4. Nội dung
1.10. Chất điện mụi trong gia cụng tia lửa điện
Trong cơ khớ núi chung thƣờng dựng một dung dịch để làm nguội khu vực gia cụng nhằm trỏnh cỏc ảnh hƣởng về nhiệt lờn bề mặt chi tiết gia cụng cũng nhƣ dụng cụ gia cụng. Tuy nhiờn, trong gia cụng bằng tia lửa điện thỡ ngoài 2 yếu tố chớnh là dụng cụ cắt và phụi cắt đƣợc nối với 2 cực thỡ một yếu tố khụng thể thiếu để cú thể tạo ra sự búc phoi và vận chuyển phoi ra khỏi vựng cắt - đú là dung dịch chất điện mụi. Vỡ vậy, nhiệm vụ chớnh của chất điện mụi trong gia cụng tia lửa điện đú là:
- Cỏch điện giữa hai cực ( giữa phụi cắt và dụng cụ cắt). - Ion hoỏ.
- Làm nguội. - Vận chuyển phoi.
+ Cỏch điện:
Nhiệm vụ đầu tiờn của chất điện mụi là cỏch điện giữa điện cực và phụi, đảm bảo khụng cú dũng điện chạy qua khe hở giữa hai cực, khi khoảng cỏch giữa 2 cực chƣa đủ nhỏ. Khi khoảng cỏch này đạt tới 1 giới hạn nhất định nào đú thỡ bắt đầu xuất hiện sự phúng điện giữa hai điện cực. Khi khe hở càng bộ thỡ lƣợng vật liệu hớt đi càng tăng và độ chớnh xỏc hỡnh học càng tăng. Trong thực tế sau một thời gian làm việc thỡ trong dung dịch chất điện mụi tồn tại những phần tử kim loại phoi bị búc ra khỏi bề mặt phụi nờn làm giảm cỏch điện của chất điện mụi. Để khắc phục hiện tƣợng này ngƣời ta thực hiện lọc bỏ phần tử tế vi này bằng cỏch dần chất điện mụi qua hệ thống lọc, tuy nhiờn vẫn khụng thể đảm bảo lọc tuyệt đối nờn sau một thời gian sử dụng cần phải thay thế dung dịch chất điện mụi.
+ Ion hoỏ:
Nhƣ đó trỡnh bày ở phần đầu, khi điện cực tiến tới gần sỏt phụi thỡ phải gõy ra hiện tƣợng ion hoỏ chất điện mụi ở khoảng cỏch giữa 2 điện cực (tức là cú khả năng tạo ra 1 cầu phúng điện). Điều này tạo ra một sự tập trung năng lƣợng rất lớn ở kờnh plasma. Khi cú sự phúng điện cỏc electron bay với tốc độ cực lớn tới bề mặt phụi cần gia cụng. Khi va chạm lờn bề mặt phụi cần gia cụng thỡ phần động năng của electron sẽ chuyển thành nhiệt năng làm chẩy 1 phần bề mặt phụi. khi ngắt xung thỡ chất điện mụi phải đƣợc thụi ion hoỏ kịp thời để tạo điều kiện cho sự phúng điện xẩy ra ở vị trớ khỏc khi xẩy ra xung tiếp theo.
+ Làm nguội:
Khi diễn ra sự phúng điện trong 1 khoảng thời gian cực ngắn t0 tại vị trớ phúng điện trờn bề mặt phụi tăng lờn cực lớn (hàng chục ngàn 0C). Nhiệt ở đõy cần phải chuyển đi nhằm trỏnh ảnh hƣởng đến bề mặt phụi, bẩn điện cực cũng nhƣ chất điện mụi khi ngừng phúng điện (ngắt xung) thỡ dũng chảy chất điện mụi cú tỏc dụng làm nguội khu vực trờn (và thụi ion hoỏ đó núi ở trờn) chuẩn bị cho chu kỳ phúng điện sau.
+ Vận chuyển phoi:
Sau khi phần vật liệu đƣợc tỏch ra khỏi bề mặt chi tiết cần gia cụng nú trở thành phoi, cỏc phần tử kim loại này lơ lửng trong chất điện mụi làm cho cỏch điện của chất điện mụi giảm và cú nguy cơ gõy ra sự phúng điện bất thƣờng, nguy cơ tạo hồ quang và ngắn mạch tăng lờn làm giảm độ chớnh xỏc và năng suất cắt. Vỡ vậy chất điện mụi cần phải cú nhiệm vụ vận chuyển lƣợng phoi này ra khỏi vựng cắt bằng cỏch tạo ra dũng chẩy chất điện mụi hợp lý, dẫn phần chất điện mụi này vào hệ thống lọc để làm sạch chất điện mụi trƣớc khi đƣa trở lại tiếp tục làm cỏc nhiệm vụ của mỡnh khi đó đƣợc làm sạch.
1.10.2. Cỏc loại chất điện mụi
Nhƣ đó trỡnh bày ở phần đầu bài viết, ngày nay phƣơng phỏp gia cụng tia lửa điện đƣợc ứng dụng chủ yếu vào 2 phƣơng phỏp gia cụng đú là gia cụng xung định hỡnh và gia cụng cắt dõy tia lửa điện. Ở mỗi phƣơng phỏp gia cụng thỡ sử dụng cỏc chất điện mụi khỏc nhau cụ thể nhƣ sau:
- Chất hydrocacbon: chủ yếu dựng cho xung định hỡnh. - Nƣớc khử khoỏng: chủ yếu dựng cho cắt dõy.
Ngoài ra, ngày nay trờn thế giới cũn xuất hiện 1 loại chất điện mụi mới mà thành phần chủ yếu là nƣớc. nú cú độ nhớt cao hơn nƣớc, hiệu quả làm mỏt cao hơn dầu. Riờng đối với chất hydrocacbon cũn đƣợc chia làm 3 nhúm dựa trờn cơ sở đặc tớnh hoỏ học đú là:
- Parafin - Dầu khoỏng.
Cỏc yếu tố nhƣ thành phần hoỏ học, độ nhớt,... sẽ quyết định chất lƣợng và khả năng ỏp dụng của chất điện mụi. Dầu khoỏng cú chất lƣợng cao nhờ kỹ thuật tinh chế đặc biệt. Cũn cỏc dẫn xuất của xăng cũng cho hiệu quả cao nếu dựng làm chất điện mụi, tuy nhiờn khụng sử dụng đƣợc do cú tỏc hại xấu đến sức khoẻ con ngƣời và mụi trƣờng.
1.10.3. Cỏc tiờu chuẩn đỏnh giỏ chất điện mụi
Đỏnh giỏ chất điện mụi đƣợc dựa trờn cỏc tiờu chuẩn sau:
- Bền lõu, hao phớ ớt.
- Vệ sinh, khụng hại dao, khụng độc, khụng khú ngửi. - Cú điểm chỏy cao ( khú chỏy).
- Cú mật độ, độ đậm đặc phự hợp.
- Cú độ trong suốt để dễ quan sỏt vựng gia cụng. - Cú độ nhớt phự hợp.
- Cỏch điện ở điều kiện bỡnh thƣờng. - Cú khả năng truyền điện ỏp.
- Cú khả năng bị ion hoỏ. - Khả năng làm sạch dễ dàng. - Giỏ cả thấp.
Trong tất cả cỏc tiờu chuẩn trờn thỡ tiờu chuẩn về độ nhớt là quan trọng nhất vỡ nú ảnh hƣởng trực tiếp lờn kờnh phúng điện, nú quyết định mở rộng kờnh phúng điện (là trở lực của chất lỏng đối với sự chỏy, độ nhớt chất điện mụi càng cao thỡ kờnh phúng điện càng tập trung lớn nờn hiệu quả phúng điện càng cao.
Để gia cụng thụ thỡ cần độ nhớt cao hơn (để búc đƣợc lƣợng vật liệu lớn hơn khoảng 4mm2/s)
Để gia cụng tinh thỡ cần độ nhớt thấp hơn khoảng 2mm2/s (khi gia cụng tinh cho chất điện mụi chẩy qua khe hở rất nhỏ nờn đũi hỏi độ nhớt của chất điện mụi cũng phải nhỏ).
Trờn thực tế để trỏnh phải thay chất điện mụi khi gia cụng thụ và gia cụng tinh nờn thƣờng chọn chất điện mụi cú độ nhớt trung bỡnh để gia cụng cho cả hai trƣờng hợp.
- Do nhiệt độ trong quỏ trỡnh phúng điện tại khe hở là rất cao nờn đũi hỏi chất điện mụi phải cú điểm chỏy cao (do khi đú nhiệt độ của chất điện mụi cũng tăng cao).
- Thành phần hoỏ học của chất điện mụi cũng phải thớch hợp do khi nhiệt độ ở khe hở cao sẽ làm bốc hơi và lắng cặn. Do đú đũi hỏi khi bốc hơi và sự lắng cặn khụng ảnh hƣởng tới sức khoẻ con ngƣời và mụi trƣờng xung quanh. - Mặt khỏc, cơ sở chủ yếu của chất điện mụi là nƣớc nờn khi gia cụng sẽ tồn tại dũng dũ. Dũng này ảnh hƣởng lớn đến độ búng và độ chớnh xỏc khi gia cụng.
Trong gia cụng cắt dõy tia lửa điện chất điện mụi là nƣớc khử khoỏng khi đú do khe hở nhỏ nờn ớt cú vấn đề liờn quan đến sự búc hớt của cỏc bọt khi đƣợc tạo ra trong chất điện mụi. Tuy nhiờn nƣớc khử khoỏng đũi hỏi cỏc chất kiềm chế. Gia cụng xung định hỡnh khụng thể dựng nƣớc khử khoỏng do bề mặt điện cực lớn nờn dũng dũ cũng lớn.
1.10.4. Cỏc loại dũng chẩy của chất điện mụi
Nhƣ cỏc phõn tớch ở trờn chất điện mụi là một yếu tố khụng thể thiếu đƣợc trong gia cụng tia lửa điện mà ở đú chất điện mụi khụng những đúng vai trũ là mụi trƣờng gõy ra sự phúng điện mà đúng một vai trũ hết sức quan trọng đến năng suất cũng nhƣ chất lƣợng bề mặt gia cụng. Nếu chất điện mụi loóng (độ nhớt nhỏ) thỡ sức căng bề mặt nhỏ càng thớch hợp với nhiệm vụ sục rửa khe hở. Nếu sục rửa khụng tốt thỡ khi gia cụng càng lõu và càng gõy ra cỏc lỗi ngắn mạch hay hồ quang làm hƣ hại phụi và điện cực, do tồn tại cỏc phoi lẫn trong dung dịch chất điện mụi gõy ra. Trong quỏ trỡnh gia cụng tia lửa điện cú cỏc phƣơng phỏp tạo dũng chảy chất điện mụi sau:
- Dũng chảy bờn ngoài. - Dũng chảy ỏp lực. - Dũng chảy hỳt. - Dũng chảy phối hợp. - Dũng chảy nhắp. - Dũng chảy chuyển động cực.
+ Dũng chảy bờn ngoài: cũn gọi là sục rửa bờn ngoài, đƣợc sử dụng khi hỡnh học của điện cực và phụi khụng cho phộp ra lỗ khoan do dũng chảy (thƣờng dựng ở cắt dõy). Chất điện mụi đƣợc đƣa trực tiếp đến khe hở bằng một vũi dẫn. Vấn đề là cần phải chọn gúc bơm chất điện mụi sao cho phự hợp để dũng chảy chất điện mụi thuận tiện cho việc vận chuyển phoi dễ dàng. (Hỡnh 1.19)
Hỡnh 1.19- Dũng chảy bờn ngoài
+ Dũng chảy ỏp lực: phƣơng phỏp này là phƣơng phỏp chất điện mụi đƣợc đƣa cƣỡng bức vào khe hở qua cỏc lỗ ở điện cực hoặc phụi, phƣơng phỏp này để lại một lừi trờn phụi (xem Hỡnh 1.20). Do đú sau khi gia cụng bằng tia lửa điện cần phải cắt lừi đi (phự hợp với gia cụng xung định hỡnh).
Hỡnh 1.20- Dũng chảy ỏp lực
+ Dũng chảy hỳt: là phƣơng phỏp mà chất điện mụi đƣợc hỳt ra khỏi khe hở cựng với phoi qua một lỗ hỳt trờn phụi hoặc trờn điện cực (ngƣợc lại với phƣơng phỏp dũng chảy ỏp lực).
+ Dũng chảy phối hợp: là phƣơng phỏp kết hợp cả dũng chảy ỏp lực và cả dũng chảy hỳt qua hai lỗ trờn phụi hoặc trờn điện cực. Một đầu bơm chất điện mụi một đầu hỳt chất điện mụi. đõy là phƣơng phỏp cú thể khắc phục đƣợc cỏc nhƣợc điểm của hai phƣơng phỏp trờn.
+ Dũng chảy nhắp: là phƣơng phỏp thƣờng dựng cho gia cụng xung định hỡnh ở đú sau một chu kỳ nhất định của thời gian phúng ra tia lửa điện thỡ điện cực lại đƣợc nõng lờn để tạo ra một dũng chảy vận chuyển phoi ra khỏi vựng gia cụng.
* Cỏc lỗi thƣờng gặp do dũng chảy gõy ra:
- Do ỏp lực cao: tạo ra 1 ỏp lực tỏc dụng lờn điện cực làm xờ dịch vị trớ của điện cực cũng nhƣ gõy ra rung động điện cực làm mất độ chớnh xỏc chi tiết gia cụng.
- Do ỏp lực chảy quỏ thấp, khụng đủ sức tạo ra dũng chảy đủ lớn để cuốn sạch phoi. Do đú cũng gõy ra sai hỏng do tạo ra dũng ngắn mạch hoặc gõy ra hồ quang.
1.10.5. Hệ thống lọc chất điện mụi
Chất điện mụi tồn tại nhiều phần tử phoi trong đú sẽ gõy ra cỏc tỏc dụng xấu nhƣ dũng ngắn mạch, gõy ra hồ quang. Mặt khỏc nếu nhiệt độ chất điện mụi cao cũng ảnh hƣởng tới độ chớnh xỏc gia cụng. Với mục đớch tiết kiệm chất điện mụi bằng cỏch tỏi sử dụng chất điện mụi đó qua sử dụng, ngƣời ta dựng 1 hệ thống lọc chất điện mụi, một hệ thống lọc chất điện mụi phải cú cỏc chức năng sau:
- Cú bể chứa dự trữ dung dịch. - Làm nguội dung dịch.
- Cú đủ lƣợng dung dịch cần thiết chứa sẵn trong bể để cú thể sử dụng liờn tục trong quỏ trỡnh gia cụng.
Cú 3 kiểu lọc sau: - Bộ lọc màng giấy. - Bộ lọc phễu đỏ sỏi. - Bộ lọc khe hở.
+ Bộ lọc màng giấy: Là thiết bị lọc bao gồm một số bộ phận chớnh nhƣ: Bể chứa dự trữ dung dịch điện mụi, bơm lọc, bơm tới mỏy, bộ lọc mõm, bộ làm nguội. phần tử lọc là một mõm giấy hỡnh trũn cú lỗ ở giữa, khi mõm lọc bị bẩn thỡ ỏp lực lọc sẽ lớn và khi đú cần phải thay mõm lọc. Đõy là bộ lọc cú kết cấu đơn giản, rẻ tiền.
+ Bộ lọc phễu đỏ sỏi: Khi cần lọc với cụng suất lớn hơn thỡ bộ lọc màng giấy khụng đỏp ứng đƣợc yờu cầu, vấn đế này đó đƣợc xử lý bằng bộ lọc đỏ sỏi.
phƣơng tiện lọc cú thể là một phễu đỏ sỏi hoặc xenlulụ, khi chất điện mụi chảy vào phễu thiết bị sẽ đƣợc lọc và đõy là thiết bị lọc tuần hoàn. Để làm sạch phễu lọc chỉ cần cho dũng chảy chất điện mụi ngƣợc lại chiều lọc là dũng chảy sẽ kộo chất bẩn ra khỏi phễu lọc.
+ Bộ lọc khe hở: Đõy là bộ lọc cú chất lƣợng cao và ngày càng đƣợc sử dụng nhiều. Thiết bị này gồm nhiều ống lọc trong mộtthựng chịu ỏp lực. Trong cỏc ống lọc cú cỏc đĩa lọc đặc biệt khụng dẻo, dung dịch chất điện mụi đƣợc nộn ỏp lực bằng khớ nộn. Dƣới ỏp lực cao đú chất điện mụi đó đƣợc lọc sẽ theo cỏc ống lọc chảy ra ngoài và giữ lại cỏc tạp chất bẩn trờn ống.
1.11 Hợp kim cứng và gia cụng hợp kim cứng
1.11.1 Khỏi niệm: Các HKC đ-ợc chế tạo bằng ph-ơng pháp luyện
kim bột (hợp kim bột) nghĩa là loại hợp kim không qua nấu chảy. Thành phần HKC gồm: Các loại bột cácbít kim loại (cácbít Volfram, cácbít titan, cácbít tantan,
cacbít Hafini (HfC)… và chất dính kết (thường là côban).
Các loại bột đ-ợc trộn theo tỷ lệ sau đó đ-ợc ép thành các dạng khác nhau rồi thiêu kết trong môi tr-ờng không có ôxy.
Hiện nay, hợp kim cứng đ-ợc dùng nhiều và phổ biến trong công nghiệp. So với các loại vật liệu dụng cụ thông dụng thì hợp kim cứng là loại vật liệu có độ cứng
cao nhất (80-90 HRA) và chịu nhiệt độ cao (80010000C).
Do đó, dụng cụ bằng hợp kim cứng có thể cắt với tốc độ cắt cao (Vc > 100m /ph).
1.11.2 Phƣơng phỏp chế tạo.
Các HKC đ-ợc chế tạo bằng ph-ơng pháp luyện kim bột. Các nguyên liệu ở dạng bột có kích th-ớc hạt nhỏ đ-ợc trộn đều rồi đem ép thành miếng có hình dáng đơn giản sau đó đem nung lên tới nhiệt độ thích hợp (thiêu kết) để các chất dính kết liên kết các hạt cácbít lại
với nhau thành khối vững chắc. Việc chế tạo HKC phải qua các b-ớc sau:
1. Tạo bột Volfram, Titan, Tantan nguyên chất bằng
cách hoàn nguyên trong dòng khí Hyđrô ở 700 90000 C.
2. Tạo cacbít t-ơng ứng từ các bột nguyên chất Ti, W,
Ta.
3. Trộn bột cacbít với bột Coban theo thành phần t-ơng ứng với các loại HKC trong nhiều giờ để làm đều thành phần.
4. ẫp hỗn hợp d-ới áp suất 100-140MN/ mm2 rồi nung
nóng sơ bộ ở 9000C trong khoảng 1 giờ.
5. Tạo hình theo các các dạng yêu cầu (cắt và gia công cơ trên các máy cắt kim loại: phay, tiện ...).
6. Thiêu kết lần cuối ở nhiệt độ 1400 150000 C từ 1
tới 3 giờ trong môi tr-ờng không có ôxy để tạo thành HKC, ở nhiệt độ cao coban nóng chảy tạo thành chất dính kết liên kết các hạt cacbít lại với nhau tạo thành HKC. Sau khi thiêu kết tạo cho hợp kim cứng có các tính chất đặc thù.
1.11.3 Phân loại hợp kim cứng.
Các n-ớc nổi tiếng trên thế giới về chế tạo dụng cụ cắt và dụng cụ công nghiệp đã tạo ra các mác HKC với các ký hiệu riêng và chia thành 3 nhóm.
-Nhóm một cácbit: Ký hiệu BK (Nga) thành phần gồm
các loại cácbit vonfram (WC) và côban (Co), chủ yếu dùng
để gia công các vật liệu giòn nh- gang, kim loại màu... -Nhóm hai cácbit: Ký hiệu TK (Nga) thành phần gồm
cácbit vonfram (WC), cácbít titan TiC) và côban (Co),
th -ờ ng hì nh th àn h phoi dây khi cắt và có nhiệt độ cắt cao ở mặt tr-ớc).
- Nhóm ba cácbit: Ký hiệu TTK (Nga) thành phần
gồm các loại cácbit vonfram (WC) cacbít titan ( TiC ),
cácbit tantan ( TaC ) và côban (Co). Loại này th-ờng
đ-ợc dùng để gia công các loại vật liệu cắt ra phoi dây và phoi xếp.
Theo ISO và một số n-ớc thống nhất ký hiệu HKC theo tính chất của chúng, chia hợp kim cứng thành 3 nhóm đ-ợc ký hiệu bắt đầu bởi chữ P, M, K. Hợp kim cứng nhóm P có