Gia cong bang tia lua dien

GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA DI?N
Nguyễn Đình Cường_hua_ckdl51
Cách đây gần 200 năm, nhà nghiên cứu người Anh Toseph Priestley (1733 - 1809) trong thí nghiệm của mình đã phát hiện thấy có một hiệu quả ăn mòn vật liệu gây ra bởi sự phóng điện.
LỊCH SỬ PHÁT TRI?N
Trong nửa đầu thế kỷ 20, nhu cầu về các vật liệu lâu mòn tăng lên không ngừng ở các nước công nghiệp phát triển. Nhưng vấn đề là gia công những vật liệu đó bằng công nghệ thông thường thì rất khó khăn, nhiều khi không thực hiện được
Phương pháp gia công tia lửa điện (Electric Discharge Machining – EDM) được phát triển vào năm 1943 ở Liên Xô bởi hai vợ chồng người Nga tại trường Đại học Moscow là Giáo sư - Tiến sĩ Boris Lazarenko và Tiến sĩ Natalya Lazarenko
Nguyên tắc của phương pháp này là bắn phá chi tiết để tách vật liệu bằng nguồn năng lượng nhiệt rất lớn được sinh ra khi cho hai điện cực tiến gần nhau. Trong hai điện cực này, một đóng vai trò là dao và một đóng vai trò là phôi trong quá trình gia công.
LỊCH SỬ PHÁT TRI?N
Cho đến nay quá trình EDM đã được phát triển khá rộng rãi ở các nước phát triển. Nhiều loại máy hoạt động trong lĩnh vực EDM đã được sản xuất với nhiều kiểu khác nhau để phục vụ những mục đích khác nhau. Nó đưa quy về 2 dạng sau:
+ Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình: Gọi tắt là phương pháp “xung định hình”. Điện cực là một hình không gian bất kì, nó sẽ in hình của mình lên phôi tạo ra lòng khuôn thường dùng để tạo hình những chi tiết đục lỗ nhưng không thông.
+ Gia công tia lửa điện bằng cắt dây: Điện cực là một sợi dây kim loại mảnh được quấn liên tục và chạy dọc theo một contour xác định.
LỊCH SỬ PHÁT TRI?N
Trong quá trình gia công, dụng cụ và chi tiết là hai điện cực, trong đó dụng cụ là catốt, chi tiết là anốt của một nguồn điện một chiều có tần số 50 – 500kHz, điện áp 50 – 300V và cường độ dòng điện 0,1 – 500A. Hai điện cực này được đặt trong dung dịch cách điện được gọi là chất điện môi.
Khi cho hai điện cực tiến lại gần nhau thì giữa chúng có điện trường. Khi điện áp tăng lên thì từ bề mặt cực âm có các điện tử phóng ra, tiếp tục tăng điện áp thì chất điện môi giữa hai điện cực bị ion hóa làm cho chúng trở nên dẫn điện, làm xuất hiện tia lửa điện giữa hai điện cực.
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
Nhiệt độ ở vùng có tia lửa điện lên rất cao, có thể đạt đến 12.0000C, làm nóng chảy, đốt cháy phần kim loại trên cực dương. Trong quá trình phóng điện, xuất hiện sự ion hóa cực mạnh và tạo nên áp lực va đập rất lớn, đẩy phoi ra khỏi vùng gia công.
Toàn bộ quá trình trên xảy ra trong thời gian rất ngắn từ 10-4 đến 10-7s. Sau đó mạch trở lại trạng thái ban đầu và khi điện áp của tụ được nâng lên đến mức đủ để phóng điện thì quá trình trên lại diễn ra ở điểm có khoảng cách gần nhất.
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
Phoi của quá trình gia công là những giọt kim loại bị tách khỏi các điện cực và đông đặc lại thành những hạt nhỏ hình cầu và bị đẩy ra khỏi vùng gia công bằng luồng dung môi có áp suất cao.
Khi các hạt này bị đẩy ra khỏi vùng gia công, khe hở giữa hai điện cực lớn ra và sự phóng điện không còn nữa.
Để tiếp tục gia công cần di chuyển hai điện cực lại gần nhau và quá trình lặp lại liên tục.
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
Gia công bằng tia lửa điện, EDM (Electrical Discharge Machining), là một quá trình tách kim loại bằng một tia lửa điện trong thời gian rất ngắn với cường độ dòng dđiện lớn giữa dụng cụ cắt và chi tiết.
Quá trình EDM có thể so sánh với một phần thu nhỏ của một tia sét va vào một bề mặt tạo nên vùng tập trung nhiệt lớn làm nóng chảy bề mặt gia công.
Gia công EDM có thể được phân loại như sau:
- Gia công xung định hình EDM (Die Sinking EDM hay Ram-EDM)
- Gia công vi EDM (Micro EDM)
- Gia công EDM bằng dây cắt (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM)
- Khoan EDM (EDM drilling)
- Máy lấy mũi tarô bị gãy (Broken Tap Remover)
Thiết bị gia công tia lửa điện
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
Gia công xung định hình EDM
Gia công EDM bằng dây cắt
Thiết bị gia công tia lửa điện
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
Thiết bị gia công tia lửa điện
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
Máy lấy mũi ta rô gãy
Máy khoan EDM
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG XUNG ĐỊNH HÌNH
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG XUNG ĐỊNH HÌNH
Chi tiết gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn điện cực thì gắn với đầu máy. Một động cơ servo DC hoặc xylanh thủy lực để điều khiển điện cực theo phương thẳng đứng và duy trì một vị trí thích hợp của điện cực so với chi tiết gia công.
Vị trí này được điều chỉnh một cách tự động với sự chính xác cực kỳ nhờ hệ thống servo và nguồn cung cấp. Trong quá trình vận hành máy thông thường điện cực không bao giờ chạm bề mặt chi tiết, giữa chúng có một khe hở phóng điện nhỏ.
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG XUNG ĐỊNH HÌNH
Cả chi tiết và điện cực đều ngâm chìm trong dung dịch điện môi. Dung dịch này đóng vai trò như chất cách điện để điều khiển sự phóng tia lửa điện. Trong gia công EDM chất điện môi cũng thực hiện chức năng của môi trường làm nguội và làm giảm nhiệt độ cực kỳ cao trong khe hở phóng điện.

Quan trọng hơn, dung dịch điện môi được bơm vào theo khe hở hình cung để đẩy đi những hạt bị xói mòn giữa chi tiết và điện cực. Sự sục rửa thích hợp làm cho quá trình bóc vật liệu đạt hiệu quả cao.
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG XUNG ĐỊNH HÌNH
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG CẮT DÂY
D?ng c? (dây)
Chi tiết
Hướnd di chuyển
Dẫn hướng dưới
Dẫn hướng trên
Dung môi
Biên dạng gia công
Cắt dây tia lửa điện là một hình thức đặc biệt của gia công tia lửa điện. Điểm khác nhau cơ bản giữa cắt dây tia lửa điện và xung điện (gia công bằng điện cực thỏi) là thay vì sử dụng những điện cực thỏi có hình dạng phức tạp thì trong WEDM điện cực là một sợi dây có đường kính từ 0,1 – 0,3mm.
Dây này được cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng cho trước, cắt được bề mặt 2D và 3D phức tạp.
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG CẮT DÂY
Dây cắt được dẫn hướng thông qua hai cơ cấu dẫn hướng bằng kim cương. Tùy vào đường kính của dây mà đường kính trong của lỗ cơ cấu dẫn hướng có giá trị phù hợp. Thường nhà cung cấp kèm theo máy chính một số bộ cơ cấu dẫn hướng thích hợp cho vài loại cỡ đường kính dây cắt.
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG CẮT DÂY
- Gia công bằng điện cực thỏi người ta sử dụng dầu làm chất điện môi thì trong WEDM lại dùng nước khử khoáng.
- Khi gia công bằng điện cực thỏi, sự phóng điện xảy ra giữa mặt đầu điện cực với chi tiết gia công còn khi gia công bằng dây cắt thì sự phóng điện xảy ra giữa mặt bên dây cắt với chi tiết gia công
- Vùng phóng điện khi gia công bằng điện cực thỏi bao gồm mặt đầu và góc của điện cực. Còn vùng phóng điện khi gia công bằng dây cắt chỉ bao gồm mặt 180o của dây cực khi nó tiến đến cắt chi tiết gia công.
Giữa gia công bằng điện cực thỏi và gia công bằng dây cắt có một số khác biệt như sau:
SO SÁNH GIA CÔNG XUNG ĐỊNH HÌNH VÀ CẮT DÂY
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
KHả NĂNG CÔNG NGHệ
Bề mặt chi tiết được gia công EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia công thô và Ra = 0,16µm khi gia công tinh. Thông thường độ chính xác gia công vào khoảng 0,01mm. Ở các máy khoan tọa độ EDM độ chính xác gia công đạt đến 0,0025mm.
Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các phương pháp gia công không truyền thống không làm được như thép tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng. Nó cũng gia công được các chi tiết hệ lỗ có hình dáng phức tạp.
NGUYÊN LÍ GIA CÔNG
KHả NĂNG CÔNG NGHệ
Bề mặt chi tiết được gia công EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia công thô và Ra = 0,16µm khi gia công tinh. Thông thường độ chính xác gia công vào khoảng 0,01mm. Ở các máy khoan tọa độ EDM độ chính xác gia công đạt đến 0,0025mm.
Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các phương pháp gia công không truyền thống không làm được như thép tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng. Nó cũng gia công được các chi tiết hệ lỗ có hình dáng phức tạp.
- Gia công được các loại vật liệu có độ cứng tùy ý
- Điện cực có thể sao chép hình dạng bất kì, chế tạo và phục hồi các khuôn dập bằng thép đã tôi
- Chế tạo các lưới sàn, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng những điện cực rất mảnh.
- Gia công các lỗ có đường kính rất nhỏ, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lớn.
- Do không có lực cơ học nên có thể gia công hầu hết các loại vật liệu dễ vỡ, mềm… mà không sợ bị biến dạng
- Do có dầu trong vùng gia công nên bề mặt gia công được tôi trong dầu
Ưu điểm
Ưu nhược điểm
Bởi vì EDM ăn mòn kim loại bằng việc phóng tia lửa điện thay cho các dụng cụ cắt gọt tạo phoi nên độ cứng vật liệu không trở thành nhân tố quyết định xem vật liệu đó có thể gia công bằng EDM hay không. Các điện cực kim loại hoặc than chì mềm có thể gia công các loại thép dụng cụ đã tôi hoặc tungsten carbide (cacbít vonfram). Đây là một trong những lợi ích hấp dẫn của việc sử dụng phương pháp EDM. Có thể nhiệt luyện chi tiết trước rồi sau đó có thể gia công bằng EDM. Điều này loại bỏ rủi ro của những hư hại và biến dạng có thể biến những chi tiết đắt tiền thành phế liệu trong khi xử lý nhiệt
Ưu nhược điểm
Ưu điểm
Nhược điểm
- Phôi và dụng cụ (điện cực) đều phải dẫn điện
- Vì tốc độ cắt gọt thấp nên phôi trước gia công EDM thường phải gia công thô trước.
- Do vùng nhiệt độ tại vùng làm việc cao nên gây biến dạng nhiệt.
Ưu nhược điểm
Có thể sử dụng phương pháp này trong một số trường hợp sau:
- Biến cứng bề mặt chi tiết làm tăng khả năng mài mòn
- Chế tạo và phục hồi các khuôn dập đã tôi và khuôn bằng hợp kim cứng
- Các lưới sàng, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng điện cực rất mảnh
- Mài phẳng, mài tròn, mài sắc hoặc làm rộng lỗ
PHẠM VI ỨNG DỤNG
- Gia công các lỗ có đường kính nhỏ Ø 0,15mm của các vòi phun cao áp có năng suất cao (từ 15 đến 30s/chiếc), gia công lỗ sâu từ 60mm cho sai số 5µm. Các lỗ Ø 0,05mm – 1mm với chiều sâu lớn như các lỗ làm mát trong cánh tuabin làm bằng hợp kim siêu cứng, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lên đến 67.
- Lấy các dụng cụ bị gãy và kẹp trong chi tiết (bulông, tarô…)
- Gia công khuôn mẫu và các chi tiết cần độ chính xác cao bằng vật liệu hợp kim cứng….
PHẠM VI ỨNG DỤNG
PHẠM VI ỨNG DỤNG
Gia công kim loại có độ cứng không giới hạn (vì dựa vào tính chất vật lý).
Có thể thay thế cho các phương pháp cắt gọt truyền thống trong những trường hợp mà phương pháp này không kinh tế hoặc không đạt độ chính xác mong muốn.
Trong một số trường hợp, nó có thể giúp loại bỏ những qui trình trung gian nào đó như : nhiệt luyện, nắn thẳng, sửa bavia, lắp chi tiết, dao..
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
Độ chính xác phụ thuộc vào những yếu tố sau :
- Độ chính xác của máy.
- Dụng cụ.
- Khe hở phóng điện.
- Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào năng lượng một lần phóng điện.
Trong gia công xung định hình, điện cực dụng cụ đóng vai trò cực kì quan trọng vì độ chính xác gia công một phần phụ thuộc vào độ chính xác của điện cực. Việc lựa chọn hợp lý vật liệu điện cực là một yếu tố quan trọng.
Điều này không những ảnh hưởng đến độ chính xác gia công, mà còn ảnh hưởng đến tính kinh tế thông qua năng suất và độ hao mòn điện cực trung bình. Giá của điện cực có thể chiếm 80% chi phí gia công.
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
Dụng cụ
Các loại vật liệu có thể dùng làm điện cực cho gia công xung định hình thường là đồng đỏ, đồng – volfram, bạc-volfram, đồng thau, volfram, nhôm, môlipđen, hợp kim cứng, thép…

Trong đó đồng đỏ và đồng-volfram là thường dùng nhất. Các loại vật liệu volfram, nhôm, môlipđen, hợp kim cứng, thép… chỉ được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.
Dụng cụ
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
Trên máy cắt dây người ta thường sử dụng dây cắt làm bằng đồng đỏ, đồng thau, môlipđen, volfram, bạc hay kẽm có đường kính dây cắt thường từ 0,1 – 0,3mm.
Các dây cắt có thể được phủ một lớp kẽm, oxyt kẽm hoặc graphit… để nâng cao độ bền của dây cũng như cải thiện khả năng sục chất điện môi vào khu vực cắt.
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
Dụng cụ
Nhám bề mặt khi gia công bằng tia lửa điện
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
Trong quá trình gia công, do phóng điện mà một lượng vật liệu trên bề mặt chi tiết gia công bị bóc đi, để lại trên bề mặt những vết nhỏ li ti chồng mép lên nhau. Kích thước của các vết này phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng sinh ra trong một lần phóng. Theo lý thuyết thì độ nhám bề mặt được hình thành như trên hình
Độ nhám trước hết phụ thuộc vào năng lượng của một lần phóng điện. Một phần diện tích của tụ tạo nên vết lõm nên thể tích của vết lõm tỉ lệ với năng lượng phóng ra của tụ
Nhám bề mặt khi gia công bằng tia lửa điện
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
Ngoài ra độ nhám còn phụ thuộc vào cường độ dòng điện và tần số dòng điện
Nhám bề mặt khi gia công bằng tia lửa điện
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
Ngoài những yếu tố trên còn có những yếu tố khác cũng có ảnh hưởng đến độ nhám như: vật liệu điện cực, chất lượng của dung dịch điện môi, …