3. Nội dung chính của đồ án:
4.2.2 Ảnh hƣởng của chiều dày phôi h, dòng phóng điện Ie và thời gian xungti lên độ
nhám bề mặt
Việc tách phôi khi gia công tia lửa điện là dựa vào nguồn nhiệt do sự bắn phá các ion và các điện tử đƣợc gia tốc trong điện trƣờng giữa hai đầu điện cực và phôi. Các nhấp nhô tế vi trên bề mặt chi tiết là các hố sâu có dạng gần giống nhƣ miệng núi lửa (Hình 4.8).
Hình 4.8:Bề mặt thực và hình dáng “miệng núi lửa” khi gia công tia lửa điện.
Các “miệng núi lửa” này là các vết nhỏ li ti, độ lớn của chúng phụ thuộc vào năng lƣợng sinh ra trong một kênh phóng điện. Do vậy, độ nhám bề mặt của chi tiết khi cắt dây là sự kết hợp giữa bề mặt lý tƣởng và các “miệng núi lửa” sắp xếp chồng mép nhau theo phƣơng chạy dây. Vì bản chất của quá trình gia công tia lửa điện chủ yếu là dùng nhiệt, do đó đặc tính về nhiệt của vật liệu có tính quyết định đến khả năng bóc tách vật liệu hơn là đặc tính về cơ học. Hệ số giảm ăn mòn (nhiệt) Cm của một số vật liệu đƣợc cho nhƣ sau:
Bảng 4.3: Hệ số giảm ăn mòn (nhiệt) Cm của một số vật liệu
TT Vật liệu Hệ số giảm ăn mòn (nhiệt) Cm x10
13 (J2/m4.s) 1 Fe 67 2 Thép (0.1%C) 41 3 Hợp kim cứng (WC-Co) 151 4 Graphite (100 - 300)
63
Nếu hệ số giảm ăn mòn (nhiệt) càng lớn thì vật liệu càng khó bị ăn mòn (tức là càng khó tách phoi); dẫn đến độ nhám bề mặt giảm.
Xuất phát từ nhận xét trên, chúng ta cùng nhau tiến hành nghiên cứu kiểm nghiệm độ nhám bề mặt chi tiết gia công từ 03 loại vật liệu khác nhau, với sự thay đổi tƣơng ứng của từng thông số công nghệ.
Để phân tích sự ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, tiến hành thí nghiệm với sự thay đổi của 03 thông số công nghệ chính: chiều dày phôi h; dòng phóng điện Ie và thời gian xung ti; trên 03 loại vật liệu thép thông dụng là thép C45, thép CD70 và hợp kim cứng BK8.
Điều kiện thí nghiệm:
- Máy cắt dây CNC DK7732, series 5410, bộ điều khiển Model FL200. - Dây cắt bằng Molipden; φ0,18; dài 2000m, dùng nhiều lần.
- Điện áp nguồn: 380/220V, 50Hz. - Khoảng cách xung: t0 = 3.ti.
- Độ nhám bề mặt đƣợc đo bằng máy đo độ nhám SURFTEST 301 của hãng Mitutoyo, Nhật Bản tại phòng thí nghiệm.
Hình 4.9:Sơ đồ thực nghiệm đo độ nhám bề mặt.
Kết quả thí nghiệm:
Bảng 4.4: Thông số cài đặt thí nghiệm ảnh hưởng của chiều dày phôi h đến độ nhám bề mặt
Thông số cài đặt
Φd (mm) Vd (m/ph) Vgc (mm/ph) Điện môi Ie (A) Ue (V) ti (µs)
0.18 11 2 Dầu 10 100 64
Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chiều dày phôi h đến độ nhám bề mặt
h (mm) 10 12 15 18 20 22
Ra (µm) Thép
C45 3.93 4.21 3.82 3.54 3.26
64 Thép
CD70 3.56 3.51 3.22 3.31 2.85
2.6
BK8 3.04 3.21 3.05 3.27 2.77 2.83
Hình 4.10:Biểu đồ kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chiều dày phôi lên độ nhám bề mặt. Bảng 4.6: Thông số cài đặt thí nghiệm ảnh hưởng của dòng phóng điện Ie đến độ nhám bề
mặt.
Thông số cài đặt
Φd (mm) Vd (m/ph) Vgc (mm/ph) Điện môi Ie (A) Ue (V) ti (µs)
0.18 11 2 Dầu 10 100 64
Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của dòng phóng điện Ie đến độ nhám bề mặt:
Ie(A) 6 8 10 12 14 16
Ra (µm)
Thép C45 2.72 2.9 3.52 3.18 3.58 3.66 Thép CD70 2.61 2.48 3.21 3.02 3.46 3.48
65
Hình 4. 11:Biểu đồ kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của dòng phóng điện Ie đến độ nhám bề mặt.
Bảng 4.8: Thông số cài đặt thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian xung ti đến độ nhám bề mặt
Thông số cài đặt
Φd (mm) Vd (m/ph) Vgc (mm/ph) Điện môi Ie (A) Ue (V) ti (µs)
0.18 11 2 Dầu 10 100 10
Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệmảnh hưởng của thời gian xung ti đến độ nhám bề mặt
ti (µs) 8 24 56 64 80 120
Ra (µm)
Thép C45 3.24 3.51 3.86 3.64 4.04 4.22 Thép CD70 3.04 3.12 3.64 3.53 3.92 4.05
BK8 2.8 3.02 3.22 3.08 3.41 3.53
Hình 4.12: Biểu đồ thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian xung ti đến độ nhám bề mặt.
Trong đó, φd: đƣờng kính dây cắt.
Vd: vận tốc tiến dây theo phƣơng dọc trục của dây. Vgc: vận tốc tiến dây theo phƣơng gia công.
66
Từ các đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi gia công bằng dây cắt tia lửa điện, nhận thấy rằng:
- Trong cả ba trƣờng hợp, độ nhám bề mặt của chi tiết làm bằng vật liệu hợp kim cứng BK8 là thấp nhất và thép C45 là cao nhất.
- Điều này phù hợp với nhận xét ở trên bởi CmBK8>CmCD70>CmC45.
- Giảm cƣờng độ dòng điện Ie thì độ nhám bề mặt chi tiết gia công sẽ giảm.
Nguyên nhân là khi cƣờng độ dòng điện Ie nhỏ thì công suất xung sẽ nhỏ, do đó khả năng công phá bề mặt của các ion và các điện tử va đập vào về mặt phôi bị giảm đi. Đồng thời, khi Ie nhỏ thì nhiệt sinh ra trong kênh phóng điện cũng sẽ bị giảm xuống và làm cho khả năng ăn mòn bề mặt phôi cũng đƣợc giảm xuống đáng kể.
-Giảm thời gian xung ti hoặc tăng chiều dày phôi h thì độ nhám bề mặt chi tiết gia công cũng sẽ giảm.
Giải thích nhận xét này nhƣ sau: khi cắt với chiều dày phôi lớn (diện tích cắt lớn), do đó công suất xung cung cấp sẽ nhỏ khi tính theo các điểm cắt trên suốt chiều dài dây cắt, dẫn đến khả năng tách phoi bị giảm, độ nhám sẽ đƣợc giảm theo. Bên cạnh đó, thời gian xung nhỏ cũng góp phần làm giảm độ nhám bởi vì khi đó thời gian tác dụng của dòng điện sẽ ngắn, làm cho lƣợng hớt vật liệu tại mỗi vị trí giảm. Nhƣ vậy, để giảm độ nhám bề mặt có thể điều chỉnh các thông số công nghệ: Giảm dòng phóng điện Ie và thời gian xung ti. Tuy nhiên, cần cân nhắc khi lựa chọn các thông số cho phù hợp với các bƣớc công nghệ, vì điều chỉnh để giảm độ nhám bề mặt thì cũng đồng thời làm giảm đi năng suất gia công. Do đó, chỉ chọn các thông số để giảm độ nhám ở các bƣớc công nghệ gia công lần cuối.
Kết luận:
Từ các kết quả nghiên cứu nêu trên, chúng ta rút ra một số kết luận:
- Khi gia công cắt dây tia lửa điện đối với các vật liệu có hệ số giảm ăn mòn về nhiệt càng cao thì độ nhám càng thấp.
- Khi giảm dòng phóng điện Ie, giảm thời gian xung ti và tăng chiều dày phôi h thì độ nhám bề mặt khi cắt dây tia lửa điện có xu hƣớng giảm.