3. Nội dung chính của đồ án:
7.1 Các kiểu mòn điện cựcvà nguyên nhân gây mòn
Sau đây là thí nghiệm thực tế so sánh về sự mòn điện cực khi gia công 4 loại vật liệu khác nhau là: thép cacbon trung bình, đồng, nhôm và thép dụng cụ. Điều kiện thí nghiệm: sử dụngđiện cực bằng đồng có chiều dày s=0.5mm: độ dài xung tp=190 µs, khoảng cách xungti=40µs, điện áp trung bình U=22V, dòng điện cực đại ip=5A.Sơ đồ thí nghiệm đƣợc thể hiện ở hình 7.1 nhƣ sau:
Hình 7.1:Sơ đồ thí nghiệm về độ mòn điện cực khi gia công 4 loại vật liệu khác nhau.
Hình 7.2:Hình ảnh thực tế điện cực đồng (s = 0.5mm) trước khi gia công (a) và sau khi gia
công một khoảng thời gian (b: t = 10 phút,c: t = 40 phút).
Quá trình gia công này đƣợc thực hiện trên một máy CNC EDM loại Sodick AD3L; điện cực đƣợc giữ cố định bằng loại thiết bị Erowa.
Kết quả thí nghiệm cho thấy sự giảm bớt chiều cao của điện cực ∆lET sau một thời gian gia công nhƣ sau:
107
-Phôi là thép cacbon trung bình : ∆lET = 0.0475t0.230,s = 0.5 mm -Phôi là đồng : ∆lET = 0.123t1.048,s = 0.5 mm.
-Phôi là nhôm: ∆lET = 0.9195t0.232, s = 0.5 mm.
-Phôi là thép dụng cụ : ∆lET = 0.0821t0.108, s = 0.5 mm.
Bảng 7.1:Kết quả thí nghiệm so sánh độ mòn điện cực sau thời gian gia công t [phút]
Chiều dày tấm điện cực
Vật liệu thí nghiệm
Mòn điện cực ∆lET[mm] theo thời gian gia công, t [phút]
10 20 30 40 50 60 0.5 Thép Cacbon trung bình C45 0.0826 0.0974 0.1018 0.0903 0.1410 - Đồng 1.3364 2.951 0.6156 6.1078 6.9717 - Nhôm 0.0303 0.0467 0.0471 0.0360 0.0521 - Thép dụng cụ 0.1089 0.1163 0.1170 0.0899 0.1633 -
Có bốn loại mòn khác nhau: mòn thể tích,mòn góc, mòn mặt đầu, và mòn mặt (hình 7.3). Mòn góc thƣờng quan trọng nhất vì nó sẽ xác định mức độ chính xác của vết cắt cuối cùng. Nếu một điện cực có thể chống mòn tốt tại các điểm dễ bị phá hủy nhất của nó, thì sẽ giảm đƣợc sự ăn mòn đến mức tối thiểu và đạt đƣợc tuổi thọ cao nhất. Khả năng của một vật liệu điện cực để duy trìvà tạo ra các chi tiết có liên quan trực tiếp đến khả năng chống ăn mòn và khả năng gia công của nó.
Mòn góc cũng quan trọng nếu điện cực đƣợc mài. Điện cực sẽ phải đƣợc mài lại để tránh khỏi khu vực mòn này.
108
Hình 7.3:Sự mòn điện cực.
- Mòn mặt đầu: Đây là sự giảm chiều dài của điện cực trong quá trình gia công EDM. Độ mòn có thể đƣợc tính bằng cách đo chiều dài của điện cực trƣớc khi cắt trừ đi chiều dài của điện cực sau khi cắt.
∆l = l0 – l
Trong đó:
∆llà độ mòn mặt đầu.
l0là chiều dài trƣớc gia công. llàchiều dài sau khi gia công.
- Tỷ số mòn mặt đầu: Tỷ số mòn mặt đầu (phôi/độ mòn) có thể đƣợc đƣợc diễn tả nhƣ một tỷ lệ của chiều dài có thể sử dụng ban đầu của điện cực. Độ sâu gia công cắt ở các phôi đƣợc chia bằng việc đo độ mòn. Chia số này cho 100 sẽ ra tỷ lệ phần trăm của độ mòn mặt đầu.
Trong đó:
109
tlà chiều sâu cắt.
Phần trăm mòn mặt đầu:
- Mòn góc: Từ trƣờng điện có xu hƣớng tập trung ở các góc điện cực (Hình 7.4), làm các gócbị mònnhiều hơn. Ở các góc nhọn hơn, các tia lửa điện đƣợc tạo ra trong khu vực này nhiều hơn và sự tích tụ nhiệt nhiều hơn. Điều này gây ra mòn nhanh trong các khu vực góc của điện cực. Góc tù sẽ bị mòn ít hơn góc nhọn.Có thể giảm thiểu mòn góc bằng cách lựa chọn kích thƣớc hạt vật liệu điện cực nhỏ có độ bền và mật độ cao.
Hình 7.4:Từ trường điện có xu hướng tập trung ở các góc.
Mòn góc k đƣợc xác định bằng cách tính ra đƣợc một chỉ số mòn góc bên ngoài. Điều này đƣợc thực hiện bằng cách đo điện cực dựa trên một sự so sánh quang học.Mòn góc k đƣợc xác định bằng cách cộng thêm số mòn mặt đầu với mòn góc bên ngoài.
Mòn góc:
k=r+∆l
Trong đó:
k là mòn góc.
r là mòn góc bên ngoài.
- Tỷ số mòn góc: Tỷ số mòn góc K có thể đƣợc tính bằng cách chia chiều sâu cắt của lát cắt cho mòn góc.
110 Trong đó:
K là tỷ số mòn góc.
- Mòn thể tích: Là nói đến sự mòn kết hợp trên các bề mặt cắt toàn bộ của điện cực so với hàm lƣợng kim loại bị tách khỏi phôi. Mòn thể tíchV có thể đƣợc tính theo trọng lƣợng hoặc bất kỳ đơn vị khác của phép đo phổ biến cho các phôi kim loại và các điện cực. Các phép đo sẽ đƣợc thực hiện trƣớc và sau khi cắt. Tỷ số hao mòn này đƣợc tính theo công thức sau đây:
Trong đó:
VE: Thể tích vật liệu điện cực bị bóc đi. VW: Thể tích vật liệu chi tiết bị bóc đi.
- Mòn mặt bên: Dạng mòn này xảy ra tại các mặt bên của điện cực. Mòn mặt gây rado các hạt đã bịloạibỏ ra ngoài của khe hở cắt. Khi các hạt này mang theo chấtđiện môi có thể mài mòn các mặt của điện cực. Nếu các hạt có chuyển động quá mức trong khu vực này, tia lửa điện sẽ thƣờng xuyên tăng đột ngộtqua khe hở bên, xảy ra cắt mặt bên củađiện cực và phôi. Các cầu nối khe hở có thể gây ra bởi điều kiện xả nƣớc kém, các hạt lớn hoặc các hạt vƣợt quá kích thƣớc.
Mòn mặt bên gây ra vết cắt hình côn trong khi di chuyển điện cực xuyên qua phôi. Độ côn đƣợc xác định bằng cách đo đáy của vết cắt trừ đi đỉnh của vết cắt.