Gia cơng bằng phĩng điện là một trong những phương pháp thơng dụng nhất của các phương pháp gia cơng khơng truyền thống. Sơ đồ nguyên lý được minh họa trên Hình 7.6.
Hình 7.6 Gia cơng tia lửa điện
a) Mơ hình tổng quát; b) Khe hở giữa hai điện cực xẩy ra phĩng điện và tách vật liệu
Hình dạng của bề mặt chi tiết cuối cùng được tạo ra bởi điện cực định hình của dụng cụ. Tia lửa điện xuất hiện giữa khe hở nhỏ của hai điện cực. Quá trình gia cơng tia lửa điện phải cĩ sự tham gia của chất lỏng cách điện. Các chất cách điện sẽ tạo ra kênh dẫn điện khi xảy ra phĩng tia lửa điện (Ion hĩa chất lỏng giữa hai điện cực).
Hình 7.6b chỉ ra khe hở nơi xảy ra phĩng điện. Tia lửa điện xuất hiện tại những vị trí mà khoảng cách giữa hai điện cực là nhỏ nhất (đỉnh các nhấp nhơ của hai điện cực). Chất lỏng cách điện ion hĩa tại những vị trí này để tạo ra dẫn điện cho quá trình phĩng điện. Tại vị trí xảy ra tia lửa điện nhiệt độ rất cao cĩ thể làm chảy lỏng và bốc hơi kim loại và được tách ra khỏi bề mặt gia cơng nhờ dịng chảy của chất lỏng cách điện. Số lần phĩng điện trong một dây cĩ thể lên đến hàng ngàn.
Hai tham số quan trọng của quá trình phĩng điện là cường độ và tần số của quá trình phĩng điện. Một khi một trong hai thơng số này tăng lên, năng suất bĩc kim loại sẽ tăng lên. Độ bĩng bề mặt của chi tiết gia cơng cũng ảnh hưởng bởi hai thơng số này như chỉ ra trên Hình 7.7.
Hình 7.7 a) Độ bĩng bề mặt là hàm số của cường độ và tần số của quá trình phĩng điện;
Độ bĩng bề mặt tốt nhất đạt được khi tần số phĩng điện ở tần số lớn và cường độ nhỏ. Khi điện cực chuyển dịch về phía dụng cụ sẽ đạt được khe hở phĩng điện (khe hở phĩng điện giữa điện cực dụng cụ và bề mặt chi tiết gia cơng trong khoảng 0,025 -0,05 mm). Đồng thời xuất hiện khe hở giữa đường kính của dụng cụ và đường kính thực tế của chi tiết. Khe hở này xuất hiện vì cĩ sự phĩng điện giữa mặt bên của dụng cụ và chi tiết. Khe hở này là một hàm số của cường độ và tần số như minh họa trên Hình 7.7(b)
Chú ý rằng nhiệt độ của tia lửa điện mà đốt cháy chi tiết đồng thời cũng đốt cháy điện cực và tạo ra những lỗ trên bề mặt dụng cụ đối diện với lỗ sinh ra trên chi tiết. Mịn dụng cụ thường được đo bằng tỉ số của vật liệu chi tiết và vật liệu dụng cụ được tách ra. Tỉ số này dao động từ 1 → 100 hoặc hơn phụ thuộc vào vật liệu gia cơng và vật liệu chi tiết. Vật liệu điện cực thường dùng: graphít, đồng thau, đồng đỏ, hợp kim đồng vơnfram, hợp kim bạc vơnfram hoặc những vật liệu khác.
Chọn vật liệu dụng cụ phụ thuộc vào cơng suất cung cấp cho chu trình phĩng điện trên máy EDM, vật liệu của chi tiết và khi gia cơng thơ hoặc tinh. Graphít thường được dùng nhiều trong thực tế vì tính chất nĩng chảy của nĩ. Trong thực tế graphít khơng nĩng chảy. Nĩ bốc hơi ở nhiệt độ rất cao và lỗ hổng mà tia lửa điện tạo ra trên bề mặt chi tiết thường nhỏ hơn so với các điện cực khác. Kết quả độ mịn của dụng cụ thấp.
Độ cứng và độ bền của vật liệu gia cơng thường khơng ảnh hưởng trong gia cơng EDM. Điểm nĩng chảy của vật liệu gia cơng là yếu tố quan trọng. Năng suất gia cơng phụ thuộc vào điểm nĩng chảy của vật liệu gia cơng và cĩ thể cĩ thể tính gần đúng theo cơng thức thực nghiệm như sau:
Q = 1 23,
m
KI
T (7.6)
Ở đây: Q - năng suất bĩc vật liệu mm3/s K - hằng số, giá trị của nĩ lấy bằng 664 I - cường độ phĩng điện (amps)
Tm - nhiệt độ nĩng chảy, oC. Điểm nĩng chảy chọn theo Bảng 7.2.
Bảng 7.2 Điểm nĩng chảy của vật liệu
TT Vật liệu Điểm nĩng chảy oC
1 Nhơm 660 2 Đồng 1083 3 Gang 1539 4 Chì 327 5 Nikel 1455 6 Thép Phụ thuộc vào thành phần 7 Kẽm 420 8 Vơnfram 3410 9 Thiếc 232
Ví dụ Tính năng suất bĩc vật liệu với vật liệu là hợp kim ứng với điểm nĩng chảy 1100oC được gia cơng bằng EDM. Cường độ dịng điện 25amps.
Q = 6641 23
1100 , = 3,01 mm3/s
Chất lỏng cách điện được dùng trong EDM bao gồm: hydrocarbon dầu, dầu lửa, nước chưng cất hoặc nước được khử ion. Chất lỏng cách điện đảm bảo chức năng cách điện ở giữa khe hở của các điện cực ngoại trừ xuất hiện ion hĩa khi cĩ mặt của tia lửa điện. Một chức năng khác nữa là vận chuyển phơi ra khỏi vùng gia cơng và làm nguội điện cực dụng cụ và chi tiết gia cơng.
Ứng dụng của gia cơng tia lửa điện bao gồm cả sản xuất dụng cụ và sản xuất các chi tiết. Sản xuất dụng cụ thường dùng phương pháp tia lửa điện kể cả các khuơn mẫu trong các đầu phun chất dẻo, các khuơn kéo dây, các khuơn dập kim loại. Ngồi ra các chi tiết máy khi gia cơng bằng phương pháp truyền thống, lực cắt làm biến dạng chi tiết hoặc khi gia cơng các lỗ xiên hoặc các chi tiết cĩ độ cứng cao.