THIẾT kế máy TIA lửa điện

- Bộ điều khiển heidenhan EDM - Biểu đồ hiển thị 4 số sau dấu phẩy - Bộ nhớ đồ thị theo 9 hướng - Chức năng xây dựng chương trình và các mẫu - Chức năng hiển thị độ chiều sâu cắt gọt chậ

Mặc dù trong thời gian qua em đã hết sức cố gắng tìm hiểu thực tế, nghiên cứu tài liệu để thực hiện luận văn Nhưng vấn đề còn khá mới, cùng với sự hạn chế về kiến thức chuyên môn cho nên nội dung trình bày trong luận văn này không tránh khỏi những sai sót và hạn chế, em rất mong sự đóng góp ý kiến của các Thầy trong khoa cùng các bạn để luận văn nghiên cứu của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô, Anh, Chị đã tận tình giúp

đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

MỤC LỤC

Lời nói đầu 5

Chương 1 TỔNG QUAN VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.1- Sự xuất hiện của một công nghệ mới 6

1.2- Sự tiến bộ của máy gia công tia lửa điện 8

1.3- Thị trường máy gia công tia lửa điện trên thế giới 9

1.4- Tình hình gia công tia lửa điện ở Việt Nam

1.5- Giới thiệu một số máy EDM dạng xung định hình 10

1.6- Mục tiêu của đề tài 14

Chương 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ EDM 2.1- Cấu tạo tổng quát của máy EDM 16

2.2- Tính chất vật lý của quá trình gia công 18

2.3- Mô tả quá trình bốc tách kim loại khi gia công 23

2.4- Các đặc tính về điện trong quá trình gia công 25

2.5- Chất lượng bề mặt khi gia công bằng EDM 26

2.5.1- Độ nhám bề mặt 2.5.2- Vết nứt tế vi và các lớp ảnh hưởng nhiệt 2.6- Năng suất bề mặt khi gia công bằng EDM 29

2.7- Các vấn đề liên quan đến điện cực 35

2.8- Các vấn đề liên quan đến dung dịch điện môi 40

2.9- Gia công xung định hình với chức năng hành tinh 44

2.10- Khe hở phóng điện 45

Chương 3: THIẾT KẾ PHẦN CƠ 3.1- Phân tích và chọn phương án thiết kế 46

3.2- Tính toán bộ truyền động vitme- đai ốc bi 49

3.3- Mang cá dẫn hướng 52

3.4- Thiết kế thân trên máy 53

3.6- Thiết kế thân dưới máy 55

3.7- Tính toán động học liên quan 55

Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN 4.1- Phần điện 58

4.1.1- Bộ nguồn 4.1.2- Bộ tạo xung 4.1.3- Bộ đóng ngắt dòng điện tử 4.1.4- Hạn chế dòng 4.2- Phần điều khiển 73

4.2.1- Điều khiển bằng động cơ step 4.2.2- Điều khiển khe hở phóng điện Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

5.1- Kết luận 81

5.2- Hướng phát triển của đề tài 82

PHỤ LỤC

A Các thông số 83

B Mô hình máy 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

LỜI NÓI ĐẦU

Do nhu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, việc đầu tư và phát triển trang thiết bị có công nghệ mới và hiện đại là rất cần thiết Những năm gần đây việc đầu tư các thiết bị, máy gia công……….có công nghệ mới và hiện đại ở nước ta ngày càng nhiều

Các doanh nghiệp, công ty sản xuất trong nước, đã và đang cạnh tranh ngày càng khóc liệt để tồn tại và phát triển trong nền kinh tế thị trường, do đó việc đầu tư máy thiết bị có công nghệ mới và hiện đại nhầm tăng năng suất và chất lượng là rất cần thiết Ví dụ: trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu, để sản xuất được sản phẩm có chất lượng cao đáp ứng được nhu cầu thị trường thì việc đầu tư máy gia công trung tâm, CNC, máy tia lửa điện,……là không tránh khỏi

Năm 1944 nhà khoa học người Nga B.R Lasarenko (1909 – 1979) phát hiện ra khả năng làm mòn của tia lửa điện Khi tia lửa điện xuất hiện, vật liệu trên bề mặt phôi

bị hớt đi bởi một quá trình điện/nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi của kim loại

Đó là quá trình gia công bằng tia lửa điện, gọi là gia công EDM (Electrical Discharge Machining) Kể từ đó đến nay, các thiết bị gia công theo nguyên lý EDM ngày càng được phát triển theo các hướng khác nhau: gia công bằng điện cực định hình, cắt dây, phay EDM, …

Hiện nay, đã có rất nhiều doanh nghiệp cơ khí ở Việt Nam đã được trang bị các máy gia công EDM Phần đóng góp của chúng trong một sản phẩm cơ khí, chủ yếu là lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu có thể lên đến 20 đến 50 tùy theo mức độ phức tạp và kết cấu của sản phẩm Với những ưu điểm so với các phương pháp gia công truyền thống như gia công được các vật liệu sau khi nhiệt luyện, không có lực cắt, gia công định hình các kết cấu có kích thước nhỏ … Phương pháp gia công EDM ngày nay có một vị trí quan trọng và làm thay đổi một số các biện pháp công nghệ truyền thống khi chết tạo các sản phẩm cơ khí phức tap Do vậy, việc nghiên cứu về phương pháp gia công EDM hiện nay đang là một vấn đề quan tâm của cả trong và ngoài nước đặc biệt

là nghiên cứu về bản chất của quá trình gia công EDM, hiện tượng mòn của điện cực

và hướng ứng dụng của EDM trong các lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp

Nội dung của Luận Văn này gồm 5 chương do 2 sinh viên thực hiện:

Đặng Phú Qúi thực hiện chương 1, 3, 5 Đặng Anh Qui thực hiện chương 2, 4

Chương 1 TỔNG QUAN VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Sự xuất hiện của một công nghệ mới

Trong nửa thế kỷ qua, nhu cầu về các vật liêu cứng, lâu mòn và siêu cứng sử dụng cho tuabin máy điện, động cơ máy bay, dụng cụ, khuôn mẫu … tăng lên không ngừng ở các nước công nghiệp phát triển Việc gia công những vật liệu đó bằng những công nghệ cắt gọt thông thường ( tiện, phay, mài v.v…) là vô cùng khó, đôi khi không thể thực hiện được

Cách đây gần 200 năm, nhà nghiên cứu tự nhiên người Anh Joseph Priestley (1733-1809), trong các thí nghiệm của mình đã nhận thấy có một hiệu quả ăn mòn vật liệu gây ra bởi sự phóng điện Nhưng mãi đến năm 1943, thông qua hàng loạt các nghiên cứu về tuổi bền của các thiết bị đóng điện, hai vợ chồng Lazarenko người nga mới tìm ra cánh cửa dẫn tới công nghệ gia công tia lửa điện Họ bắt đầu sử dụng tia lửa điện để làm một quá trình hớt kim loại mà không phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu đó

Khi các tia lửa điên được phóng ra, vật liệu mặt phôi sẽ bi hớt đi bởi một quá trình điện - nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại, nó thay cho các tác động cơ học của dụng cụ vào phôi Quá trình hớt kim loại bằng điện nhiệt bởi sự phóng điện được gọi là “ gia công tia lửa điện” _( nguyên gốc tiếng Anh là “ Electrical Discharge Machining”, gọi tắt là gia công EDM )

Định nghĩa gia công tia lửa điện EDM: Là qui trình bóc kim loại ra khỏi chi

tiết gia công bởi một quá trình điện nhiệt, thông qua sự nóng chảy và bóc hơi kim loại cần bóc ra Năng lượng nhiệt phát ra bởi sự phóng điện gọi là “gia công tia lửa điện” hay EDM

Hệ thống gia công EDM có 2 dạng gia công chính:

 Máy cắt dây (wire EDM): ở dạng gia công này, điện cực được làm bằng dây kim loại thường là đồng, molipden, volfram hay các dây có lớp phủ, có đường

kính d= (0.1- 0.3)mm, dây điện cực được chuyển động tương đối liên tục đối với phôi theo một hành trình cho trước, từ đó phôi cần gia công được cắt theo hành trình đó

Hình 1.1.1 Sơ đồ gia công bằng wire EDM

 Máy xung định hình (EDM die sinking): ở dạng này điện cực là một hình không gian, sau khi gia công thì chi tiết cần gia công có hình dạng giống với điện cực hay còn gọi là âm bản của điện cực

Hình 1.1.2 Sơ đồ gia công bằng EDM die sinking

1.2 Sự tiến bộ của các máy gia công tia lửa điện

Các máy đầu tiên của thới kỳ những năm 50-60 của thế kỷ 20 ít tự động hoá và không tiện dùng lắm

Ngày nay, với các thuật toán điều khiển mới, với các hệ thống điều khiển CNC cho phép gia công đạt năng suất và chất lượng cao mà không cần đến sự tham gia trực tiếp của con người Các máy gia công tia lửa điện ngày nay được đặc trưng bởi mức độ

Sử dụng tối ưu công nghệ gia công tia lửa điện như một kỹ thuật sản xuất đòi hỏi phải áp dụng rất nhiều bí quyết công nghệ (Know how) Ngày nay có khuynh hướng đưa ra nhiều máy thông minh, chọn máy và điều chỉnh nhiều thông số mà người

sử dụng đã đặt từ trước Điều đó làm giảm bớt các dữ liệu đầu vào mà người đứng máy phải quan tâm Khuynh hướng này là mạnh nhất đối với các máy cắt dây, ở đó các thuật toán điều khiển tạo được một lượng hớt vật liệu tối ưu và làm giảm bớt nguy cơ đứt dây

Ở các máy xung định hình, nhờ có hệ thống điều khiển CNC nên không cần phải dùng người đứng máy có kinh nghiệm mà vẫn đạt được hiệu quả và chất lượng gia công cao Điều kiện gia công (như sự thoát phoi) thay đổi rất nhiều trong gia công xung định hình, đến mức rất khó phát triển chiến lược điều khiển tuỳ chọn phù hợp với tất cả các hoàn cảnh Một số nhà chế tạo máy (như MITSUBISHI) cung cấp những hệ

lỗ tịt mà không có thoát phoi cưỡng bức) cũng cho kết quả tốt hơn so với kết quả nhận được do sự điều chỉnh các thông số của một người đứng máy có kinh nghiệm Trong mọi trường hợp, hầu hết các máy đều có mức độ tự động hoá cho phép làm việc rất lâu không có người đứng máy, dù rằng không phải luôn luôn trong điều kiện tối ưu Cùng với sự xâu dây tự động ở máy cắt dây, sự tách phôi, thay pallet (thường được cung cấp bởi các hãng chế tạo phụ tùng như hãng EROWA) và khả năng lập trình thì mức độ tự động tự động hoá trong gia công tia lửa điện đã tăng lên rất nhiều

1.3 Thị trường máy gia công tia lửa điện trên thế giới

Việc bán các máy gia công tia lửa điện trên phạm vi thế giới tăng 6% mỗi năm

và vào cuối những năm 90 là khoảng 12.000 máy một năm

Nhật Bản là nước sản xuất và sử dụng nhiều máy gia công tia lửa điện nhất, chiếm 35% tổng số máy trên thị trường thế giới Thứ hai là châu Âu với 30%, sau đó

là Mỹ với 15% và châu Á với 12% tổng số máy

Phạm vi của các máy được buôn bán trên thị trường thế giới là rất rộng và đa dạng: từ những máy rất lớn ( như máy NASSOVIA) đến máy rất nhỏ và đặc biệt để gia công tế vi, từ máy rẻ tiền, ít tự động hoá cỡ (10.000 – 15.000) USD/ máy của Trung Quốc, Đài Loan, đến cỡ vài trăm ngàn USD/ máy của Tây Âu và Nhật Bản hoàn toàn

tự động hoá với các hệ thống CAD/CAM hiện đại

Đối với người sử dụng, điều quan trọng là phải xác định các yêu cầu cụ thể phù hợp với sản phẩm và quy mô sản xuất của mình và sau đó cần phân tích các tuỳ chọn sẵn có của các hãng sản xuát máy từ mọi góc độ để đưa ra quyết định đúng đắn nhất trước khi mua máy

1.4 Tình hình gia công tia lửa điện ở Việt Nam

Trong khoảng một thập kỉ gần đây, công nghiệp gia công tia lửa điện EDM đã thâm nhập vào Việt Nam Số lượng các cơ sở sản xuất và nghiên cứu ở nước ta nhập các loại gia công tia lửa điện ngày càng nhiều Tuy nhiên việc đào tạo về công nghệ này thực sự chưa được quan tâm ở các trường Đại học kỹ thuật và các Viện nghiên cứu Ngày nay máy gia công tia lửa điện xuất hiện rất nhiều ở Việt Nam Hiện nay ở nước ta đã có nhiều đề tài nghiên cứu về gia công EDM như: Luận án tiến sĩ kỹ thuật

của tiến sĩ Hoàng Vĩnh Sinh trường ĐHBK …Tại các Viện nghiên cứu và các xưởng gia công đã sử dụng máy gia công tia lửa điện để gia công các chi tiết phức tạp Các doanh nghiệp Cơ khí ở Việt Nam được trang bị các máy gia công EDM, chủ yếu là trong lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu, chiếm khoảng 20%- 50% tùy theo độ phức tạp về kết cấu của sản phẩm Một số cơ sở gia công khuôn mẫu có trang bị các máy EDM ở nước ta như: Xưởng gia công cơ khí trường ĐHBK, công ty chế tạo khuôn mẫu Duy Khanh, Duy Tân …v.v…

1.5 Giới thiệu một số máy EDM dạng xung định hình

Sodick vừa đưa ra giới thiệu sản phẩm máy xung tia lửa điện CNC C32 được sản xuất tại Nhà máy Sodick Amoy (Trung Quốc) với mức giá cực kỳ cạnh tranh và hợp lý cho các xưởng khuôn mẫu hiện đại

Hình 1.5.1 Máy xung tia lửa điện CNC C32

C32 dòng máy EDM truyền động động cơ tuyến tính thế hệ thứ 5 được thiết kế nhỏ gọn, đòi hỏi diện tích lắp đặt tối thiểu 1850x2600mm Khỏang làm việc của máy

có kích thước 450x300 mm và hành trình dịch chuyển các trục X/Y/Z(W) 300x250x150 mm (100) Khối lượng vật gia công tối đa 50kg là và trọng lượng điện cực tối đa là 20kg

C32 sử dụng hệ điều khiển LMX32 hoạt động trên nền Window XP với màn hiển thị cảm ứng TFT 15" Phần mềm hỗ trợ gia công LN Assit giúp người vận hành

dễ dang tạo các chương trình NC (với các điều kiện gia công và chế độ bù tối ưu) từ

serial siêu tốc 1Gbit/giây cho hệ thống điều khiển Hệ thống truyền tín hiệu tốc độ cao này giúp nâng cao hiệu suất truyền động, độ phản hồi điều khiển servo cũng như độ tin cậy của máy trong quá trình gia công

Hệ điều khiển LMX32 với hệ mạch "zero wear" giúp giảm độ hao mòn điện cực graphite dưới 0.06% trong khi tăng tốc độ gia công tới 20% Với tính năng này, C32 giúp giảm số lượng điện cực khi gia công các lõ hỗc Trong khi, một máy EDM thông thường đòi hỏi từ 2-3 điện cực cho gia công thô, gia công bán tinh và gia công tinh, C32 có thể chỉ cần đến 1 điện cực duy nhất Điều này không chỉ giúp tiết kiêm thời gian và chi phí sản xuất mà còn giảm thiểu các sai số gia công C32 cũng được trang bị công nghệ truyền động động cơ tuyến tính tiên tiến của Sodick, giúp trục Z có thể đạt tốc độ dịch chuyển cao tới 1.400"/phút và gia tốc trọng trường tới 1.2G Với tốc độ dịch chuyển trục Z cao giúp tự rạo ra hiệu ứng bơm đẩy phoi ra khỏi các hốc gia công, nhờ đó người sử dụng không cần sử dụng vòi xối mà

Sodick là nhà sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực máy gia công tia lửa điện với số lượng hơn 50.000 máy đã bán ra trên toàn thế giới Model C32 được tin tưởng sẽ là sản phẩm đột phá trong chiến lược "toàn cầu hóa máy EDM" của Sodick

Hình 1.5.2 Máy xung tia lửa điện CNC M30

Đặc tính cơ bản:

- Bộ điều khiển heidenhan EDM

- Biểu đồ hiển thị 4 số sau dấu phẩy

- Bộ nhớ đồ thị theo 9 hướng

- Chức năng xây dựng chương trình và các mẫu

- Chức năng hiển thị độ chiều sâu cắt gọt chậm nhất

- Chức năng lưu lại lượng tiêu thụ điện năng

- Xây dựng phần còn lại và đưa các bon thừa ra ngoài

- Thiết bị độ chính xác theo bộ mã quang học tới 1 µ

- Chống mài mòn nhờ bôi trơn

- Vít bi có độ chính xác cao giúp cơ cấu truyền động tinh sảo hơn

- Hệ thống lọc kép tách cacbon cho nhiều hiệu quả

- Sự dịch chuyển thêm của trục Z: 170 mm

- Trọng lượng tối đa của phôi: 300 kgs

- Trọng lượng tối đa của điện cực: 30 kgs

- Dung tích tối đa của chất điện môi: 200 lít

- Kích thước máy: 130x 125x 212 cm

- Khối lượng máy: 1095 kg

SKU: Máy Xung Điện EDM

Khoảng cách từ bàn

Kích thước bồn dầu

trên bàn máy

1270x680x420mm

1700x900x500mm

1800x900x600mm

1800x900x600mm

Kích thước ngoại hình

máy

1400x1350x250mm

1800x1550x2400mm

2000x1710x2360mm

1400x1350x2250mm

Công suất dòng điện nạp vào 380V KVA 380V KVA 380V KVA

1.6 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu thiết kế máy gia công tia lửa điện dạng xung định hình loại nhỏ

Mô phỏng sự ảnh hưởng các thông số gia công đến độ nhám bề mặt gia công Gia công một số mẫu trên máy mô hình

Dựa vào các thông số kỹ thuật đã khảo sát được ở trên, chúng ta có thể chọn các thông số sơ bộ để thiết kế máy EDM loại nhỏ như sau:

Cường độ dòng điện: Imax = 30A

Điện áp nguồn: Uz= 60, 150, 240 volt

Kích thước bàn máy: 500mm Lx 400mm W

Hành trình dịch chuyển của điện cực theo trục z = 220mm

Bể chứa dung dịch: 600x 500x 250 mm

Khối lượng cực đại của điện cực: 25kg

Khối lượng chi tiết gia công: 60kg

Chương 2 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GIA CÔNG EDM

Chương này trình bày:

2.1- Cấu tạo tổng quát của máy EDM

2.2- Tính chất vật lý của quá trình gia công

2.3- Mô tả quá trình bốc tách kim loại khi gia công

2.4- Các đặc tính về điện trong quá trình gia công

2.5- Chất lượng bề mặt khi gia công bằng EDM

2.5.1- Độ nhám bề mặt

2.5.2- Vết nứt tế vi và các lớp ảnh hưởng nhiệt

2.6- Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gia công

2.7- Độ chính xác khi gia công bằng EDM

2.8- Các vấn đề liên quan đến điện cực

2.9- Các vấn đề liên quan đến dung dịch điện môi

2.10- Khe hở phóng điện

 2.1 Cấu tạo tổng quan của máy EDM

Hình 2.1.1 Cấu tạo tổng quát của máy EDM

1a Trục Y 10 Tủ cấp điện và các cầu chì

1b Trục X 11 Thùng chứa và xử lý chất điện môi 1c Động cơ servo trục Z 12 Bơm tuần hoàn

2 Đầu mang điện cực 13 Bộ lọc

3 Thùng chất điện môi 14 Đường ống cấp chất điện môi

4 Phôi 15 Ống tháo chất điện môi

5 Điện cực 16 Máy phát tia lửa điện

6 Bàn trượt dọc X 17 Khe hở phóng tia lửa điện

7 Bàn trượt ngang Y

8 Hệ thống điều khiển servo

9 Màn hình điều khiển video

 Về cơ bản, máy xung định hình gồm 3 phần chính:

 Phần cơ khí: khung máy, bàn trượt trục X, trục Y, trục Z, bộ phận kẹp phôi, đầu mang điện cực, thùng chứa dung dịch điện môi………

 Hệ thống điện: điều khiển toàn bộ qua trình gia công: tạo xung, cường độ dòng điện, điều khiển sự di chuyển của điện cực……

 Dung dịch điện môi:

12

345

Hình 2.1.2

1 Đầu mang điện cực

2 Điện cực

3 Dung dịch điện môi (cách điện)

4 Phôi cần gia công

5 Bộ phận kẹp phôi

 Nguyên lý hoạt động: Cho điện cực tiến gần đến chi tiết gia công và cách một

khoảng a (như hình) nào đó thì giữa chúng phát sinh ra tia lửa điện, tia lửa này có nhiệt

độ rất cao có thể lên đến 10.0000C Do đó sẽ làm bóc hơi kim loại của phôi tại vị trí sinh ra tia lửa

 2.2 Tính chất vật lý của quá trình gia công

Chúng ta xét quá trình tạo tia lửa điện trong một chu kỳ xung:

Trong chu kỳ xung có hiện tượng trễ dòng (sau một khoảng thời gian td so với thời điểm bắt đầu có điện áp thì mới xuất hiện dòng điện), như hình sau

Năng lượng sinh ra giữa điện cực và chi tiết là:

We= Ue Ie Te

Ue: là giá trị trung bình của điện áp

Te: còn gọi là thời gian kéo dài xung

Ie: cường độ dòng điện

Ta có thể tóm tắt phần xung cung cấp cho máy gia công tia lửa điện như hình H2.2.2

Hình 2.2.2 Dạng xung công suất để gia côn

Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện:

 Vật liệu gia công và điện cực phải có tính dẫn điện

 Dung dịch điện môi phải là dung dịch không dẫn điện ở điều kiện bình thường

 Điện cực có độ cứng thấp hơn nhiều so với vật liệu gia công

Ví dụ: điện cực đồng, chi tiết gia công là thép gió, thép hợp kim cứng……

Ta có thể chia quá trình tạo tia lửa điện của một xung thành 3 giai đoạn:

Quá trình ăn mòn của một xung gia công được trải qua 3 giai đoạn: giai đoạn hình thành kênh dẫn điện, giai đoạn phóng tia lửa điện làm bốc hơi vật liệu và giai đoạn phục hồi

 Giai đoạn 1: hình thành kênh dẫn điện

Các đặc điểm chính của giai đoạn này là:

Giai đoạn này được xác định trong khoảng thời gian khi bắt đầu có điện áp (cấp bởi nguồn) và kết thúc khi điện áp bắt đầu giảm

Mô tả hiện tượng: khi điện trường giữa 2 điện cực tăng lên do việc đưa chúng đến gần nhau làm cho vận tốc của các ion và điện tử tự do (có trong lớp dung dịch điện

ly ở giữa các điện cực) tăng lên và bị hút về phía cực trái dấu Trong quá trình di chuyển, chúng va đập với các phân tử trung hoà và làm tách ra các ion và điện tử mới

Cứ như vậy, khi khoảng cách càng nhỏ làm từ trường và động năng của các ion và điện tử càng lớn dẫn đến hình thành một dòng chuyển dịch có hướng của ion và điện

tử tạo nên dòng điện

Kết quả: dung dịch điện ly trở nên dẫn điện ở cuối giai đoạn này

Hình 2.2.3 Sự hình thành kênh dẫn điện

 Giai đoạn 2: phóng điện và làm bốc hơi vật liệu

Hình 2.2.4 Sự phóng điện qua kênh dẫn điện

Thời gian của giai đoạn này được tính từ khi điện áp bắt đầu giảm đến một trị

số xác định và giữ nguyên cho đến khi giảm về 0V (ngắt nguồn)

Mô tả hiện tượng: dòng điện xuất hiện trong kênh dẫn điện kèm theo sự xuất hiện tia lửa điện Tại kênh dẫn điện, năng lượng tập trung rất lớn (đạt cỡ 105 đến 107

W/mm2) làm cho nhiệt độ tại đó đạt tới 10.000o C 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 lượng nhỏ vật liệu bị tách khỏi bề mặt các điện cực do sự va đập của các ion và điện tử lên bề mặt của chúng

Giai đoạn này chính là giai đoạn có ích trong cả một xung gia công: ăn mòn vật liệu tạo thành hình dáng chi tiết theo yêu cầu

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

Hình 2.2.5 Sự phục hồi

Thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời gian của giai đoạn này

Mô tả hiện tượng: nguồn xung bị ngắt đột ngột, dung dịch điện ly lạnh ở xung quanh tràn vào gây nên sự thay đổi áp suất đột ngột tạo nên tiếng nổ nhỏ Hơi của vật liệu điện cực hoá rắn do việc giảm nhiệt độ đột ngột tạo nên các hạt ô-xít kim loại có kích thước nhỏ (cỡ vài trăm micro mét) Các hạt ô-xít này không dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém (tuỳ vào vật liệu các điện cực)

Kết thúc giai đoạn này, dung dịch điện ly lấy lại trạng thái ban đầu của nó: không dẫn điện

Một xung gia công kết thúc Các giai đoạn trên được lặp lại cho các xung gia công kế tiếp theo

Sau hàng loạt xung gia công có ích, vật liệu của các điện cực bị ăn mòn dần theo từng lớp Người ta thường chọn vật liệu dụng cụ có khả năng chịu ăn mòn hơn

(bằng đồng hay graphite) nên chi tiết dần bị ăn mòn nhiều và sẽ mang hình dáng của dụng cụ

 2.3 Mô tả quá trình bóc tách kim loại khi gia công

Sự đồng đều khi hớt vật liệu:

Trên thực tế bề mặt phôi và bề mặt điện cực không phẳng như ta tưởng tượng

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 được đặt giữa hai điện cực (dụng cụ và phôi), một trường tĩnh điện có cường độ lớn được sinh ra nó gây

ra sự tách các electron từ cực âm A Các electron được giải phóng này được tăng tốc

về phía cực dương, sau khi đạt được 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 dương Các electron vừa sinh ra lại được tăng tốc và nó lại đánh bật các electron khác từ các phần

tử dung dịch điện môi Cứ như vậy, một cột hẹp các phần tử dung dịch điện môi bị ion hoá được 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 được sinh ra và có nhiệt độ rất lớn tăng lên trên các điện cực (10.00012.0000C) 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) Tương

tự khi nguồn điện áp đựơc đóng ngắt một lần nữa, chu kỳ trên được lặp lại, tia lửa điện tiếp theo được sinh ra tại vị trí B Cứ như 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 được hớt đi một cách đồng đều trên toàn bề mặt điện cực (phôi)

Bề mặt được gia công tia lửa điện sẽ hình thành do sự tạo nên các “miệng núi lửa” li ti đó Nếu năng lượng do phóng tia lửa điện được giảm một cách hợp lý thì các

“miệng núi lửa” sẽ có kích thứơc cực nhỏ và ta nhận được một bề mặt có độ bóng cao

Hình 2.3.1 Các “miệng núi lửa” được hình thành liên tiếp

Các đặc tính tách vật liệu đầu tiên phụ thuộc vào năng lượng tách vật liệu We

We = Ue Ie te

Trong đó: Ue, Ie là các giá trị trung bình của điện áp và dòng tia lửa điện được lấy trong khoảng thời gian xung Do Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi nên về thực chất, năng lượng tách vật liệu chỉ phụ thuộc vào dòng điện và thời gian xung

Dòng điện tổng cộng trong kênh plasma qua khe hở phóng điện là tổng của dòng các điện tử chạy tơi cực dương (canôt) và dòng các ion dương chạy tới cực âm (anôt) Do khối lượng của các ion dương lớn hơn trên 100 lần so với khối lượng của các điện tử, nên có thể bỏ qua tốc độ của các ion dương khi xuất phát các xung điện so với tốc độ của điện tử

Mật độ điện tử tập trung tới bề mặt cực dương (anôt) cao hơn nhiều lần so với mật độ ion dương tập trung tới bề mặt cực âm (anôt) trong khi mức độ tăng của dòng điện rất lớn trong khoảnh khắc đầu tiên của sự phóng điện Điều này là nguyên nhân gây ra sự nóng chảy rất mạnh ở cực dương (canôt) trong chu kỳ này Dòng ion dương chỉ đạt tới cực âm (catôt) trong micro giây đầu tiên Chính các ion dương này gây ra sự nóng chảy và bốc hơi của vật liệu điện cực catôt Do đó có hiện tượng điện cực bị mòn

Sở dĩ vật liệu lỏng được tống ra khỏi khe hở giữa hai điện cực là:

Do vật liệu điện cực khi tiếp xúc với plasma ở một pha có áp lực cao tới 1kbar

và nhiệt độ cực cao tới 10.0000C trong kênh plasma

Do sự đột ngột biến mất của kênh plasma khi dòng điện bị ngắt Ngay tức khắc

áp suất tụt xuống bằng áp suất xung quanh sau khi ngắt dòng điện Nhưng nhiệt độ của dòng chất lỏng không tụt nhanh như thế Điều này gây ra sự nổ và bốc hơi của chất lỏng nóng chảy hiện có Tốc độ cắt dòng điện và mức độ sụt của xung dòng điện sẽ quyết định tốc độ sụt áp suất và sự bắt buộc nổ vật liệu chảy lỏng Thời gian sụt của dòng điện là yếu tố quyết định đối với độ nhám bề mặt gia công

 2.4 Các đặc tính về điện trong quá trình gia công

Điện áp đánh lửa Uz

Đây là điện áp cần thiết để dẫn tới sự phóng tia lửa điện Nó được cung cấp cho điện cực và phôi khi máy phát đựơc đóng điện, gây ra sự phóng tia lửa điện để đốt cháy vật liệu Điện áp đánh lửa Uz càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho phép

khe hở phóng điện càng lớn

Thời gian trễ đánh lửa td

Đó là thời gian lúc đóng điện máy phát và lúc xảy ra phóng tia lửa điện Khi đóng điện máy phát, lúc đầu chưa xảy ra điều gì Điện áp duy trì ở giá trị của điện áp đánh lửa Uz, dòng điện vẫn bằng không Sau một thời gian trễ td mới xảy ra sự phóng tia lửa điện Dòng điện từ không vọt lên giá trị Ie

Điện áp phóng tia lửa điện Ue

Khi bắt đầu phóng tia lửa điện thì điện áp sụt từ Uz xuống giá trị Ue Đây là điện áp trung bình trong suốt thời gian phóng tia lửa điện Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi Ue không điều chỉnh được

Dòng phóng tia lửa điện Ie

Dòng điện Ie là giá trị trung bình của dòng điện từ khi bắt đầu phóng tia lửa điện đến khi ngắt điện Khi bắt đầu phóng tia lửa điện, dòng điện từ không tăng vọt lên giá trị Ie, kèm theo sự đốt cháy Ie ảnh hưởng lớn nhất lên lượng hớt vật liệu, lên độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt gia công Nhìn chung khi Ie càng lớn thì lượng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám gia công càng lớn nhưng độ mòn điện cực giảm

Thời gian phóng tia lửa điện te

te là khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu phóng tia lửa điện và lúc ngắt điện, tức thời gian có dòng Ie trong một lần phóng điện

Độ kéo dài xung ti

Đây là khoảng thời gian giữa hai lần đóng-ngắt của máy phát trong cùng một chu kỳ phóng tia lửa điện Độ kéo dài xung ti là tổng của thời gian trễ đánh lửa Id và thời gian phóng tia lửa điện te:

ti = td + te

Độ kéo dài xung ảnh hưởng lên:

_ Tỷ lệ hớt vật liệu

_ Độ mòn điện cực

_ Chất lượng bề mặt gia công

Khoảng cách xung to

Đây là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy phát giữa hai chu kỳ xung kế tiếp nhau, t0 còn được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung

Ta phải giữ cho t0 nhỏ nhất có thể được để đạt được một lượng hớt vật liệu tối

đa, nhưng đồng thời phải đảm bảo khoảng cách xung t0 phải đủ lởn để có đủ thời gian thôi ion hoá chất điện môi trong khe hở phóng điện Nhờ đó sẽ tránh được các lỗi của quá trình như sự tạo thành hồ quang hoặc đóng ngắn mạch Cũng trong khoảng thời gian t0, dòng chảy sẽ đẩy các phoi liệu bị ăn mòn ra khỏi khe hở phóng điện

 2.5 Chất lượng bề mặt khi gia công bằng EDM

Chất lượng bề mặt

+ Độ nhám bề mặt

+ Vết nứt tế vi trên bề mặt

+ Các ảnh hưởng nhiệt ở lớp bề mặt

Về độ nhám bề mặt: sau khi gia công bề mặt gia công không hoàn toàn phẳng

mà nó để lại nhưng nhấp nhô, chính là độ nhám bề mặt Điều này làm giảm đặc tính chống mài mòn và tăng nguy cơ bị ăn mòn hoá học

Khi gia công thô sẽ có độ nhám rất lớn, tạo ra bề mặt thô và ngược lại khi gia công tinh Bề mặt càng thô thì tính chống mài mòn càng kém và nguy cơ bị ăn mòn hoá học càng cao

Hình 2.5.1 Cấu trúc tế vi của chi tiết gia công bằng xung định hình

Theo lý thuyết thì bề mặt bị ăn mòn tạo ra những viết lõm hình vòm bán cầu chồng mép lên nhau Nhưng trong thực tế thì không có sự đều đặn như hình vẽ, mà hình dạng của chúng thay đổi đi nhiều do hơi kim loại ngưng tụ lại

Hình trên cho ta thấy cấu trúc tế vi của bề mặt gia công bằng tia lửa điện Nó không đồng đều, nhiều nghiên cứu chứng minh rằng tỉ số của đường kính vết lõm và chiều sâu lõm và chiều sâu lõm dao động giữa 0,1 0,3

Độ nhám đầu tiên phụ thuộc vào năng lượng của một lần phóng điện, một phần điện tích của tụ tạo ra vết lõm, do vậy thể tích của vết lõm tỉ lệ với năng lượng phóng ra của tụ:

U: là điện áp giữa 2 điện cực

C: là điện dung của tụ

Như vậy, thể tích của vết lõm:

V = K.U2.C

Trong đó:

K là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và điều kiện gia công

Giả sử V tỉ lệ với lập phương của chiều sâu (R) thì:

RMax = K1 3

V = K2 U2/3.C1/3 = m.C1/3

Từ thực nghiệm ta có mối quan hệ giữa U, C, và RMax như đồ thị trên Đồ thị phản ánh đúng biểu thức trên, ta nhận thấy muốn đạt R nhỏ thì phải dùng tụ có điện dung C nhỏ

Qua nghiên cứu lý thuyết cũng như thực nghiệm, người ta chứng minh được:

- Điện áp giữa hai điện cực tăng ( tăng) thì độ nhám bề mặt R tăng

- Công suất gia công tăng R tăng

1- Lớp trắng: đó là lớqp kết tinh lại, với các vết nứt tế vi do ứng suất dư vì

nóng lạnh đột lặp lại Độ kéo dài xung te càng lớn thì lớp này càng dày

2- Lớp bị tôi cứng: với cấu trúc dòn, lớp này có độ cứng tăng vọt (trên 1000

HV) so với kim loại nền

3- Lớp bị ảnh hưởng nhiệt: do nhiệt độ ở đây đã vượt quá nhiệt độ

ostenit(Fe-Fe3C) trong một thời gian ngắn Độ cứng của lớp này giảm so với lớp tôi cứng, khoảng dưới 800HV

Dưới cùng là lớp không bị ảnh hưởng nhiệt Nó trở lại độ cứng bình thường của vật liệu nền

Nhiệt độ cao sinh ra do sự phóng điện gây ra nóng chảy và bốc hơi vật liệu, rõ ràng là nhiệt độ này tác dụng lên tính chất của lớp mỏng (2.5-150m) của bề mặt gia công Lớp ngoài cùng bị nguội nhanh, đó là nguyên nhân làm lớp này rất cứng, lớp sát trong lớp này ở trong điều kiện như ram

Độ cứng lớp bề mặt sau khi gia công sẽ làm cho độ bền mòn tăng lên Tuy nhiên, độ bền mỏi giảm do các vết nứt tế vi tăng trên bề mặt trong quá trình làm nguội nhanh Hình trên chỉ ra sự so sánh của độ bền mỏi giữa phương pháp phay và gia công tia lửa điện

Tính chất của lớp mỏng bề mặt không ảnh hưởng nhiều đến độ bền kéo Cấu trúc của vật liệu đã bị thay đổi do tia lửa gây ra Tính chất hoá học cũng thay đổi Những tính chất này làm tăng sự mài mòn

 2.6 Năng suất gia công bằng EDM

Năng suất gia công (mm3/phút hay g/phút): là lượng hớt vật liệu chi tiết trong một khoảng thời gian Năng suất tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và khoảng thời gian gia công có ích (thời gian của giai đoạn 2)

Trên thực tế, một đại lượng khác tương tự năng suất thường được dùng trong quá trình điều khiển là hiệu suất gia công Hiệu suất gia công được tính theo công thức

k e

t t

t

1

) (

) (

) (

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

- Khe hở phóng tia lửa điện 

- Cường độ dòng điện I

- Tần số xung f

- Điện dung C

- Diện tích bề mặt gia công F

- Chất lượng điện cực và chất lượng điện môi

U   

Trong đó: T1 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

Như vậy,  nhỏ  Uc; te , cho dù Ie có lớn thì năng lượng tích lũy trong xung điện

We (năng lượng tách vật liệu) vẫn nhỏ:

W = U I t

Dấn đến năng suất cũng thấp

* Nếu  lớn thì Uemax lớn  f nhỏ Nhưng theo đồ thị trên thì dòng điện Ie cũng nhỏ làm cho năng suất vẫn thấp Như vậy, việc chọn tối ưu sao cho sự phóng điện diễn ra đều đặn để có được một năng suất gia công phù hợp là rất cần thiết

Công suất gia công: Ne = 1

0 1

.

1 T

c It dt U T

Với:

)1

(

1

RC T i

U    (4) It = RC

T

Z e I

1

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

C: điện dụng của mạch RC

T1: thời gian tích điện

Thay (4) và (5) vào (3), ta được:

1 ( Z T RC T RC T

 (7), gọi là hệ số tích điện Thay lên trên và sau khi

tính toán phân tích ta được:

Nc = U i I z U i.I z.a p

)1

1ln(

1ln(

,gọi là hệ số công suất

Đồ thị bên cho ta mối quan hệ giữa  và ap trong gia công tia lửa điện, qua đồ thị đó ta thấy rằng ap đạt max khi  = 0,6 0,8 phải giữ ổn định trong khoảng cách

đó Vậy phải điều chỉnh khoảng cách điện cực phù hợp với trị số  trên và bộ phận điều khiển

Ảnh hưởng của điện dung C

Ta cũng có kết quả theo đồ thị sau Trong đó chỉ ra rằng điện áp tối ưu Uopt = 0.7Ui sẽ đạt được một lượng hớt vật liệu lớn nhất đồng thời lượng mòn điện cực là nhỏ nhất

Khi giữ Uopt = const, ta thay đổi điện dung C thì được kết quả như hình vẽ Ta xác định được điện dung giới hạn Cgh, nếu C < Cgh thì sẽ gây ra hiện tượng hồ quang làm giảm năng suất gia công

Hình 2.6.1 Đồ thị phụ thuộc năng suất gia công vào diện tích gia công

Ảnh hưởng của điện tích vùng gia công F

Theo đồ thị bên thì: sau đoạn tăng lên gần như tuyến tính của Vo thì đến đoạn giảm dần khi diện tích đạt giá trị tới hạn Fgh Điều này do khi đã quá Fgh thì cũng có nghĩa là vượt qua dòng điện tới hạn Việc lấy phoi ra khỏi khe hở điện cực khó khăn

hơn Điều này ảnh hưởng đến năng suất gia công

Sự mòn điện cực

Quá trình gia công xung định hình không được thực hiện với sự hớt vật liệu riêng lẻ Vật liệu được hớt đi từ phôi cho đến khi khe hở giữa điện cực và phôi lớn đến mức không thể xảy ra sự phóng điện nữa Nếu điện cực tịnh tiến đều để duy trì được chiều rộng khe hở ban đầu thì nó sẽ gia công ngày càng sâu hơn vào vật liệu phôi tạo

ra một âm bản của điện cực ở trong phôi

Tuy nhiên trong qua trình gia công, chính điện cực cũng bị hớt đi một lớp mỏng vật liệu của nó, tuy rất nhỏ so với lượng hớt vật liệu của phôi Sự hớt vật liệu từ điện cực này là không mong muốn vì nó gây ra sự mòn điện cực

Có thể giữ cho độ mòn điện cực là nhỏ nhất bằng cách chọn vật liệu điện cực phù hợp và phôi, và xác định sự đấu cực phù hợp Việc chọn các tham số ăn mòn điện cực cũng tác động lên độ mòn điện cực Chính do sự mòn điện cực mà nó gây ra sự không chính xác khi gia công

Độ mòn tương đối  của điện cực :

% 100

VE: Thể tích vật liệu bị mất đi ở điện cực

VW: Thể tích vật liệu phôi được hớt đi

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

_ Sự phối hợp điện cực/phôi

_ Dòng điện Ie, hay bước dòng điện

_ Độ kéo dài xung

_ Sự đấu cực

Giá trị độ mòn được xác định chủ yếu bởi sự phối hợp vật liệu điện cực/phôi Thông thường khi gia công các loại khuôn khác nhau người ta chọn các vật liệu cho điện cực và phôi theo bảng sau:

Bảng 2.1 Vật liệu và gia công điện cực

Kiểu khuôn Vật liệu gia

Đồng

Các bít Bạc Khuôn đúc

nhôm

Thép Thép Các bít

Thô Tinh Thô

Các bít Tinh D D A A

Khuôn

thiêu kết

Thép Thép Các bít Các bit

Thô Tinh Thô Tinh

5-10μRmax 10-20 20-30 30-50 50-100 100-200

10-20 20-30 30-50 50-100 100-200 Hơn 200

Chú thích cho các thông tin ở trên:

A: Điện cực đồng là tốt hơn điện cực Grafit khi gia công bề mặt tinh nhưng với

B: Khi gia công với dòng điện có cường độ (cắt thô) bằng điện cực đồng sẽ gây

ra ăn mòn lớn: Khi gia công với dòng điện có cường độ thấp (gia công tinh) bằng điện cực Grafit thì điện cực sẽ bị ăn mòn thấp

C: Với cường dòng điện cao thì thu được bề mặt thô hơn và dòng điện thấp hơn

sẽ thu được bề mặt tinh hơn

D: Với vật liệu của miếng gia công là cứng như các bít thì điện cực bằng các bít đồng và các bít bạc sẽ tốt hơn điện cực đồng và grafit Nếu vật gia công không quá cứng Ví dụ như thép thì điện cực đồng, grafit là tốt hơn

Dựa vào các đặc tính thời gian của sự phóng tia lửa điện người ta có thể nhận ra các đặc tính về điện Các đặc tính này chính là các thông số điều chỉnh quan trọng nhất của quá trình gia công

Mỗi máy phát của thiết bị gia công tia lửa điện đều có nhiệm vụ là cung cấp năng lượng làm việc cần thiết Trước đây người ta dùng các máy phát có tụ bù Nhược điểm của loại máy này là 50% năng lượng tích trữ trong điện trở nạp bị biến thành nhiệt Vì vậy, loại máy này có hiệu suất khoảng 50%

Ngày nay do sự phát triển của khoa học kỹ thuật các máy phát hiện đại của một thiết bị gia công tia lửa điện là một máy phát xung tĩnh Ở đây năng lượng được điều khiển bằng điện tử như phát xung tĩnh có ưu việt lớn ở độ linh hoạt của các thông số điều chỉnh Qua đó mỗi trường hợp gia công có thể được giải quyết dưới quan điểm là điện cực phải ít mòn nhất và chất lượng bề mặt gia công là tối ưu Muốn vậy, tất cả các thông số của quá trình gia công phải được điều chỉnh phù hợp

 2.7 Các vấn đề liên quan đến điện cực

2.7.1 Yêu cầu của vật liệu điện cực

Mọi vật liệu dẫn điện và dẫn nhiệt đều có thể dùng làm điện cực Nhưng để sử

dụng chúng một cách kinh tế và hiệu quả thì chúng phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

_ Có tính dẫn điện tốt

_ Có các tính chất nhiệt vật lý tốt như độ dẫn nhiệt, khả năng nhận nhiệt, có điểm nóng chảy và điểm sôi cao

_ Có độ bền mòn cao, tức độ bền vững trong gia công tia lửa điện Đây là tiêu chuẩn quan trọng nhất, nó được thể hiện bởi công thức về độ bền mòn E:

. c T m

_ Có tính gia công tốt, nghĩa là phải dễ gia công Đồng thời vật liệu điện cực phải rẻ, có khối lượng riêng nhỏ để có thể chế tạo các điện cực lớn nhưng không quá nặng làm ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của máy

2.7.2 Các loại vật liệu điện cực

Người ta phân biệt ba nhóm vật liệu điện cực:

_ Nhóm vật liệu kim loại: Đồng điện phân, đồng-volfram, bạc-volfram, đồng thau và thép

_ Nhóm vật liệu phi kim loại: Graphit

_ Nhóm vật liệu pha trộn kim loại- phi kim loại: Đồng- graphit

Ngoài ra, các vật liệu như: thép, volfram, nhôm, molipđen, hợp kim cứng chỉ được sử dụng làm điện cực trong một số ứng dụng đặc biệt

Dưới đây ta đi tìm hiểu một vài vật liệu điện cực phổ biến nhất trong gia công tia lửa điện

Trong nhóm vật liệu kim loại, thường dùng đồng điện phân và đồng- volfram Sau đây là một số vật liệu thông thường dùng làm điện cực:

- Đồng điện phân:

Đồng điện phân chứa ít nhất 99,92% Cu và tối đa 0,005% O2

Khối lượng riêng: 8,9g/cm3

Điểm nóng chảy: 10830C

Điện trở riêng: 0,0178 mm2/m

Đồng điện phân phù hợp để gia công thép Nó có thể được dùng nhiều lần để gia công thô hoặc gia công tinh Việc gia công đồng điện phân hầu như không có khó khăn gì nhưng khó hơn graphit Điện cực đồng điện phân cần được khử ứng suất nội

để tránh bị biến dạng do sự giải phóng ứng suất nội trong khi gia công tia lửa điện

Ưu điểm:

+ Điện cực đồng điện phân có độ hớt vật liệu cao và độ mòn nhỏ

Nhược điểm:

+ Điện cực bằng đồng điện phân nặng và có độ dãn nở vì nhiệt lớn

+ Điện cực bằng đồng điện phân dễ bị biến dạng nên khi làm các điện cực mảnh dẻ thì điện cực không ổn định về hình dáng

- Đồng -volfram:

Đồng-volfram gồm (65 80)% W, còn lại là đồng

Khối lượng riêng: 15 18 g/cm3

Điểm nóng chảy: khoảng 25000C

Điện trở riêng: 0,045 0,055 mm2/m

Điện cực bằng đồng- volfram có độ bền mòn cao là nhờ có mặt của volfram, có tính dẫn điện cao là nhờ có đồng Điện bằng đồng- volfram đạt được chất lượng bề mặt gia công tia lửa điện tương đương với điện cực đồng điện phân, nhưng đồng- volfram

có độ bền cao hơn Lượng hớt vật liệu tốt hơn đồng điện phân, nhưng tính gia công kém hơn

Nhược điểm lớn của đông- volfram là khối lượng riêng lớn và giá thành cao nên kích thước của điện cực bị giới hạn

- Graphit:

Graphit là cácbon tinh khiết với 0,1% tro

Khối lượng riêng: 1,6 1,85 g/cm3

Điện trở riêng: 8 15mm2/m

Độ bền gẫy: 200 700 kg/cm2

Graphit có cấu trúc gốm nên nó có độ bền hình dáng-nhiệt rất cao và hơn nữa,

nó rất bền nóng Graphit cũng thích hợp để gia công thép Khi gia công thép, nếu graphit đấu cực dương sẽ có độ mòn ít hơn so với đồng

Với đồng điện phân, nếu tăng cường độ phóng điện thì luôn luôn gắn với việc điện cực bị mòn nhiều hơn Nhưng ở graphit thì khác, nếu tăng cường độ phóng tia lửa điện thì sự mòn điện cực không đổi, chỉ khi dòng phóng tia lửa điện rất cao (trên 200A) thì mới có sự thay đổi độ mòn điện cực

+ Graphit có tính dẫn điện tốt, độ dẫn điện là 10 m

+ Graphit có độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều kim loại

+ Độ giãn nở nhiệt rất thấp, bằng 3.10-6/K và chỉ bằng 1/6 độ giãn nở nhiệt của đồng điện phân (17.10-6/K)

+ Dưới tác dụng của nhiệt trong quá trình gia công tia lửa điện các điện cực graphit vẫn giữ được hình dáng ngay cả khi các điện cực có thành mỏng và phức tạp

Nhược điểm:

+ Graphit dòn, làm yếu đôi chút quan hệ mài mòn ở góc điện cực

+ Graphit không thích hợp khi gia công tinh, do đạt độ nhám thấp Graphit có

độ hạt càng nhỏ thì càng đắt

- Đồng-graphit:

Khối lượng riêng: 2,43,2 g/cm3

Điện trở riêng: 35 mm2/m

Độ bền gẫy: 700900 kg/cm2

Để pha trộn ra đồng- graphit, người ta dùng phương pháp chân không, trong đó

để đồng điền đầy các lỗ hổng của graphit Do vậy trong quá trình gia công tia lửa điện,

đồng có xu hướng chảy ra khỏi các lỗ hổng của graphit nên chất lượng bề mặt gia công không được tốt như graphit

Vật liệu điện cực đồng-graphit chỉ dùng cho những nhiệm vụ đặc biệt vì nó rất đắc, nhưng nó có độ bền vững tốt hơn so với graphit nên thường được dùng làm các điện cực nhỏ cho các chi tiết tinh xảo

Vật liệu làm điện cực Vật liệu của phôi Tính cực của

Đồng Cácbít đồng Cácbít bạc Nhôm Đồng thau Vật liệu siêu cứng Thép

Đồng Cácbít đồng Cácbít bạc Nhôm

+ + + + + + +

-

- + + +

- +

-

-

- +

Thấp Cao Thấp Thấp Thấp Cao (chú ý 1) Thấp

Cao Cao Cao Thấp Thấp Cao Thấp Cao Cao Cao Thấp

Chú ý 1: Điện cực đồng gia công hợp kim siêu cứng

“+” Điện cực sử dụng để cắt thô

“-” Điện cực sử dụng để cắt tinh

Chú ý 2: Điện cực Graphit gia công thép

“+” Điện cực sử dụng với kiểu làm khuôn lỗ

“-” Điện cực sử dụng với kiểu làm khuôn cắt đứt

 2.8 Các vấn đề liên quan đến dung dịch điện môi

Nhiệm vụ của chất điện môi

Chất điện môi (Dielectric) có bốn nhiệm vụ chính sau đây:

Nhiệm vụ bao trùm 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

Thép Đồng Nhôm Đồng thau Vật liệu siêu cứng Thép

Thép

+

-

- +

- + +

-

- +

Thấp Cao Cao Thấp (chú ý 2) Cao

Thấp Cao Cao Cao Cao