3. Nội dung chính của đồ án:
5.1.4 Vận chuyển phoi
Sau khi phần vật liệu đƣợc tách ra khỏi bề mặt chi tiết cần gia công nó trở thành phoi, các phần tử kim loại này lơ lửng trong chất điện môi làm cho cách điện của chất điện môi giảm và có nguy cơ gây ra sự phóng điện bất thƣờng, nguy cơ tạo hồ quang và ngắn mạch tăng lên làm giảm độ chính xác và năng suất cắt.
Vì vậy chất điện môi cần phải có nhiệm vụ vận chuyển lƣợng phoi này ra khỏi vùng cắt bằng cách tạo ra dòng chảy chất điện môi hợp lý, dẫn phần chất điện môi này vào hệ thống lọc để làm sạch chất điện môi trƣớc khi đƣa trở lại tiếp tục làm các nhiệm vụ của mình khi đã đƣợc làm sạch.
5.2Các loại chất điện môi và tiêu chuẩn đánh giá 5.2.1 Các loại chất điện môi
Ngày nay phƣơng pháp gia công tia lửa điện đƣợc ứng dụng chủ yếu vào 2 phƣơng pháp gia công đó là gia công điện cực thỏi và gia công cắt dây tia lửa điện. Ở mỗi phƣơng pháp gia công thì sử dụng các chất điện môi khác nhau cụ thể nhƣ sau:
- Chất hydrocacbon: chủ yếu dùng cho gia công điện cực thỏi. - Nƣớc khử khoáng: chủ yếu dùng cho cắt dây.
Ngoài ra, ngày nay trên thế giới còn xuất hiện 1 loại chất điện môi mới mà thành phần chủ yếu là nƣớc, có độ nhớt cao hơn nƣớc, hiệu quả làm mát cao hơn dầu.
Riêng đối với chất hydrocacbon còn đƣợc chia làm 3 nhóm dựa trên cơ sở đặc tính hóa học đó là:
- Parafin . - Dầu khoáng.
- Các dẫn xuất của xăng.
Các yếu tố nhƣ thành phần hóa học, độ nhớt... sẽ quyết định chất lƣợng và khả năng áp dụng của chất điện môi. Dầu khoáng có chất lƣợng cao nhờ kỹ thuật tinh chế đặc biệt. Còn các dẫn xuất của xăng cũng cho hiệu quả cao nếu dùng làm chất điện môi, tuy nhiên không sử dụng đƣợc do có tác hại xấu đến sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng.
5.2.2 Tiêu chuẩn đánh giá
Đánh giá chất điện môi dựa trên các tiêu chuẩn sau: - Bền lâu , ít hao phí.
- Vệ sinh, không hại dao, không độc, không khó ngửi. - Có điểm cháy cao (khó cháy).
78
- Có độ trong suốt để dễ quan sát vùng gia công. - Có độ nhớt phù hợp.
- Cách điện ở điều kiện bình thƣờng. - Có khả năng truyền điện áp.
- Có khả năng bị ion hóa. - Khả năng làm sạch dễ dàng. - Giá cả thấp.
Trong tất cả các tiêu chuẩn trên thì tiêu chuẩn về độ nhớt là quan trọng nhất vì nó ảnh hƣởng trực tiếp lên kênh phóng điện, nó quyết định mở rộng kênh phóng điện (là trở lực của chất lỏng đối với sự cháy), độ nhớt chất điện môi càng cao thì kênh phóng điện càng tập trung lớn nên hiệu quả phóng điện cao hơn.
Để gia công thô thì cần độ nhớt cao hơn (để bóc đƣợc vật liệu lớn hơn khoảng 4mm2/s).
Để gia công tinh thì cần độ nhớt thấp hơn khoảng 2mm2/s, vì khi gia công tinh cho chất điện môi chảy qua khe hở rất nhỏ nên đòi hỏi độ nhớt của chất điện môi cũng phải nhỏ.
Trên thực tế để tránh phải thay chất điện môi khi gia công thô và gia công tinh nên thƣờng chọn chất điện môi có độ nhớt trung bình để gia công cho cả 2 trƣờng hợp.
- Các yếu tố an toàn của chất điện môi.
+ Do nhiệt độ trong quá trình phóng điện tại khe hở là rất cao nên đòi hỏi chất điện môi phải có điểm cháy cao (do khi đó nhiệt độ của chất điện môi cũng tăng cao).
+ Thành phần hóa học của chất điện môi cũng phải thích hợp do khi nhiệt độ ở khe hở cao sẽ làm bốc hơi và lắng cặn. Do đó đòi hỏi khi bốc hơi và lắng cặn không ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng xung quanh.
+ Mặt khác, cơ sở chủ yếu của chất điện môi là nƣớc nên khi gia công sẽ tồn tại dòng dò. Dòng này ảnh hƣởng lớn đến độ bóng và độ chính xác khi gia công. Trong khi gia công cắt dây tia lửa điện chất điện môi là nƣớc khử khoáng khi đó do khe hở nhỏ nên ít có vấn đề liên quan đến sự bóc hớt của các bọt khí đƣợc tạo ra trong chất điện môi. Tuy nhiên nƣớc khử khoáng đòi hỏi các chất kiềm chế. Gia công bằng phƣơng pháp xung định hình không thể dùng nƣớc khử khoáng do bê mặt điện cực lớn nên dòng dò cũng lớn.
5.3Các loại dòng chảy chất điện môi
Nhƣ đã biết chất điện môi là một yếu tố không thể thiếu đƣợc trong gia công tia lửa điện mà ở đó chất điện môi không những đóng vai trò là môi trƣờng gây ra sự phóng điện mà còn đóng một vai trò hết sức quan trọng đến năng suất cũng nhƣ chất lƣợng bề mặt gia công. Nếu chất điện môi loãng (độ nhớt nhỏ) thì sức căng bề mặt nhỏ càng thích hợp với
79
nhiệm vụ sục rửa khe hở. Nếu sục rửa không tốt thì gia công càng lâu và càng gây ra các lỗi ngắn mạch hay hồ quang làm hƣ hại phôi và điện cực, do tồn tại các phoi lẫn trong dung dịch chất điện môi gây ra. Việc chọn các thông số gia công sẽ không còn ý nghĩa nếu điều kiện dòng chảy không đáp ứng đƣợc quá trình gia công đó.
Trong quá trình gia công tia lửa điện có các phƣơng pháp tạo dòng chảy chất điện môi sau:
- Dòng chảy áp lực. - Dòng chảy bên ngoài. - Dòng chảy hút.
- Dòng chảy phối hợp. - Dòng chảy nhắp.
- Dòng chảy chuyển động cực. + Dòng chảy áp lực
Đây là phƣơng pháp phổ biến và đƣợc ƣu tiên nhất, trong đó chất điện môi đƣợc đƣa cƣỡng bức vào khe hở phóng điện qua lỗ trên phôi hoặc trên điện cực,xem hình 5.1.
Hình 5.1:Chất điện môi được đưa qua lỗ trên điện cực.
Hình 5.2 là dòng chảy chất điện môi đƣợc đƣa vào thông qua một lỗ ở đáy phôi. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là tận dụng đƣợc lỗ có sẵn ở đáy phôi, đồng thời loại bỏ đƣợc việc tạo một lỗ trên điện cực nhƣ phƣơng pháp đƣa chất điện môi qua điện cực.
Điều kiện của cả 2 phƣơng pháp trên là dòng chảy phải đƣợc điều chỉnh đúng, nếu không quá trình gia công sẽ không ổn định gây ra giảm lƣợng hớt vật và ăn mòn điện cực không đều. Vận tốc dòng chảy có thể đƣợc theo dõi bằng cách đo độ chênh lệch áp suất hoặc lƣu lƣợng dòng chảy. Việc cài đặt không chính xác các thông số điều khiển trong phƣơng pháp EDM này có thể dẫn đến hiệu suất thấp, tăng biến động trong suốt quá trình và làm giảm khả năng sản xuất sản phẩm cũng nhƣ gia công.
80
Hình 5.2:Chất điện môi được đưa qua lỗ dưới đáy phôi.
Một ƣu điểm của phƣơng pháp này là dòng chảy áp lực cao qua tâm của điện cực giúp cố định dòng chảy. Ngoài ra, phun cƣỡng bức các chất điện môi ra khỏi các miệng núi lửa đã tạo ra sự định tâm hiệu quả lên điện cực. Nhờ vào sự trợ giúp của một chuyên viên điện cực và các ảnh hƣởng của dòng chảy tác động lên điện cực, khoan EDM có thể thâm nhập sâu hơn nhiều so với hầu hết các phƣơng pháp khoan khác. Áp lực xả cao giúp giữ phôi và làm mát điện cực. Điều này giúp giữ cho vùng ảnh hƣởng nhiệt, hay còn gọi là chiều sâu của mực chất điện môi có thể kiểm soát đƣợc.
Bất lợi của phƣơng pháp này là hiện tƣợng phóng tia lửa điện bổ sung giữa các phần tử đã bị ăn mòn điện và thành khuôn gây ra sai hình dạng in hình và thành khuôn, xem hình 5.3.
Hình 5.3:Ảnh hưởng của phóng điện bổ sung.
81
Là phƣơng pháp đơn giản nhất và lâu đời nhất trong gia công EDM. Dòng cháy chất điện môi đƣợc thoát ra trực tiếp từ một vòi phun (hoặc nhiều vòi phun) đến khu vực gia công. Áp lực của vòi phun tạo ra dòng chảy trong khe hở phóng điện nhờ đó mang các mảnh vỡ kim loại theo dòng chảy ra ngoài khe hở. Phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng trong WEDM, gia công các khe hẹp và lòng khuôn.
Hình 5.4:Dòng chảy bên ngoài.
Lƣu ý cho phƣơng pháp này là cần phân phối hợp lý nếu dùng nhiều vòi phun, tốc độ dòng chảy, góc độ mà tại đó vòi phun hƣớng vào khe hở phóng điện, và sự thiết kế của lòng khuôn. Thƣờng dùng phƣơng pháp này khi gia công lòng khuôn không quá sâu, thƣờng đƣợc sử dụng trong các nhà máy bởi tính đơn giản và vận chuyển phôi tốt, đƣợc minh họa trong hình 5.4.
Trong trƣờng hợp khi lòng khuôn rộng miệng vòi phun phải nằm ngang con khi lòng khuôn sâu thì miệng vòi phải gần thẳng đứng.
+ Dòng chảy hút
Là phƣơng pháp mà chất điện môi đƣợc hút ra khỏi khe hở cùng với phoi qua một lỗ hút trên phôi hoặc trên điện cực (ngƣợc lại với phƣơng pháp dòng chảy áp lực). Phƣơng pháp này ít xảy ra phóng tia lửa điện bổ sung ở khe hở mặt bên hơn phƣơng pháp dòng chảy áp lực, do các phần tử bị tách ra không bị đẩy lên trên kênh phóng điện. Vì thế phƣơng pháp này đƣợc dùng khi gia công tinh 1 lần cuối và ở nơi đạt đƣợc các thành khuôn song song.
Không giống nhƣ 2 phƣơng pháp trên, chất điện môi đƣợc hút từ bể chứa đã qua bộ lọc nhƣng đƣợc hút trực tiếp từ bể chứa phôi nên hiệu quả gia công phụ thuộc vào độ sạch của chất điện môi.Khi đó cần đặc biệt chú ý là phải luôn luôn có đủ dung dịch điện môi trong khe hở phóng điện để cho qua trình gia công không bị mất ổn định.
82
Dòng chảy hút không tốt sẽ xảy ra khi lòng khuôn sâu và hẹp.
Hình 5.5:Dòng chảy hút qua điện cực.
Những bất lợi của phƣơng pháp này là khó quan sát dòng chảy và khó biết đƣợc áp suất dòng chảy. Một nhƣợc điểm cần quan tâm nữa là mối nguy hiểm phát sinh khi không loại bỏ đƣợc các khí sẽ gây ra hiện tƣợng nổ điện cực.
Khi lòng khuôn sẵn có lỗ thủng ở đáy ngƣời ta thƣờng sử dụng hút qua phôi theo kiểu “ vòi ấm” hình 5.6, vòi ấm đƣợc đặt dƣới phôi và chất điện môi chứa phần tử bị ăn mòn đƣợc hút ra ngoài.
Hình 5.6:Dòng chảy hút qua phôi.
+ Dòng chảy phối hợp
Là phƣơng pháp kết hợp cả dòng chảy áp lực và dòng chảy hút qua hai lỗ trên phôi hoặc trên điện cực. Một đầu bơm chất điện môi một đầu hút chất điện môi. Đây là phƣơng pháp có thể khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của 2 phƣơng pháp trên.
83
Dòng chảy này đạt kết quà tốt nhất khi áp dụng cho điện cực rộng và có hình dạng phức tạp.
+ Dòng chảy nhắp
Trong phƣơng pháp dòng chảy nhắp điện cực đƣợc di chuyển chuyển lên xuống trong lòng khuôn. Nhờ vào sự di chuyển lên xuống của điện cực đã tạo ra đƣợc sự bơm chất điện môi vào trong lòng khuôn, làm cho các hạt bị ăn mòn điện bị đẩy ra bên ngoài khe hở phóng điện. Dòng chảy nhắp đƣợc thực hiện khi lòng khuôn sâu, điện cực nhỏ hoặc dùng cho gia công tinh.
Hình 5.7:Dòng chảy nhấp, điện cực di chuyển lên xuống.
+ Dòng chảy do chuyển động điện cực
Dòng chảy do chuyển động điện cực có tác động đối kháng với chất điện môi trong khe hở phóng điện là nhờ vào chính chuyển động của điện cực.
Ở các lòng khuôn sâu và hẹp, sự tiến– lùi của điện cực sẽ đều đặn bơm chất điện môi sạch vào khe hở phóng điện.
84
Hình 5.8:Dòng chảy do điện cực xoay.
5.4Các lỗi dòng chảy
-Lỗi do áp lực cao và sự rung động.
Do áp lực cao của dòng chảy, điện cực có thể phải chịu một lực đối kháng rất mạnh. Tác động của dòng chảy tƣơng tự nhƣ là một cái kích thủy lực, đặc biệt khi lòng khuôn sâu và hẹp. Các đỉnh áo lực cao đặc biệt có thể xảy ra rung động của điện cực, vị trí điểm đặt của điện cực bị lệch đi. Biến dạng và các lỗi quá trình có thể xảy ra.
-Lỗi do sự giảm áp lực dòng chảy.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp dòng chảy áp lực và dòng chảy hút là làm giảm áp lực khi khe hở đặc biệt dài và hẹp.
Các phần tử đã bị ăn mòn điện làm tắc nghẽn khe hở gây ra biến dạng hình dáng lòng khuôn.
5.5 Ảnh hƣởng của chất điện môi lên kết quả gia công
Các chất điện môi đƣợc sử dụng trong EDM có tính đặc điểmcách điện cao và phục hồi nhanh chóng sau khi phóng điện, khả năng làm mát tốt. Các phƣơng pháp xả và các loại chất điện môi sẽ ảnh hƣởng đến ăn mòn điện cực và lƣợng hớt vật liệu. Trong gia công thô dòng chảy chất điện môi ảnh hƣởng đến lƣợng hớt vật liệu và ăn mòn điện cực, trong khi gia công tinh nó ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt. Nhƣ trong gia công thô độ nhớt chất điện môi sẽ cao do đó làm lƣợng lƣợng hớt vật liệu sẽ lớn chính vì thế mà chất lƣợng bề mặt sẽ không đƣợc tốt đồng thời khe hở phóng điện sẽ lớn hơn khi gia công tinh, ngƣợc lại khi gia công tinh thì độ nhớt sẽ thấp, khe hở phóng điện nhỏ làm lƣợng hớt vật liệu sẽ ít đi nhƣng đồng thời lại làm tăng chất lƣợng bề mặt.
85
Để cho dòng điện môi đƣợc tốt nhất, những hạt bị ăn mòn cần phải đƣợc lọc sạch và loại bỏ. Trong quá trình ăn mòn tia lửa, điện môi cần đƣợc làm lạnh xuống nhiệt độ thƣờng, khoảng 20°C - 30°C. Nếu quá nóng, thì quá trình này sẻ không đƣợc chính xác, và chất điện môi sẽ bị bốc hơi. Chính vì lí do trên, máy gia công tia lửa điện luôn luôn có thêm phần lọc sạch. Phần lọc sạch này có những tác dụng sau đây:
a) Dự trữ dung dịch điện môi.
b) Làm sạch điện môi dơ từ bể chứa phôi.
c) Cung cấp dung dịch điện môi sạch và áp suất cần thiết để làm đầy nhanh cũng nhƣ việc xả và hút ra khi xục rửa.
d) Làm nguội dung dịch điện môi(bằng không khí, nƣớc hay hệ thống làm mát). Có 3 kiểu lọc sau:
- Bộ lọc màng giấy. - Bộ lọc phễu đá sỏi. - Bộ lọc khe hở.
+ Bộ lọc màng giấy: là thiết bị lọc bao gồm một số bộ phận chính nhƣ: bể chứa dự trữ dung dịch điện môi, bơm lọc, bơm tới máy, bộ lọc mâm và bộ làm nguội. Phần tử lọc là một mâm giấy hình tròn có lỗ ở giữa, khi mâm lọc bị bẩn thì áp lực lọc sẽ lớn và khi đó cần phải thay mâm lọc. Đây là bộ lọc có kết cấu đơn giản rẻ tiền.
Khi mâm lọc đã bẩn tối đa thì áp lực lọc sẽ trở nên rất lơn và phải thay thế mâm lọc giấy. Tùy thuộc vào chủng loại giấy, ngƣời ta đạt đƣợc một đơn vị lọc giữa 1- 5µm. Loại mâm giấy này có thể đảm bảo tốt ở công suất gia công 450 mm3/phút.
+ Bộ lọc phễu đá sỏi: khi cần lọc với công suất lớn hơn thì bộc lọc màng giấy không đáp ứng đƣợc yêu cầu, vấn đề này đƣợc xử lý bằng bộ lọc đá sỏi, phƣơng tiện lọc có thể là một phễu đá sỏi hoặc xenlulô, khi chất điện môi chảy vào phễu thiết bị chất điện môi sẽ đƣợc lọc và đây là thiết bị lọc tuần hoàn. Để làm sạch phễu lọc chỉ cần cho dòng chảy chất điện môi ngƣợc lại chiều lọc là dòng chảy sẽ kéo chất bẩn ra khỏi phễu lọc.
+ Bộ lọc khe hở: đây là bộ lọc có chất lƣợng cao và ngày càng đƣợc sử dụng nhiều. Thiết bị này gồm nhiều ống lọc trong một thùng chịu áp lực. Trong các ống lọc có các đĩa lọc đặc biệt không dẻo, dung dịch chất điện môi đƣợc nén áp lực bằng khí nén. Dƣới áp lực cao đó chất điện môi đã đƣợc lọc sẽ theo các ống lọc chảy ra ngoài và giữ lại các chất bẩn trên ống.
Câu hỏi ôn tập:
1. Chất điện môi có đặc tính gì?
2. Nhiệm vụ chính của chất điện môi trong gia công EDM. 3. Nêu các loại chất điện môi.
4. Các loại dòng chảy trong khi gia công EDM
86