3.2.1 Nguyên lý gia cơng
Hình 3.11 Nguyên lý gia cơng EDM điện cực thỏi
Hình 3.12 Hĩnh dáng của dụng cụ và chỉ tỉêt trước khỉ gia công (a)
và sau khi gia công (b)
điện lên đến 500.000T7z, điện áp từ 5Ơ4-300E và cường độ dịng điện trung bình từ 30-M500A. Ket quả là một lượng vật liệu bị bóc ra khỏi chi tiết gia công và điện cực dụng cụ chép hình dáng của nó lên chi tiết.
3.2.2 Thiết bị
Máy EDM điện cực thỏi có các loại sau: - Máy truyền thống:
Đây là chủng loại máy đầu tiên dùng điện cực thỏi điều khiển bằng tay. Loại này kết
cấu đon giản nhung khả năng công nghê kém và độ chính xác kém. Chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất lớn vào trình độ tay nghề cơng nhân. Trên máy này chỉ gia cơng được các
hình dạng hình học đơn giản. Hiện nay loại máy này ít được sử dụng do kém hiệu quả.
- Máy EDM điện cực thỏi ZNC
Đây là chủng loại máy EDM điện cực thỏi điều khiển chương trình số (NC). Trên các máy này thì chỉ có trục z được tự động hồn tịan, còn các chuyển động theo trục X, Y phải thực hiện bằng tay. Loại này có kết cấu đơn giản. Khả năng công nghệ và độ
- Máy EDM điện cực thỏi CNC
Trên các máy EDM điện cực thỏi CNC, các chuyển động theo các phưong X, Y, z được tự động hồn tồn. Do đó trên máy này có thể gia cơng các bề mặt phức tạp mà hai loại máy trên không thể gia công được. Loại máy này có khả năng cơng nghệ rất
cao, đạt độ chính xác gia cơng cao. Tuy đắt tiền, nhưng do hiệu quả cao mà nó mang lại nên loại máy này hiện được sử dụng rất phổ biến
1- Bom tuần hoàn
2- Bộ lọc
3- Động cơ servo trục X
4-Thùng chứa và xử lý chất điện mơi
5- Ơng tháo chất điện môi 6- Đường ống cấp chất điện môi
7- Điện cực
8- Chi tiết gia công;
9- Thùng chất điện môi
10- Đầu mang điện cực 11- Động cơ servo trục z 12- Hệ thống điều khiển servo 13- Màn hình 14- Máy phát xung 15- Tủ điện 16- Động cơ servo trục Y 17- Khe hở phóng điện 18- Bàn trượt Y
Hình 3.14 Máy EDM điện cực thỏi CNC 19- Bàn trượt X
Nói chung, các máy EDM điện cực thỏi NC, CNC có ba phần chính sau:
- Phần cơ khỉ (máy chỉnh), bao gồm:
+ Hệ thống điều khiển quá trình phóng điện. + Hệ thống điều khiển NC, CNC.
- Cụm dung dịch điện mơi.
Khung máy: Khung máy phải có độ cứng vững cao và hấp thụ đuợc rung động. Hệ
thống lắp điện cục phải giữ vững điện cục tại vị trí đã cho, chống lại áp lục cao của
dịng chảy dung dịch điện môi nhằm tránh hiện tuợng lệch điện cục.
- Hệ thống đo đuờng thẳng: Hệ thống đo đuờng thẳng đuợc lắp trên các bàn truợt của máy để báo cho máy vị trí hiện thời của điện cục. Đây là hệ thống đo luờng không tiếp xúc nhờ quang học và điện tử.
- Các động cơ servo: Các động cơ servo cung cấp chuyển động vô cấp của một hoặc
nhiều trục của máy EDM. Trên các máy gia công tia lửa điện CNC, các bàn truợt theo
các phuơng X, Y, z của máy đều đuợc trang bị động cơ riêng nhằm mục đích truyền
chuyển động quay có điều khiển cho trục vít me - đai ốc bi làm dịch chuyển bàn máy.
Ket họp với bộ điều khiển, các chuyển động của theo các phuơng X, Y, z đuợc tụ động hoàn toàn. Chuyển động theo trục z thuờng do đầu máy đảm nhận. Các trục có
thể dịch chuyển đồng thời theo lệnh điều khiển để xác định vị trí định vị điện cục hoặc để chạy dao gia công. Mỗi động cơ đều có một bộ khuếch đại quay, đuợc đặt trong khoang điều khiển cung cấp dòng điện cần thiết cho các động cơ. Đây là những động
cơ servo một chiều hoặc xoay chiều.
- Hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển là bộ não của máy. Nó sắp xếp tất cả các trình tụ cần thiết cho q trình gia cơng, điều khiển chuyển động của các động cơ, tính tốn các chuyển động của bàn truợt để điều khiển điện cục đi theo những quỹ đạo cho
truớc, điều khiển đóng mở dịng điện gia cơng, đóng mở các van cung cấp chất điện
mơi...
Ở các máy CNC, tất cả các chức năng điều khiển và kiểm tra đều do hệ điều khiển thục hiện. Nguời vận hành máy đua vào hệ điều khiển chuơng trình gia cơng.
xung bấm giờ dùng để ngắt dịng), một bộ phận tắt dòng điện tử, và một máy giới hạn
dòng điện (dùng để giới hạn dòng điện được quy định trong chng trình gia cơng).
Hình 3.15 Sơ đồ khối máy phát xung
Hình 5.16 trình bày sơ đồ nguyên lý mạch điện máy phát xung theo kiểu
Lazarenko. Hệ thống máy EDM sử dụng mạch này trước đây được sử dụng rộng rãi
ở Nhật và châu Âu. Ngày nay hệ thống máy này vẫn tiếp tục được sản xuất và sử
dụng trên tồn thế giới. Cơng dụng của chúng tập trung vào các áp dụng có yêu cầu gia công bề mặt tinh và khoan lỗ nhỏ, các lỗ chính xác.
dụng cụ cắt gọt tạo phoi nên độ cứng vật liệu không trở thành nhân tố quyết định xem vật liệu đó có thể gia cơng bằng EDM hay không. Các điện cục kim loại hoặc
than chì mềm có thể gia cơng các dụng cụ cứng bằng thép hoặc cacbua vonfram. Đây là một trong những lợi ích hấp dẫn của việc sử dụng phuơng pháp EDM. Các điên
cục có đuờng kính nhỏ đến o,ỉmm đã đuợc sử dụng và tỷ số giữa chiều dài và đuờng
kính lỗ lên đến 400:1.
• u cầu của vật liệu điện cực
Việc lụa chọn họp lý vật liệu điện cục là một yếu tố quan trọng. Điều này khơng những ảnh huởng đến độ chính xác gia cơng, mà cịn ảnh huởng đến tính kinh tế thơng
qua năng suất và độ hao mịn điện cục trung bình. Giá của điện cục có thể chiếm 80% chi phí gia cơng.
Những u cầu đối với vật liệu điện cực là: - Cỏ tính dẫn điện tốt.
- Có tính dẫn nhiệt cao, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sơi cao. - Có độ bền cơ học cao, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ.
- Có độ bền ăn mịn cao.
- Có khối luợng riêng nhỏ để có thể chế tạo các điên cục lớn nhung không quá nặng làm ảnh huởng đến khả năng chịu tải của máy.
- Dễ gia công, giá thành rẻ.
Trên thục tế khơng có vật liệu nào có thể thỏa mãn đầy đủ những yêu cầu này, do đó cần phải xem xét khi chọn vật liệu. Thông thuờng khi gia công thô và gia công tinh nguời ta dùng các vật liệu điện cục khác nhau.
Khi gia công thô, phổ biến nhất là dùng điện cục đồng thau và zamak, với chi tiết có tiết diện nhỏ thì dùng đồng và vonfram, ở nhà máy lớn thì dùng dura.
Khi gia cơng tinh thì dùng điện cục đồng, cũng có truờng họp dùng điện cục thép (đặc
Vật liệu kim loại dùng làm điện cực thường là đồng đỏ, đồng-volfram, bạc-volfram, đồng thau, volfram, nhôm, molipden, hợp kim cứng, thép... Trong đó đồng đỏ và đồng-volfram là thường dùng nhất. Các loại vật liệu volfram, nhôm, molipden, họp kim cứng, thép... chỉ được sử dụng trong một số trường họp đặc biệt.
+ Đồng đỏ:
Đồng đỏ chứa ít nhất 99,92% Cu và tối đa 0,005% 02. Khối lượng riêng là
8,9g/cm3, điểm nóng chảy là 1083°C, điện trở riêng là 0,0178Qmm2/m.
Đồng đỏ phù họp để gia cơng thép. Nó có thể dùng được nhiều lần để gia công thô và tinh. Đồng đỏ được gia công cơ dễ dàng, tuy nhiên khó gia cơng hơn so với graphit. Điện cực bằng đồng đỏ cần được khử nội ứng suất để tránh bị biến dạng do sự giải
phóng ứng suất nội ứng suất khi phóng tia lửa điện.
Điện cực bằng đồng đỏ có lượng bóc vật liệu cao và độ mịn nhỏ. Nhược điểm lớn của
nó là nặng và có độ giãn nở nhiệt lớn nên không phù họp với việc chế tạo các điện cực
lớn. Do dễ bị biến dạng nên khi làm các điện cực mảnh thì nó khơng ổn định về hình dáng.
+ Đồng-volfram:
Đồng-volfram chứa 654-80%w, có khối lượng riêng từ 154-18g/cm3, điểm nóng chảy
khoảng 2500°C, điện trở riêng 0,0454-0,Q55Qmm2/m. Loại vật liệu này được tạo ra nhờ sử dụng công nghệ luyện kim bột.
Điện cực làm bằng đồng-volfram có độ bền ăn mịn cao là nhờ sự có mặt của w và tính dẫn điện cao là nhờ Cu. Chất lượng bề mặt khi gia công bằng đồng-volfram bằng đồng điện phân nhưng đồng-volfram có độ bền cao hơn. Lượng bóc vật liệu cao hơn
so với đồng đỏ tuy nhiên khó chế tạo hơn. Nhược điểm lớn của đồng-volfram là khối lượng riêng lớn và giá thành cao.
Đồng thau dễ gia cơng (có pha chì) có thuận lợi chính là dễ tìm và có thể gia cơng
dễ dàng. Tỷ số mịn giữa điệc cục và chi tiết từ 14-6 đối với điện cục nhỏ. Nó thuờng
đuợc sử dụng để tạo các điện cục hình ống khi khoan lỗ trong truờng họp chấp nhận
mài mòn cao. Đồng thau thuờng đuợc sử dụng để làm điện cục gia công một số họp
kim của titan trong điều kiện khó thốt phoi. Tuy nhiên nó khơng đuợc sử dụng để gia
cơng cacbit volfram vì độ mịn lớn.
Volfram có độ cứng cao và tỷ số mịn tốt, dùng để gia cơng các lỗ nhỏ, đuờng kính nhỏ hơn ồ,2mm cho những điện cục không thể chế tạo những lỗ để chất điện môi chảy
qua. Nhuợc điểm của loại điện cục này là giá thành cao.
+ Hợp kim kẽm:
Loại này chủ yếu dùng để gia công trong truờng họp sản luợng lớn, ở đó yêu cầu một số luợng lớn điện cục giống nhau đuợc chế tạo bằng đúc áp lục hoặc dập. Các
điện cục có hình dáng phức tạp có thể đuợc đúc một cách dễ dàng. Chi phí cho điện cục thấp trong khi đó loại điện cục này có thể đuợc sử dụng với dòng điện lên đến 150A. Nhuợc điểm chính của loại điện cục này là tỷ số mịn kém, các góc bị mịn
nhanh.
- Vật liệu phỉ kim loại:
Trong nhóm này chỉ có graphit là vật liệu đuợc sử dụng phổ biến làm điện cục. Đây là cacbon tinh khiết với 0,1% tro. Khối luợng riêng từ l,Ó4-l,85g/cm3, điện trở riêng
84-15Qmm2/m, độ bền gẫy từ 2004-700£g/cm2. - Chất điện mơi và hệ thống dịng chảy
• Các nhiệm vụ của chất điện mơi
Chất điện mơi có nhiệm vụ tạo thành mơi trường cách điện giữa điện cực và phơi, tạo mơi trường ion hóa ở thời điểm bắt đầu phóng điện để tạo nên một cầu phóng điện, giúp tập trung năng lượng ở kênh plasma. Đồng thời dung dịch điện mơi cũng có
nhiệm vụ làm nguội các bô phận gia công và vận chuyển phoi ra khỏi khu vực gia cơng.
• Yêu cầu của dung dịch điện môi
- Dung dịch điện mơi phải có đủ độ bền cách điện và ổn định để cách ly điện cực và phôi cho đến khi đạt đến điện áp đánh thủng.
- Phải có khả năng bị ion hóa nhanh chóng sau khi sự phóng điện xảy ra.
- Phải có độ nhớt thích họp và khả năng thấm ướt tốt làm nguội và vận chuyển
phoi ra khỏi khu vực gia công.
- Trung tính về hóa học để khơng gây mịn điên cực, phôi, thùng chứa và bàn máy.
- Điểm cháy tương đối cao.
- Không độc, không hại da, khơng tạo mùi khó ngửi. - Giữ tính chất trong thời gian dài, ít hao phí.
- Kinh tế.
Trong các yêu cầu trên thì yêu cầu về độ nhớt là đáng quan tâm nhất. Độ nhớt quyết định sự mở rộng kênh phóng điện. Độ nhớt của dung dịch điện mơi càng cao thì
kênh phóng điện càng được tập trung, hiệu quả phóng điên cao. Thơng thường khi gia
công thô người ta sử dụng dung dịch điện môi có độ nhớt cao hơn gia cơng tinh.
Thường gia cơng thơ sử dụng dung dịch điện mơi có độ nhớt lên đến 4/?í/?í2/'s, gia cơng tinh độ nhớt đến 2/?í/w2/'s. Tuy nhiên trong thực tế sử dụng người ta sử dụng một loại dung dịch điện mơi có độ nhớt trung bình cho cả gia cơng thơ và gia công tinh.
Nước và nước cất làm thường chỉ dùng trong gia cơng phụ, ví dụ lấy đi những
mảnh dao bị gãy.
Theo nghiên cứu mới nhất thì đối với điện cực kim loại, dung dịch đặc biệt phù họp là
hỗp họp triethyleneglycol-nước-monoethyl-ether. Nhưng với điện cực graphit thì hỗn
họp dung dịch trên khơng có lợi.
Có các phương pháp tạo dịng cháy dtmg dịch điện mơi như sau: - Dịng cháy từ bên ngồi:
Dịng chảy bình thường từ bên ngoài là phương pháp sục rửa phổ biến nhất, được áp dụng khi hình dạng hình học của điện cực và phơi khơng cho phép tạo lỗ khoan cho dịng chảy. Phương pháp này cấp dung dịch điện môi đến khe hở phóng điên thơng
qua một vịi phun.
Hình 3.18 Dịng chảy từ bên ngồi
Vịi phun phải được đặt dưới một góc phù hợp để tạo ra dịng chảy đi vào khe hở phóng điện một cách thuận lợi và đẩy các phần tử đã bị ăn mòn đi. Khi đặt khơng
đúng góc độ thì các phần tử đã bị ăn mịn sẽ tích tụ tại các góc của lịng khn, làm
ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia cơng. Khi lịng khn rộng thì nên đặt miệng
vịi phun nằm ngang, khi lịng khn sâu thì đặt miệng vòi phun gần thẳng đứng.
kiện cắt ổn định nhất. Các lỗ được bố trí đều so với nhau và với cạnh của điện cực
cũng cải thiện điều kiện chảy. Vài lỗ lớn thường tốt hon nhiều lỗ nhỏ.
Hình 3.19 Dịng chảy áp lực
Neu trường hợp chi tiết gia cơng có sẵn lỗ thì người ta gá chi tiết lên trên một ống góp của hệ thống làm mát như hình 3.20.
Dịng chất lỏng được đưa vào ống góp nhờ áp lực và chảy qua lỗ trên bề mặt chi
tiết đến khe hở giữa điện cực và chi tiết. Phương pháp này có lợi trong trường họp khó
khoan lỗ trên dụng cụ bởi vì chiều dài hoặc tiết diện quá nhỏ. Kỹ thuật này cũng thuận lợi trong trường họp có sẵn lỗ, như lỗ chốt đỡ trong khuôn.
các phoi được sinh ra tại A phải qua B, rất có khả năng cạnh bên tồn tại tia lửa điện.
Khi điện cực tiến gần đến chi tiết, với dòng chảy liên tục của phoi và tia lửa điện cạnh bên, khe hở tại khu vực B trở nên lớn hon. Tuy nhiên với sự tăng lên của khe hở,
khả năng một phoi đơn lẻ đi qua sẽ gây nên sự phóng điện cạnh bên trở nên ít đi. Cuối cùng, khi khe hở cạnh bên đủ lớn, như tại c, rất nhiều phoi sắp thành hàng làm giảm một cách thích đáng chiều dài điện của khe hở cho phép phát tia lửa điện cạnh bên. Vì khả năng sự xếp hàng phoi như thế thì thấp không đáng kể, hầu như khơng cịn xuất hiện hiện tượng phóng tia lửa điện tại c, kết quả là tạo nên độ côn. Chẳng hạn khi gia
công thép bằng đầu điện cực đồng thau với đường kính 25,4/77/77 và cường độ dịng điện trung bình tại khe hở là 2 OA, độ côn của khe hở bắt đầu với tỷ lệ 0,03/77/77 mỗi bên ở độ sâu 25,4/77/77 và giảm đến 0 sau khi xuyên vào độ sâu bằng ba lần đường kính.