CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.4. Tổng quan các nghiên cứu về PMEDM
Gia công bằng tia lửa điện là phương pháp được sử dụng rất rộng rãi trong ngành công nghệ chế tạo máy, vì vậy việc nghiên cứu nâng cao chất lƣợng bề mặt của các sản phẩm được gia công bằng phương pháp này luôn được quan tâm nghiên cứu. Các kết quả nghiên cứu gần đây đã cho thấy, phương pháp PMEDM mang lại rất nhiều hiệu quả trong việc nâng cao chất lƣợng sản phẩm. Và các tạp chí khoa học uy tín hàng đầu thế giới luôn rành một khối lƣợng đáng kể để công bố các kết quả nghiên cứu ở lĩnh vực này. Đã có rất nhiều các nghiên cứu chỉ ra ảnh hưởng của việc trộn bột vào dung dịch điện môi đến trị số nhấp nhô bề mặt sau gia công thông qua các yếu tố nhƣ: trị số nhấp nhô bề mặt, profil bề mặt gia công và độ bền mòn bề mặt. Việc trộn các loại bột Cu, Fe, Al và các bon vào dung dịch điện môi với vật liệu điện cực là Cu phôi là thép [19]. Các kết quả chỉ ra rằng việc trộn bột vào dung dịch điện môi đã nâng cao khả năng đánh thủng điện môi. Năng suất gia công tăng với việc tăng nồng độ bột và làm giảm thời gian nâng của điện cực. Tuy nhiên,
39
Nồng độ bột quá cao sẽ làm xuất hiện hiện tƣợng ngắn mạch do đó quá trình gia công không thể diễn ra. Khi nồng độ của các loại bột tăng giúp nâng cao chất lƣợng bề mặt gia công và tăng khe hở phóng điện. Việc trộn bột Graphit vào trong dung dịch điện môi là dầu với nồng độ 4g/l và đã chỉ ra rằng khe hở phóng điện tăng trong khi điện áp phóng điện lại hạ xuống [25]. Độ ổn định của quá trình gia công đƣợc nâng cao và làm tốc độ bóc tách vật liệu tăng 60% nhƣng tốc độ mòn điện cực lại giảm 28%. [26] Thực hiện thí nghiệm với việc trộn bột Si với kích thước (10ữ30)àm vào trong dung dịch điện mụi và cường độ dũng phúng tia lửa điện(0,5ữ1)A với thời gian phỏt xung <3às và phõn cực ngƣợc. Kết quả cú thể tạo ra bề mặt cú trị số nhấp nhụ <2àm. Tuy nhiờn, để ỏp dụng đƣợc thỡ cần chỳ ý đến sự phân bố của các hạt phoi và thời gian phóng tia lửa điện ngắn là một yêu cầu.
Trộn bột Al và Gr sẽ cho nhập nhô bề mặt tốt hơn khi trộn bột Si ở các điều kiện gia cụng xỏc định. Bột Al và Gr cú kớch thước <15àm với nồng độ (2ữ15)g/l sẽ cho nhấp nhụ bề mặt <2àm [4]. Chỉ ra rằng, với nồng độ bột 2g/l sẽ cho bề mặt sau gia công tinh có chất lƣợng tốt hơn. Với việc trộn bột Si vào dung dịch điện môi sẽ cho bề mặt thép SKD61 có chất lƣợng tốt hơn [14]. Với việc trộn bột Al và bột SiC vào dung dịch điện môi khi gia công thép SKD11 và hợp kim Ti-Al-4V bằng EDM đã làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu và trị số nhấp nhô giảm [24]. Việc trộn bột Si vào dung dịch điện môi sẽ làm giảm lực tác động lên bề mặt phôi và kết quả trị số nhấp nhô giảm và làm tăng độ bóng bề mặt gia công. Sử dụng các loại bột (Si, Gr, Mo, Al, SiC) có kích thước trung bình trộn vào dung dịch điện môi [10]. Bột Al cho bề mặt thép SKH-51 có độ bóng cao nhƣng lại nhận đƣợc độ bóng thấp với thép SKH- 54. Thay vào đó, bột Si và bột Các bon có độ dẫn điện nhỏ có thể tạo ra điều kiện cuối cùng rất tốt. Kết quả chỉ ra rằng, việc phân cực ngƣợc, thông số của xung và đặc trưng của bột đóng vai trò chính để nhận được kết quả tốt. Với lưu lượng dung dịch điện môi có trộn bột Gr thấp (2mm/s) với nồng độ 2mg/l có thể tạo ra nhấp nhô bề mặt cú Ra 0,0931àm khi gia cụng thộp SKH-51 [8]. Với việc trộn bột Al và bột Cr vào dung dịch điện môi là dầu sẽ làm giảm sự cách điện của dung dịch điện môi, tăng khe hở phóng điện và tăng sự ổng định của quá trình gia công. Khi bột có kích
40
thước nhỏ sẽ có nồng độ cao hơn và điều này sẽ tạo ra dung dịch có mật độ hạt bột cao hơn. Do vậy tần suất của các cầu nối phóng điện và sự phân bố đồng nhất của các tia lửa điện trong khe hở là cao hơn và sẽ tạo ra bề mặt có chất lƣợng tốt hơn.
Việc trộn bột SiC và bột Al vào dung dịch điện môi là dầu để gia công các rãnh nhỏ của hợp kim Ti bằng EDM đã làm tăng khe hở phóng điện và tạo điều kiện cho việc bóc tách vật liệu dễ ràng hơn [30]. Hơn nữa nó còn tạo ra sự phân tán của các tia lửa điện với rất nhiều các quỹ đạo khác nhau từ một tín hiệu xung. Do có rất nhiều các tia lửa điện xuất hiện trên bề mặt gia công đã làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu và bề mặt gia công có chất lƣợng tốt hơn. Kết quả cũng chỉ ra răng chiều sâu của các vết lõm trên bề mặt gia công khi sử dụng bột SiC lớn hơn với bột Al. Khảo sát chất lƣợng bề mặt của thép SKD11 khi gia công bằng EDM với việc trộn các loại bột Al, Cu, Cr và SiC vào dung dịch điện môi [31]. Kết quả chỉ ra rằng, chất lƣợng của quá trình gia công bị ảnh hưởng đáng kể bởi nồng, kích thước, khối lượng riêng, điện trở và độ dẫn nhiệt của bột. Kết quả cho thấy, với nồng độ bột không đổi thì tốc độ bóc tách vật liệu sẽ đạt cao nhất khi kích thước bột nhỏ nhất. Hơn thế nữa, kết quả còn cho thấy mặc dù Cu có khối lượng riêng lớn hơn nhưng không ảnh hưởng đến quá trình gia công. Với việc cộng bột Si nồng độ 2g/l cho thấy: thời gian gia công và nhấp nhô bề mặt đều giảm. Và trị số nhấp nhô trung bình của bề mặt gia công phụ thuộc vào diện tích và thời gian gia công. Trị số nhấp nhô bề mặt thay đổi trong khoảng (0,09ữ0,57)àm với diện tớch gia cụng từ (1ữ64)Cm2. Khảo sỏt ảnh hưởng các thông số nồng độ bột, cường độ dòng điện, hệ số chu kỳ và đường kính điện cực đến tốc độ bóc tách vật liệu (MRR), TWR và các đặc trƣng bề mặt gia công khi gia công thép EN-8 bằng phương pháp tia lửa điện có trộn bột Crôm vào dung dịch điện môi [32]. Kết quả đã chỉ ra: Dòng điện, nồng độ bột và đường kính điện cực là các hệ số quan trọng ảnh hưởng đến MRR và TWR. MRR, TWR tăng khi tăng các thông số trên. Nghiên cứu góp phần làm phong phú hơn dữ liệu cho phương pháp PMEDM. Tuy nhiên, các sự kết hợp của Phôi/bột/vật liệu điện cực/điều kiện thí nghiệm rất cần được khảo sát nhiều hơn nữa để trước khi công nghệ này được áp dụng vào thực tiễn. Cho thấy việc sử dụng các hoạt chất bề mặt góp phần phân tách
41
các hạt bột và giúp chúng phân bố đồng đều trong dung dịch điện môi. Kết quả tạo ra:
vết lõm trên bề mặt gia công có đường kính và chiều sâu giảm, chiều dày lớp biến trắng nhỏ hơn [33]. Nghiên cứu khảo sát việc trộn bột Si vào trong dung dịch điện môi với điện cực Cu có diện tích tiết diện ngang thay đổi (1; 9; 16; 32; 64)cm2 so với gia công bằng tia lửa điện thông thường [17]. Các tác giả đánh giá việc cải thiện các chỉ số của chất lƣợng bề mặt và đo thời gian công nghệ vƣợt quá. Kết quả đề tài chỉ ra rằng: bột Si trộn trong dung dịch điện môi có ảnh hưởng tới việc làm giảm thời gian cần thiết để đạt đƣợc chất lƣợng bề mặt, trị số nhấp nhô bề mặt giảm và bề mặt có độ bóng cao đƣợc tạo thành. Với nồng độ bột 2g/l đã làm giảm cả thời gian gia công và trị số nhấp nhô. Trị số nhấp nhô bề mặt phụ thuộc vào diện tích và thời gian gia công và nhấp nhô bề mặt có giá trị từ 0,09μm đến 0,57μm tương ứng với diện tích gia công 1cm2 đến 64 cm2. Tại các điều kiện gia công xác định thì việc trộn bột Al và Gr vào dung dịch điện môi sẽ cho bề mặt gia công có trị số nhấp nhô nhỏ hơn so với việc trộn bột Si. Bột Al và Gr có kích thước < 15m với nồng độ (215)g/l sẽ cho trị số nhấp nhô nhỏ hơn 2m. Đã chỉ ra rằng, bằng việc sử dụng bột Si, Al, Gr, Mo, SiC có độ hạt trung bình trộn vào dung dịch điện môi đã làm độ bền đánh thủng của dung dịch điện môi giảm và mật độ các tia lửa điện tăng lên từ đó làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu. Thí nghiệm đƣợc thực hiện với nhiều loại thép (SKD11, SKD61, SKH51, SKH54, AISI-01) trong điều kiện sử dụng các loại bột khác nhau (SiC, Graphit, Al, thủy tinh, Si, MoS2 ) trộn trong dung dịch điện môi ở cường độ dòng điện xung là 1A. Kết quả cho thấy bột Al cho bề mặt thép SKH-51 có độ bóng cao nhƣng không cao bằng thép SKH-54. Bột Si và C có độ dẫn điện nhỏ có thể tạo ra kết quả cuối cùng rất tốt. Việc phân cực ngƣợc, thông số xung và đặc trƣng của bột đóng vai trò chính trong việc tạo ra kết quả nghiên cứu tốt. [11]
Với lưu lượng bột thấp (2ml/s) ở nồng độ 2mg/l có thể tạo ra Ra = 0,0931m khi gia công thép dụng cụ SKH-51. Với việc trộn bột Al và Cr vào dầu sẽ làm giảm sự cách điện của dung dịch điện môi, tăng khe hở phóng điện và độ ổn định gia công cao.
Khi bột có kích thước nhỏ sẽ có nồng độ bột cao hơn [12]. Do đó tần suất xuất hiện các chuỗi phóng tia lửa điện và sự phân bố đồng đều của các tia lửa điện trong vùng
42
khe hở phóng điện là cao hơn. Từ đó sẽ tạo ra bề mặt gia công có chất lƣợng tốt.
Chỉ ra rằng với việc trộn bột Si vào dung dịch điện môi sẽ làm giảm lực tác động lên bề mặt phôi và kết quả làm tăng độ bóng bề mặt gia công.
Hình 1.15. Ảnh SEM lớp bề mặt gia công [3]
Hình 1.16. Hình thái bề mặt thép H13 [33].
a,c. Không bột b,d. Bột Si
43
Hình 1.17. Hình thái bề mặt thép H13 [3].
a. Không bột b. Bột Gr c. Bột Si d. Bột Mo
Tóm lại: Qua việc tóm tắt các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý bề mặt nói chung và công nghệ nâng cao chất lượng bề mặt bằng phương pháp PMEDM nói riêng cho thấy, việc nghiên cứu thực hiện đề tài là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn cao. Sự thành công của luận án giúp làm sáng tỏ hơn lĩnh vực này và tăng khả năng áp dụng vào thực tiễn của của phương pháp.