Cắt dây hành trình EDWM là một ph-ơng pháp gia công EDM đặc biệt. Về bản chất nó giống nh- gia công bằng điện cực định hình là sử dụng năng l-ợng nhiệt của các xung điện làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu cần gia công. Ph-ơng pháp này dùng điện cực là dây dẫn điện đ-ợc quấn liên tục. Dây dịch
ghép chính xác. Mảng bên trong (chày) hay bên ngoài (khuôn) có thể là chi tiết cần gia công.
Hình 1.13 - Sơ đồ gia công bằng máy cắt dây EDM.
1.4.2.1 Bản chất của ph-ơng pháp
Ph-ơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện là ph-ơng pháp dùng một dây dẫn điện có đ-ờng kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) cuốn liên tục, và chạy theo một biên dạng (contour) định tr-ớc (lập trình) để tạo thành mạch cắt trên phôi [1]. Ph-ơng pháp này th-ơng dùng để gia công các lỗ thông suốt có biên dạng phức tạp nh- các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các d-ỡng kiểm.
Trong quá trình cắt dây, ngoài sự phối hợp các chuyển động t-ơng đối giữa dây và phôi để tạo ra côngtua đ-ợc cắt, bản thân dây phải có chuyển động dọc trục, đ-ợc tạo ra do sự cuốn dây liên tục giữa các con lăn.
Tuỳ theo loại dây điện cực và tuỳ thuộc kiểu máy cắt dây, dây chỉ có thể chỉ đ-ợc dùng một lần hoặc dùng đi dùng lại nhiều lần do đ-ợc cuốn qua cuốn lại liên tục trong quá trình gia công.
Máy cắt dây cũng có nhiều loại, từ máy nhỏ cho đến máy lớn, từ máy đơn giản cho đến máy tự động hoá rất cao.
1.4.2.2 Ưu nh-ợc điểm của ph-ơng pháp a. Ưu điểm:
Ph-ơng pháp cắt dây tia lửa điện có các -u điểm sau: - Độ chính xác kích th-ớc cao (có thể lên tới 1μm). - Kết cấu máy đơn giản.
- Có khả năng tự động hóa quá trình gia công, đơn giản, dễ vận hành. Gia công tia lửa điện hớt đi vật liệu kim loại trên vật gia công nhờ hiệu ứng của quá trình điện – nhiệt, do đó có thể gia công đ-ợc vật liệu có độ cứng bất kỳ. Điều này hạn chế rủi ro khi gia công những chi tiết có giá trị cao so với gia công băng ph-ơng pháp cắt gọt truyền thống rồi mới xử lý nhiệt luyện.
- Phôi và dụng cụ đều phải dẫn điện, do đó chỉ gia công đ-ợc các vật liệu kim loại.
- Do nhiệt độ tại vùng gia công rất cao nên dễ gây biến dạng nhiệt. - Đối với vật gia công có chiều dầy lớn (lớn hơn 100mm) hoặc trong
tr-ờng hợp chất điện môi bị bẩn thì việc bơm chất điện môi vào vùng gia công sẽ rất khó khăn. Do đó, chất điện môi cần đ-ợc bơm vào với áp suất cao, điều này gây ra các rung động cho chất điện cực dẫn tới giảm độ chính xác gia công.
- Trong điều kiện gia công bình th-ờng không thể dùng điện cực nhiều lần do khi đã sử dụng điện cực bị mòn đẫn đến sai số cho quá trình cắt. Để khắc phục tình trạng này, ng-ời ta có thể sử dụng dây cắt một lần để gia công các chi tiết cần độ chính xác cao hoặc dùng dây đã đ-ợc phủ, mạ một lớp kim loại đặc biết để có thể sử dụng nhiều lần.
- Dây điện cực có kích th-ớc nhỏ (từ 0,1 – 0,3mm), vật liệu dây th-ờng có độ bền kéo thấp nên trong quá trình gia công (đặc biệt là khi gia công các chi tiết có chiều dầy lớn) thì dây điện cực sẽ bị uốn cong làm ảnh h-ởng tới độ chính xác gia công, thậm chí có thể bị đứt dây dẫn đến sai số gia công và giảm năng suất gia công.
- Các chỉ tiêu công nghệ của quá trình này phụ thuộc vào thông số xung điện, hằng số vật liệu, chiều dày chi tiết gia công, tính chất của chất điện môi, vật liệu dây điện cực, h-ớng và tốc độ cuốn dây điện cực …
1.4.2.3 Phạm vi ứng dụng
Do đặc điểm của thiết bị là dây điện cực phải có chuyển động dọc trục liên tục giữa các con lăn nên ph-ơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện th-ờng dùng trong các gia công nh- sau:
- Gia công các rãnh hẹp, gấp khúc trong các chi tiết của thiết bị điện tử.
- Chế tạo các chi tiết có độ chính xác cao, tham gia vào các mối lắp ghép có độ dôi của các bộ phận chính của các khuôn dập, khuôn đúc áp lực và các loại khuôn d-ỡng kiểm …
- Chế tạo các chi tiết có rãnh của xanga (chấu bóp kẹp đàn hồi), bề mặt làm việc của các dao định hình, các lỗ nhỏ trong các chi tiết đặc biệt …
- Gia công các chi tiết bằng vật liệu thép đã nhiệt luyện, các kim loại khó gia công, các hợp kim quý hiếm cần hạn chế l-ợng d- gia công. - Ngoài ra, ngày nay ph-ơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện còn đ-ợc sử dụng để chế tạo các đĩa ly hợp bằng hợp kim cứng, d-ỡng calip, d-ỡng cối, d-ỡng chày đột lỗ của l-ới có độ chính xác cao …
1.4.2.4 Cấu hình trục cho máy cắt dây.
Các chi tiết có thể gia công trên máy cắt dây với dây thẳng đứng, với dây có độ nghiêng cố định hoặc với dây có độ nghiêng thay đổi liên tục. Các chi tiết có độ nghiêng cố định th-ờng gặp trong chế tạo dụng cụ, khuôn mẫu.
Sự áp dụng cấu hình bố trí các trục có khác nhau tùy theo từng máy. Sự khác nhau chủ yếu là bộ phận dẫn dây phía trên. Có hai loại cấu hình trục phổ biến :
- Cấu hình trục X, Y, U, V, theo đó các dây đ-ợc điều khiển trong một mặt phẳng gốc thứ 2 ở phía trên, theo toạ độ U/V song song với các trục toạ độ X/Y ở mặt phẳng gốc thứ nhất ở phía d-ới. Cấu hình trục loại này đ-ợc áp dụng, ví dụ cho máy hãng HITACHI hoặc CHARMILLES …
- Cấu hình các trục X, Y, Q, R theo đó, độ nghiêng của dây đ-ợc cho bởi các giá trị góc Q và R, trong đó R là độ nghiêng của dây trong h-ớng chạy dao và Q là độ nghiêng của dây trong h-ớng vuông góc với h-ớng chạy dao. Một
độ nghiêng của dây là hằng số có thể đ-ợc lập trình với các giá trị của X, Y, R, Q. áp dụng cấu hình trục loại này có máy của hãng AGIE.
Trong tr-ờng hợp cấu hình X, Y, U, Z các tính toán là không thể tránh đ-ợc. Hãng CHARMILLES đã giới thiệu một địa chỉ NC bổ xung góc A để lập trình các độ nghiêng bằng hằng số của dây. Hệ điều khiển của máy sẽ thực hiện các tính toán cần thiết để chuyển sang các toạ độ U, V.
Hình 1.15 – Cấu hình trục cho máy cắt dây.
1.4.2.5 Sự thực hiện quá trình cắt dây
Sự thực hiện quá trình gia công tia lửa điện cắt dây phụ thuộc và nhiều yếu tố : không chỉ phụ thuộc vào kiểu máy mà còn phụ thuộc vào kiểu dây, tình trạng của chất điện môi và nhiều yếu tố khác.
Nhờ sự tối -u hoá quá trình gia công, có thể đạt l-ợng hớt kim loại khi gia công thô là 300mm2/ph và độ nhám bề mặt khi gia công tinh R1= 3m.
Chất điện môi dùng cho cắt dây th-ờng là n-ớc khử khoáng. Chất l-ợng bề mặt vẫn có thể cải thiện khi dùng chất điện môi là dầu, nh-ng so với n-ớc khử khoáng thì mức độ hớt vật liệu thấp hơn. Tuy nhiên khi dùng dầu cần thiết phải
gia công tinh bổ xung. Trong một số tr-ờng hợp, sẽ là -u điểm nếu áp dụng sự thay đổi nhanh chất điện môi giữa gia công thô và gia công tinh.
Nếu sử dụng máy phát loại cổ điển sẽ không nhận đ-ợc giá trị độ nhấp nhô bề mặt rất thấp (Rmax ≤ 0,5m). Một số nhà sản xuất đã cung cấp một số cụm tuỳ chọn, có hoặc không có dây, đặc biệt có thể cho độ nhấp nhô bề mặt rất nhỏ. Ngày nay đã có máy cắt dây có khả năng cắt đ-ợc phôi có độ dày tới 500 mm mặc dù với độ chính xác giảm.
1.4.2.6 Sự thoát phoi khi cắt dây
Khi cắt dây, sự thoát phoi là cần thiết để lấy đi số phoi từ khe hở và để làm nguội dây. Muốn đạt độ chính xác cao thì phải giữ cho nhiệt độ của phôi và thùng phôi là hằng số. Nhúng chìm phôi trong chất điện môi hoặc phun chất điện môi vào thùng phôi là cần thiết. Những kỹ thuật thoát phoi khác gồm có :
- Thổi chiều trục d-ới áp lực (dòng chảy đồng trục) : chất điện môi đ-ợc đ-a vào khe hở phóng điện qua một bộ dẫn d-ới áp lực cao (15 20 bar). ở đây đòi hỏi phải có sự tiếp xúc tốt giữa bộ dẫn dây và phôi để có đ-ợc áp lực cao trong khe hở.
- Dòng chảy tuần hoàn tự nhiên : sử dụng trong tr-ờng hợp phôi đ-ợc nhấn chìm trong chất điện môi.
Hình 1.16 – Các tr-ờng hợp khó khăn đối với dòng chảy đồng trục.
gia công tinh. Khi phôi lớn, đòi hỏi cụm điện môi đảm bảo độ chính xác và giá thành vừa phải. Một hệ thống phun đ-ợc sử dụng để duy trì nhiệt độ thùng phôi là hằng số.
Đối với dòng chảy đồng trục d-ới áp lực, các điều kiện không luôn luôn là tối -u. Nếu chiều cao của phôi thay đổi th-ờng xuyên hoặc nếu độ nghiêng của dây lớn thì không thể sử dụng áp lực cao.
1.4.2.7 Các sai số cố hữu của prophin khi cắt dây
Khi cắt dây, các lực trong khe hở phóng điện là rất nhỏ so với các kỹ thuật cắt gọt truyền thống. Tuy nhiên, cá lực này có thể có ảnh h-ởng quan trọng lên độ chính xác. Các lực này là xê dịch dây khỏi vị trí thẳng đứng và gây ra sự dao động của dây đ-a đến sự giảm độ chính xác gia công. Sự lệch xảy ra chủ yếu ở chỗ góc nhọn hoặc chỗ có bán kính nhỏ. Các lực trên dây là do tr-ờng tĩnh điện và tr-ờng điện từ, áp suất trong kênh plasma và các bọt khí bốc hơi và dòng chảy đồng trục tạo ra.
Các xung điện đ-ợc sử dụng gây ra một tr-ờng tĩnh điện tạo ra lực hút dây vào phôi. Giá trị của lực này tỷ lệ với bình ph-ơng của điện áp trung bình giữa phôi và dây. Điện áp trung bình này không lớn hơn 50V. Khi cắt các góc thì lại khác. Cùng với các hiện t-ợng khác, điều đó gây ra sự không chính xác, không ổn định và đứt dây trong quá trình gia công.
Hình 1.17 - ảnh h-ởng của các lực sinh ra trong vùng gia công đến độ chính xác
Các lực do sự phóng điện có ảnh h-ởng quan trọng hơn so với các lực do dòng chảy của dung dịch điện môi. Các lực này là kết quả của áp suất đ-ợc tạo nên trên kênh phóng điện và là lực đẩy ra khỏi phôi. (khoảng 1,5 N/m).
Các lực nói trên cân bằng với các lực chiều trục bên ngoài và bằng khoảng 10N.
Hiệu quả cuối cùng của tất cả các ảnh h-ởng về lực tạo nên dao động của dây với một tần số khoảng 750Hz và dây đi chậm sau so với bộ dẫn dây. Có thể xảy ra sự thay đổi chiều rộng khe hở phóng điện do dao động này trong tr-ờng hợp chiều cao của phôi lớn. Các dao động này nên đ-ợc giữ cho nhỏ để thực hiện lần cắt thứ hai dễ hơn. Độ bền kéo cơ học của dây đ-ợc yêu cầu cao hơn để giảm biện độ của sự uốn dây và giảm dao động. Đôi khi sự uốn dây đ-ợc chủ động bù bởi một nguồn dao động từ bên ngoài.
1.4.2.8. Điều khiển liên hệ ng-ợc khi cắt dây
Sự điều khiển ngược trong tiếng Anh gọi là “adaptive control”. Các máy mới nhất, hiện đại nhất đã đ-ợc trang bị khả năng điều khiển liên hệ ng-ợc. ở những vị trí khó nh- ở các góc và chỗ l-ợn và trong tr-ờng hợp chiều cao phôi thay đổi thì bộ điều khiển liên hệ ng-ợc sẽ thay đổi êm nhẹ sự đặt máy phát. Các máy thay đổi êm nhẹ này đ-ợc dựa trên một quá trình đo l-ờng nh- đo điện áp gốc và thay đổi áp suất …
ở đây, hình học phôi có ảnh h-ởng quan trọng. Một thay đổi nhẹ nhàng trong hình học chi tiết sẽ dẫn đến một ảnh h-ởng nhỏ trong thông số đ-ợc đo, sao cho máy phát có thể phản ứng theo một cách ổn định.
Trái lại, một sự thay đổi không liên tục của chiều cao phôi sẽ cho những kết quả không mong muốn nh- dao động của khe hở phóng điện. Tr-ớc khi mua máy ng-ời ta kiểm tra xem máy có thể tự động bù khe hở phóng điện đ-ợc không.
1.4.2.9 So sánh cắt dây với các ph-ơng pháp gia công truyền thống khác
Hiện nay ngày càng có nhiều kỹ thuật gia công không truyền thống xuất hiện và đ-ợc áp dụng trong thực tế sản xuất, đó là:
- Gia công laser và phay – laser - Gia công plasma
- Gia công cắt bằng tia n-ớc
Các kỹ thuật trên giờ đây đã cạnh tranh với gia công tia lửa điện cắt dây ở các khía cạnh khác nhau. Ngày nay có thể coi các ph-ơng pháp đó là cá kỹ thuật bổ xung. Tr-ớc hết hãy so sánh ph-ơng pháp trên về độ dầy chi tiết đ-ợc cắt.
- Gia công laser phát huy hiệu quả khi có độ dày phôi nhỏ hơn 6 mm. Chủ yếu để đ-ợc sử dụng để cắt tấm. Khi đó gia công laser có tốc độ cắt cao hơn và độ chính xác cao hơn so với ph-ơng pháp cắt bằng tia n-ớc.
- Ph-ơng pháp cắt bằng tia n-ớc áp suất cao (tới 4000 bar) có thể cắt đ-ợc chi tiết dày hơn mà không có vùng bị ảnh h-ởng nh- vẫn xảy ra ở các ph-ơng pháp cắt bằng nhiệt. Cắt bằng tia n-ớc có thể cùng với hạt mài hoặc không có hạt mài. Khi cắt bằng tia n-ớc có hạt mài, năng suất cắt cao hơn nh-ng bề mặt phôi có thể bị làm bẩn bởi hạt mài.
- Cắt bằng plasma có -u điểm chính so với cắt bằng laser và tia n-ớc là có thể cắt với tốc độ cao hơn, chiều dầy phôi lớn hơn. Cắt bằng plasma th-ờng cho phép đạt chất l-ợng mép cắt tốt hơn cắt bằng laser.
Sự biến động của độ nhám bề mặt dọc theo mép cắt là từ rất tinh cho đến thô trên thành mép đ-ợc cắt. Tốc độ cắt càng nhỏ thì vùng tác động nhiệt càng lớn. Có thể thực hiện lần cắt thứ hai. Khi gia công laser, có thể nhận đ-ợc bề mặt có độ nhấp nhô cỡ vài micromet đối với độ dày phoi nhỏ hơn 1,6 mm. Nếu chiều dày phôi 610 mm thì chỉ đạt độ nhấp nhô 5 m.
- Gia công tia lửa điện cắt dây có -u điểm chính là độ dày phôi lớn (đến 500 mm) với độ chính xác cao và đạt chất l-ợng bề mặt nh- nhau trên toàn bộ chiều dày đ-ợc cắt. Có thể nói rằng, so với các ph-ơng pháp kể trên, quá trình cắt dây này có sự thực hiện chính xác nhất, các máy cắt dây chất l-ợng hàng đầu đạt mức độ chính xác 3 m về kích th-ớc. Cắt dây siêu chính xác đạt độ nhấp nhô bề mặt Rmax= 0,5 m. Khi cắt chính xác cao thì nên áp dụng cắt dây. Nh-ợc