Chương 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Gia công tia lửa điện ngày càng được áp dụng nhiều trong gia công sản xuất các sản phẩm cơ khí, đặc biệt là đối với các sản phẩm khuôn mẫu. Hầu hết các xưởng gia công khuôn mẫu đều xuất hiện máy gia công tia lửa điện. Gia công tia lửa điện đang vươn lên thành một trong số những phương pháp gia công cơ khí ưa chuộng hiện nay. Có thể đưa ra một số ví dụ tiêu biểu như: Công ty TNHH khuôn mẫu Hà Nội là một trong những cơ sở gia công khuôn mẫu hàng đầu tại Việt Nam, thiết bị dùng để gia công cơ khí của họ có tới 1/3 là các thiết bị gia công tia lửa điện. Công ty trách nhiệm hữu hạn CNS AMURA PRECISION là công ty liên doanh giữa Việt Nam, Nhật Bản và Anh là một trong những công ty lớn tại thành phố Hồ Chí Minh. Tổng số máy gia công EDM của họ chiếm đến gần 50% số máy móc gia công cơ khí.
Tuy gia công xung tia lửa điện ngày càng phát triển tại Việt Nam nhưng hầu hết các công ty với máy móc thiết bị không hiện đại và hầu hết mọi sản phẩm đều được gia công dựa trên kinh nghiệm. Các nghiên cứu để tối ưu quy trình công trình công nghệ trên các thiết bị này gần như rất ít hoặc chưa có.
Qua khảo sát thấy rằng, tại Việt Nam đã có một số đề tài nghiên cứu liên quan đến phương pháp gia công xung tia lửa điện. Trong công trình nghiên cứu [5, 9] có đề cập đến vấn đề ứng suất dư có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt của chi tiết sau gia công. Các nghiên cứu về ứng suất dư trên bề mặt chi tiết đã chứng minh được sự tồn tại của ứng suất dư sau khi gia công EDM. Công trình đã đi sâu nghiên cứu các đồ thị thực nghiệm và đã giải thích được các hiện tượng xảy ra trên bề mặt chi tiết sau khi gia công và ảnh hưởng của chúng đến ứng suất dư.
Lớp trắng là nơi tồn tại ứng suất dư lớn nhất vì có các vết nứt tế vi và vì có các cấu trúc khác như mactensit (do vật liệu nền bị đốt nóng và làm lạnh đột ngột), các bít (do cácbon từ dung dịch điện môi kết hợp với kim loại của chi tiết ở nhiệt độ cao).
Bề dày của lớp trắng (hay bề dày tồn tại ứng suất dư có trị số lớn) thay đổi theo từng phương pháp gia công (tăng dần từ cắt dây, xung định hình và cuối cùng là phay EDM) và thay đổi theo chế độ gia công (gia công càng thô - ti (thời gian kéo dài xung công suất) và Ie (cường độ dòng điện khi phóng tia lửa điện ổn định) càng lớn - thì bề dày lớp trắng càng lớn).
Ngoài ra, tác giả cũng đề xuất một phương pháp giảm mòn điện cực đã chứng minh hiệu quả của phương pháp này. Việc sử dụng cuộn cảm mắc nối tiếp trong mạch phát xung công suất được áp dụng trong mô đun điều khiển BK01A dùng cho máy xung định hình EDM và đã cho các kết quả tốt: cải thiện rõ rệt độ mòn tương đối. Tác giả cũng đã làm thực nghiệm và tìm ra được một công thức xác định độ mòn dựa vào 3 thông số công nghệ chính là ti, Ie và N (số vòng dây cuộn cảm).
Trong các công trình nghiên cứu [8, 44] đưa ra phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung, vật liệu điện cực và nồng độ bột đến năng suất và chất lượng bề mặt thép làm khuôn được gia công bằng phương pháp xung định hình có trộn bột Ti trong dung dịch điện môi theo các chỉ tiêu năng suất bóc tách vật liệu, lượng mòn điện cực, chất lượng bề mặt gia công, nghiên cứu này chỉ ra rằng:
Biện pháp trộn bột Titan vào dung dịch điện môi đã nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công của phương pháp gia công bằng tia lửa điện (EDM). Kết quả so sánh khi gia công thép SKD61 bằng EDM sử dụng bột Titan với không sử dụng bột cho thấy năng suất bóc tách vật liệu tăng, lượng mòn điện cực giảm, độ nhám bề mặt gia công giảm, độ cứng lớp bề mặt gia công tăng, số lượng và kích thước của các nứt tế vi trên bề mặt gia công nhỏ hơn. Số lượng các vết lõm tăng lên nhưng đường kính và chiều sâu giảm xuống, các vết lõm phân bố đều hơn. Chiều
dày lớp trắng đồng đều hơn và đặc biệt là giảm mạnh với điện cực graphite. Cơ tính của lớp bề mặt được nâng cao do: Các nguyên tố Cu (từ điện cực), Ti (từ bột) xâm nhập vào lớp trắng với hàm lượng tương đối lớn (nhưng chưa chỉ rõ được tổ chức của cacbit Titan); hàm lượng C trong lớp trắng giảm xuống. Với điện cực Gr: Năng suất và chất lượng lớp bề mặt gia công tăng lên, lượng mòn điện cực giảm xuống đã mở ra triển vọng sử dụng loại điện cực này trong gia công tinh bằng EDM.
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến các chỉ tiêu năng suất và chất lượng bề mặt gia công bằng EDM sử dụng bột Titan, tác giả đã chỉ ra rằng:
Năng suất bóc tách vật liệu bị ảnh hưởng mạnh bởi vật liệu điện cực, thời gian phát xung, cường độ dòng điện, sự phân cực điện cực, thời gian ngừng phát xung và nồng độ bột. Tất cả các thông số được khảo sát đều có ảnh hưởng mạnh đến lượng mòn điện cực. Độ nhám bề mặt gia công bị ảnh hưởng mạnh bởi vật liệu điện cực, sự phân cực điện cực, thời gian phát xung và cường độ dòng điện.
Trong công trình nghiên cứu [11] đưa ra phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM, nồng độ bột Cacbít vonfram trộn trong dung môi cách điện đến độ nhám bề mặt của chi tiết sau gia công bằng phương pháp trộn bột có tính dẫn điện vào trong dung môi cách điện (PMEDM). Đánh giá so sánh ảnh hưởng của các thông số công nghệ gia công EDM tới độ nhám bề mặt khi có sự tham gia của bột Cacbít vonfram so với gia công EDM thông thường. Sau đó, tác giả đã nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột Cacbít vonfram trộn trong dung môi cách điện tới sự xâm nhập vonfram vào bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt. Đánh giá so sánh độ cứng tế vi bề mặt khi có sự tham gia của bột - PMEDM so với EDM thông thường tại cùng thông số công nghệ EDM. Các kết quả cụ thể của công trình [11]
đưa ra như sau:
Khi trộn bột hợp kim Cacbít vonfram với các dải nồng độ 20g/l; 40g/l; 60g/l vào dung môi dầu cách điện, kết quả thực nghiệm cho thấy: Độ nhám bề mặt của phương pháp PMEDM thay đổi tốt hơn (giảm) so với độ nhám bề mặt của phương pháp EDM trong cùng chế độ thông số công nghệ EDM. Khi nồng độ bột thay đổi từ 20g/l; 40g/l; 60g/l thì độ nhám bề mặt giảm dần, nghĩa là quan hệ giữa nồng độ bột và độ nhám bề mặt tỉ nghịch với nhau. Tác giả cũng đã xác định được mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số đầu vào như: Dòng phóng tia lửa điện, thời gian phát xung, nồng độ bột theo công thức hồi quy.
Tại các chế độ thực nghiệm hầu hết đều có sự xâm nhập của Vonfram vào bề mặt. Ở những chế độ có dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung nhỏ, hàm lượng Vonfram xâm nhập vào bề mặt lớn hơn so với những chế độ có dòng
mặt với các thông số đầu vào như: Dòng phóng tia lửa điện, thời gian phát xung, nồng độ bột theo công thức hồi quy.
Độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp PMEDM hầu hết cao hơn so với độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp EDM tại cùng chế độ công nghệ. Tại chế độ dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung nhỏ thường có độ cứng cao hơn so với dòng phóng tia lửa điện lớn và thời gian phát xung lớn trong các dải nồng độ được khảo sát. Xác đinh được mối quan hệ giữa độ cứng tế vi bề mặt với các thông số đầu vào như: Dòng phóng tia lửa điện, thời gian phát xung, nồng độ bột theo công thức hồi quy. Thông qua việc phân tích này, tác giả đã lựa chọn vùng thông số công nghệ EDM và nồng độ bột trong vùng khảo sát phù hợp để làm nghiên cứu thực nghiệm. Trong vùng các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột được khảo sát ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt, thông qua thực nghiệm đã chứng minh được độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt của phương pháp có trộn bột Cabít vonfram (PMEDM) cải thiện tốt hơn so với bề mặt gia công bằng phương pháp EDM trên nền vật liệu thép SKD61.