Môi tr−ờng gia công sử dụng trong gia công tia lửa điện là các chất lỏng điện môi.
Chất lỏng dùng làm môi tr−ờng gia công có tác dụng ổn định năng l−ợng xung điện thúc đẩy quá trình nhiệt, đ−a sản phẩm mòn ra khỏi vùng gia công, đảm bảo năng suất gia công, độ chính xác gia công, chất l−ợng bề mặt gia công mong muốn.
Chất lỏng dùng làm môi tr−ờng thoả mãn các yêu cầu sau đây: + Có độ dẫn điện nhỏ, khả năng hoàn ion nhanh.
+ Là chất trung lập về hoá học đối với vật liệu điện cực dụng cụ và phôi. + Không bị phân hoá trong quá trình gia công.
+ ít bị thay đổi tính chất theo thời gian và nhiệt độ. + Không có khả năng bốc cháy trong thời gian gia công.
Chất lỏng gia công có thể là dầu hoả, n−ớc, cồn etyl, dầu biến thế graxerin. Những đặc tính chủ yếu của cồn etyl, dầu hoả, n−ớc đ−ợc ghi trong bảng d−ới đây.
Bảng 1-7
Đặc tính chính của một số chất lỏng môi tr−ờng gia công. Thứ tự Đặc tính Dầu hoả Cồn etyle N−ớc Ghi chú 1 Thành phần hoá học CNHK C2H5OH H2O N và K phụ thuộc vào dạng các bua hyđro. 2 Phân tử l−ợng 46 18 3 Trọng l−ợng riêng (g/cm3) 0,86 - 0,86 0,8 1 4 Độ nhớt 0,991-1,027 1,003 1,005 T0 = 200C 5 Độ thấm điện môi. 2 6 Độ dẫn điện Ω-1.cm-1 10-18 10-18 2,8.10-4 N−ớc công nghiệp.
N và K phụ thuộc vào dạng cacbuahdro: N có thể đến 94, K có thể đến 190. Về độ nhớt, mật độ chất lỏng này ít khác nhau. Dầu hoả là chất lỏng vô cực, còn cồn và n−ớc thuộc loại phân cực mạnh, chúng khác nhau nhiều về độ thấm dung môi và độ dẫn điện riêng.
Trong ba chất lỏng này chỉ có n−ớc là không chứa các bon, n−ớc đ−ợc làm ngọt cẩn thận và hết sạch ion, có độ dẫn điện riêng rất thấp (đến 0,02. 10-8Ω-1
cm-1), nh−ng có đắt hơn n−ớc lọc, việc bảo quản các tính chất điện môi của n−ớc trong thời gian dài đòi hỏi những biện pháp đặc biệt. Vì vậy th−ờng sử dụng n−ớc lọc một lần có độ dẫn điện riêng lớn hơn (2.10-5.2Ω-1cm-1) để làm môi tr−ờng thì hợp lý hơn trên bề mặt gia công thì vật liệu đồng trong môi tr−ờng n−ớc có màng ôxit, các phần tử kim loại bị tán xạ phần lớn là các phần tử của chất liệu điện cực bị oxy hoá, hơi n−ớc và sản phẩm ng−ng tụ không kéo dài quá trình phóng điện do chúng có điện thế ion hoá học. Ngoài ra hơi n−ớc làm giảm điều kiện tạo thành hồ quang vì chúng lấy đi một phần năng l−ợng đáng kể cho quá trình bay hơi và ng−ng tụ.
Nh− vậy khi gia công tia lửa điện cắt dây trong môi tr−ờng n−ớc có những điều kiện thuận lợi.
*Khi gia công tia lửa điện cắt dây trong môi tr−ờng dầu hoả độ ăn mòn kém hơn khi gia công trong n−ớc (khi năng l−ợng xung điện nh− nhau).
Điều đó đ−ợc giải thích rằng độ mất năng l−ợng rãnh phóng điện ở n−ớc lớn hơn. Dầu hoả, cùng sự tạo thành khí và muội có độ tán xạ cao, thành phần muội giúp cho sự bão hoà pha lỏng của một số kim loại cùng với sự tạo thành cacbua trên bề mặt gia công tạo thành một lớp màng dính có mật độ cao và than, việc tẩy chất đó khỏi bề mặt gia công gặp nhiều khó khăn.
Khi gia công trong môi tr−ờng dầu hoả, khe hở điện cực đ−ợc lấp đầy nhanh muội và các phần tử kim loại ăn mòn, ng−ời ta xác định đ−ợc rằng sự có mặt của các phần tử kim loại cacbon (muội) và phần tử kim loại dẫn điện có tác dụng tốt lên đến độ bền của dòng điện. Bởi vậy gia công trong dầu có điều kiện giữ cho xung điện đ−ợc liên tục. Nh−ng sự có mặt của màng dầu không dẫn điện trong quá trình gia công ở khe hở điện cực, dẫn đến làm khó khăn cho hoạt động của hệ thống tự động điều chỉnh khe hở điện cực.
* Khi gia công tia lửa điện cắt dây trong cồn etyl, độ bẩn của bề mặt gia công nhỏ hơn nhiều, điều đó giải thích bằng khối l−ợng muội than tạo thành nhỏ hơn khi gia công đầu.
Để kết hợp các −u điểm của các loại chất lỏng thực tế ng−ời ta th−ờng pha lẫn các chất lỏng thành hỗn hợp: Hơi n−ớc, cồn, dầu biến thế, dầu hoả…Trong các máy gia công tia lửa điện ng−ời ta rất chú ý đến lọc sạch chất lỏng môi
tr−ờng, ít nhất có 2 cấp lọc thô, tinh - (bể lắng, bể lọc). Ngoài ra sau thời gian dài làm việc ng−ời ta tiến hành lọc bằng điện tr−ờng để có thể sử dụng đ−ợc chất lỏng môi tr−ờng gia công đ−ợc lâu hơn.
Chất điện môi có nhiệm vụ chính sau:
* Cách điện: Đó là nhiệm vụ bao trùm của chất lỏng điện môi là cách điện giữa điện cực và phôi. Nó đảm bảo sự cách li giữa điện cực với phôi khi khe hở ch−a đủ hẹp. Chỉ ở một khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa điện cực và phôi mới cho phép dòng tia lửa điện đi qua vì nếu khe hở nhỏ thì l−ợng hớt vật liệu và độ chính xác tăng lên.
Tuy nhiên chất điện môi dùng trong thực tế ít khi nguyên chất. Vì vậy tr−ớc tiên nó phải đ−ợc dẫn qua một hệ thống lọc. Mặc dù vậy vẫn luôn luôn còn sót lại các phần tử tế vi của vật liệu. Điều này đ−ợc tính đến khi chọn chất điện môi.
* Ion hoá: chất điện môi phải đ−ợc tạo nên những điều kiện tối −u cho sự phóng điện, nghĩa là nó phải đ−ợc ion hoá vào thời điểm chuẩn bị phóng điện nghĩa là phải tạo nên một cầu phóng điện. Điều này giúp cho sự tập trung năng l−ợng ở kênh plazma, giúp cho sự hớt vật liệu khi đóng tia lửa điện. Nếu xung bị ngắt phải đ−ợc thôi ion hoá tạo điều kiện để sự phóng điện tiếp theo xảy ra ở một vị trí khác. Chất điện môi cũng bao trùm kênh phóng điện, nhờ đó có thể đạt đ−ợc mật độ năng l−ợng cao, tăng hiệu quả phóng điện.
* Làm nguội: Trong kênh phóng điện, trong khoảng thời gian cực ngắn (cỡ vài phần triệu giây) nhiệt độ có thể lên tới 10.0000C. Nhiệt xuất hiện ở đây cần phải đ−ợc chuyển đi nếu không thì độ mòn điện cực sẽ tăng lên, bề mặt phôi cũng bị h− hại do quá nhiệt. Vì vậy cần tạo một dòng chảy đi qua khe hở phóng điện để làm nguội điện cực và phôi.
* Vận chuyển phôi: Nếu chất điện môi bị bẩn sẽ gây ra sự in hình không chính xác và có khuyết tật quá trình. Sự bẩn của chất điện môi chủ yếu là do các phần tử đã bị ăn mòn còn lơ lửng hoặc lắng đọng trong khe hở phóng điện. Một tỷ lệ quá lớn của các phần tử này dẫn đến sự phóng điện thất th−ờng và gây ra sai số in hình, nguy cơ tạo hồ quang và ngắn mạch tăng lên.
Vì vậy phải có một hệ thống dòng chảy của chất điện môi để vận chuyển các phần tử đã ăn mòn đó đi khỏi khe hở phóng điện và đảm bảo cấp chất điện môi sạch cho khe hở. Dòng chảy mang theo các phần tử đã bị ăn mòn sẽ đ−ợc đ−a tới hệ thống lọc để sau đó lại tiếp tục đ−a chất điện môi sạch tới vùng gia công.
* Các loại chất điện môi: Hiện nay có hai loại chất điện môi chủ yếu dùng cho hai ph−ơng pháp gia công tia lửa điện cắt dây.
+ Hydro cacbon: Dùng cho xung định hình. + N−ớc khử khoáng: Chủ yếu dùng cho cắt dây.
Đáng quan tâm hàng đầu là độ nhớt của chất điện môi. Vì độ nhớt quyết định sự mở rộng kênh phóng điện.
- Độ nhớt càng cao thì kênh phóng điện càng đ−ợc tập trung, hiệu quả phóng điện cao hơn. Để gia công thô, sử dụng chất điện môi có độ nhớt cao hơn.
- Trong thực tế sử dụng để tránh phải thay chất điện môi, có thể sử dụng một chất điện môi có độ nhớt trung bình cho cả gia công thô, tinh.
Bảng 1-8
Đặc tính một số chất điện môi trên thị tr−ờng
Tên sản phẩm Hãng cung cấp Điểm cháy (00C) Độ nhớt (mm2/s) Độ thơm (%) Nhiệt độ sôi (00C) E - Fluid180 CASTROL 106 3,25/2,1 - 240 DM - Fluid TEXACO 127 - - - Cristal - 01-60 DM - Fluid -90 DM - Fluid-110 DM-Fluid -120 SHELL 60 90 110 120 -1,6 18 180 E - Fluid -30 E-Fluid -36 ESSO 75 105 2,3/1,6 3,4/2,3 1 1 200 235 Luxelf ELF 90 2,5/1,9 - 216 Crodierfluid 56 MOBIL 87 2,7/1,7 - - MTCOOL7 -22 CMT-RAUNHEM 112 3,5/2,5 - - BP-Dielektrik 180 BP-Dielektrik 200 BP 70 90 1,8/1,3 3,5/2,3 0,1 0,5 195 195 ME - 82 ME - 110 OL-HEID 82 106 3,2/- 3,4/- 0,3 1,0 213 240
* Các yếu tố an toàn của chất điện môi: Vì nhiệt độ trong khe hở phóng điện rất cao, bản thân chất điện môi trở rất nóng nên rất cần đến các chất điện môi có điểm cháy thấp.
Trong chất điện môi trên cơ sở n−ớc, dòng điện dò rất lớn, có hại khi gia công tinh.
Ng−ời ta đã đ−a ra đồ thị là sơ đồ áp dụng chất điện môi nh− một hàm số của dòng điện đó và diện tích bề mặt hoạt động của điện cực.
Qua đó có thể cho ta cách chọn chất điện môi phụ thuộc vào bề mặt hoạt động của điện cực.
* Khi gia công tia lửa điện bằng điện cực dây: Th−ờng xuyên dùng n−ớc khoáng, khi đó do khe hở nhỏ nên ít có vấn đề hơn liên quan đến sự bốc hơi của các bọt khí đ−ợc tạo nên chất điện môi.
* Hệ thống lọc chất điện môi: Để đạt đ−ợc kết quả gia công tối −u thì điều quan trọng là phải lọc sạch dung dịch điện môi khỏi phần tử đã bị ăn mòn. Đồng thời dung dịch đó phải tải đi một phần lớn để duy trì nhiệt độ làm việc không đổi.
Một cụm dung dịch điện môi cần thực hiện các chức năng sau đây: + Có bể dự trữ dung dịch.
+ Làm nguội dung dịch.
+ Có sẵn dung dịch cần thiết để nén vào và hút ra khỏi sục rửa để làm sạch dung dịch điện môi, ng−ời ta sử dụng một trong ba kiểu lọc sau đây:
+ Bộ lọc mâm giấy. + Bộ lọc phễu đá sỏi. + Bộ lọc khe hở.
1.7.5. Dây và vật liệu dây.
a. Mòn và độ bền dây.
Sự phá huỷ điện cực dụng cụ đ−ợc đánh giá bằng độ mòn t−ơng đối γ đ−ợc tính theo %.
Thể tích mòn t−ơng đối γv là tỷ lệ thể tích bị phá huỷ của dụng cụ và thể tích lớp kim loại bóc đi trên chi tiết trong quá trình gia công tính theo %:
γv = (Vd/Vf).100%. Trong đó:
γv - độ mòn t−ơng đối thể tích t−ơng đối của điện cực dụng cụ. Vd- thể tích phần dây bị mòn.
Vf - thể tích mòn chi tiết.
Đại l−ợng γ đánh giá độ bền mòn của các vật liệu khác nhau, trong việc tính toán để chế tạo điện cực.
γ1 = (ΔLđ/c/L)100%.
Độ mòn phụ thuộc các thông số xung điện, kích th−ớc bề mặt gia công tính chất chất lỏng gia công, dạng dụng cụ, vật liệu làm dụng cụ.
* Độ bền mòn của vật liệu làm dây.
Mọi vật liệu dẫn điện và dẫn nhiệt có thể làm điện cực. Nh−ng để sử dụng một cách kinh tế và đạt hiệu quả cao thì chúng cần thoả mãn các yêu cầu sau:
+ Có độ dẫn nhiệt tốt và có điểm nóng chảy và sôi cao.
+ Độ bền mòn và bền cơ học cao, dễ chế tạo, dễ kiểm tra và rẻ tiền. - Nh−ng độ bền ăn mòn là yêu cầu quan trọng nhất.
Công thức về độ bền ăn mòn: E = λ.ξ.C.T2. Trong đó: E - độ bền ăn mòn. λ - hệ số dẫn nhiệt. ξ - khối l−ợng riêng. C- nhiệt riêng. T- nhiệt độ nóng chảy.
- Độ bền cơ học tốt: là phải có độ bền vững về hình dáng hình học khi gia công cắt dây, bền dai và lâu đứt.
b. Các loại dây điện cực.
Các đặc tính của dây điện bao gồm.
Đ−ờng kính dây th−ờng dùng d = (0,1 - 0,3)mm. Vật liệu dây và đặc tính của vật liệu:
Tuỳ thuộc các vật liệu gia công khác nhau ng−ời ta có thể sử dụng một trong các vật liệu sau: Đồng, đồng thau (Cu Zn), Môlíp đen, Vonfram và các dây có lớp phủ.
Những loại dây có chất l−ợng tốt, giá thành chấp nhận đ−ợc. Đó là các điện cực của các hãng: COBRCUT, NOVOCUT, APSCACUT, BROCUT, GOLDSAN, GOLDSUN.
Ngoài ra khi chiều dày phôi lớn thì đòi hỏi, phải tăng độ căng của dây nên hiện nay ng−ời ta còn sản xuất ra những điện cực dây có phủ một lớp kim loại bên ngoài nhằm tăng độ bền kéo, độ thoát nhiệt gia công tốt. Ví dụ dây HSW - 25X - lõi bằng đồng thau và lớp bề mặt phủ lớp oxit kẽm.
Với dây này làm điện cực thì nó có những −u điểm sau: Lớp phủ oxit kẽm cho độ thoát nhiệt tốt trong quá trình gia công, khả năng đứt dây giảm, sự bay hơi lớp phủ oxit kẽm trong quá trình gia công làm cải thiện sự hớt phôi trong khe hở và khe hở tăng do lớp phủ biến mất.
1.8. Lập trình CNC gia công cắt dây
1.8.1 Các loại ch−ơng trình:
Máy cắt dây CNC làm việc theo ch−ơng trình đã đ−ợc lập sẵn. Ch−ơng trình gồm các lệnh về quĩ đạo cắt và các lệnh về thay đổi điều kiện cắt. Để chuẩn bị gia công thì phải viết ra ch−ơng trình, d−ới đây sẽ mô tả các mã số của lệnh và trình tự yêu cầu khi lập trình. Có hai loại ch−ơng trình là ch−ơng trình chính (main program) và ch−ơng trình con (sub program). Một máy tính có thể điều
X Y U V Z Hình 1-5 Hệ toạ độ X-Y; U-V của máy cắt dây.
khiển cho bốn máy gia công điện cực dây với bốn loại chi tiết khác nhau.
Máy cắt dây th−ờng có 4 khả năng chạy ch−ơng trình, đ−ợc điều khiển bởi ấn các phím sau: DISK; MEM, TAPE, ON LINE.
- DISK: ch−ơng trình đ−ợc ghi vào đĩa mềm.
- MEM: lập trình trực tiếp thông qua bàn phím máy tính.
- TAPE: ch−ơng trình đ−ợc đ−a vào băng rồi băng đ−ợc nạp vào phần đọc của máy.
- ON LINE : truyền dẫn ch−ơng trình từ mạng đến máy tính hoặc hệ điều khiển của máy cắt dây CNC.
Khi đang chạy ch−ơng trình chính mà có lệnh “EXECUTE SUB PROGRAM” ( chạy ch−ơng trình con) thì khi đó máy sẽ thực hiện các lệnh thuộc ch−ơng trình con. Ng−ợc lại khi có lệnh “RETURNE TO MAIN PROGRAM” (về ch−ơng trình chính) thì máy sẽ về thực hiện lệnh của ch−ơng trình chính. Khi soạn ch−ơng trình, để cho ch−ơng trình ngắn gọn và đơn giản nên dùng ch−ơng trình lặp các phần giống nhau rồi đ−a vào bộ nhớ của ch−ơng trình con.
Hệ điều khiển của máy cũng dùng ngôn ngữ ISO- CNC trên cơ sở mã “G”
Ch−ơng trình chính và ch−ơng trình con.
1.8.2 Các trục điều khiển và hệ toạ độ:
Thông th−ờng máy cắt dây dùng cấu hình trục X, Y, Z, U, V.
- Trục X do bàn tr−ợt phía trên mang đầu máy, nó dịch chuyển theo ph−ơng nằm ngang từ trái sang phải (theo + X).
- Trục Y do bàn tr−ợt phía d−ới mang phôi, nó dịch chuyển theo ph−ơng nằm ngang từ tr−ớc ra sau ( theo +Y).
- Trục Z do bộ dẫn dây phía trên dịch chuyển Ch−ơng trình chính (main program) Câu lệnh 1 Câu lệnh 2… Thực hiện ch−ơng trình con (execute sub program "M98” ) Câu lệnh n Câu lệnh (n+1) Ch−ơng trình con (sub program) Câu lệnh 1 Câu lệnh 2 … Trở về ch−ơnh trình chính “99” (returne to main program “99” )
theo ph−ơng thẳng đứng tù d−ới lên trên (theo +Z).
- Bộ dẫn dây phía trên có các bàn tr−ợt lắp trong đầu máy chúng bị mang theo trong các chuyển động của bàn tr−ợt. Bên trong bàn tr−ợt X lại bố trí bàn tr−ợt nhỏ để có thể di chuyển độc lập theo các ph−ơng U song song với X và V song song với Y. Dùng trục U-V này để cắt côn nh− vậy X-Y dùng điều khiển các