b. Cắt bằng tia nước hạt mài (AWJC) Để cắt các chi tiết bằng kim loại,
9.3.1 Các quá trình gia công bằng tia lửa điện
Các q trình gia cơng tia lửa điện tách vật liệu bằng một loạt các q trình phóng điện gián đoạn (các tia lửa điện) và tạo ra nhiệt độ cục bộ đủ lớn để nóng cháy và bốc hơi kim loại trong phạm vi hẹp của tia lửa điện. Có hai q trình chính của loại này, đó là:
- Gia cơng bằng phóng điện của điện cực (EDM) - Gia cơng bằng phóng điện của dây (WDM)
Các quá trình này chỉ dùng đối với vật liệu gia công dẫn điện
Gia công bằng tia lửa điện (Electric Discharge Machining: EDM)
Gia cơng bằng phóng điện là một trong những phương pháp thông dụng nhất của các phương pháp gia công không truyền thống. Sơ đồ nguyên lý được minh họa trên hình 9.6
Hình 9.6 Gia cơng tia lửa điện a) Mơ hình tổng qt b) Khe hở giữa hai điện cực
xẩy ra phóng 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. Q trình gia cơng tia lửa điện phải có sự tham gia của chất lỏng cách điện. Các chất cách điện sẽ tạo ra kênh dẫn điện khi xẩy ra phóng tia lửa điện (Ion hóa chất lỏng giữa hai điện cực)
Hình 9.6b chỉ ra khe hở nơi xẩy ra phóng điện. Tia lửa điện xuất hiện tại những vị trí mà khoảng cách giữa hai điện cực là nhỏ nhất (đỉnh các nhấp nhô của hai điện cực). Chất lỏng cách điện ion hóa tại những vị trí này để tạo ra dẫn điện cho q trình phóng điện. Tại vị trí xẩy ra tia lửa điện nhiệt độ rất cao có 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 phóng điện trong một giây có thể lên đến hàng ngàn.
Hai tham số quan trọng của q trình phóng điện là cường độ và tần số của q trình phóng điện. Một khi một trong hai thông số này tăng lên, năng suất bóc kim loại sẽ tăng lên. Độ bóng bề mặt của chi tiết gia cơng cũng ảnh hưởng bởi hai thông số này như chỉ ra trên hình 9.7
Hình 9.7 (a) Độ bóng bề mặt là hàm số của cường độ và tần số của q trình phóng
điện; (b) Khe hở vượt q phụ thuộc tần số và cường độ dòng điện
Độ bóng bề mặt tốt nhất đạt được khi tần số phóng điện ở tần số lớn và cường độ nhỏ. Khi điện cực chuyển dịch về phía dụng cụ sẽ đạt được khe hở phóng điện (khe hở phóng điện giữa điện cực dụng cụ và bề mặt chi tiết gia công 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 có sự phóng 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 9.7(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. Mòn 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 công và vật liệu chi tiết. Vật liệu điện cực thường dùng : graphít, đồng thau, đồng đỏ, hợp kim đồng vônfram, hợp kim bạc vônfram hoặc những vật liệu khác. Chọn vật liệu dụng cụ phụ thuộc vào cơng suất cung cấp cho chu trình phóng 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 nóng chảy của nó. Trong thực tế graphít khơng nóng chảy. Nó 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 mòn của dụng cụ thấp.
Độ cứng và độ bền của vật liệu gia công thường không ảnh hưởng trong gia cơng EDM. Điểm nóng chảy của vật liệu gia cơng là yếu tố quan trọng. Năng suất gia cơng phụ thuộc vào điểm nóng chảy của vật liệu gia cơng và có thể tính gần đúng theo công thức thực nghiệm như sau:
Q = 1 23,
m
KI
Ở đây Q - năng suất bóc vật liệu mm3/s K - hằng số, giá trị của nó lấy bằng 664 I - cường độ phóng điện (amps)
Tm - nhiệt độ nóng chảy, oC - điểm nóng chảy chọn theo bảng 9.2
Bảng 9.2 Điểm nóng chảy của vật liệu
TT Vật liệu Điểm nóng chảy oC
1 Nhôm 660 2 Đồng 1083 3 Gang 1539 4 Chì 327 5 Nikel 1455 6 Thép Phụ thuộc vào thành phần 7 Kẽm 420 8 Vônfram 3410 9 Thiếc 232
Ví dụ: Tính năng suất bóc vật liệu với vật liệu là hợp kim ứng với điểm nóng
chảy 1100oC được gia cơng bằng EDM. Cường độ dịng điện 25amps. Q = 6641 23
1100 , = 3,01 mm3/s [9.7]
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 hóa khi có mặt của tia lửa điện. Một chức năng khác nữa là vận chuyển phôi ra khỏi vùng gia công và làm nguội điện cực dụng cụ và chi tiết gia công.
Ứng dụng của gia công 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 khuôn mẫu trong các đầu phun chất dẻo, các khn kéo dây, các khn dập kim loại. Ngồi ra các chi tiết máy khi gia công bằng phương pháp truyền thống, lực cắt làm biến dạng chi tiết hoặc khi gia cơng các lỗ xiên hoặc các chi tiết có độ cứng cao.
Cắt dây tia lửa điện (Electric discharge wire cutting) (EDWC)
Cắt dây tia lửa điện hay thường gọi máy gia công tia lửa điện dây (wire EDM). Đây là trường hợp đặc biệt của gia công tia lửa điện mà điện cực dụng cụ là dây với đường kính nhỏ để cắt rãnh hẹp trên chi tiết. Quá trình cắt xẩy ra trong EDM đạt được bằng năng lượng nhiệt từ phóng điện giữa điện cực dây và chi tiết gia công. EDM dây được minh họa trên hình 9.8. Chi tiết thực hiện chuyển động chạy dao liên tục và chậm theo quĩ đạo mong muốn.
Hình 9.8 Cắt tia lửa điện bằng dây (EDWC)
Phương pháp này có phần hơi giống cưa dây. Điều khiển số được dùng để điều khiển chuyển động của chi tiết gia công. Khi cắt, dây chuyển động liên tục từ cuộn cấp dây đến cuộn thu dây do đó điện cực dây sẽ được làm mát và tạo ra bề rộng cắt không đổi khi gia công. Giống như trong EDM, cắt dây cần phải có chất cách điện. Dung dịch cách điện được phun thẳng vào vùng cắt hoặc ngâm chi tiết trong bể dung dịch chất cách điện.
Đường kính của dây dao động từ 0.076 đến 0,30 mm (0,003 đến 0,012 in.), phụ thuộc vào bề rộng rãnh yêu cầu. Vật liệu dây thường dùng là đồng thau, đồng đỏ, vonfram hoặc môlipden. Chất lỏng cách điện thường dùng là nước cất hoặc dầu. Cũng như khi gia công EDM, trong cắt dây, bề rộng rãnh sau khi gia cơng thường lớn hơn đường kính dây như minh họa trên hình 9.9. Lượng cắt quá thường dao động 0,020 đến 0,051mm (0,0008 đến 0,002 in.). Khi chế độ công nghệ được xác lập, lượng cắt q khá ổn định và có thể đốn trước được.
Mặc dầu cắt dây tương tự như ngun cơng cưa dây, độ chính xác của nó vượt xa phương pháp cưa dây. Khe hở hẹp hơn nhiều. Các góc có bán kính nhỏ hơn nhiều và lực cắt tác dụng lên chi tiết gia cơng khơng có. Hơn nữa, độ cứng và độ bền của vật liệu gia công không ảnh hưởng đến quá trình thực hiện mà chỉ yêu cầu chi tiết dẫn điện.
Đặc điểm của phương pháp cắt dây là rất phù hợp gia công các chi tiết trong khn dập vì khe hở là rất hẹp do vậy thường sản xuất chày và cối trong một lần cắt như minh họa trên hình 9.7
Hình 9.9 Kích thước rãnh và kích thước vượt quá so với dây sau khi gia công