I. EDM và nguyờn lý của EDM
4- chất điện môi 5 Phô
5- Phôi
Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện
4
53 2 1 3 2 1
Nếu hai điện cực chạm nhau thỡ sẽ khụng cú tia lửa điện mà sẽ xảy ra ngắn mạch cú hại cho quỏ trỡnh gia cụng.
Nếu khe hở quỏ lớn thỡ sẽ khụng xảy ra sự phúng tia lửa điện điều đú làm giảm năng suất gia cụng.
Để cú thể làm phỏt sinh tia lửa điện, một điều khụng thể thiếu được là một thời gian ngắn sau khi đó cú dũng điện chạy qua 2 điện cực thỡ phải ngừng cung cấp năng lượng. Đơn giản người ta dựng bộ phỏt xung RC để cung cấp xung răng cưa.
Hoạt động của nú như sau: Điện ỏp cung cấp Ui qua R nạp điện cho tụ C, khi điện ỏp tụ C đạt đến Ui bằng điện ỏp mồi tia lửa điện thi quỏ trỡnh phúng điện bắt đầu, tụ điện phúng ra R cho đến khi Ui giảm xuống đến điện ỏp tắt sau đú lại tiếp tục quỏ trỡnh nạp và lặp lại như trờn. Quỏ trỡnh chuyển đổi năng lượng R⇔C tạo ra dao động hỡnh thành xung răng cưa.
+ Thời gian nạp tụ : T1 = RC
+ Thời gian phúng điện T2 rất ngắn vỡ trị số điện trở rất nhỏ. + Chu kỳ phúng điện T = T1 + T2
+ Tần số phúng tia lửa điện: f =
21 1 1 T RC T = +
Người ta dựng R để điều chỉnh tần số f sao cho phự hợp với điều kiện gia cụng. Khi sự phúng tia lửa điện được sinh ra ở giữa hai điểm của cực dương và cực õm nhiệt lượng rất lớn sinh ra làm núng chảy và bốc hơi vật liệu ở vựng này. Để tăng hiệu quả của phương phỏp gia cụng, điện cực dụng cụ và phụi được nhấn chỡm trong dung dịch điện mụi (hyđrụcỏcbon hoặc dầu khoỏng). Quan sỏt thấy rằng nếu cả hai điện cực cựng được làm từ một loại vật liệu thỡ điện cực được nối với cực dương thỡ vật liệu điện cực bị bào mũn với tốc độ lớn hơn.
Với một khe hở (khe hở phúng điện) thớch hợp giữ khụng đổi giữa hai bề mặt dụng cụ và phụi, với nguồn một chiều thớch hợp dười
tần số cao thỡ xảy ra sự phúng tia lửa điện. Tia lửa điện sinh ra tại điểm mà nhấp nhụ giữa hai bề mặt dụng cụ và phụi gần nhau nhất, điểm này sẽ thay đổi sau khi phúng tia lửa điện, tia lửa điện sẽ sinh ra trờn toàn bộ bề mặt. Kết qủa là một lượng vật liệu khụng đổi được hớt đi trờn toàn bộ bề mặt phụi. Việc giữ khe hở phúng điện theo một giỏ trị xỏc định trước nhờ một bộ điều khiển servo. Khoảng phúng điện được nhận biết thụng qua điện ỏp trung bỡnh giữa khe hở, điện ỏp này được so sỏnh với một giỏ trị điện ỏp đặt trước. Sự khỏc nhau này sẽ điều khiển động cơ servo. Thường động cơ bước được sử dụng thay thế động cơ servo.
Tần số tia lửa điện khoảng 200 ữ 500000 Hz, khe hở phúng điện được xỏc định khoảng 0,025 ữ 0,05 mm. Điện ỏp cực đại được giữ khoảng 30ữ 250V. Lượng hớt vật liệu cú thể đạt được 300mm3/phỳt, cụng suất động cơ 10W/mm3/phỳt. Năng suất và độ chớnh xỏc gia cụng sẽ tăng lờn khi cung cấp một lực chu kỡ của dũng dung dịch điện mụi.
Sơ đồ dưới đõy cho ta thấy diễn biến của điện ỏp và dũng điện của một mỏy xung định hỡnh, được sinh bởi một mỏy phỏt tĩnh, trong những khoảng thời gian xỏc định của một chu kỡ xung.
Đõy là một đồ thị điển hỡnh của chu kỡ xung trong gia cụng tia lửa điện. Đặc điểm của đồ thị này là dũng điện Ie của xung bao giờ cũng xuất hiện trễ hơn một khoảng thời gian td (độ trễ đỏnh lửa) so
với thời điểm bắt đầu cú điện ỏp mỏy phỏt Ui. Ue và Ie là cỏc giỏ trị trung bỡnh của điện ỏp và dũng điện khi phúng tia lửa điện. Trong một chu kỡ phúng tia lửa điện ta cú thể phõn biệt được cỏc pha sau đõy:
+ Pha 1: đỏnh lửa:
Mỏy phỏt tăng điện ỏp khởi động qua một khe hở (đúng điện ỏp mỏy phỏt Ui). Dưới ảnh hưởng của điện trường, từ cực õm (catốt) bắt đầu phỏt ra cỏc điện tử và chỳng bị hỳt về cực dương(anốt). Sự phỏt điện tử gõy ra sự tăng cục bộ tớnh dẫn điện của chất điện mụi ở khe hở.
Cỏc bề mặt của hai điện cực khụng hoàn toàn phẳng. Điện trường sẽ mạnh nhất ở cỏc điểm gần nhau nhất. Chất điện mụi bị ion húa. Tất cả cỏc phần tử dẫn điện ( điện tử và ion dương) đều hội tụ quanh điểm này trong khoảng khụng gian giữa hai điện cực và chỳng tạo nờn một cỏi cầu. Một kờnh phúng điện được hỡnh thành ngang qua cầu. Sự phúng điện bắt đầu.
Ở thời điểm phúng điện điện ỏp bắt đầu giảm. Số lượng cỏc phần tử dẫn điện (điện tử và iụn dương ) tăng lờn rất lớn và dũng điện bắt đầu chạy giữa cỏc điện cực. Dũng điện này cung cấp một mật độ năng lượng khổng lồ mà nú làm cho dung dịch điện mụi bốc hơi cục bộ, ỏp suất trong cỏc bong búng bốc hơi sẽ đẩy chất lỏng điện mụi sang hai bờn. Nhưng do cú độ nhớt nờn chất điện mụi tạo
ra một sự cản trở, nú hạn chế sự lớn lờn của kờnh phúng điện giữa cỏc điện cực., cú lẫn cỏc điện tử và iụn dương ở ỏp suất rất cao (khoảng 1bar) và nhiệt độ cực lớn ( khoảng 10000o). Khi kờnh plazma được tạo thành đầy đủ thỡ điện ỏp qua khe hở đạt tới mức của điện ỏp phúng tia lửa điện Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc vào sự phối hợp điện cực và phụi.
Mỏy phỏt sẽ ngắt dũng điện sau khi đó diện ra một xung cú hiệu quả. Điện ỏp bị ngắt đột ngột. Kờnh phúng điện biến mất, ỏp suất cũng bị mất đột ngột. Điều này làm cho kim loại núng chảy bất ngờ bị đẩy ra khỏi kờnh phúng điện và bốc hơi.
Sự phúng điện cú thể kộo dài từ vài micro giõy đến vài trăm micrụ giõy, tuỳ thuộc vào cụng dụng. Giữa cỏc xung cú một độ trễ To, cho phộp chất điện mụi thụi iụn húa và để cú thời gian vận chuyển phoi ra khỏi khe hở giữa cỏc điện cực nhờ dũng chảy của chất điện mụi. Ở đõy phoi là vật liệu điện cực bị tỏch ra. Mỗi bề mặt điện cực đều để lại một vết lừm bị ăn mũn, nhưng sự ăn mũn khụng như nhau, cực nào bị ăn mũn nhiều hơn (thường là cực dương) sẽ được dựng làm điện cực phụi. Điện cực bị ăn mũn ít hơn được chọn làm điện cực dụng cụ. Điều này khụng phải luụn luụn cố định. Nú cũn phụ thuộc vào chế độ phúng điện, việc chọn cặp vật liệu điện cực và sự đấu cực.