3. Nội dung chính của đồ án:
6.6 Ảnh hƣởng của cặp điện cực/phôi đến MRR, EW, SR
6.6.1 Sự chuẩn bị phôi và dụng cụ
Chuẩn bị phôi, các nguyên liệu thép hợp kim (AISI P20 HẠNG 1,2738) ở dạng hình khối sẽ đƣợc cắt thành các phần nhỏ hơn để phôi có thể đƣợc chuẩn bị riêng. Các kích thƣớc của phôi là 8mm x 25mm x 25mm. Các phôi đƣợc cắt bằng máy dây EDM dựa trên các thông số thiết lập tiêu chuẩn. Chuẩn bị dụng cụ, đồng dạng khối hình trụ có đƣờng kính 15 mm và chiều dài 40 mm.
Bảng 6.5 trình bày danh mục các giá trị của 3 thông số gia công đặc trƣng MRR, EW và SR. Thí nghiệm này sử dụng thiết kế của L18 Orthogonal Array để thuđƣợc kết quả MRR, EWR và SR. Các tiêu chuẩn để đạt điều kiện tối ƣu của mỗi thông số gia công đặc
102
trƣng đƣợc xác định đểđặc trƣng vềchất lƣợng, đối với tốc độ cắt bỏ vật liệu (MRR) (cao hơn-tốt hơn), tỷ số mòn điện cực (EWR) (thấp hơn-tốt hơn) và độ nhám bề mặt (SR)(thấp hơn-tốt hơn). Do đó trong mối quan hệ với phƣơng pháp Taguchi, các giá trị quan sát của MRR, EWR và SR đã đƣợc thiết lập để đạt các giá trị tối đa, tối thiểu tƣơng ứng.
Bảng 6.5:Các thông số ảnh hưởng đến MRR, EWR, SR
Các thông số Ảnh hƣởng Stt Cực I u1 t1 to C Khe hở Độ khuếch đại MRR EWR Ra [A] [V] [µs] [µs] [nF] [-] [-] [mm3/min] [-] [µs] 1 + 0.8 60 1 2 - 50 2 0.0003 1.6162 0.3 4 2 + 0.8 80 2.4 13 2.7 65 5 0.0006 3.076 1.1 4 3 + 0.8 100 5.5 56 19.4 80 9 0.0008 2.0715 0.8 4 + 1.4 60 1 13 2.7 80 9 0.0003 3.0782 1.5 1 5 + 1.4 80 2.4 56 19.4 50 2 0.001 1.7383 0.7 2 6 + 1.4 100 5.5 2 - 65 5 0.0007 0.754 0.6 2 7 + 1.8 60 2.4 2 19.4 65 9 0.0016 0.7588 0.7 3 8 + 1.8 80 5.5 13 - 80 2 0.0004 1.9202 0.4 1 9 + 1.8 100 1 56 2.7 50 5 0.0004 3.6376 1.6 2 10 - 0.8 60 5.5 56 2.7 65 2 0.0011 0.2151 0.3 4 11 - 0.8 80 1 2 19.4 80 5 0.002 0.2847 0.5 6 12 - 0.8 100 2.4 13 - 50 9 0.0009 0.1247 0.4 6 13 - 1.4 60 2.4 56 - 80 5 0.0006 0.1988 0.2
103 2 14 - 1.4 80 5.5 2 2.7 50 9 0.00014 0.2124 0.9 7 15 - 1.4 100 1 13 19.4 65 2 0.0018 0.2954 1.3 6 16 - 1.8 60 5.5 13 19.4 50 5 0.0007 0.3916 1.0 7 17 - 1.8 80 1 56 - 65 9 0.0007 0.1941 0.5 8 18 - 1.8 100 2.4 2 2.7 80 2 0.0021 0.2584 0.4 4
6.6.2 Ảnh hƣởng của độ phân cực đến MRR, EWR và SR
Sự phân cực dƣơng (dụng cụ -, phôi +) đã đƣợc thiết lập theo cácbiểu đồ đáp ứng MRR trình bày. Theo B.H. Yan, Saeki và Sunida, bằng cách sử dụng một cực âm trong EDM tạo ra MRR cao hơn với một năng lƣợng phóng điện cao hơn (P>3A hoặc A>5μs), ngƣợc lại một cực dƣơng tạo ra MRR cao hơn với năng lƣợng phóng điện thấp hơn (P<3A hoặc A<5μs). MRR tăng khi điện cực đƣợc sử dụng là cực dƣơng trong tất cả các trƣờng hợp của các điện cực bán kết dính. Trong trƣờng hợp MRR thấp hơn, các điện cực phải tốn nhiều thời gian để gia công đạt hiệu quả. Cực dƣơng cho MRR tốt hơn so với cực âm. Lee S.H nhận định rằng yếu tố cực dƣơng làm giảm EWR hơn là yếu tố cực âm. Điều này là do tản nhiệt tƣơng đối trên phôi cao vào cuối thời gian phóng điện. Trong suốt quá trình phóng điện xảy ra, ít electron va chạm điện cực dụng cụ hơn trên các phôi vì các electron thƣờng phản ứng với cực dƣơng là phôi. Kiyak và Cakir đã nhận định rằng với cực dƣơng có điều kiện dòng điện nhỏ hơn và xung đã đƣợc sử dụng cho các thí nghiệm. Điều này là bởi vì độ sâu hạt nhỏ và hạt sẽ đƣợc sản xuất để đạt đƣợc độ bóng bề mặt của phôi. Các điện cực âm cho sự phóng điện ổn định vì nó là điều kiện tiêu chuẩn đối với bất kỳ quá trình gia công EDM, góp phần cho kết quả độ nhám bề mặt thấp hơn.
Sự phân cực dƣơng (dụng cụ -, + phôi) đƣợc cho là tối ƣu cho tất cả các phân tích trên Năng suất bóc vật liệu (MRR), tỷ số mòn điện cực (EWR) và độ nhám bề mặt (SR) khi gia công phôi là thép dụng cụ sử dụng máy gia công(EDM). Do đó, nghiên cứu này có thể hữu ích cho các nghiên cứu khác trong việc tìm kiếm sự phân cực tốt nhất và hiệu quả của nó lên thép dụng cụ AISI P20 GRADE 1,2738 phôi bằng cách sử dụng điện cực dụng cụ là đồng.
104
Câu hỏi ôn tập:
1. Trình bày các yêu cầu của vật liệu điện cực?
2. Trình bày cách phân loại vật liệu? Nêu ƣu, nhƣợc điểm của từng loại?
3. Trình bày công thức xác định kích thƣớc điện cực khi gia công thô và gia công tinh?
4. Nêu các phƣơng pháp gia công điện cực chủ yếu và khả năng ứng dụng của từng loại?
105
Chƣơng 7: MÒN ĐIỆN CỰC VÀ TÍNH TOÁN MÒN ĐIỆN CỰC
Mòn điện cực ảnh hƣởng đến kết qua gia công EDM, chƣơng 7 giúp sinh viên phân biệt các kiểu mòn điện cực cũng nhƣ cách tính toán độ mòn trong mỗi trƣờng hợp cụ thể nhằm nâng cao độ chính xác trong gia công EDM.
Sau khi học xong chƣơng này ngƣời đọc có khả năng: - Phân loại đƣợc các kiểu mòn điện cực.
- Tính toán đƣợc độ mòn điện cực nhƣ: mòn mặt đầu, mòn góc.
- Nêu đƣợc ảnh hƣởng của mòn điện cực.
106
7.1 Các kiểu mòn điện cực và 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.
7.2 Tính toán mòn điện cực
Trong quá trình gia công, một phần vật liệu điện cực bị bốc hơi gây mòn điện cực. Ngƣời ta đƣa ra thông số tỉ số mòn R là tỉ số giữa thể tích vật liệu chi tiết bị bóc đi và thể tích vật liệu điện cực bị bóc đi. Tỉ số mòn R đƣợc tính bởi công thức sau:
R = 2.25.Tr-2.3
Trong đó Tr là tỷ số giữa điểm nóng chảy của chi tiết với điện cực. Tỷ số mòn có giá trị trên một dải rộng, từ 0.2 † 100.
Tốc độ mòn của điện cực đƣợc xác định bằng công thức sau: Wt = 11.103. I. Tt-2.38, mm3/ph
Trong đó Tt là điểm nóng chảy của vật liệu điện cực.
Độ mòn tƣơng đối của điện cực đƣợc xác định bằng công thức:
Trong đó:
111
VW: Thể tích vật liệu chi tiết bị bóc đi
7.3 Ảnh hƣởng của mòn điện cực
Hình 7.5:Minh họa về độ mòn điện cực.
Độ mòn điện cực gây ảnh hƣởng đến độ chính xác gia công. Trong bốn dạng mòn trên thì mòn góc là quan trọng nhất vì nó quyết định đến độ chính xác của lần cắt cuối cùng. Nếu điện cực có tính chống mòn cao thì tuổi thọ của dụng cụ tăng và hiệu suất gia công cao.
7.4 Các biện pháp làm giảm độ mòn điện cực
Độ mòn điện cực phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ: vật liệu điện cực, dòng điện Ie, độ dài xung, sự đấu cực… Vì vậy, điều chỉnh các yếu tố trên phù hợp sẽ làm giảm đƣợc độ mòn điện cực.
- Vật liệu điện cực và vật liệu chi tiết gia công. Khi gia công vật liệu cacbit bằng điện cực graphit thì độ mòn điện cực lớn hơn so với trƣờng hợp điện cực bằng volfram- đồng.
- Dòng điện Ie: Khi gia công thép bằng điện cực đồng hoặc graphit ngƣời ta nhận thấy tăng Ie thì độ mòn tƣơng đối giảm.
- Độ dài xung: Khi gia công thép bằng điện cực đồng hoặc graphit thì khi tăng độ dài xung thì độ mòn tƣơng đối sẽ giảm.
- Sự đấu cực: Bằng cách đấu cực hợp lý ta sẽ nhận đƣợc độ mòn điện cực nhỏ nhất. Khi gia công thép bằng điện cực graphit, nếu Ie tăng thì nên thay đổi sự đấu cực để tăng lƣợng bóc vật liệu: điện cực đấu vào cực âm khi gia công thô và đấu vào dƣơng khi gia công tinh.
- Sử dụng điện cực chuyển động hành tinh: Khi gia công bằng điện cực chuyển động hành tinh, mặt đầu điện cực bị mòn ít hơn vì độ mòn phân phối qua các mặt của điện cực cũng nhƣ dƣới đáy.
Một phƣơng pháp mới để giảm sự độ mòn điện cực và ngăn chặn ăn mòn điện quá mức cũng đƣợc nghiên cứu. Chất điện phân có độ dẫn điện cao hơn nhiều so với nƣớc khử ion đƣợc sử dụng nhƣ là chất điện môi dùng trong phƣơng pháp gia công này, trong khi điện cực lắng đọng đƣợc sử dụng để bù đắp sự hao mòn của điện cực dụng cụ trong quá trình.
112
Bên cạnh đó, xung điện áp nano giây và điện cực dụng cụ có mặt-cách nhiệt đƣợc áp dụng để ngăn chặn sự ăn mòn điện quá mức.Kết quả thí nghiệm cho thấy phƣơng pháp mới này có thể làm giảm độ mòn điện cực và ngăn chặn ăn mòn điện quá mức hiệu quả.
Câu hỏi ôn tập:
1. Phân loại các kiểu mòn điện cực?
2. Khái niệm mòn mặt đầu, mòn góc, mòn thể tích và mòn mặt bên?
3. Trình bày công thức tính độ mòn điện cực: mòn mặt đầu, mòn góc, mòn thể tích, mòn mặt bên?
4. Mòn điện cực ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến độ chính xác gia công?
113
Chƣơng 8: GIA CÔNG CẮT DÂY EDM
Chƣơng 8 cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về gia công cắt dây cũng nhƣ ứng dụng và khả năng công nghệ của phƣơng pháp này.
Sau khi đọc xong chƣơng 8 ngƣời đọc có khả năng:
- Trình bày đƣợc công dụng của gia công tia lửa điện cắt dây. - Diễn tả đƣợc cấu hình trục cho máy cắt dây.
- Trình bày đƣợc sự thực hiện quá trình cắt dây. - Nêu tên đƣợc các loại dây điện cực.
- Trình bày đƣợc sự thoát phoi khi cắt dây. - Biết đƣợc độ chính xác khi gia công cắt dây.
- Trình bày đƣợc các sai số cố hữu của profin khi cắt dây. - Điều khiển liên hệ ngƣợc khi cắt dây.
- Trình bày đƣợc khả năng đạt đƣợc độ nhám bề mặt khi cắt dây. - So sánh cắt dây với các phƣơng pháp không truyền thống khác.
114
8.1 Công dụng của gia công tia lửa điện cắt dây
Gia công tia lƣ̉a điê ̣n sƣ̉ du ̣ng điê ̣n cƣ̣c dây là mô ̣t trong nhƣ̃ng công nghê ̣ gia công cơ khí hiện đại và đang ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất ô tô xe máy , điê ̣n tƣ̉, máy bay, y tế... Các máy gia công tia lửa điện thƣờng đƣợc sử