VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.3.2.14.4. Các loại dòng chảy chất điện môi
Như các phân tích ở trên chất điện môi là một yếu tố không thể thiếu được trong gia công tia lửa điện mà ở đó chất điện môi không những đóng vai trò là môi trường
công càng lâu và càng gây ra các lỗi ngắn mạch hay hồ quang làm hư hại phôi và điện cực, do tồn tại các phoi lẫn trong dung dịch chất điện môi gây ra.
Trong quá trình gia công xung điện có các phương pháp tạo dòng chảy chất : + Dòng chảy bên ngoài.
+ Dòng chảy áp lực. + Dòng chảy hút. + Dòng chảy phối hợp. + Dòng chảy nhắp.
+ Dòng chảy chuyển động cực.
• Dòng chảy bên ngoài: Còn gọi là sục rửa bên ngoài, được sử dụng khi hình học
của điện cực và phôi không cho phép ra lỗ khoan do dòng chảy (thường dùng ở cắt dây). Chất điện môi được đưa trực tiếp đến khe hở bằng một vòi dẫn. Vấn đề là cần phải chọn góc bơm chất điện môi sao cho phù hợp để dòng chảy chất điện môi thuận tiện cho việc vận chuyển phoi dễ dàng.
Hình 2.16 - Dòng chảy bên ngoài
• Dòng chảy áp lực: Phương pháp này là phương pháp chất điện môi được đưa
trên phôi. Do đó sau khi gia công bằng tia lửa điện cần phải cắt lõi đi (phù hợp với gia công xung định hình).
Hình 2.17 - Dòng chảy áp lực
• Dòng chảy hút : Là phương pháp mà chất điện môi được hút ra khỏi khe hở cùng
với phoi qua một lỗ hút trên phôi hoặc trên điện cực (ngược lại với phương pháp dòng chảy áp lực).
• Dòng chảy phối hợp: Là phương pháp kết hợp cả dòng chảy áp lực và cả 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 phương pháp có thể khắc phục được các nhược điểm của hai phương pháp trên.
• Dòng chảy nhắp: Là phương pháp thường dùng cho gia công xung định hình ở đó
sau một chu kỳ nhất định của thời gian phóng ra tia lửa điện thì điện cực lại được nâng lên để tạo ra một dòng chảy vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công.
• Dòng do chuyển động của điện cực: Là dạng dòng chảy được sinh ra do chuyển
động của điện cực có tác dụng khi gia công các lòng khuôn sâu và hẹp, trong khe hở phóng điện …. Sự tiến hay lùi của điện cực sẽ làm cho chất điên môi (dung dịch) chuyển động và đây người ta gọi là chuyển động do điện cực tạo lên.
2.3.2.15. Hệ thống lọc chất điện môi.
Chất điện môi tồn tại nhiều phần tử phoi trong đó sẽ gây ra các tác dụng xấu như dòng ngắn mạch, gây ra hồ quang. Mặt khác nếu nhiệt độ chất điện môi cao cũng ảnh hưởng tới độ chính xác gia công. Với mục đích tiết kiệm chất điện môi bằng cách tái sử dụng chất điện môi đã qua sử dụng, người ta dùng 1 hệ thống lọc chất điện môi, một hệ thống lọc chất điện môi phải có các chức năng sau:
+ Có bể chứa dự trữ dung dịch. + Làm nguội dung dịch.
+ Có đủ lượng dung dịch cần thiết chứa sẵn trong bể để có thể sử dụng liên tục trong quá trình gia công.
* Các phương pháp lọc :
+ Bộ lọc màng giấy: Là thiết bị lọc bao gồm một số bộ phận chính như: Bể chứa
dự trữ dung dịch điện môi, bơm lọc, bơm tới máy, bộ lọc mâm, 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.
+ Bộ lọc phễu đá sỏi: Khi cần lọc với công suất lớn hơn thì bộ lọc màng giấy
không đáp ứng được yêu cầu, vấn đế này đã được xử lý bằng bộ lọc đá sỏi. Phương tiện lọc có thể là một phễu đá sỏi hoặc xenlulô, khi chất điện môi chảy vào phễu thiết bị sẽ được lọc và đây là thiết bị lọc tuần hoàn. Để làm sạch phễu lọc chỉ cần cho dòng chảy chất điện môi ngược lại chiều lọc là dòng chảy sẽ kéo chất bẩn ra khỏi phễu lọc.
+ Bộ lọc khe hở: Đây là bộ lọc có chất lượng cao và ngày càng được 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 được nén áp lực bằng khí
nén. Dưới áp lực cao đó chất điện môi đã được lọc sẽ theo các ống lọc chảy ra ngoài và
giữ lại các tạp chất bẩn trên ống.
2.3.3. Các yếu tố liên quan trong quá trình gia công xung điện.
2.3.3.1. Độ nhám bề mặt.
Độ nhám đầu tiên phụ thuộc vào năng lượng của một lần phóng điện, một phần điện tích của tụ tạo ra vết lõm, do vậy thể tích của vết lõm tỉ lệ với năng lượng phóng của tụ:
Q = 1 2U
2
.C
Trong đó: Q: là điện tích của tụ
U: là điện áp giữa hai điện cực C: là điện dung của tụ
Như vậy thể tích của vết lõm: V = K.U2.C
Trong đó: K là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và điều kiện gia công. Giả sử V tỉ lệ với lập phương của chiều sâu (R) thì:
Rz = K1.3 V= U 2 3 . C 1 3 = m.C 1 3
Từ thực nghiệm ta có mối quan hệ giữa U, C, và Rz như đồ thị hình 2.18 dưới đây. Đồ thị phản ánh đúng biểu thức trên, ta nhận thấy uốn đạt Rz nhỏ thì phải dùng tụ điện có điện dung C nhỏ.
Bằng lý thuyết cũng như thực nghiệm, người ta chứng minh được: - Điện áp giữa hai điện cực tăng (δ tăng) thì độ nhám bề mặt Rz tăng . - Công suất gia công tăng thì Rz tăng.
Hình 2.18 - Ảnh hưởng của Ui &C
2.3.3.2. Độ cứng lớp bề mặt gia công.
Nhiệt độ cao sinh ra do sự phóng điện gây ra sự nóng chảy và bốc hơi vật liệu, rõ ràng nhiệt độ này có tác dụng lên tính chất cơ lý của lớp mỏng trên bề mặt chi tiết gia công (khoảng 2,5 ÷ 150μm). Lớp vật liệu ngoài cùng bị nguội nhanh sau mỗi chu kỳ phóng tia lửa điện, đó là nguyên nhân làm lớp này rất cứng, lớp sát trong gần lớp này ở trong điều kiện như được ram.
Sơ đồ hình 2.19 chỉ ra mối liên hệ của độ cứng với chiều sâu lớp ảnh hưởng nhiệt trên bề mặt phôi thép khi gia công xung điện.
Hình 2.19 - Tác dụng của xung điện lên độ cứng bề mặt C (F) U= const log(Rmax) 130V 85V 27V µm
Qua đây ta nhận thấy, khi gia công tinh độ cứng không thay đổi nhiều tuy nhiên với gia công thô lớp ngoài cùng được ram và độ cứng giảm dần theo chiều sâu lớp bề mặt. Độ cứng lớp bề mặt sau khi gia công sẽ làm cho độ bền mòn tăng lên. Tuy nhiên độ bền mỏi giảm do số lượng các vết nứt tế vi trên bề mặt tăng trong quá trình làm nguội nhanh.
Tính chất của lớp mỏng bề mặt không ảnh hưởng nhiều đến độ bền kéo của chi tiết gia công. Cấu trúc vật lý của lớp vật liệu bề mặt đã bị thay đổi do tia lửa điện gây ra. Tính chất hóa học cũng thay đổi. Những thay đổi này đã làm tăng sự mài mòn của vật liệu.
2.3.4. Các hiện tượng không tốt khi gia công xung điện.
Cũng như các phương pháp gia công truyền thông khác, phương pháp gia công xung điện cũng có một số hiện tượng xấu như sau:
+ Hồ quang
+ Ngắn mạch, sụt áp.
+ Xung mach hở, không có dòng điên. + Sự quá nhiệt của chất điện môi. + Nhiễu hệ thống
+ Nhiễu ngẫu nhiên.
2.3.4.1. Hồ quang.
Hiện tượng: Sự phóng điện không có thời gian trễ td. Nguyên nhân: Do sự phóng điện sẽ xuất hiện trong chất điện môi (khu vực nằm giữa 2 điện cực) những phần tử vật liệu đã bị ăn mòn và các ion dương chưa bị dòng chảy chất điện môi đẩy ra khỏi khe hở phóng điện. Chính các ion này gây ra hồ quang trước khi chúng mất điện và bị đẩy
thời gian trễ để phóng điện vào các đỉnh nhấp nhô cao nhất). Do đó, điểm ăn mòn sẽ bị khoét thành một hố sâu và không đều trên bề mặt phôi.
Hình 2.20 - Hiện tượng hồ quang
Đồ thị thể hiện sự phóng điện lý tưởng và sự phóng điện không có thời gian trễ do có hồ quang.
2.3.4.2. Ngắn mạch, sụt áp.
Hiện tượng:
Không có sự phóng điện mà chỉ xuất hiện dòng điện chạy từ điện cực sang phôi (khi đó điện áp là rất nhỏ và dòng điện là cực đại), còn gọi là dòng điện ngắn mạch. Sự ngắn mạch không chỉ ngăn cản sự hớt vật liệu phôi mà còn làm hư hại cấu trúc của
phôi do dòng điện sẽ tạo ra nhiệt làm ảnh hưởng đến phôi.
Nguyên nhân:
+ Do sự tiếp xúc trực tiếp của điện cực vào phôi. + Tồn tại 1 phần tử bị kẹt trong khe hở phóng điện.
+ Chiều rộng khe hở quá nhỏ, dòng chảy chất điện môi quá yếu.
2.3.4.3. Xung mạch hở, không có dòng điện.
Hình 2.22 - Hiện tượng xung mạch hở
Hiện tượng:
Các xung không gây ra hiện tượng phóng điện. Do đó làm giảm hiệu quả phóng điện.
2.3.4.4. Sự quá nhiệt chất điện môi. Hiện tượng: Hiện tượng:
Quá trình gia công bị nhiễu loạn bởi hồ quang thường xuyên, ngoài ra còn không
ổn định do ngẵn mạch.
Nguyên nhân:
Khi vùng gia công rất rộng nhưng khe hở phóng điện lại quá nhỏ (gia công tinh các khuôn lớn), chất điện môi trở nên nóng đến mức nó bị phân huỷ mạnh thành cacbon. Các phần tử cacbon này sẽ làm tăng tính dẫn điện của chất điện môi khiến cho quá trình gia công bị nhiễu loạn. Nếu cacbon bị lắng đọng trên mặt điện cực thì nó sẽ gây ra sự không ổn định.
2.3.4.5. Nhiễu hệ thống.
Là các yếu tố thuộc về thiết bị như độ ổn định của thiết bị, độ rung, ổn định nhiệt, độ chính xác của các thước đo, khả năng và độ chính xác truyền động, lắp đặt bố trí
máy và các thành phần thuộc đồ gá kẹp chặt, sai lệch thuộc hệ thống điều khiển,...
2.3.4.6. Nhiễu ngẫu nhiên.
Là các nhiễu thuộc về điều kiện môi trường như nhiệt độ làm việc, nhiệt độ dung môi, độ ẩm, ... những điều kiện này đã gây ra những sự cố ngẫu nhiên ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện. Khả năng thích ứng của chương trình điều khiển cũng có thể coi là một yếu tố ngẫu nhiên. Cụ thể như việc chọn chuẩn hệ toạ độ để gia công cho chương trình, độ chính xác điều khiển cắt, phương pháp lập trình, ... đều là các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công tia lửa điện.
KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Trong nội dung của chương II tác giả đã nghiên cứu rất rõ và cụ thể đến từng yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới quá trình gia công xung điện như: Cường độ dòng điện, điện áp, thời gian phóng điện, điện cực, chất điện môi, … Nhưng một trong các yếu tố đó là cường độ dòng điện, thời gian phóng điện ảnh hưởng nhiều nhất đến năng suất và độ nhám bề mặt chi tiết gia công. Vì vậy tác giả đã đi sâu nghiên cứu để hiểu rõ hơn về sự ảnh hưởng của hai yếu tố “ Cường độ dòng điện và Thời gian phóng điện” đến năng suất và độ nhám bề mặt chi tiết gia công. Thí nghiệm của tác giả được trình bày chi tiết và cụ thể ở chương III.
CHƯƠNG III: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM KHI GIA CÔNG BẰNG XUNG ĐIỆN
3.1 . MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 3.1.1. Mục tiêu.
Đánh giá được ảnh hưởng của hai yếu tố là cường độ dòng điện Ie và thời gian gia công xung điện te đến năng suất và độ nhám. Xây dựng được mối quan hệ của hai yếu tố công nghệ te và Ie với năng suất và độ nhám.
3.1.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm.
- Phần thí nghiệm thứ nhất với 4 mẫu thí nghiệm, giữ cố định cường độ dòng phóng tia lửa điện (Ie) và thời gian phòng điện te thay đổi. Xác định thời gian cắt và độ nhám bề mặt của từng mẫu thí nghiệm, từ đó xác định được quan hệ giữa năng suất cắt và độ nhám với thời gian phóng te.
- Phần thí nghiệm thứ 2 với 4 mẫu thí nghiệm, giữa cố định thời gian phòng te và cho cường độ dòng phóng tia lửa điện (Ie) thay đổi. Xác định thời gian cắt và độ nhám bề mặt của từng mẫu thí nghiệm, từ đó xác định được quan hệ giữa năng suất cắt và độ nhám bề mặt với cường độ dòng phóng tia lửa điện Ie.
- Phần thí nghiệm thứ 3 với 4 mẫu thí nghiệm, 2 mẫu thí nghiệm đầu cho Ie cố định, te thay đổi từ min tới max, 2 mẫu thí nghiệm sau cho te cố định, Ie thay đổi từ min tới max. Xác định thời gian cắt và độ nhám bề mặt đối với từng mẫu thí nghiệm, từ đó xây dựng được mối quan hệ tổng hợp giữa năng suất cắt và độ nhám bề mặt với cả hai thông số công nghệ nói trên.
3.2 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM
3.2.1. Các giới hạn khi thí nghiệm.
Thí nghiệm được thiết kế với những giới hạn sau:
+ Điều kiện môi trường gia công là như nhau cho tất cả các thí nghiệm cụ thể như sau:
- Chất lượng dung môi và điều kiện dòng chảy chất điện môi trong tất cả các thí nghiệm là như nhau.
- Tiết điện cực là không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm. - Nhiệt độ môi trường ổn định trong suốt quá trình thí nghiệm.
+ Giả định như nhiễu là ảnh hưởng không đáng kể so với các ảnh hưởng của các tham số công nghệ gia công và chúng tích hợp ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công là cố định, hay tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng của nhiễu là không đổi và luôn hiện diện trong chất lượng.
3.2.2. Máy gia công.
Máy được sử dụng trong quá trình gia công là máy xung điện CHMER - CM323C
của Trung Tâm Đào Tạo Đại Học Công Nghiệp Hà Nội - Tập Đoàn KHKT Hồng Hải.
Hình 3.2 - Các nút gia công
Hình 3.4 - Bàn từ gá phôi
Hình 3.6 - Hệ thống cứu hỏa
Hình 3.8 - Đầu máy gá điện cực
3.2.2.2. Các thông số kỹ thuật của máy.
Các thông số kỹ thuật của máy được mô tả cụ thể ở bảng 3.1 sau đây:
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của máy
Kiểu máy CM323C Đơn vị
Kích thước máy(WxDxH) 1200x1350x2250 mm
Kích thước bàn từ(WxD) 500x350 mm
Phạm vi làm việc (X, Y) 300x200 mm
Phạm vi làm việc (Z) 300 mm
Trọng lượng lớn nhất của điện cực 60 kg
Trọng lượng lớn nhất của phôi 500 kg
Trọng lượng của máy 1000 kg
3.2.3. Vật liệu gia công.
Vật liệu phôi là thép SKD 11 là loại thép rất phù hợp với gia công tia lửa điện. Vật
liệu gia công có dạng là một thanh thép có kích thước: 35 × 35 × 10mm.
Thành phần của thép SKD 11 được nêu cụ thể ở bảng 3.2 sau:
Bảng 3.2. Thành phần hóa học của thép SKD 11
Mác %C %Si %Mn %P %S %Cr
SKD 11 1,4÷1,6 0,4 max 0,6 max ≤ 0,03 ≤ 0,03 11,0÷13,0
Mác %Mo %W %V %Ni %Cu
SKD 11 0,8÷1,2 0,2÷0,5 ≤0,25 0,5 max ≤0,25
Dưới đây là hình ảnh các mẫu thí nghiệm:
Hình 3.9 - Các mẫu chưa làm thí nghiệm
Nhằm khai thác tốt nhất các tính năng của máy dùng trong thí nghiệm, giảm thời gian phụ, nâng cao năng suất và giảm chi phí. Tác giả đã thiết kế phôi thí nghiệm có