2.1.3.1 Thuộc tính điện cực dây
Điện cực dây là “dụng cụ” dùng để cắt trong gia công WEDM. Do vậy, các thuộc tính của dây sẽ có ảnh h-ởng khá lớn đến chất l-ợng của quá trình gia công. Tổng quan có thể xem dây có bốn thuộc tính đặc tr-ng là: thuộc tính về điện, về hình học, về cơ học và vật lý.
a.Thuộc tính về điện:
Thuộc tính này có thể đ-ợc đại diện bởi điện trở suất (hoặc độ dẫn điện) của dây. Nếu điện trở suất của dây càng thấp thì sẽ nâng cao đ-ợc năng suất gia công do sự trao đổi năng l-ợng giữa máy phát xung và phôi là lớn nhất. Ngày nay, th-ờng sử dụng các loại dây có điện trở suất nhỏ nh- đồng thau.
Bảng 2.2 - Thuộc tính về điện của một số loại vật liệu dây.
Vật liệu dây Thuộc tính về điện Điện trở suất (Ω.m.10-8 ) Năng l-ợng Joule (W) Năng l-ợng phóng điện Đồng 1,68 271 3575 Đồng thau 6,66 1077 3575 Nhôm 2,72 438 3575 Thép 8,7 1403 3575
b. Thuộc tính về hình học:
Đ-ờng kính dây
Đ-ờng kính dây cắt phải theo cả hai h-ớng: lớn lên và nhỏ lại. Tr-ớc đây (những năm 1970), đ-ờng kính dây khoảng 0,18mm. Ngày nay, tăng lên khoảng 0,25 đến 0,3mm. Nguyên nhân chính là nhằm tăng năng l-ợng xung, nâng cao năng suất. Tr-ớc đây dòng phóng điện Ie khoảng 64A, ngày nay đã có thể lên đến 550A.
Mặt khác, với gia công vi WEDM đòi hỏi năng l-ợng xung rất nhỏ để gia công đ-ợc độ chính xác rất cao (cỡ 10m), nên các dây cắt chỉ có đ-ờng kính khoảng 0,03 đến 0,01mm.
Hình dáng dây
Hầu hết dây cắt có hình dáng là trụ. Tuy vậy, nhằm cải thiện một số đặc tính, ng-ời ta sử dụng thêm một số loại dây có hình dáng t-ơng đối đặc biệt. Với các hình dáng đặc biệt (tăng diện tích mặt bên mà vẫn giữ đ-ợc mặt cắt ngang), dây sẽ đ-ợc giảm nhiệt độ nhờ hiện t-ợng tán xạ nhiệt vào dung dịch điện môi, cải thiện đ-ợc tr-ờng điện từ giữa dây và phôi, làm tăng hiệu quả xung.
Dây phủ và cấu trúc phủ
Dựa vào thành phần của loại vật liệu làm dây mà ng-ời ta chia thành hai loại dây: loại không có lớp phủ (đơn thành phần) và loại có phủ.
- Loại dây không có lớp phủ: là loại dây cắt truyền thống tr-ớc đây đ-ợc làm từ một kim loại đơn thành phần nh- đồng cỏ, đồng thau và molipden. Những loại dây này có -u điểm là dễ chế tạo, giá thành t-ơng đối rẻ nh-ng lại có độ bền kéo thấp nên dễ bị đứt, tốc độ gia công thấp.
- Loại dây có lớp phủ: là loại dây có lõi làm từ một kim loại đơn thành phần, sau đó đ-ợc phủ bên ngoài một lớp, th-ờng là kẽm, oxit kẽm, graphit nhằm cải thiện một số tính chất nh- tăng độ bền kéo, tăng nhiệt độ thoát nhiệt, tăng năng suất gia công…
Loại dây bằng đồng thau đ-ợc phát triển cho cắt thô, loại bằng kẽm phủ đồng thau hoặc đồng th-ờng dùng cho cắt góc và các loại dây đàn hồi dùng cho cắt côn chính xác với đ-ờng kính dây th-ờng khoảng 0,1 ữ 0,3mm. Ngoài ra, nhằm gia công các contour có độ chính xác cao, các nhà sản xuất dây cắt cho ra đời loại dây cắt có lõi bằng thép để gia công các chi tiết dày và điều kiện phun dung dịch điện môi khó khăn. Tuy vây, loại dây bằng đồng thau không phủ vẫn chiếm vị trí cao nhất trên thị tr-ờng.
Với gia công vi WEDM, các loại dây đ-ợc dùng là dây đ-ợc phủ bằng tungsten, molipden hay đồng thau có lõi bằng thép. Loại dây có lõi thép phủ đồng thau có độ bền kéo khoảng 2000N/mm2, nằm khoảng giữa của loại dây phủ bằng molipden (1400N/mm2) và dây phủ bằng tungsten (2500N/mm2) [17].
Bảng 2.3 - Các loại dây cắt và phạm vi ứng dụng
Loại dây Phạm vi ứng dụng
Dây đồng thau không phủ Thông dụng Dây đồng hoặc đồng thau
phủ CuZn50 mỏng Dùng khi cắt nhanh Dây đồng hoặc đồng thau
phủ kẽm Dùng cho gia công tinh Dây lõi thép phủ đồng và đồng thau ở
ngoài cùng
Dùng khi phôi dày, phun dung dịch điện môi khó
Dây lõi thép phủ tungsten hoặc
molipden Dùng cho gia công vi WEDM
c. Thuộc tính về cơ học:
Những thuộc tính cơ học quan trọng nhất của dây là: độ bền kéo (N/mm2), độ dãn dài (m/mm), khối l-ợng riêng (kg/m3) và trong một số tr-ờng hợp là hệ
Với dây mềm (độ bền kéo khoảng 350ữ 400 N/mm2) th-ờng dùng khi cắt côn chính xác vì sẽ giúp giảm đ-ợc dao động của dây, lỗi hình học trong cắt côn. Ng-ợc lại, dây có độ bền kéo cao (750 ữ 790 N/mm2) th-ờng đ-ợc dùng để cắt bề mặt yêu cầu độ chính xác vì độ cong và trễ của dây đ-ợc giảm thiểu do có thể tăng lực căng cho dây.
d. Thuộc tính vật lý:
Thuộc tính vật lý quan trọng nhât của dây là về nhiệt, thể hiện bằng nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt và nhiệt nóng chảy.
Bảng 2.4 - Giá trị về nhiệt của một số vật liệu
STT Vật liệu dây Nhiệt độ nóng chảy (oC) Nhiệt độ sôi (oC)
1 Nhôm 660 2450 2 Đồng thau 930 - 3 Đồng 1082 2595 4 Graphit - 3500 5 Magie 650 1107 6 Molipden 2625 5560 7 Titan 1820 3260 8 Kẽm 419 906 2.1.3.2 Độ căng dây
Khi gia công WEDM, do tác dụng của lực điện từ, áp suất trong kênh phóng điện, sự phun dung dịch điện môi… làm cho dây có xu h-ớng bị cong, gây ra các sai số về hình học khi gia công. Do vậy, dây cắt phải đ-ợc căng bởi một lực gọi là lực căng dây.
Lực căng dây góp phần làm giảm biên độ dao động của dây, giảm đ-ợc chiều rộng cắt, tăng tốc độ cắt. Tuy nhiên, nếu lực căng dây lớn quá sẽ làm cho dây dễ bị đứt. Giá trị lực căng dây tùy thuộc vào vật liệu điện cực dây, chiều dày phôi, máy gia công, tốc độ cắt…, thông th-ờng, lực căng dây có giá trị > 5N.