Cỏc nguyờn nhõn xung mạch mở khụng cú dũng điện: - Chiều rộng khe hở phúng điện quỏ lớn
- Dũng chảy chất điện mụi quỏ mạnh nờn đó thổi hết cỏc ion ra khỏi vựng gia cụng.
- 35 -
1.5.6.4 Sự quỏ nhiệt của chất điện mụi
Khi vựng gia cụng rất rộng nhưng chiều rộng khe hởphúng điện lại quỏ nhỏ (gia cụng tinh khuụn lớn), chất điện mụi trở nờn núng đến mức bị phõn hủy rất mạnh thành cacbon. Cỏc phần tử cacbon này sẽ làm tăng tớnh dẫn điện của
chất điện mụi khiến cho quỏ trỡnh gia cụng bị nhiễu loạn bởi hồquang thường
xuyờn. Nếu cỏc phần tử cacbon bị lắng đọng trờn mặt điện cực thỡ sẽ gõy ra sự
khụng ổn định do ngắn mạch.
1.5.7.Cỏc yếu tố khụng điều khiển được
Ngoài cỏc yếu tốảnh hưởng tới quỏ trỡnh gia cụng tia lửa điện đó nờu ở trờn cũn cú cỏc yếu tố khỏc khụng điều khiển được cũng ảnh hưởng tới quỏ trỡnh gia
cụng. Đú là cỏc yếu tố nhiễu như:
Nhiễu hệ thống
Nhiễu hệ thống bao gồm:
- Cỏc yếu tố thuộc về thiết bịnhư độ ổn định của thiết bị, độ rung, ổn định
nhiệt, độ chớnh xỏc của cỏc thước đo, khả năng và độ chớnh xỏc truyền
động, lắp đặt bố trớ mỏy và cỏc thành phần thuộc đồ gỏ kẹp chặt v.v…
- Sai lệch thuộc hệ thống điều khiển.
Nhiễu ngẫu nhiờn
Nhiễu ngẫu nhiờn là cỏc nhiễu thuộc về điều kiện mụi trường như nhiệt độ làm việc, nhiệt độ dung mụi, độ ẩm, rung động của cỏc mỏy khỏc truyền tới
v.v… Nhiễu ngẫu nhiờn ảnh hưởng đến quỏ trỡnh gia cụng tia lửa điện. Khả
năng thớch ứng của chương trỡnh điều khiển cũng cú thể coi là một yếu tố ngẫu
nhiờn. Cụ thể như việc chọn chuẩn hệ toạ độ để gia cụng cho chương trỡnh, độ
chớnh xỏc điều khiển cắt, phương phỏp lập trỡnh v.v... đều là cỏc yếu tố ảnh
- 36 -
1.6. Cỏc chất điện mụi trong gia cụng tia lửa điện
1.6.1.Nhiệm vụ của chất điện mụi
Trong gia cụng bằng tia lửa điện ngoài hai yếu tố chớnh là dụng cụ và phụi
được nối với hai cực thỡ cũn một yếu tố khụng thể thiếu để tạo ra sự búc phoi và
vận chuyển phoi ra khỏi vựng cắt đú là dung dịch chất điện mụi. Nhiệm vụ
chớnh của chất điện mụi trong quỏ trỡnh gia cụng tia lửa điện là:
- Cỏch điện giữa hai cực (giữa điện cực dụng cụvà phụi), đảm bảo khụng
cú dũng điện chạy qua khe hở giữa hai cực, khi khoảng cỏch giữa hai cực chưa đủ nhỏ. Khi khoảng cỏch này đạt tới một giới hạn nhất định nào đú thỡ bắt đầu
xuất hiện sự phúng điện giữa hai điện cực. Khi khe hởcàng bộ thỡ lượng 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 khả năng cỏch điện của chất điện
mụi. Để khắc phục hiện tượng này người ta thực hiện lọc bỏ phần tử tế vi này
bằng cỏch dẫn 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:
Như đó trỡnh bày ở phần đầu, khi điện cực tiến tới gần sỏt phụi thỡ xuất hiện
hiện tượng phúng điện, sau đú phải gõy ra hiện tượng ion hoỏ chất điện mụi nằm
ở giữa hai điện cực để tạo thành cỏc ion dương và cỏc phần tử tớch điện õm (tức
là cú khả năng tạo ra một cầu phúng điện). Điều này tạo ra sự tập trung năng lượng rất lớn ở kờnh plasma. Khi cú sự phúng điện cỏc electron bay với tốc độ
cực lớn hướng 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 núng
- 37 -
mụi phải ngừng kịp thời để tạo điều kiện cho sự phúng điện xảy ra ở vị trớ khỏc khi xảy ra xung tiếp theo.
- Làm nguội:
Khi diễn ra sự phúng điện trong một khoảng thời gian cực ngắn, ở kờnh
phúng điện nhiệt độ cú thể lờn tới 10.0000C. Nhiệt ở đõy cần phải được chuyển
đi nhằm trỏnh ảnh hưởng đến bề mặt phụi, bản điện cực cũng như 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:
Vật liệu được tỏch ra khỏi bề mặt chi tiết cần gia cụng chớnh là phoi, cỏc
phần tử kim loại này lơ lửng trong chất điện mụi làm cho khả năng cỏch điện
của chất điện mụi giảm và cú nguy cơ gõy ra sựphúng điện bất thường, nguy cơ
tạo hồ quang và ngắn mạch tăng lờn làm giảm độ chớnh xỏc và năng suất cắt. Vỡ vậy cần tạo ra dũng chảy chất điện mụi hợp lý vận chuyển lượng phoi này ra khỏi vựng cắt. Chất điện mụi được đưa qua hệ thống lọc để làm sạch trước khi
đưa trở lại vựng gia cụng.
1.6.2.Cỏc loại chất điện mụi
Như đó phõn tớch, gia cụng tia lửa điện chủ yếu gồm hai phương phỏp: gia
cụng xung định hỡnh và gia cụng cắt dõy tia lửa điện. Mỗi phương phỏp gia cụng
sử dụng cỏc chất điện mụi khỏc nhau:
- Xung định hỡnh chủ yếu sử dụng chất Hydrocacbon.
- Cắt dõy tia lửa điện chủ yếu dựng nước khử khoỏng.
Ngoài ra, ngày nay trờn thế giới cũn xuất hiện một loại chất điện mụi mới mà thành phần chủ yếu là nước. Nú cú độ nhớt cao hơn nước, hiệu quả làm mỏt
- 38 -
graphit lớn và bước dũng điện lớn. Vỡ chất điện mụi này cú thành phần chớnh là
nước nờn dũng điện Ie khi xung rất lớn do đú khú nhận được bề mặt tinh và độ
nhỏm Rmax < 10 àm.
Riờng đối với chất Hydrocacbon cũn được chia làm 3 nhúm dựa trờn cơ sở đặc tớnh hoỏ học, đú là:
- Parafin. - Dầu khoỏng.
- Cỏc dẫn xuất của xăng.
Cỏc yếu tố như thành phần hoỏ học, độ nhớt v.v… sẽ quyết định chất lượng và khả năng sử dụng của chất điện mụi. Dầu khoỏng cú chất lượng 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 được sử dụng do cú tỏc hại xấu đến sức khoẻ con người và mụi trường.
1.6.3.Cỏc tiờu chuẩn đỏnh giỏ chất điện mụi
Đỏnh giỏ chất điện mụi được dựa trờn cỏc tiờu chuẩn sau:
- Bền lõu, hao phớ ớt.
- Vệ sinh, khụng độc, khụng khú ngửi. - Cú điểm chỏy cao ( khú chỏy).
- Cú mật độ, độđậm 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 thường. - Cú khả năng truyền điện ỏp.
- Cú khả năng bị ion hoỏ. - Khả năng làm sạch dễ dàng. - Giỏ cả phự hợp.
- 39 -
Trong tất cả cỏc tiờu chuẩn trờn thỡ tiờu chuẩn về độ nhớt là quan trọng nhất vỡ nú ảnh hưởng trực tiếp đến kờnh phúng điện và mở rộng kờnh phúng điện. Độ
nhớt đặc trưng cho "ma sỏt trong", là trở lực của chất lỏng đối với sự chỏy. Độ
nhớt chất điện mụi càng cao thỡ kờnh phúng điện càng tập trung hơn, hiệu quả
phúng điện cao hơn.
Để gia cụng thụ cần độ nhớt cao hơn (để búc được lượng vật liệu lớn hơn,
độ nhớt khoảng 4 mm2/s)
Để gia cụng tinh cần độ nhớt thấp hơn khoảng 2 mm2/s (khi gia cụng tinh cho chất điện mụi chảy 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 thường chọn chất điện mụi cú độ nhớt trung bỡnh để gia cụng cho cả hai
trường hợp.
- Cỏc yếu tố an toàn của chất điện mụi được xột dựa trờn cỏc tiờu chớ sau:
+ 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 hưởng tới sức khoẻcon người và mụi trường xung quanh.
+ Mặt khỏc, cơ sở chủ yếu của chất điện mụi là nước nờn khi gia cụng sẽ tồn tại dũng dũ. Dũng này ảnh hưởng lớn đến độ búng và độ chớnh xỏc khi gia cụng.
Trong gia cụng cắt dõy tia lửa điện chất điện mụi là nước khử khoỏng, khi
- 40 -
Chất điện mụi
Phụi Điện cực
trong chất điện mụi. Gia cụng xung định hỡnh khụng thể dựng nước khử khoỏng
do bề mặt điện cực lớn nờn dũng dũ cũng lớn.
1.6.4.Cỏc loại dũng chảy chất điện mụi và cỏc lỗi của dũng chảy
Như cỏc phõn tớch ở trờn, chất điện mụi là một yếu tố khụng thể
thiếu được trong quỏ trỡnh gia cụng
tia lửa điện. Chất điện mụi khụng những đúng vai trũ là mụi trường gõy ra sự phúng điện mà cũn đúng
vai trũ vận chuyển phoi ra khỏi
vựng gia cụng, do đú cú ảnh hưởng hết sức quan trọng đến năng suất cũng như
chất lượng 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 cỏc phoi lẫn trong dung dịch chất điện mụi sẽ gõy ra cỏc lỗi ngắn mạch hay hồ quang gõy ảnh hưởng xấu tới năng suất và chất lượng bề mặt gia cụng và điện cực.
Trong quỏ trỡnh gia cụng tia lửa điện người ta sử dụng cỏc dũng chảy chất
điện mụi sau đõy:
- Dũng chảy bờn ngoài:
Dũng chảy bờn ngoài là phương phỏp sục rửa phổ biến nhất. Nú được sử
dụng khi hỡnh học của điện cực và phụi khụng cho phộp tạo lỗ khoan cho dũng chảy (thường dựng ở cắt dõy). Chất điện mụi được đưa trực tiếp đến khe hở bằng một vũi dẫn. Vấn đề là cần phải chọn gúc đường dẫn chất điện mụi sao cho phự hợp để dũng chảy chất điện mụi tạo thuận lợi cho việc vận chuyển phoi dễ
dàng (hỡnh 1.16). - Dũng chảy ỏp lực: Vũi sục rửa chất điện Phụi Hỡnh 1.16: Dũng chảy bờn ngoài
- 41 -
Hỡnh 1.17: Dũng chảy ỏp lực
Dũng chảy ỏp lực là phương phỏp chất điện mụi được đưa cưỡng bức vào khe hở qua cỏc lỗ ở điện cực hoặc phụi. Phương phỏp này được sử dụng khi xung
bằng điện cực rỗng, do đú để lại một lừi trờn phụi (hỡnh 1.17). Sau khi gia cụng
cần phải cắt lừi đi.
- Dũng chảy do chuyển động điện cực:
Dũng chảy do chuyển động điện cực là dũng chảy do chuyển động của điện
cực tỏc động trực tiếp vào chất điện mụi trong khe hở phúng điện tạo ra. Khi gia
cụng cỏc lũng khuụn sõu và hẹp, sự tiến lựi đều đặn của điện cực sẽ đẩy chất
điện mụi sạch vào khe hở phúng điện.
- Dũng chảy hỳt:
Dũng chảy hỳt là dũng chảy được tạo ra bằng cỏch hỳt chất điện mụi cú chứa phoi qua một lỗ hỳt trờn phụi hoặc trờn điện cực (ngược lại với phương
phỏp dũng chảy ỏp lực) ra khỏi khe hở vựng gia cụng. - Dũng chảy phối hợp:
Dũng chảy phối hợp là dũng chảy phối hợp cả dũng chảy ỏp lực và dũng chảy hỳt qua hai lỗ trờn phụi hoặc trờn điện cực. Một đầu bơm chất điện mụi đó
qua lọc sạch vào vựng gia cụng, một đầu hỳt chất điện mụi cú chứa phoi ra khỏi
vựng gia cụng. Đõy là phương phỏp cú thể khắc phục được cỏc nhược điểm của hai phương phỏp trờn.
- Dũng chảy nhắp:
Dũng chảy nhắp là phương phỏp thường dựng cho gia cụng xung định hỡnh,
ở đú sau một chu kỳ nhất định của quỏ trỡnh phúng điện thỡ điện cực lại được
nõng lờn để tạo ra một dũng chảy vận chuyển phoi ra khỏi vựng gia cụng, ngay
sau đú chất điện mụi sạch được đưa vào vựng gia cụng.
Trong quỏ trỡnh gia cụng, dũng chảy chất điện mụi cú thể gõy ra cỏc lỗi
- 42 -
- Lỗi do ỏp lực cao và sự rung động: Do ỏp lực cao của dũng chảy đó tạo ra một ỏp lực tỏc dụng lờn điện cực làm xờ dịch vị trớ của điện cực cũng như gõy ra
rung động điện cực làm mất độ chớnh xỏc chi tiết gia cụng.
- Lỗi do sự giảm ỏp lực dũng chảy: Đối với dũng chảy ỏp lực và dũng chảy hỳt thỡ ỏp lực bị giảm khi khe hở hẹp và dài khụng đủ sức tạo ra dũng chảy đủ lớn để cuốn sạch phoi. Cỏc phần tử phoi tắc nghẽn giữa hai điện cực gõy ra hồ quang hoặc hiện tượng ngắn mạch làm giảm chất lượng bề mặt được gia cụng.
1.6.5.Hệ thống lọc chất điện mụi
Cỏc phần tử phoi tồn tại trong chất điện mụi sẽ dẫn tới cỏc hiện tượng xấu
như hiện tượng ngắn mạch hoặc gõy ra hồquang làm tăng nhiệt độ của vựng gia
cụng và chất điện mụi ảnh hưởng 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, người ta dựng một hệ thống lọc chất điện mụi. Hệ thống lọc chất điện mụi phải đỏp
ứng cỏc yờu cầu:
- Cú bể chứa dự trữ dung dịch. - Làm nguội dung dịch.
- Cú đủ lượng dung dịch cần thiết chứa sẵn trong bể để cú thể sử dụng liờn
tục trong quỏ trỡnh gia cụng.
Hiện nay, người ta sử dụng cỏc bộ lọc chất điện mụi sau đõy:
- Bộ lọc mõm giấy:
Bộ lọc mõm giấy là thiết bị lọc đơn giản và rẻ tiền nhất, nú bao gồm một số bộ phận chớnh như 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, khi mõm lọc bị bẩn thỡ ỏp lực lọc sẽ lớn và khi đú cần phải thay mõm lọc, việc thay
đổi bộ lọc được thực hiện bằng tay.
- 43 -
Khi cần lọc với cụng suất lớn hơn thỡ bộ lọc mõm giấy khụng đỏp ứng được yờu cầu, lỳc này cần sử dụng bộ lọc phễu đỏ sỏi. Phương tiện lọc cú thể là một
phễu đỏ sỏi hoặc xenlulụ, khi chất điện mụi chảy vào phễu thiết bị sẽ được lọc
và đõy là thiết bị lọc tuần hoàn. Để làm sạch phễu lọc chỉ cần cho dũng chảy
ngược lại chiều lọc, dũng chảy sẽ kộo chất bẩn ra khỏi phễu lọc.
- Bộ lọc khe hở:
Bộ lọc khe hở là bộ lọc cú chất lượng lọc rất cao và ngày càng được sử dụng nhiều. Thiết bị này gồm nhiều ống lọc trong một thựng chịu ỏp lực. Trờn cỏc ống lọc cú cỏc đĩa lọc đặc biệt khụng dẻo, dung dịch chất điện mụi đó bẩn được nộn ỏp lực từ ngoài vào trong. Dưới ỏp lực cao đú chất điện mụi đó được lọc sẽ theo cỏc ống lọc chảy ra ngoài và giữ lại cỏc tạp chất bẩn trờn ống.
1.7. Kết luận
Trong chương 1, tỏc giả đó tập trung tỡm hiểu cỏc vấn đề sau:
- Bản chất của quỏ trỡnh gia cụng tia lửa điện.
- Nghiờn cứu cỏc yếu tố ảnh hưởng chớnh tới quỏ trỡnh gia cụng tia lửa điện.