III. GIA CÔNG BẲNG TIA LỬA ĐIỆN
3.4. Cơ sở công nghệ của quá trình gia công bằng tia lửa điện
3.4.1. Bản chất vật lý
- Đặt một điện áp giữa điện cực và phôi. Nếu khoảng cách h quá lớn thì sẽ không có quá trình phóng điện.
Khi cho h< đến một giá trị nào đó thì sẽ xảy ra quá trình phóng điện tạo ra cầu ion.
Đến một lúc nào đó cầu này nóng lên xảy ra hiện tượng ngắn mạch, KL nóng
chảy, bốc hơi tạo thành các bọt khí ( to= 10000oC, p= 1Kbar). Khi KL biến thành hơi thì đột ngột mất dòng, các bọt khí vỡ ra và hóa hơi.
Như vậy, có 3 quá trình chính đó là: + Đánh lửa
+ Hình thành kênh phóng điện + Nóng chảy và bốc hơi vật liệu.
- Không gian giữa điện cực và phôi phải được điền đầy bởi một chất điện môi. - Để có thể làm phát sinh tia lửa điện, một điều không thể thiếu được là một thời gian ngắn sau khi đã có dòng điện chạy qua 2 điện cực thì phải ngừng cung cấp năng lượng. Đơn giản người ta dùng bộ phát xung RC như trên để cung cấp xung răng cưa.
3.4.2. Nguyên Lý gia công tia lửa điện
Hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining -EDM) bao gồm có
Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Máy công cụ gắn điện cực định hình (đóng vai trò là dao) và điện cực tiến tới bề mặt
chi tiết gia công sinh ra một lỗ chép hình hình dạng của dụng cụ. Nguồn năng lượng cung
cấp sản sinh ra một tần số cao, tạo ra một loạt tia lửa điện giữa điện cực hình thành kênh
phóng điện và kênh này được duy trì trong suốt quá trình gia công chi tiết. Chi tiết bị bóc đi
một lớp kim loại bởi sự ăn mòn của nhiệt độ và sự hóa hơi.
Hình 2. Nguyên Lý của phương pháp gia công EDM
Trên hình trên, 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 tiết đến 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 khe hở phóng điện, từ điện cực đến điểm
gần nhất hoặc điểm cao nhất trên chi tiết gia công.
Lượng kim loại được lấy đi từ chi tiết ứng với mỗi lần phóng điện luôn cân xứng với năng lượng mà nó chứa đựng. Mỗi lần phóng điện sẽ làm nóng chảy hoặc bốc hơi một vùng nhỏ của bề mặt chi tiết. Kim loại nóng chảy này được làm nguội sau đó dung dịch điện môi
và hóa rắn thành những hạt hình cầu và được làm phẳng đi bởi áp lực/sự chuyển động của
chất điện môi. Tác động của mỗi xung được giới hạn trong mỗi phạm vi cục bộ. Vị trí này
Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn
Hình 3. Bể dung dịch điện môi
Cả chi tiết và điện cực đều ngâm chìm trong dung dịch điện môi. Dung dịch này
đóng vai trò như chất cách điện để điều khiển sự phóng tia lửa điện. Trong gia công EDM
chất điện môi cũng thực hiện chức năng của môi trường làm 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.
Các nguyên tắc cơ bản của phương pháp cắt dây EDM cũng giống như gia công xung định hình EDM được mô tả ở trên. Điểm khác biệt cơ bản là thay vì sử dụng những điện cực
có hình dạng phức tạp, trong cắt dây EDM điện cực là những sợi dây có hình dạng đơn giản, đường kính từ 0.006-0.012”. Thay vì sử dụng chất điện môi như trong gia công xung định
hình EDM thì trong cắt dây EDM lại dùng nước ion hóa.