THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

*Ảnh hưởng chung của chất điện môi lên kết quả gia công: Các ảnh hưởng Lượng hớt vật liệu Chất lượng bề mặt gia công Khe hở phóng điện Độ nhớt cao Tăng khi gia công thô Tốt hơn gia côn

Trang 1

Họ và tên sinh viên

Lớp:

Ngành

: : Chế Tạo Máy

I - Tên đề tài tốt nghiệp:

THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

II - Các số liệu ban đầu :

Có các thông số của máy chuẩn Và dựa vào các thông số đó để tính toán

III- Nội dung thuyết minh :

A Phần lý thuyết :

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

PHẦN 2 : CƠ SỞ LÍ THUYẾT GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

PHẦN 5 : SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN

B Phần tính toán và thiết kế máy:

PHẦN 3: THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY

PHẦN 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY

Trang 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH

2

VII - Ngày hoàn thành thiết kế tốt nghiệp: Ngày 10 tháng 06 năm 2018

Thông qua Khoa/Bộ môn Đà nẵng, Ngày tháng năm 2018

Ngày tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn

TRƯỞNG KHOA/ BỘ MÔN

Kết quả điểm đánh giá Sinh viên đã hoàn thành

và nộp đồ án tốt nghiệp cho khoa Ngày tháng năm 2018

Sinh viên ký tên Chủ tịch hội đồng Phan Đình Quyên

Bảo vệ tốt nghiệp

Trang 3

3

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

Họ và tên SV :

Nội dung ĐATN bao gồm các vấn đề sau:

1 Nhu cầu thực tế của đề tài:

Hiện nay, máy cắt dây bằng tia lửa điện đang được sử dụng rộng rãi trong các nhàmáy, xưởng cơ khí Thay thế dần cho các máy công cụ truyền thống Nó có thể giacông được nhiều loại vật liệu khác nhau mà không cần quan tâm đến độ cứng haychất lượng vật liệu.Nhưng vật liệu phải dẫn điện Vì vậy, nhu cầu của máy cắt dâybằng tia lửa điện hiện nay đang khá cần thiết trong quá trình gia công kim loai

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

Ứng dụng cho tất cả máy cắt dây bằng tia lửa điện

3 Nội dung đề tài đã thực hiện :

 Số trang thuyết minh: 99 trang

 Đã tính toán thiết kế các phần chính như sau:

1 Tính toán các thông số của bàn máy theo phương X

2 Tính toán các thông số của bàn máy theo phương Y

3 Chọn thông số của ru lô

 Không có mô hình nhưng có kèm CD

Đà Nẵng, Ngày 21 tháng 5 năm 2016 Sinh viên thực hiện và ghi rõ họ tên SV

Trang 4

4

LỜI NÓI ĐẦU Đổi mới công nghệ luôn luôn là nhu cầu cấp bách của mọi nền sản xuất và của mọi quốc gia Đối với nền cồn nghiệp cơ khí , các phương pháp gia công truyền thống như: đúc, rèn ,dập, phay, bào,tiện……không còn đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của sự phát triển sản phẩm trong thời đại hiện đại nữa.Ngày nay, trong đời sống và sản xuất suất hiện nhiều sản phẩm hoặc chi tiết có hính dạng phức tạp và được làm từ các vật liệu khó gia công cắt gọt Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển các phương pháp công nghệ mới , trong đó có gia công tia lửa điện Mà cụ thể là gia công bằng máy cắt dây EDM ( Electrical Discharge Machining)

Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong ngành cơ khí của trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng em đã kết thúc khoá học

và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định Được sự đồng ý của nhà trường và thầy

cô giáo trong khoa em được giao đề tài tốt nghiệp : “ THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY BẰNG TIA LỬA ĐIỆN ”

Đồ án tốt nghiệp của em gồm 5 phần :

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN PHẦN 2 : CƠ SỞ LÍ THUYẾT GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

PHẦN 3: THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY

PHẦN 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY

PHẦN 5 : SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN

Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy giáo TS Lưu Đức Bình, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn Do thời gian làm

đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót

Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh viên để bài đồ án này hoàn thiện hơn nữa Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo,

TS Lưu Đức Bình, các thầy cô giáo trong khoa cơ khí đại học Bách Khoa Đà Nẵng

đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua

Đà Nẵng ngày 18 tháng 5 năm 2016

Trang 5

5

MỤC LỤC

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN 9

I ) Lịch sử và sự phát triển 9

1 ) Lịch sử 9

2) Sự phát triển 9

II ) Thị trường máy gia công tia lửa điện trên thế giới 10

III ) Nguyên lý gia công 11

IV ) Phân loại các phương pháp gia công bằng EDM 12

1 ) Gia công xung định hình 13

2 ) Gia công bằng phương pháp cắt dây 13

V.Đặc điểm của gia công tia lửa điện: 14

1 Điện Cực: 14

a) Các yêu cầu của điện cực: 14

b.Các loại vật liệu điện cực 14

2.Chất Điện Môi 16

a.Nhiệm vụ của chất điện môi 16

Vì vậy phải có hệ thống dòng chảy của chất điện môi để vận chuyển các phần tử đã ăn mòn đó đi khỏi khe hở phóng điện và đảm bảo chất điện môi sạch cho khe hở b.Các chất điện môi và tiêu chuẩn đánh giá chung 17

VI.Thiết bị gia công tia lửa điện 21

1) Các bộ phận của máy gia công bằng tia lửa điện: 21

2) Một số loại máy trên thị trường 22

VII Khả năng công nghệ 23

VIII Ưu và nhược điểm của gia công bằng tia lửa điện 23

IX Một số sản phẩm và ứng dụng 24

PHẦN 2 : CƠ SỞ LÍ THUYẾT GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN 25

I ) Bản chất của quá trình phóng tia lửa điện 25

1 ) Pha 1 :Sự đánh lửa 25

2) Pha 2 : Sự hình thành kênh phóng điện 25

3) Pha 3: Nóng chảy và bốc hơi vật liệu 26

II) Cơ cấu tách vật liệu 27

III) Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện 28

Trang 6

6

IV ) Lượng hớt vật liệu 30

V) Chất lượng bề mặt khi gia công tia lửa điện 30

VI ) Sự mòn điện cực 32

VII) Độ chính xác khi gia công tia lửa điện 33

VIII ) Các hiện tượng xấu khi gia công tia lửa điện 35

PHẦN 3: THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY 37

I ) Giới thiệu 37

II ) Cơ cấu máy cắt dây 38

1 ) Hệ thống điều khiển 38

2 ) Nguồn cung cấp và máy tính 42

3 ) Chất điện môi và bộ lọc 45

4) Phần cơ khí 47

III ) Hệ thống tia lửa trong quá trình gia công 48

1 ) Tia lửa xảy ra ở điểm gần nhất 48

2) Các loại nguồn cung cấp năng lượng 50

3) Nguồn cung cấp dạng sóng 51

4 ) Thời gian bật và tắt của tia lửa điện 52

IV) Nguồn năng lượng ( điện ) 52

1 ) Hệ thống cung cấp năng lượng 52

a ) Thời gian các tia lửa bật và tắt 53

b ) Sự phát triển của transistor chân không 54

c ) Số chỉ ampe 54

d ) Tăng năng lượng đầu ra của tia lửa điện 55

e ) Chu trình làm việc 57

V ) Hệ thống tùy động của máy cắt dây 59

VI ) Chất điện môi cung cấp cho máy 61

1 ) Chức năng của chất điện môi 61

a ) Mô tả về chất điện môi 61

b ) Làm mát điện cực và phôi 62

c ) Làm mát cho các phoi thoát ra 62

d )Loại bỏ các phoi trong khi gia công 62

Trang 7

7

f ) Độ nhớt chất điện môi 63

2 ) Hệ thống chứa chất điện môi 63

a ) Hệ thống dẫn nước 63

b ) Nhiệt độ nước 64

c ) Giám sát hệ thống nước bằng máy tính 65

PHẦN 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY 67

I ) Thông số của máy chuẩn 67

II) Thiết kế hệ dẫn động của bàn máy 68

1 ) Một số đặc điểm của bộ truyền 68

2 ) Cơ sở tính toán cho truyền động của bàn máy 68

a ) Tính mô men quay 69

b ) Mô men quán tính 70

3 ) Tính toán bộ truyền 71

a ) Chọn bộ truyền: 71

b ) Vật liệu 71

c) Các bước tính toán bộ truyền 72

d) Tính toán bộ truyền 72

III ) TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ 77

1 Các thông số đầu vào: 77

2 Tính toán momen quy đổi 78

a) Momen ma sát quy đổi 78

b) Momen trọng lực quy dổi 79

3 Tính toán momen quán tính tải quy đổi về trục động cơ 79

a) Momen quán tính của bàn máy 80

b) Momen quán tính của vít me 80

c)Momen quán tính quy đổi về trục động cơ 80

4 Vận tốc lớn nhất của trục vít 80

5 Lựa chọn sơ bộ động cơ 80

a) Tiêu chí lựa chọn động cơ 80

b)Lựa chọn sơ bộ 81

6 Chọn động cơ quay ru lô………78

Trang 8

8

IV ) Giới thiệu bộ điều khiển 81

1) Hệ thống điều khiển tự động 84

a) Điều khiển tự động 84

b) Hệ thống điều khiển tự động (Hệ thống ĐKTĐ) 84

c) Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển tự động 84

d) Hệ thống điều khiển vòng hở và vòng kín 85

e) Quá trình quá độ và quá trình xác lập 86

2 Mô hình hóa, khảo sát và thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động trong máy cắt dây EDM 87

a)Mô hình hóa hệ thống điều khiển 87

b) Xét tính ổn định của hệ thống 90

3) Thiết kế bộ điều khiển PID 91

a) Sơ lược về mô hình điều khiển PID 91

b) Tính toán chọn lựa bộ thông số PID 92

PHẦN 5 : SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN 94

I)Sử dụng 94

1 Công tác chuẩn bị trước khi làm: 94

2 Điều chỉnh giá dây: 94

3 Kiểm tra bàn thao tác: 94

4 Kẹp linh kiện 94

5 Điều chỉnh của bánh dẫn: 95

6 Các bước thao tác 95

II)Một số lỗi 96

1) Các sự cố thường gặp ở bộ phận điện của máy cắt dây và phương pháp loại bỏ 97

2) Các sự cố thường gặp ở mạch cao tần và phương pháp loại bỏ 98

3) Các sự cố thường gặp ở mạch điện khởi động và phương pháp loại bỏ 99

4) Các sự cố thường gặp của máy tính và phương pháp loại bỏ 100

5) Phân tích các nguyên nhân đứt dây khi cắt 100

III)Bảo trì máy 101

Trang 9

và đã giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến mô hình tính toán quá trình gia công EDM Trong thập niên 1970 đã xảy ra cuộc cách mạng về gia công trên máy cắt dây EDM nhờ vào việc phát triển các máy phát xung công suất lớn, các loại dây cắt và các phương pháp sục chất điện môi hữu hiệu

- Hiện nay, các máy EDM đã được thiết kế khá hoàn chỉnh và quá trình gia côngđược điều khiển theo chương trình số

- Cho đến nay phương pháp gia công bằng tia lửa điện (Electrical DischargeMachining –EDM) được phát triễn khá rộng rãi ở các nước phát triễn Nhiều loại máy hoạt động trong lĩnh vực EDM đã được sản xuất với nhiều kiểu khác nhau để phục vụ cho những mục đích khác nhau

- Các hệ thống CNC trên thị trường đã có tiến bộ rất nhiều, đặc biệt là máy cắt dây

- Các hệ thống điều khiển CNC trong nhiều năm qua đã có mặt ở các máy xung địnhhình, nhưng đã mất nhiều thời gian hơn để có thể tận dụng khả năng của chúng Các chuyển động hành tinh hay chuyển động công tua của một điện cực đều có hình dáng đơn giản cho phép gia công xung định hình có hình dáng phức tạp Ưu điểm của

Trang 10

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

- Ở các máy xung dịnh hình, nhờ hệ thống điều khiển CNC mà không cần người điềukhiển máy có kinh nghiệm mà vẫn đạt được hiệu quả và chất lượng gia công cao Điều kiện gia công thay đổi rất nhiều trong gia công xung định hình, đến mức rất khó phát triễn chiến lược điều khiển tùy chọn phù hợp với tất cả các hoàn cảnh Một số nhà chế tạo máy như MITSUBISHI cung cấp hệ thống điều khiển liện hệ ngược mà trong những điều kiện khó khăn nhất cũng cho kết quả tốt hơn so với kết qua do người đứng máy có kinh nghiệm thực hiện.Trong mọi trường hợp, hầu hết các máy đều có tự động hóa cao cho phép làm việc rất lâu mà không càn 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 và khả năng lập trình và mức độ tự động hóa trong gia công tia lửa điện đã tăng lên rất nhiều

II Thị trường máy gia công tia lửa điện trên thế giới.

- Việc bán các máy gia công tia lửa điện trên thế giới tăng 6% mỗi năm và vào cuốinhững năm 90 là vào khoảng 12000 máy

- Nhật bản là nước sản xuất và sử dụng máy gia công bằng tia lửa điện nhiều nhất,chiếm 35% tổng số lượng máy trên thế giới Thứ hai là châu Âu với 30%, Mỹ đứng thứ 3 với 15% còn châu Á đạt 12% trong 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 đến những máy nhỏ và những máy gia công tế vi Từ những máy

rẻ, ít tự động hóa (10000-15000) USD/máy của Trung Quốc, Đài Loan, đến các loại máy lên đến vài trăm nghìn USD/máy của Tây Âu hay Nhật Bản hoàn toàn tự động hóa với hệ thống CAD/CAM hiện đại

Trang 11

11

- Đối với người sử dụng, điều quan trọng là phải xác định yêu cầu cụ thể phù hợp vớisản phẩm và qui mô sản xuất của mình, sau đó cần phân tích các tùy chọn sẵn có của nhà cung cấp máy ở mọi góc độ Từ đó đưa ra quyết định đúng đắn trước khi mua

III Nguyên lý gia công.

số cao, tạo ra một loạt tia lửa điện giữa điện cực và bề mặt chi tiết và bóc đi một lớp kim loại bởi sự ăn mòn của nhiệt độ và sự hóa hơi Trên hình 1, chi tiết gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn điện cực thì gắn với đầu máy Một động cơ servo DC hoặc xylanh thủy lực để điều khiển điện cực theo phương thẳng đứng và duy trì một vị trí thích hợp của điện cực so với chi tiết gia công Vị trí này được điều chỉnh một cách tự động với sự chính xác cực kỳ nhờ hệ thống servo và nguồn cung cấp Trong quá trình vận hành máy thông thường điện cực không bao giờ chạm bề mặt chi tiết, giữa chúng có một khe hở phóng điện nhỏ

- Trong quá trình vận hành, đầu máy di chuyển điện cực tiến đến bề mặt chi tiếtđến khi giữa chúng tạo thành một khoảng cách mà ở đó điện thế có thể làm ion hoá dung dịch điện môi và cho phép một tia lửa điện đi qua từ điện cực đến bề mặt chi tiết gia công Những tia lửa điện này ở dưới dạng xung, phóng và tắt với tần số cao,

và có thể đạt đến 250.000 lần trên một giây Các tia lửa điện luôn di chuyển trong

Trang 12

+ Trong gia công EDM chất điện môi cũng thực hiện chức năng của môi trườnglàm nguội và làm giảm nhiệt độ cực kỳ cao trong khe hở phóng điện Quan trọng hơn, dung dịch điện môi được bơm vào theo khe hở hình cung để đẩy đi những hạt

bị xói mòn giữa chi tiết và điện cực Sự sục rửa thích hợp làm cho quá trình bóc vật liệu đạt hiệu quả cao Bởi vì EDM ăn mòn kim loại bằng việc phóng tia lửa điện thay cho các dụng cụ cắt gọt tạo phoi nên độ cứng vật liệu không trở thành nhân tố quyết định xem vật liệu đó có thể gia công bằng EDM hay không Các điện cực kim loại hoặc than chì mềm có thể gia công các loại thép dụng cụ đã tôi hoặc tungsten carbide (cacbít vonfram) Đây là một trong những lợi ích hấp dẫn của việc sử dụng phương pháp EDM Có thể nhiệt luyện chi tiết trước rồi sau đó có thể gia công bằng EDM Điều này loại bỏ rủi ro của những hư hại và biến dạng có thể biến những chi tiết đắt tiền thành phế liệu trong khi xử lý nhiệt

IV Phân loại các phương pháp gia công bằng EDM:

Gia công EDM có thể phân thành các loại sau:

 Gia công xung định hình EDM (die sinking EDM hay ram-EDM)

 Gia công EDM bằng dây cắt (wire-cut EDM hay wire EDM)

 Gia công vi EDM (micro EDM)

 Khoan EDM (EDM drilling)

 Máy lấy mũi taro bị gãy (broken tap remover)

Thế nhưng, trong 5 loại này thi chỉ có 2 loại là được sử dụng rộng rãi hiện nay Đó là gia công xung định hình và gia công EDM bằng dây cắt

Trang 13

13

1 Gia công xung định hình.

- Phương pháp “xung định hình” là phương pháp mà trong đó chi tiết được chế tạonhờ điện cực có hình dáng giống như chi tiết sau khi gia công

- Chi tiết gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn điện cực thì gắn trên đầu máy Mộtđộng cơ servo DC hoặc xilanh thủy lực dể điều khiển điện cực theo phương thảng đứng hoặc duy trì ở một vị trí nhất định

- Cả chi tiết và điện cực đều được ngâm trong dung dịch điện môi Dung dịch nàyđóng vai trò như chất cách điện để điều khiển sự phóng tia lửa điện

2 Gia công bằng phương pháp cắt dây

- Là phương pháp cắt chi tiết trong đó có sự chuyển động tương đối giữa dây vàphôi Điện cực là một sợi dây kim loại (d = 0.1 – 0.3) mm được quấn liên tục và chay dọc trục theo một đường đi xác định

- Vật liệu làm dây có thể bằng đồng đỏ, đồng thau molipđen, bạc…

- Các dây cắt có thể phủ một lớp kẽm, oxyt kẽm hoặc grafit để nâng cao độ bền củadây cũng như cải thiện khả năng sục chất điện môi vào khu vực cắt

- Giữa gia công bằng điện cực thỏi và gia công bằng dây cắt có một số khác biệt sau:

Trang 14

- Vùng phóng điện khi gia công bằng điện cực thỏi bao gồm mặt đầu và góc của điệncực Còn vùng phóng điện khi gia công bằng dây cắt chỉ bao gồm mặt 180o của dây cực khi nó tiến đến cắt chi tiết gia công

V Đặc điểm của gia công tia lửa điện:

- Ba đặc điểm lớn của công nghệ này là:

+ Điện cực (đóng vai trò dụng cụ) lại có độ cứng thấp hơn nhiều lần so với độcứng của phôi Nói nôm na là lấy cái mềm để cắt cái cứng

+ Vật liệu dụng cụ và vật liệu phôi đều phải dẫn điện

+ Khi gia công phải sữ dụng một chất lỏng điện môi, đó là một dung dịch khôngdẫn điện ở điều kiện bình thường

1 Điện cực.

1.1 Các yêu cầu của điện cực

- Mọi vật liệu dẫn điện và nhiệt đều có thể dùng làm điện cực nhưng để sữ dụnghiệu quả thì nó phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Có tính gia công tốt nghĩa là phải dể gia công

+ Có khối lượng riêng nhỏ để không ảnh hưỡng đến khả năng chịu tải trọngcủa máy

1.2 Các loại vật liệu điện cực

- Người ta phân biệt 3 nhóm vật liệu điện cực:

Trang 15

15

 Nhóm vật liệu kim loại: đồng điện phân, đồng-volfram, bạc volfam, đồngthau thép

 Nhóm vật liêu phi kim loại: graphit

 Nhóm vật liệu pha trôn kim loại-phi kim loại: đồng – graphit

- Ngoài ra còn có thể sữ dụng các vật liệu như: thép volfa, nhôm, molipden, hợpkim cứng… như chỉ sữ dụng trong một số trường hợp đặc biệt

 Đồng điện phân:

- Đồng điện phân chứa ít nhất 99.92% Cu và tối đa 0.005% O2.

+ Khối lượng riêng: 8.9 g/cm3

+ Khối lượng riêng: 15-18 g/cm3

+ Điểm nóng chảy: khoảng 25000C

- Đây là cácbon tinh khiết với 0.1%tro

+Khối lượng riêng: 1.6-1.85 g/cm3

+Điểm nóng chảy: khoảng 25000C

Trang 16

16

+Điện trở riêng : 8-15

+Độ bền gẫy: 200-700kg/cm2

+Graphit rất bền nóng Graphit được nối với cực dương sẽ có độ mòn ít hơn

- Graphit có điện trở riêng lớn hơn vài trăm lần so với đồng điện phân ở đồngđiện phân nếu tăng cường độ phóng điện thì điện cực càng mau mòn Còn ở graphit thì ngược lại nó sẽ ổn định, trừ trường hợp khi dòng điện quá lớn 200A thì mới có

sự thay đổi về độ mòn điện cực

 Hiện nay có nhiều loại graphít nên mỗi loại có một ứng dụng riêng của nó

- Dựa vào công dụng người ta phân chia các loại graphit gia công thô đa nănghoặc gia công tinh

- Graphit được gia công cơ rất dễ dàng nó được chế tạo nhanh hơn đồng gấp 10lần nhưng tạo bụi đen làm ô nhiễm nhà xưởng

- Graphit không bị nóng chảy ở 36000C

- Qui trình chế tạo graphít có thể tóm tắt gồm 5 bước sau đây:

+ Sơ chế nguyên liệu thô

- Đường kích d của điện cực phụ thuộc vào 3 yếu tố:

+ Đường kính D của lòng khuôn cần gia công

+ Khe hở Fs giữa lòng khuôn và điện cực

+ Độ cao nhấp nhô cực đại Rmax và khe hở Fs đều được đưa vào công thức dcủa điện cực

- Khi gia công tinh co độ nhám Rmax rất nhỏ so với khe hở phóng điện Fs nên cóthể bỏ qua Rmax trong công thức tính đường kính d cua r điện cực chỉ còn lại Fs

2 Chất điện môi.

2.1 Nhiệm vụ của chất điện môi

Trang 17

Nhiệm vụ quan trọng của chất điện môi là cách điện giữa cực và phôi

Nó phải đảm bảo sự cách điện 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 dòng phóng tia lửa điện đi qua

Chất điện môi dùng trong thực tế ít khi nguyên chất ,vì vậy phải qua hệ thống lọc -Iôn hóa:

Chất điện môi phải tạo ra nên những điều kiện tối ưu cho sự phóng điện, nghĩa là

nó phải được ion hóa ở vào thời điểm chuẩn bị phóng điện nghĩa là phải tạo mộtphóng điện

-Làm nguội

Ở kênh phóng điện trong thời gian cực ngắn nhiệt độ có thể lên đến 100000C nhiệt ở đây cần được chuyển đi nếu không thì độ mòn điện cực sẽ tăng lên.Bề mặtphôi cũng bi hư hại do quá nhiệt,bản thân chất điện môi cũng không được phép quánhiệt

-Vận chuyển phôi:

Nếu chất điện môi không sạch thì gây ra sự không chính xác và các khuyết tậtquá trình

Vì vậy phải có hệ thống dòng chảy của chất điện môi để vận chuyển các phần tử

đã ăn mòn đó đi khỏi khe hở phóng điện và đảm bảo chất điện môi sạch cho khe hở

.b.Các chất điện môi và tiêu chuẩn đánh giá chung

Có hai loại chất điện môi dung cho 2 phương pháp gia công tia lữa điện khác nhau

- Hydrocacbon chủ yếu dùng cho xung định hình

- Nước khử khoáng chủ yếu dùng cho cắt dây

Ngoài ra còn có một chất điện môi mới dựa trên thành chính là nước.nó có độ nhớt tốt hơn nước và hiệu quả làm nguội tốt hơn dầu

Trang 18

+ Các dẫn xuất của xăng.

- Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi

+ Bền lâu, ít hao phí

+ Vệ sinh, không hại da, không độc hại, không khó ngửi

+ Có điểm cháy tương đối cao

+ Có mật độ, độ đậm đặc nhất định

+ Có mật độ trong suốt để dễ quan sát vùng gia công

+ Có độ nyhớt nhất định

+ Có khả năng dẫn điện với điều kiện nhất định

+Cách điện ở điều kiện bình thường

+ Có khả năng truyền điện áp

+ Có khả năng bị ôxi hóa

+ Có khả năng được lọc sạch

+ Giá cả phải chăng

Trong các tiêu chuẩn trên, đáng quan tâm hàng đầu là độ nhớt của chất điện môi,

vì nó ảnh hưởng trực tiếp lên kênh phóng điện độ nhớt đặc trưng cho ma sát trong

là trợ lực của chất lỏng đối với sự cháy Độ nhớt đo bàng mm2 /s độ nhớt quyết định sự mở rộng kênh phóng điện

+ Độ nhớt của chất điện môi càng cao thì kênh phóng điện được tập trung hơn, hiệuquả phóng điện cao hơn

+ Để gia công thô, sử dụng chất điện môi có độ nhớt cao với giá trị độ nhớt đến 4

mm2 /s để gia công, sử dụng chất điện môi sử dụng chất điện môi có độ nhớt thấp với giá trị độ nhớt độ nhớt đến 2 mm2 /s

*Các yếu tố an toàn của chất điện môi

- Vì nhiệt độ trong khe phóng điện rất cao, bản thân chất điện môi trở nên rất mỏngnên rất cần tránh dùng các chất điện môi có điển chấy thấp (dễ cháy)

- Mặt khác phải chắc chắn rằng rằng khí bốc hơi và các sản phẩm lắng cặn của chấtđiện môi phải không có hại cho sức khỏe

Trang 19

- Khi gia công tia lửa điện cắt dây thì dùng nước khử khoáng Khi đó do khe hở nhỏnên ít có vấn đề liên quan đến sự bốc hơi của của các bọt khí được tạo nên trong chât điện môi Tuy nhiên nước khử khoáng đòi hỏi các chất kiềm chế

*Các loại dòng chảy chất điện môi:

+Dòng chảy bên ngoài

+Dòng chảy áp lực từ điện cực hoặc từ phôi

+Dòng chảy hút qua điện cực hoặc qua phôi

+Dòng chảy phối hợp

+Dòng chảy nhắp

+Dòng chảy chuyển động điện cực

*Ảnh hưởng chung của chất điện môi lên kết quả gia công:

Các ảnh hưởng Lượng hớt vật

liệu

Chất lượng bề mặt gia công

Khe hở phóng điện

Độ nhớt cao Tăng khi gia

công thô

Tốt hơn (gia công thô) Lớn hơn

Qui trình gia công tia lửa điện có thể chia làm 9 bước và mối quan hệ giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện được thể hiện như sau:

+ Bước 1: Hai điện cực được tiến lại gần nhau giữa điện cực và bề mặt chi tiết làmột lớp dầu cách điện (dung dịch chất điện môi) Dung dịch bị phá vỡ để chuyển thành những hạt ion Vùng điện trường mạnh nhất ở hai điểm gần nhau nhất

+ Bước 2: Khi số lượng hạt tăng thì tính chất cách điện của dung dịch điện môi bắtđầu giảm dọc theo một kênh hẹp chính giữa là vùng điện trường mạnh nhất bắt đầu giảm mạnh Điện áp đã tăng tối đa nhưng cường độ dòng điện vẫn bằng không

Trang 20

+ Bước 5: Một bọt hơi nước bắt đầu giãn ra, nhưng sự giãn này bị giới hạn bởi mộtluồng ion hướng về kênh phóng tia lửa điện Những hạt ion này bị hút bởi vùng điện trường cao mãnh liệt đã được hình thành Dòng điện tiếp tục tăng, điện áp giảm

+ Bước 6: Gần cuối thời điểm phóng điện, dòng điện và điện áp đã được thiết lập,nhiệt độ và áp suất bên trong bọt hơi nước đạt cực đại, và một số kim loại bị bóc ra Lớp kim loại ngay bên dưới cột tia lửa điện ở trạng thái nóng chảy, nhưng nó vẫn còn được giữ trên bề mặt bởi áp suất của bọt hơi nước Kênh phóng điện bây giờ bao gồm một kênh plasma cực nóng được tạo bởi hơi kim loại, chất điện môi và carbon với dòng điện cực lớn đi qua nó

+ Bước 7: Lúc bắt đầu thời điểm kết thúc phóng điện, dòng điện và điện áp giảmxuống tới không Nhiệt độ giảm xuống rất nhanh, bọt hơi nước vỡ tan và phần kim loại nóng chảy hoá hơi bị bật ra khỏi bề mặt chi tiết gia công

+ Bước 8: Dung môi mới được đưa vào bằng tia và mang đi những mảnh vụn trên

bề mặt chi tiết, đồng thời dung môi cũng tôi bề mặt chi tiết Mang đi những kim loại hoá hơi bị đông đặc Phần kim loại nóng chảy không bị bong tách đông cứng lại hình thành một lớp như lớp kết tinh lại (recast layer)

+ Bước 9: Những phần kim loại bị bóc ra đông đặc lại thành những hạt hình cầunhỏ được dung dịch điện môi mang đi vơi một ít carbon của điện cực Những hơi nước còn lại nổi lên mặt Các mảnh vụn có thể tập hợp tạo nên sự phóng điện không mong muốn Trường hợp này có thể tạo nên hồ quang một chiều có thể gây hại đến bề mặt chi tiết và điện cực Trình tự đóng/tắt này đại diện cho một chu kỳ EDM, nó có thể đạt tới 250.000 lần trong một giây Có thể chỉ có một chu kỳ xảy ra tại bất kỳ thời điểm nào đã cho

Trang 21

21

VI.Thiết bị gia công tia lửa điện

1) Các bộ phận của máy gia công bằng tia lửa điện:

Các bộ phận chính của máy gia công bằng tia lửa điện( gia công xung định hình EDM)

Các bộ phận chính của máy gia công cắt dây bằng tia lửa điện

Trang 22

22

2) Một số loại máy trên thị trường

Máy gia công xung định hình EDM

Máy cắt dây EDM

Máy khoan EDM

Trang 23

23

Máy lấy mũi taro gãy

VII Khả năng công nghệ

Bề mặt chi tiết được gia công EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia công thô và Ra

= 0,16µm khi gia công tinh Thông thường độ chính xác gia công vào khoảng 0,01mm

Ở các máy khoan tọa độ EDM độ chính xác gia công đạt đến 0,0025mm

Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các phương pháp gia công không truyền thống không làm được như thép tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng Nó cũng gia công được các chi tiết hệ lỗ có hình dáng phức tạp

VIII Ưu và nhược điểm của gia công bằng tia lửa điện

 Ưu điểm

- Gia công được các loại vật liệu có độ cứng tùy ý

- Điện cực có thể sao chép hình dạng bất kì, chế tạo và phục hồi các khuôn dập bằngthép đã tôi

- Chế tạo các lưới sàn, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng những điện cựcrất mảnh

- Gia công các lỗ có đường kính rất nhỏ, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kínhlớn

- Do không có lực cơ học nên có thể gia công hầu hết các loại vật liệu dễ vỡ, mềm…

mà không sợ bị biến dạng

- Do có dầu trong vùng gia công nên bề mặt gia công được tôi trong dầu

 Nhược điểm

- Phôi và dụng cụ (điện cực) đều phải dẫn điện

- Vì tốc độ cắt gọt thấp nên phôi trước gia công EDM thường phải gia công thô trước

- Do vùng nhiệt độ tại vùng làm việc cao nên gây biến dạng nhiệt

Trang 24

- Biến cứng bề mặt chi tiết làm tăng khả năng mài mòn

- Chế tạo và phục hồi các khuôn dập đã tôi và khuôn bằng hợp kim cứng

- Các lưới sàng, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng điện cực rất mảnh

- Mài phẳng, mài tròn, mài sắc hoặc làm rộng lỗ

- Gia công các lỗ có đường kính nhỏ Ø 0,15mm của các vòi phun cao áp có năng suấtcao (từ 15 đến 30s/chiếc), gia công lỗ sâu từ 60mm cho sai số 5µm Các lỗ Ø 0,05mm – 1mm với chiều sâu lớn như các lỗ làm mát trong cánh tuabin làm bằng hợp kim siêucứng, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lên đến 67

- Lấy các dụng cụ bị gãy và kẹp trong chi tiết (bulông, tarô…)

- Gia công khuôn mẫu và các chi tiết cần độ chính xác cao bằng vật liệu hợp kimcứng…

Một số sản phẩm:

Trang 25

25

PHẦN 2 : CƠ SỞ LÍ THUYẾT GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

I ) Bản chất của quá trình phóng tia lửa điện

Hiệp hội kỹ sư Đức (VDI) đã định nghĩa về sự phóng tia lửa điện là “ sự tách vật liệu nhờ tia lửa điện”

Một điện áp được đặt giữa điện cực và phôi ( chèn hình)

Không gian giữa hai điện cực được điền đầy bởi một chất lỏng cách điện được gọi là chất điện môi

Cho 2 điện cực áp lại gần nhau, đến một khoảng nào đó thì sẽ xảy ra sự phóng tia lửa điện Một dòng điện xuất hiện một cách tức thời

Khi phóng tia lửa điện các điện cực không tiếp xúc với nhau.Nếu chúng chạm vào nhau thì sẽ không có tia lửa điện mà xảy ra một dòng ngắn mạch, có hại đối với quá trình gia công Nếu khe hở lớn quá thì sẽ không có hiện tượng phóng tia lửa điện, làm giảm năng suất gia công

Trong một chu kì phóng tia lửa điện có 3 chu kì như sau:

1) Pha 1 :Sự đánh lửa

Máy phát tăng điện áp khởi động qua một khe hở (đóng điện áp máy phát u1) bắtđầu phát ra điện tử và chúng bị hút về phía điện cực dương( anot) Sự phát điện tử gây ra sự tang cục bộ tính dẫn điện của chất điện môi ở khe hở Các bề mặt của 2 điện cực không hoàn toàn phẳng Điện trường sẽ mạnh nhất ở 2 điểm gần nhau nhất Chất điện môi bị ion hóa Tất cả các phần tử dẫn điện (điện tử và ion dương) đều hội tụ quanh điểm này trong khoảng không gian giữa hai điện cực và chúng tạo nên một cái cầu Một kênh phóng điện đột nhiên được hình thành ngang qua cầu Sự phóng điện được bắt đầu

2) Pha 2: Sự hình thành kênh phóng điện

Ở thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm Số lượng các phần tử dẫn điện(điện tử và ion dương) tăng lên một cách khủng khiếp và dòng điện chạy giữa các điện cực Dòng điện này cung cấp một dòng năng lượng khổng lồlàm cho dung dịch

Trang 26

26

điện môi bốc hơi cục bộ áp suất trong các bong bóng hơi đấy các dung dịch điện môi sang hai bên.Nhưng có độ nhớt nên chất điện môi tạo nên một sự cản trở hạn chế sự lớn lên của kênh phóng điện giữa các điện cực

3) Pha 3: Nóng chảy và bốc hơi vật liệu

Lõi của bọt hơi bao gồm một kênh plasma Plasma này là một chất khí có lẫn các điện tử và ion dương ở áp suất cao và nhiệt độ lớn (10000 0C) Khi kênh plasma này được tạo thành đầy đủ thì điện áp qua khe hở đạt tới điện áp phóng tia lửa điện Ue Gía trị của điện áp Ue là một gái trị hằng số vật líphụ thuộc vào sự phối hợp vật liệu katot/anot Và bằng 25V đối với cặp vật liệu đồng/thép

Chất điện môi giữ kênh plasma và cũng là giữ cho năng lượng có một độ tập trung cục bộ Sự va chạm của các điện tử lên anot và của các ion dương lên katot làm nóng chảy và bốc hơi điện cực

Máy phát sẽ ngắt dòng điện sau khi đã diễn ra một xung có hiệu quả Điện áp bị mất đột ngột Kênh phóng điện biến mất Áp suất cũng bị mất đột ngột Điều này khiến cho kim loại nóng chảy bất ngờ, bị đẩy ra khỏi kênh phóng điện và bốc hơi

Sự phóng điện có thể xảy ra trong khoảng vài micro giây cho đến vài tram micro giây ,tùy thuộc vào công dụng Giữa các xung có một độ trễ to (là thời gian giữa các xung), cho phép chất điện môi thôi ion hóa và có thời gian dịch chuyển phôi ra khỏi khe hở giữa các điện cực nhờ dòng chảy của chất điện môi Ở đây, chất điện môi của điện cực bị tách ra Mỗi bề mặt điện cực đều để lại một “ miệng núi lửa” bị ăn mòn ,nhưng sự ăn mòn này không giống nhau Cực nào ăn mòn nhiều hơn sẽ dành cực đó cho phôi Cực nào ăn mòn ít hơn sẽ dành cực đó cho điện cực Điều này không phải là luôn luôn cố định Nó phụ thuộc vào chế độ phóng điện, vào việc chọn cặp vât liệu và

sự đấu cực

Trang 27

27

II) Cơ cấu tách vật liệu

Các đặc tính tách vật liệu đầu tiên phụ thuộc vào năng lượng tách vật liệu Nếugọi năng lượng tách vật liệu là We thì ta có đẳng thức sau:

We=Ue.Ie.TeTrong 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 lí phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực / phôi nên về thực tế nang 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 tới cực dương ( anot) và dòng các ion dương chạy tới cực âm ( catot) Do khối lượng các ion dương lớn hơn 100 lần so với khối lượng các điện tử nên có thể bỏ qua tốc độ của các ion dương khi xuất phát các xung điện so với tốc độ điện tử

Mật độ điện tử tập trung tới bề mặt cực dương cao hơn nhiều lần so với mật độ các ion dương tập trung tới bề mặt cực âm Trong khi mật độ tăng của dòng điện rất lớn trong khoảnh khắc dầu tiên của sụ phóng điện.Điều này là nguyên nhân gây ra sự nóng chảy rất mạnh ở cực dương trong chu kì này

Dòng ion dương chỉ đạt tới cực âm (catot) trong vòng vài micro giây đầu tiên Các ion dương gây ra sự nóng chảy và bốc hơi của vật liệu catot Do đó có hiện tượng điện cực bị mòn

Vật liệu điện cực khi tiếp xúc với plasma ở một pha có áp lực cao tới 1 kbar và ở nhiệt độ cực cao khoảng 10000oC trong kênh plasma

Một lí do quan trọng của sự tống ra của vaatk liệu bị chảy lỏng là sự đột ngột biến mất của kênh plasma khi dòng điện bị ngắt.Ngay lập tức, áp suất tụt xuống bằng

áp suất xung quanh sau khi ngắt dòng điện Nhưng nhiệt độ của chất lỏng lại không bị tụt nhanh như thế Điều này gây ra sự nổ và bốc hơi của chất lỏng nóng chảy hiện có

Trang 28

28

.Tốc độ cắt dòng điện và mức độ sụt của xung dòng điện sẽ quyết định tốc độ sụt áp suất và sự bất buộc nổ của vật liệu nóng chảy Thời gian sụt của dòng điện là yếu tố quyết định đến độ nhám của bề mặt gia công

Vì lượng vật liệu được hớt đi phụ thuộc vào điện áp , cường đọ dòng điện và thời gian nên người ta có thể ngiên cứu một cách chính xác tuần tự theo thời gian của điện

áp và dòng điện trong lúc phóng tia lửa điện Người ta đo điện áp và dòng điện ở các khoảng thời gian đã cho từ thời điểm phóng điện ( t=0) cho đến thời điểm ngắt điện (t=300µs)

III) Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện

Dựạ vào các đặc tính về 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 sử dụng 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 chỉ có hiệu suất là 50% Ngày nay , các tụ bù này chỉ được sử dụng trong các bộ ngắt xung để thực hiện tối ưu việc gia công đơn giản Máy phát hiện đại của một thiết bị gia công tia lửa điện là máy phát xung tĩnh Ở đây, năng lượng được điều khiển bàng điện tử ,nhưng không có yếu tố bù.Nguyên lí tác dụng của máy phát xung tĩnh được thực hiện được trước hết thông qua sự phát triễn của transitor mạnh và các sản phẩm điện tử hiện đại Máy phát xung tĩnh có ưu điểm lớn ở độ linh hoạt của các thông số điều chỉnh Qua đó, mỗi trường hợp gia công có thể 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 đều được điều chỉnh một cách phù hợp

Các thông số đó gồm có:

- 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 được phóng điện , gây ra sự phóng tia lửa điện để đốt cháy vật liệu Điện áp phóng lửa Uz càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho phép khe hở phóng điện càng lớn

Trang 29

- Thời gian trễ đánh lửa td:

Đó là thời gian giữa 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 điện áp đánh lửa

Uz, dòng điên vẫn bằng không Sau một thời gian trễ td mới xảy ra sự phóng tia lửa điện Dòng điện từ 0 nhảy vọt lên giá trị Ie

- Điện áp phóng tia lửa điện Ue:

Khi bắt đầu phóng tia lửa điện thì điện áp hạ từ giá trị Uz xuống giá trị Ue Đây là điên áp trung bình trong suốt quá trình phóng tia lửa điện Ue là một hằng số vật lí 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 cho đến khi ngắt điện Khi bắt đầu phóng tia lửa điện dòng điện từ giá trị 0 nhay lên giá trị Ie kèm theo sự đốt cháy Ie ảnh hưởng lớn nhất tới sự hớt vật liệu , lên độ mòn điện cực và lên chất lượng bề mặt gia công.Nhìn chung, Ie càng lớn thì lượng hớt vật liệu 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 điện 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

kì 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:

Trang 30

Phải để cho to nhỏ như có thể để đạt một lượng hớt vật liệu tối đa.Nhưng khoảng ách xung to phải đủ lớn để có đủ thời gian thôi ion hóa chất điện môi trong khe hở phóng điện.Nhờ đó có thể tránh được các lỗi xủa quá trình như sự tạo hồ quang hoặc dòng điện ngắn mạch Cũng trong thời gian của khoảng cách xung to, dòng chảy sẽ đẩy các vật liệu bị ăn mòn ra khỏi khe hở phóng điện

IV ) Lượng hớt vật liệu

Năng lượng phóng tia lửa điện và lượng hớt vật liệu

- Các yếu tố ảnh hưởng tới lượng hớt vật liệu là:

+ Điện áp phóng tia lửa điện Ue

+ Dòng phóng tia lửa điện Ie

+ Thời gian phóng tia lửa điện te

Từ đẳng thức của năng lượng phóng tia lửa điện: We=Ue.Ie.te

Ta thấy rằng, dưới điều kiện bình thường, thì khi Ue,Ie,te càng lớn thì năng lượng phóng tia lửa điện càng lớn

Trong thực tế, lượng hớt vật liệu có thể được xác định qua các thông số điều chỉnhI,ti, t o và U z

- Sự đồng đều khi hớt vật liệu

Khi xảy ra sự phóng tia lửa điện trên bề mặt phôi xuất hiện 1 “miệng núi lửa” rất nhỏ ở 1 điểm A nào đó có khoảng cách gần nhất tới điện cực

Khi nguồn điện áp được ngắt một lần nữa sẽ lại xãy ra phong tia lửa điện nhưng ở một vị trí khác

Khi máy phát đóng - ngắt liện tục thì sẽ sinh ra hàng loạt “miệng núi lửa” kế tiếp nhau, nhờ đó vật liệu được hớt đi một cách đồng đều trên bề mặt

Bề mặt được gia công tia lửa điện sẽ được hình thành do sự tạo nên các “miệng núi lửa” li ti đó Nếu năng lượng phóng điện được giảm một cách phù hợp thì “miệng núi lửa” sẽ có kích thước cực nhỏ và ta nhận được một bề mặt gia công có độ bóng cao

V) Chất lượng bề mặt khi gia công tia lửa điện

Chất lượng bề mặt là một khái niệm tổng hợp, gồm :

- Độ nhám bề mặt

- Vết nứt tế vi trên bề mặt

- Cách ảnh hưỡng nhiệt ở lớp bề mặt

Trang 31

Về độ nhám bề mặt, khi gia công thô sẽ có độ nhám lớn tạo ra bề mặt thô, xù xì Khi gia công tinh sẽ nhận được bề mặt có độ nhám nhỏ ,bề mặt tinh, nhẵn.Bề mặt cằng thô thì càng giảm đặc tính chống mài mòn cơ học và tăng nguy cơ bị ăn mòn hóa hoc

Để xác định độ nhám, người ta đo giá trị độ nhám cực đại Rmax (tức chiều cao lớn nhất giữa các đỉnh và thung lũng của nhấp nhô bề mặt) và độ nhám trung bình Ra( giá trị trung bình số học của tất cả nhấp nhô bề mặt) Cần chú ý rằng, không bao giờ được nhầm lẫn 2 giá trị trên

- Vết nứt tế vi và các lớp ảnh hưởng nhiệt , người ta có thể mài một mặt cắt của mẫu thử để soi và chụp ảnh trên kính hiển vi kim cương Sau khi gia công thô có thể thấy rõ các vết nứt tế vi và một vùng bị ảnh hưởng nhiệt

Phân biệt các lớp và các cấu trúc sau đây:

1 ) Lớp trắng là lớp kết tinh lại, với các vết nứt tế vi do ứng suất dư vì nóng lạnh đột ngột được lặp đi lặp lại Độ kéo dài xung te càng lớn thì lớp này càng dày

2 ) Lớp bị tôi cứng với cấu trúc tròn, lớp này có độ cứng tăng vọt ( trên 1000HV )

so với kim loại nền

3 ) Lớp bị ảnh hưởng nhiệt, do nhiệt độ ở đây vượt quá nhiệt độ ostenit(Fe-Fe3C) trong một thời gian ngắn Độ cứng của lớp này giảm so với lớp tôi cứng , còn khoảng dưới 800HV

4 ) Dưới cùng là lớp không bị ảnh hưởng nhiệt Nó trở lại độ cứng bình thường của lớp kim loại nền

Các lớp ở vùng 1 và vùng 2 có ảnh hưởng xấu như:

- Các vết nứt tế vi và ứng suất dư làm giảm độ bền mỏi của vật liệu chi tiết

- Lớp trắng gây khó khăn để lắng đọng một lớp phủ dính bóng

- Lớp tôi cứng với cấu trúc tròn dễ phá hỏng chi tiết khi làm việc chịu tải trọng va đập

Để khắc phục các ảnh hưởng xấu nói trên của lớp bề mặt khi gia công tia lửa điện nên sử dụng các bước kế tiếp nhau : gia công thô, bán tinh và tinh.Nhờ đó không những giảm được độ nhám bề mặt mà còn lấy đi được vùng bị ảnh hưởng nhiệt với các lớp trắng và lớp tôi cứng

Trang 32

Đến đây ta có thể hiểu được phần nào vật liệu phôi được hớt đi như thế nào và quá trình đó có thể được điều chỉnh bởi các thông số điều chỉnh

Tuy nhiên, trong quá trình gia công , chính điện cực cũng bị hớt đi một lớp vật liệu mỏng,tuy rất nhỏ so với lượng hớt của phôi Sự hớt vật liệu từ điện cực này là điều 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 phù hợp vật liệu điện cực và phôi và xác định sự đấu cực phù hợp.Việc chọn các tham số ăn mòn điện cực cũng tác động đến độ mòn điện cực Độ không chính xác trong quá trình gia công cũng thường là kết quả của độ mòn điện cực

Người ta thường xác định một thông số gọi là “ độ mòn tương đối”  của điện cực

= 𝑉𝑒

𝑉𝑤.100%

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

Vw là thể tích vật liệu phôi bị mất đi

Ảnh hưởng tới độ mòn điện cực có những yếu tố sau:

 Sự phối hợp cặp vật liệu điên cực / phôi

 Dòng điện Ie hay bước dòng điện

 Độ kéo dài xung

Trang 33

Sự đấu cực là yếu tố thứ quyết định thứ 2 sau khi đã chọn được cặp vật liêu/ phôi

Ta sẽ tìm thấy các chỉ dẫn về sự đấu cực trong các bảng về điện cực , được ghi cùng với vật liệu phôi, lượng hớt vật liệu và độ mòn điện cực

Dòng điện Ie hay bước dòng điện cũng tác dụng đến độ mòn điện cực Trong trường hợp của hai sự phối hợp vật liệu thông dụng nhất là đồng/thép và graphit/thép thì độ mòn tương đói của vật liệu sẽ giảm khi tăng dòng điện Ie hoặc tăng bước dòng điện Bước dòng điện là một thông số để sử dụng tahy cho dòng phóng tia lửa điện Ie Phụ thuộc vào từng kiểu máy mà dòng Ie được điều chỉnh ở 18 hay 21 bước xác định

Độ kéo dài xung te cũng ảnh hưởng đến độ mòn của điện cực Trong trường hợp cặp vật liêu là đồng/thép và graphit/thép đến độ mòn của điện cực sẽ giảm khi tăng độ kéo dài xung Đối với cặp vật liệu khác cần xem bảng chỉ dẫn

VII) Độ chính xác khi gia công tia lửa điện

Độ chính xác của quá trình gia công tia lửa điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Độ chính xác của máy (độ ổn định về cơ, độ chính xác vị trí, hệ thống chạy dao của bàn trượt)

- Các thông số điều chỉnh về điện khi gia công (Ue,Ie,te …)

- Tính chất của điện cực (vật liệu điện cực, độ chính xác kích thước)

- Độ chính xác lập trình (độ chính xác của quỹ đạo được lập trình)

Về độ chính xác của máy ,trước hết nhà chế tạo phải quan tâm bố trí máy cho tối

ưu Điều này ,nhà chế tạo chỉ ảnh hưởng ở mức độ giới hạn vì phải quan tâm đến quan

hệ về giá thành, công suất hoặc độ lớn chấp nhận được của máy Người sử dụng cần quan tâm những điều kiện phù hợp về nhiệt độ ở trong phòng và việc giữ cho nhiệt độ của chất điện môi là hắng số

Người sử dung phải chịu trách nhiệm về các thông số điều chỉnh Bên cạnh những ảnh hưởng của sai số vị trí , của độ mòn điện cực và sự phát triễn của nhiệt thì khe hở phóng điện có ảnh hưởng đến độ chính xác gia công.Chiều rộng của khe hở phóng điện thường được kiểm tra bằng cách so sánh điện áp trung bình được đo qua khe hở phóng điện với một điện áp được đặt trước.Nếu có một sự khác nhau của hai điện áp này thì cơ cấu sevo sẽ điều chỉnh khoảng hở phóng điện

Tình trạng của chất điện môi cũng ảnh hưởng rất nhiều đến điện áp đo được Với mọt mật độ của vật liệu được hớt đi có mặt trong khe hở phóng điện lớn hơn so với

Trang 34

chất điện môi loãng thì sự có mặt của phần tử dẫn điện sẽ làm tang cường độ từ trường đối với cùng một chiều của khe hở phóng điện Từ đó đưa đến sự khác nhau của bề rộng khe hở của mặt bên và mặt trước

Khe hở phóng điện của mặt bên là khoảng cách của khe hở phóng điện với mặt bên của điện cực, nơi mà chỉ có sự phóng điện rời rạc

Độ chính xác lập trình không chỉ phụ thuộc vào người sử dụng mà còn phụ thuộc vào nhà sản xuất máy Ví dụ, khi lập trình gia công cho một đường cong nào đó, người

sử dụng phải tận dụng mọi khả năng điều khiển của máy để miêu tả đường cong đó đúng như nó có thể được Mặt khác , nhiệm vụ của nhà thiết kế là phải cung cấp một

hệ điều khiển có khả năng thực hiện chính xác các đường cong cho trước một cách hiệu quả

Tóm lại,độ chính xác gia công tia lửa điện được thể hiện ở bẳng sau

- Tư thế của các truyền động - Khoảng cách xung

- Nhiệt độ dung dịch điện môi

- Vật liệu điện cực

- Đồ gá kẹp chặt điện cực

- Lượng dư của điện cực

- Khả năng giữ được kích thước

Việc lập chọn chuẩn tọa độ

Trang 35

VIII ) Các hiện tượng xấu khi gia công tia lửa điện

Khi so sánh các đường đặc tính điện áp/thời gian và dòng điện/ thời gian ở trường hợp phóng điện lí tưởng với các trường hợp khác sẽ dễ dàng nhận thấy các hiện tượng xấu đó cần phải được hiểu rõ để hiểu được nguyên nhân phát sinh và cách khác phục chúng tạo điều kiện gia công được hiệu quả và đạt được chất lượng gia công hoàn hảo nhất

+ Hồ quang ( sự phóng điện không có sự đốt cháy)

Sự phóng điện lặp lại tai một chỗ mà không có thời gian trễ đốt cháy td được gọi là

hồ quang điện Nó có thể phát hiện khi đo hoặc kiểm tra máy phát nhờ hệ thống điện

tử dựa vào các đường đặc tính thời gian của đường cong điện áp

Nguyên nhân: theo sự phóng điện có một số lớn các phần tử vật liệu lơ lửng trong chất điện môi phía trên các “miệng núi lửa” đã bị ăn mòn điện Hơn nữa, có một số ion vẫn còn lơ lững trên “miệng núi lửa” Chính sự tồn tại của các ion này gây ra hồ quang ,trước khi chúng bị mất điện và bị đẩy ra khỏi khe hở phóng điện bởi dòng điện chất điện môi Hồ quang xảy ra ở khoảng cách giữa các xung

Nếu khoảng cách giữa các xung quá ngắn thi sẽ có một cầu tia lửa điện được tập hợp bởi các ion và các phần tử bị ăn mòn điện vẫn được duy trì , xung tiếp theo sẽ xảy

ra lập tức và đốt cháy ở cùng một điểm với xung có trước.Như vậy, một sự phóng điện lien tiếp lặp đi lặp lại sẽ xảy ra ở cùng một điểm của phôi Khi đó, sẽ không xảy ra các

“ miệng núi lửa” ăn mòn lien tiếp bên cạnh nhau, mà sẽ tạo ra một lỗ sâu trên bề mặt phôi Cả điện cực và phôi đều bị hư hại và chúng không thể sử dụng được nữa

Tóm lại, hồ quang sẽ xảy ra khi:

 Dòng chảy của chất điện môi quá yếu

 Khoảng cách xung to quá ngắn

- Ngắn mạch , sụt áp

Dòng điện chảy từ điện cực qua phôi mà không có sự phóng tia lửa điện thì dược gọi là dòng ngắn mạch Các phép đo và kiểm tra bằng điện tử sẽ phát hiện được dòng ngắn mạch khi điện áp sụt xuống một giá trị thấp , xấp xỉ 0 trong khi dòng điện đạt giá trị max

Trang 36

Sự ngắn mạch không chỉ ngăn cản sự hớt vật liệu mà còn làm hư hại cấu trúc phôi Dòng điện mạnh khi ngắn mạch sẽ tạo ra nhiệt ảnh hưởng sâu vào phôi Tóm lại , ngắn mạch xảy ra bởi :

 Sự tiếp xúc trực tiếp giữa điện cực và phôi

 Các phần tử bị kẹt trong khe hở phóng điện

 Chiều rộng khe hở quá nhỏ và dòng điện quá yếu

-Xung mạch mở không có dòng điện

Điều kiện mà trong đó các xung không gây ra sự phóng tia lửa điện thì được gọi là các xung mạch mở Các phép đo điện tử sẽ xác nhận rằng có một xung mạch mở khi điện áp đánh lử không sụt giảm Sự tăng số lượng các xung mạch mở sẽ là giảm hiệu quả phóng điện

Các xung mạch mở bị gây ra bởi:

 Chiều rộng khe hở phóng điện quá lớn

 Dòng chảy quá mạch, thổi hết ion ra khỏi vùng ra công

Các xung mạch mở không gây ra sự hớt vật liệu và cũng không làm hư hại bề mặt gia công Chúng chỉ làm giảm năng xuất gia công

- Sự quá nhiệt của chất điện môi

Khi gia công rất rộng nhưng chiều rọng khe hở phóng điện lại quá nhỏ (gia công tinh khuôn lớn) chất điện môi trở nên nóng đến mức nó bị phân hủy mạnh thành cacbon

Các phần tử cacbon này khi tạo thành sẽ làm tăng tính dẫn điện của chất điện môi khiến cho quá trình gia công bị nhiễu loạn bởi hồ quang thường xuyên

Nếu cacbon bị lặng đọng trên bề mặ điện cực thì nó sẽ gây ra sự không ổn định do ngắn mạch

Khi chất điện môi bị quá nhiệt, phải tìm cách tối ưu hóa điều kiện dòng chảy và cho gia công theo phương thức nhắp

Trang 37

Hình 3.1 Minh họa một máy cắt dây với một vị trí bàn làm việc cố định

Ở đây, các phôi di chuyển trên bàn máy theo 2 phương X-Y, với các dây điện cực được tổ chức ở một vị trí cố định Bàn máy di chuyển được nhờ động cơ sevo, được điều khiển bởi hệ thống máy tính được lập trình (CNC) Một máy cắt dây muốn gia công chính xác cần phải chú ý tới hệ thống dịch chuyển- dây- ống dẫn Điều này bao gồm các hướng dẫn dây trên và dưới, các cơ chế căng dây, và tình trạng của dây Dây cắt chỉ được sử dụng một lần, do vật liệu bị loại bỏ khỏi bề mặt dây trong quá trình phát ra tia lửa điện.Khi cắt xong một lần, tùy thuộc vào chiều dài dây tham gia cắt mà dây được cắt đi dài hay ngắn và phần dây này bị loại bỏ, không được sử dụng nữa Việc cung cấp dây theo các kiểu khác nhau, tùythuộc vào thiết kế và vật liệu Người điều khiển cần phải đánh giá được khả năng gia công của các dây, từ đó có thể chắc chắn khả năng gia công đạt độ chính xác tốt nhất trong một khoảng thời gian dài

Trang 38

Có hai bộ phận quan trọng không được hiển thị trong hình 3.1 Đây là bộ phát tia lửa điện với dây điện cực và các cơ chế nâng cao để điều chỉnh khoảng cách thẳng đứng giữa các hướng dẫn dây để có thể chứa chiều cao phôi khác nhau.Để máy cắt dây làm việc có hiệu quả tốt , các điểm tiếp xúc điện cần phải sạch Một số chỗ bị bẩn sẽ gây ra các vấn đề trong quá trình gia công

Các dây dẫn nâng cao cơ chế được thiết lập để cho phép thích hợp chiều cao phôi, trong phạm vi được yêu cầu của các ứng dụng thực hiện Các dây dẫn đầu là bình thường có thể điều chỉnh cho chiều cao phôi.Các dây dẫn dưới được cố định ở gần bề mặt đáy của phôi hướng dẫn dây điện phải được kiểm tra định kỳ và cũng cần được kiểm tra cho sạch sẽ Nếu bị mòn hoặc bẩn hướng dẫn điện cực có thể gây ra gia công không chính xác và máy làm việc thất thường.Các hướng dẫn trên của cơ chế nâng cao phải được thiết lập đúng cách để các cơ cấu cơ khí sẽ không tiếp xúc với bề mặt của các phôi trong quá trình hoạt động

công-II ) Cơ cấu máy cắt dây

Trang 39

cắt dây EDM đại diện cho một bước tiến lớn cho tất cả các ứng dụng gia công lỗ.Tuy nhiên, kể từ khi gia công được thực hiện công khai, người dùng đã có sự quan tâm đến các dây tích điện và nước dùng để làm các chất điện môimà làm sao không văng trên máy và xung quanh khu vực

Hình 3.1 Máy cắt dây theo phong cách mở Thiết kế giải quyết những vấn đề này bằng cách cài đặt một lớp bảo vệ trên các đơn vị dây nguồn cấp và cài đặt bảo vệ xung quanh các khu vực làm việc Phong cách

mở này đã trở thành một tiêu chuẩn cho các máy móc cắt dây

Khi hệ thống máy cắt dây phát triển, người ta nhận thấy rằng, tăng tỷ lệ dòng chảy chất điện môi thì áp lực trong quá trình gia công cũng tăng Với sự gia tăng tỷ lệ dòng chảy chất điện môi và áp lực, máy cắt dây theo phong cách mở không còn phù hợp Một máy cắt dây mới được ra đời

Hình 3.3 Máy cắt dây theo phong cách kín

Trang 40

Máy dây cắt kèm theo là một module khép kín, thiết kế để bảo vệ các thành phần

tử điện tử từ việc tiếp xúc với chất điện môi.Tại khu vực làm việc và vị trí nguồn cung cấp dây đều có cửa bảo vệ Trong quá trình gia công thường có một cửa sổ xem để quan sát phôi trong chu kỳ đánh điện Tuy nhiên, với tỷ lệ chất điện môi chảy cao được sử dụng, ta rất khó để nhìn thấy rõ quá trình gia công , do khối lượng của chất lỏng chảy vào cửa sổ xem Hệ thống máy tính điều khiển của các loại máy này theo dõi tất cả các điều kiện gia công, và trong hầu hết trường hợp, nó hiển thị trực quan các hình dạng được gia công

Máy cắt dây cung cấp cho các hoạt động gia công hai, bốn, và năm trục Các trục được xác định là trục X, trục Y,trục U, V trục và trục Z Trong hoạt động, trục X và U

là song song theo hướng hoạt động, các trục Y và V là song song trong hoạt động của người điêu khiển, trong khi trục Z là vuông góc với trục X-U và Y-V U và V trục bù đắp dây cắt từ vị trí thẳng đứng Điều này cho phép các máy cắt dây gia công các bề mặt theo chiều dọc trên phôi Khi trục U và V định vị trí các dây dẫn đầu trực tiếp trên dây dẫn phía dưới

Hoạt động của trục Z có thể được vận hành bằng tay hoặc máy tính điều khiển Trục này được sử dụng để xác định vị trí các dây dẫn ở gần các bề mặt của phôi Vị trí của các dây dẫn đầu là cần thiết để đảm bảo lưu lượng thích hợp của chất điện môi vào khu vực sinh lửa để duy trì loại bỏ EDM-chip Điều chỉnh trục Z là cần thiết tại bất kỳ thời gian trong chu kỳ làm dấy lên khi một sự thay đổi của đường viền trong bề mặt phôi đang gặp phải Nên các bề mặt phôi được dự tính vào đường đi của dây dẫn trên, các bộ phận có thể bị hư hỏng trong khi va chạm

Các bộ phận chính được sử dụng trong các máy cắt dây tương tự như trong mô tả như trong các máy gia công xung định hình nhưng rất khác nhau trong thiết kế Các bộ phận chính này bao gồm máy công cụ, nguồn cung cấp điện, đơn vị điện môi, và kiểm soát máy tính

Các máy tính điều khiển tất cả các chuyển động của máy cắt dây Hướng dẫn sử dụng là có thể cho các hoạt động thiết lập thông qua sự kiểm soát máy tính Tất cả các trục điều khiển bao gồm một hệ thống thông tin phản hồi, cung cấp cho các máy tính của các vị trí của từng bộ phận Mỗi nhà sản xuất cung cấp một hệ thống thông tin phản hồi và máy tính kiểm soát các yêu cầu chính xác trong hoạt động gia công

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	2,92 MB