng Dây đồng thau phủ kẽm lõi molibden đợc chế tạo Dây độ bền cao đặc biệt tốt phải dùng loại đờng kính nhỏ để tạo góc bán kính nhỏ Đờng kính dây thay đổi từ 0,05 đến 0,3 mm Tốc độ cắt Tốc độ cắt đợc tính theo mm2/h diện tích bề mặt đợc cắt Các máy thời đầu có tốc độ cắt 1300 mm2/h, với máy tốc độ cao gấp 10 lần Phần lớn tiến cải thiện nguồn điện Các điều kiện lu thông dung dịch điện môi cần để đạt tốc độ cắt cao [...]... cực Thép CácbitVonfram Đồng Nhôm Hợp kim nền nikel Graphit +, - - - + +, - Đồng + +, - - + + Cu W + +, - - + + +, - + - - - + - Thép Đồng thau - Độ chính xác gia công Dung sai 0.05mm có thể dễ đạt đợc bằng phơng pháp EDM, tuy nhiên việc điều khiển tốt các thông số của quá trình EDM có thể đạt đợc dung sai 0.003mm Gia công bằng phơng pháp EDM có hiện tợng côn, có bán kính ở các góc bằng khe hở đánh... loại gia công , việc áp dụng EDM không bị ảnh hởng bởi độ cứng của phôi Các vật liệu có tính gia công kém nh cácbit vonfram và thép đã tôi có thể cắt bằng phơng pháp EDM *Gia công không có bavia Nhợc điểm - Chỉ gia công đợc vật liệu dẫn điện - Độ nhẵn bề mặt không cao Ra từ 0,2 đến 12,5 m - Lớp bề mặt mỏng bị thay đổi về tổ chức tế vi, cơ lý tính, so với vật liệu trớc gia công nhỏ hơn 0,13 mm khi gia. .. lợng d, có thể dùng để gia công một phạm vi lớn các kích thớc hốc khác nhau, loại bỏ việc phải gia công riêng điện cực cho từng ứng dụng *Cùng một điện cực có thể dùng cho gia công thô và gia công tinh Vì kích thớc quỹ đạo tăng nên năng lợng xung giảm Kết quả giống nh sử dụng các cấp hạt nhỏ hơn liên tục của giấy ráp Các ứng dụng : - Mặc dù ứng dụng của EDM chỉ giới hạn trong gia công các vật liệu dẫn... và nó thay đổi nhiều Bề mặt gia công bằng EDM có nhấp nhô Ra từ 0,2 đến 12,5 m Khi gia công thép có thể xác định gần đúng Ra 1.11 Q8.834 (mm) Q : Năng suất gia công mm3/phut Hình 7 : Một bề mặt điển hình sau khi gia công xung điện Các tham số gia công : cực điện cực dơng Thời gian nối mạch là 58 giây, thời gian off-time 32 m, dòng điện max 13A điện cực graphit, phôi thép dụng cụ Độ nhám bề mặt Ra... mm khi gia công thô và 0,01 mm khi gia công tinh lớp này có thể loại bỏ bằng dánh bóng - Tiêu thụ năng lợng lớn Các tiến bộ gần đây trong EDM EDM không mòn thờng đợc định nghĩa nh gia công có tỷ số mòn mòn điện cực bằng 100 hay hơn Đặc điểm của EDM không mòn là cực của điện cực là dơng, thời gian nối mạch dài và đỉnh dòng điện thấp ( Hình 7 ) Nó không phải một dạng riêng rẽ của EDM Chế độ xung gần... gia công ( 0C) Hình 9 : Những thông số ảnh hởng đến quá trình EDM Bề mặt gia công bằng EDM Topography EDM có một dấu hiệu bề mặt riêng biệt Bề mặt tơng tự một bề mặt bị bắn phá với tất cả các hố có cùng kích thớc (H7) Không có kiểu hay hớng sắp xếp bề mặt nh các phơng pháp gia công thông thờng khác Vì kích thớc các hố phụ thuộc vào năng lợng tia lửa điện và nó thay đổi nhiều Bề mặt gia công bằng EDM. .. hình đồng dạng theo đờng tâm đợc dùng với các điện cực kiểu dao phay ( có kiểu gia công nh khi phay) Đồng dạng lớn dùng trong gia công thô và loại nhỏ hơn dùng trong gia công tinh Một phần danh sách này minh họa lợi ích của các khả năng hiện có khi sử dụng EDM CNC Trong gia công tự động chế độ xung mãnh liệt (đặc trng bởi thời gian ngắt mạch ngắn) không nên áp dụng vì hồ quang có thể phá huỷ chi tiết trớc... dùng trong gia công các lỗ nhỏ ( ... +, - - - + +, - Đồng + +, - - + + Cu W + +, - - + + +, - + - - - + - Thép Đồng thau - Độ xác gia công Dung sai 0.05mm dễ đạt đợc phơng pháp EDM, nhiên việc điều khiển tốt thông số trình EDM. .. Q8.834 (mm) Q : Năng suất gia công mm3/phut Hình : Một bề mặt điển hình sau gia công xung điện Các tham số gia công : cực điện cực dơng Thời gian nối mạch 58 giây, thời gian off-time 32 m, dòng điện... việc áp dụng EDM không bị ảnh hởng độ cứng phôi Các vật liệu có tính gia công nh cácbit vonfram thép cắt phơng pháp EDM *Gia công bavia Nhợc điểm - Chỉ gia công đợc vật liệu dẫn điện - Độ nhẵn