Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
3.3 Khảo sát lựa chọn điện cực
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, có hai nhóm vật liệu sử dụng để làm điện cực, đó là điện cực kim loại và điện cực graphit. Tuy nhiên điện cực graphit ngày nay rất hạn chế sử dụng do:
- Gia công tạo hình khó
- Ảnh hưởng xấu đến máy và điện cực gia công
- Ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe con người.
khi dùng làm điện cực để gia công sẽ cho chất lượng khác nhau, do đó điện cực cần phải được lựa chọn hợp lý để đảm bảo chất lượng bề mặt gia tốt công và độ mòn biên dạng của điện cực nhỏ và đồng đều. Đây chính là lý do để tác giả khảo sát đặc tính của điện cực nhôm và đồng đỏ, từ đó lựa chọn loại điện cực phù hợp với gia công xung tia lửa điện và hướng đến tối ưu hóa quá trình gia công này.
3.3.1 Khảo sát khe hở và độ nhám bề mặt với điện cực hợp kim nhôm 6061 Đạt chất lượng bề mặt tốt và giảm mòn điện cực trong gia công xung định hình là một việc khó khăn trong đó yếu tố khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực xuất hiện trong quá trình xung là một trong những yếu tố ảnh đến chất lượng bề mặt của chi tiết máy và độ mòn của điện cực. Khe hở này phụ thuộc vào nhiều thông số công nghệ đầu vào của quá trình gia công xung tia lửa điện như: Vật liệu làm điện cực, vật liệu được gia công, cường độ dòng điện đầu vào, thời gian phát xung, thời gian ngừng xung v.v. Việc xác định được bộ thông số tối ưu cho quá trình xung định hình để đạt khe hở tốt nhất là việc vô cùng cấp thiết. Nó giúp giảm thời gian thử nghiệm cho quá trình xung định hình đồng thời cũng giúp quá trình gia công điện cực nhanh hơn khi xác định được kích thước của điện cực. Nhưng để xác định được bộ thông số công nghệ tối ưu như vậy thì việc khảo sát để tìm ra những thông số có ảnh hưởng chính gây ra độ mòn điện cực và tác động đến độ nhám bề mặt như thế nào, trên cơ sở đó mới xác định được những thông số nào cần tối ưu để đạt chất lượng bề mặt tốt nhất và lượng mòn nhỏ nhất.
Trong khảo sát này sẽ lấy vật liệu nhôm để làm điện cực, bởi vì nhôm có tính dẫn điện tốt, nhiệt độ nóng chảy thấp, giá thành tương đối rẻ và dễ gia công.
3.3.2 Điều kiện thực nghiệm
- Máy gia công: Máy xung EDM EPRESS - Vật liệu điện cực: Hợp kim nhôm 6061 - Hình dáng và kích thước điện cực: Trụ tròn - Vật liệu chi tiết: Thép C45
- Cường độ dòng điện: Ie trong khoảng 2,5A đến 15A - Chất điện môi là dầu Shell EDM Fluid
- Độ sâu gia công: 5mm.
3.3.3 Khảo sát khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực
Khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực được xác định theo công thức:
2Δ = p – đc (3.1)
Trong đó:
Δ: Khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực (mm)
p : Đường kính lỗ chi tiết sau xung (mm)
đc: Đường kính điện cực sau xung (mm).
Hình 3.7 Công thức tính toán khe hở khi xung EDM
Tiến hành khảo sát thực nghiệm với Ie thay đổi theo 6 mức, ta thu được các kết quả như bảng 3.9.
Bảng 3.9 Khe hở phụ thuộc cường độ dòng điện
TT Ie p đc 2Δ
1 2,5 10,45 10,21 0,24
2 5 10,56 10,24 0,32
3 7,5 10,53 10,24 0,29
4 10 10,54 10,28 0,26
5 12,5 10,56 10,27 0,29
6 15 10,58 10,26 0,32
Hình 3.8 Đồ thị khoảng cách khe hở giữa điện cực và chi tiết xung phụ thuộc vào cường độ dòng điện
Độ tăng kích thước điện cực sau khi xung được xác định theo công thức:
Δđc = đctrước xung – đcsau xung (3.2) Trong đó: Δđc : Độ tăng kích thước điện cực (mm)
đctrước xung : Đường kính điện cực trước xung (mm) : Đường kính điện cực sau xung (mm).
Bảng 3.10 Kích thước của điện cực tại cùng một vị trí trước và sau khi xung
TT đctrước xung đcsau xung Δđc
1 10,195 10,21 0,015
2 10,188 10,24 0,052
3 10,187 10,24 0,053
4 10,192 10,28 0,088
5 10,195 10,27 0,075
6 10,190 10,26 0,070
Hình 3.9 Kích thước điện cực trước, sau xung
Hình 3.10 Độ tăng kích thước của điện cực
3.3.4 Khảo sát độ nhám bề mặt
Bảng 3.11 Bảng thông số Ra khi thay đổi cường độ dòng điện khi xung
Ie (A) 2,5 5 7,5 10 12,5 15
Ra (àm) 2,54 2,6 2,58 2,78 3,03 3,07
Hình 3.11 Đồ thị ảnh hưởng của cường độ dòng điện khi xung đến độ nhám bề mặt chi tiết
3.3.5 Kết quả và bàn luận
Từ đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thông số cường độ dòng điện Ie đến khoảng cách khe hở (Hình 3.7) và độ tăng kích thước của điện cực khi gia công bằng xung tia lửa điện (Hình 3.8, Hình 3.9), nhận thấy:
- Khoảng cách khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực có xu hướng tăng khi cường độ dòng điện Ie tăng
Giải thích cho nhận xét này như sau: Khi cường độ dòng điện Ie giảm năng lượng và kích thước của tia bắn phá nhỏ dẫn đến khoảng cách khe hở nhỏ hơn.
- Kích thước điện cực tăng khi cường độ dòng điện Ie tăng
Đây là một kết quả khác với dùng vật liệu đồng đỏ và graphite. Nguyên nhân chính là do nhôm dễ nóng chảy hơn và tạo thành miệng núi lửa to hơn, sần sùi hơn khi có tia lửa điện.
Hình 3.12 Sự tăng kích thước của điện cực
Từ đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thông số cường độ dòng điện Ie đến độ nhám bề mặt chi tiết xung (hình 3.10), ta thấy:
- Độ nhám chi tiết xung tăng khi cường độ dòng điện Ie tăng
Khi cường độ dòng điện Ie nhỏ thì công suất xung sẽ nhỏ, do đó khả năng công phá bề mặt của các ion và các điện tử va đập vào về mặt phôi bị giảm đi. Đồng thời, khi Ie nhỏ thì nhiệt sinh ra trong kênh phóng điện cũng sẽ bị giảm xuống và làm cho khả năng ăn mòn bề mặt phôi cũng được giảm xuống.
Tuy rằng độ nhám bề mặt nhỏ nhưng điện cực bị mòn rất lớn, kích thước của điện cực bị thay đổi không đồng đều, một số bị chỗ mòn (tức là kích thước điện cực giảm đi) nhưng vị trí tiếp giáp giữa phần xung và không xung của điện cực thì lại tăng kích thước, dẫn đến không kiểm soát được sai số về hình dáng hình học của chi tiết. Do đó, ta thấy rằng điện cực nhôm không phù hợp để gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện.