Luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến ứng suất dư và bề mặt vật liệu SKD11

Luận văn phân tích ảnh hưởng của thông số chế độ cắt tới ứng suất dư, chất lượng bề mặt vật liệu SKD11, giúp chọn vận tốc cắt tối ưu nhất.

• Tác giả: Nguyễn Hàm Hòa
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Chí Cương
• Trường học: Trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Cơ khí Chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư và chất lượng bề mặt khi gia công khuôn trên máy cắt dây JSEDM
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Đồng Nai

Tóm tắt

I. Cách chế độ cắt ảnh hưởng ứng suất dư chất lượng bề mặt

Trong lĩnh vực gia công cơ khí, việc kiểm soát chất lượng sản phẩm cuối cùng là yếu tố sống còn. Hai chỉ số quan trọng bậc nhất quyết định đến độ bền và hiệu suất làm việc của chi tiết là ứng suất dư và chất lượng bề mặt. Chế độ cắt, bao gồm các thông số như tốc độ cắt, lượng chạy dao, và chiều sâu cắt, có ảnh hưởng trực tiếp và sâu sắc đến hai yếutoos này. Quá trình gia công cắt gọt không chỉ là việc loại bỏ vật liệu mà còn là một quá trình phức tạp gây ra biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và tương tác cơ học tại vùng cắt. Những tác động này tạo ra một lớp biến cứng bề mặt và để lại trạng thái ứng suất bên trong vật liệu ngay cả khi ngoại lực đã được gỡ bỏ. Việc không kiểm soát được các thông số này có thể dẫn đến sự hình thành ứng suất dư kéo có hại, làm giảm tuổi thọ mỏi và tăng nguy cơ nứt gãy. Ngược lại, một chế độ cắt được tối ưu hóa thông số cắt hợp lý có thể tạo ra ứng suất dư nén có lợi, giúp tăng cường độ bền và khả năng chống mài mòn cho chi tiết. Đặc biệt đối với các vật liệu khó gia công như thép hợp kim SCM440, hợp kim titan Ti-6Al-4V, hay Inconel 718, việc lựa chọn chế độ cắt càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Các vật liệu này có đặc tính cơ nhiệt phức tạp, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về mối quan hệ giữa thông số đầu vào và chất lượng đầu ra để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật cao nhất.

1.1. Tổng quan về ứng suất dư trong gia công cơ khí chính xác

Ứng suất dư là trạng thái ứng suất nội tại tồn tại trong vật thể mà không cần có tác động của ngoại lực. Trong gia công cơ khí, ứng suất dư được sinh ra chủ yếu do ba nguyên nhân: biến dạng dẻo không đồng đều, gradien nhiệt độ lớn và biến đổi pha vật liệu. Khi dụng cụ cắt tác dụng vào phôi, một lớp vật liệu mỏng trên bề mặt bị biến dạng dẻo. Lớp vật liệu bên dưới vẫn ở trạng thái đàn hồi. Sự không tương thích về biến dạng này tạo ra ứng suất. Tương tự, nhiệt cắt sinh ra trong quá trình gia công làm nóng lớp bề mặt, gây giãn nở. Khi nguội đi, lớp bề mặt co lại nhưng bị cản trở bởi lớp vật liệu lõi, từ đó sinh ra ứng suất. Trạng thái ứng suất này có thể là ứng suất dư kéo (tensile residual stress) hoặc ứng suất dư nén (compressive residual stress), ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng làm việc của chi tiết.

1.2. Tầm quan trọng của độ nhám bề mặt và lớp biến cứng

Chất lượng bề mặt, được đánh giá qua chỉ số độ nhám bề mặt (Ra, Rz), là yếu tố quyết định đến khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và độ bền mỏi của chi tiết. Bề mặt càng nhám, các đỉnh nhấp nhô càng dễ trở thành nơi tập trung ứng suất, khởi nguồn cho các vết nứt tế vi. Bên cạnh độ nhám, lớp biến cứng bề mặt và độ cứng tế vi cũng là kết quả trực tiếp của quá trình gia công. Lớp này có cấu trúc và tính chất cơ học khác biệt so với vật liệu nền, ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm. Một nghiên cứu điển hình về gia công thép SKD11 bằng phương pháp cắt dây tia lửa điện (EDM) đã chỉ ra rằng, việc lựa chọn vận tốc cắt tối ưu là cần thiết để giảm thiểu ứng suất dư và đảm bảo chất lượng bề mặt, từ đó nâng cao tuổi thọ của khuôn dập.

II. Thách thức khi kiểm soát ứng suất dư độ nhám bề mặt

Việc kiểm soát đồng thời ứng suất dư và độ nhám bề mặt là một thách thức lớn trong gia công cơ khí chính xác. Các thông số công nghệ thường có ảnh hưởng trái ngược nhau lên hai chỉ tiêu này. Ví dụ, việc tăng tốc độ cắt trong một số trường hợp có thể làm giảm ứng suất dư kéo nhưng lại làm tăng độ nhám bề mặt. Ngược lại, để đạt được bề mặt siêu tinh (độ nhám thấp), người vận hành thường phải giảm tốc độ cắt và chiều sâu cắt, điều này có thể làm tăng thời gian gia công và trong một số điều kiện nhất định, lại gây ra ứng suất nén bề mặt lớn. Sự phức tạp này càng gia tăng khi gia công các vật liệu khó gia công. Các vật liệu như hợp kim titan Ti-6Al-4V hay Inconel 718 có độ dẫn nhiệt kém, khiến nhiệt cắt tập trung cao tại vùng cắt, gây biến cứng mạnh và tạo ra phân bố ứng suất dư phức tạp. Hơn nữa, hiện tượng mòn dao nhanh chóng khi gia công các vật liệu này cũng làm thay đổi hình học lưỡi cắt, dẫn đến sự thay đổi của lực cắt và nhiệt độ, làm cho việc duy trì chất lượng bề mặt ổn định trở nên khó khăn. Việc lựa chọn sai dung dịch trơn nguội hoặc phương pháp làm mát không hiệu quả cũng là một nguyên nhân gây ra các vấn đề về chất lượng. Do đó, việc tìm ra một bộ thông số tối ưu, một "cửa sổ công nghệ" cân bằng giữa năng suất và chất lượng, đòi hỏi phải có các nghiên cứu thực nghiệm và phân tích chuyên sâu.

2.1. Phân biệt ứng suất dư kéo và ứng suất dư nén có hại

Ứng suất dư kéo thường được coi là có hại vì nó làm giảm sức bền mỏi của vật liệu, thúc đẩy sự phát triển của các vết nứt và làm tăng nguy cơ phá hủy giòn. Khi chi tiết chịu tải trọng kéo từ bên ngoài, ứng suất dư kéo sẽ cộng hưởng với ứng suất làm việc, khiến chi tiết đạt đến giới hạn bền nhanh hơn. Ngược lại, ứng suất dư nén lại có lợi. Nó hoạt động như một lực "siết chặt" lớp bề mặt, cản trở sự hình thành và phát triển của các vết nứt mỏi, từ đó làm tăng đáng kể tuổi thọ của chi tiết. Mục tiêu của việc tối ưu hóa thông số cắt chính là giảm thiểu hoặc loại bỏ ứng suất kéo và tạo ra một lớp ứng suất nén có kiểm soát trên bề mặt sản phẩm.

2.2. Các phương pháp đo ứng suất dư phổ biến hiện nay

Để đánh giá chính xác trạng thái ứng suất, các nhà nghiên cứu và kỹ sư sử dụng nhiều phương pháp đo ứng suất dư. Phương pháp phổ biến và có độ chính xác cao nhất là nhiễu xạ tia X (XRD). Nguyên lý của phương pháp này dựa trên định luật Bragg, đo sự thay đổi khoảng cách giữa các mặt tinh thể để tính toán biến dạng và từ đó suy ra ứng suất. Theo tài liệu nghiên cứu về gia công thép SKD11, phương pháp XRD được lựa chọn vì tính không phá hủy, cho phép đo trực tiếp trên bề mặt sản phẩm. Các phương pháp khác bao gồm phương pháp khoan lỗ (hole-drilling), phương pháp uốn cong (bending/deflection), và đo bằng siêu âm. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng và được lựa chọn tùy thuộc vào vật liệu, hình dạng chi tiết và độ chính xác yêu cầu.

III. Phương pháp tối ưu tốc độ cắt để giảm thiểu ứng suất dư

Tốc độ cắt (Vc) là một trong những thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến ứng suất dư và chất lượng bề mặt. Việc tối ưu hóa thông số cắt bắt đầu bằng việc hiểu rõ cơ chế tác động của tốc độ cắt lên vùng gia công. Khi tốc độ cắt tăng, thời gian tương tác giữa dụng cụ cắt và phôi giảm đi. Điều này dẫn đến việc nhiệt cắt sinh ra không có đủ thời gian để truyền sâu vào bên trong phôi, mà tập trung chủ yếu ở phoi và một lớp bề mặt rất mỏng. Kết quả là gradien nhiệt độ trở nên lớn hơn, nhưng tổng lượng nhiệt truyền vào chi tiết lại có thể giảm. Trong nhiều trường hợp, đặc biệt là với gia công cao tốc, việc tăng tốc độ cắt đến một ngưỡng nhất định có thể làm giảm ứng suất dư kéo hoặc thậm chí chuyển sang ứng suất dư nén có lợi. Tuy nhiên, nếu tốc độ cắt quá cao, nó có thể gây ra rung động, mòn dao nhanh và làm giảm chất lượng bề mặt. Do đó, không có một giá trị tốc độ cắt tối ưu duy nhất cho mọi trường hợp. Nó phụ thuộc vào sự kết hợp của nhiều yếu tố như vật liệu phôi, vật liệu dao, hình học lưỡi cắt (bán kính mũi dao), và các thông số khác như lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Các nghiên cứu thực nghiệm, như nghiên cứu trên thép SKD11, đã chỉ ra mối quan hệ rõ ràng giữa vận tốc cắt và ứng suất dư, cho phép xác định một khoảng tốc độ tối ưu để đạt được trạng thái ứng suất mong muốn.

3.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến nhiệt cắt và lực cắt

Tốc độ cắt có ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt cắt và lực cắt. Khi tốc độ cắt tăng, nhiệt độ tại vùng cắt thường tăng lên do sự gia tăng tốc độ biến dạng và ma sát. Tuy nhiên, phoi được hình thành và thoát ra nhanh hơn, mang đi một lượng nhiệt lớn. Điều này tạo ra một cân bằng nhiệt động phức tạp. Về lực cắt, khi tăng tốc độ cắt, lực cắt chính thường có xu hướng giảm nhẹ do hiện tượng làm mềm vật liệu bởi nhiệt độ cao. Việc hiểu rõ mối quan hệ này giúp dự đoán được trạng thái nhiệt và cơ học trên bề mặt gia công, từ đó kiểm soát được sự hình thành của ứng suất dư.

3.2. Mối liên hệ giữa tốc độ cắt và độ nhám bề mặt chi tiết

Mối quan hệ giữa tốc độ cắt và độ nhám bề mặt không phải lúc nào cũng tuyến tính. Ở tốc độ cắt thấp, hiện tượng lẹo dao (Built-up Edge - BUE) dễ xảy ra, làm bề mặt trở nên thô ráp. Khi tăng tốc độ cắt, hiện tượng lẹo dao giảm và bề mặt thường trở nên tốt hơn. Tuy nhiên, nếu tốc độ cắt quá cao, vượt quá khả năng của hệ thống máy-dao-chi tiết, rung động sẽ xuất hiện và làm tăng đột ngột độ nhám bề mặt. Do đó, việc lựa chọn tốc độ cắt phải cân nhắc đến cả yếu tố chất lượng bề mặt và trạng thái ứng suất dư để đạt được kết quả toàn diện.

IV. Hướng dẫn chọn lượng chạy dao chiều sâu cắt phù hợp

Bên cạnh tốc độ cắt, lượng chạy dao (f) và chiều sâu cắt (ap) là hai thông số quyết định đến năng suất và chất lượng trong gia công cắt gọt. Lượng chạy dao ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt về mặt lý thuyết. Lượng chạy dao càng lớn, các vết dao để lại trên bề mặt càng rộng, dẫn đến độ nhám càng cao. Tuy nhiên, lượng chạy dao cũng tác động đến lực cắt và sự biến dạng dẻo của lớp bề mặt. Một lượng chạy dao quá nhỏ có thể gây ra hiện tượng trượt, làm chai cứng bề mặt và tạo ra ứng suất dư kéo không mong muốn. Trong khi đó, chiều sâu cắt quyết định đến tiết diện phoi và ảnh hưởng lớn đến lực cắt, công suất máy và sự ổn định của quá trình gia công. Khi chiều sâu cắt tăng, lực cắt và nhiệt cắt tăng, có thể dẫn đến sự gia tăng cả ứng suất dư và độ nhám bề mặt. Do đó, việc lựa chọn hai thông số này cần một sự cân bằng tinh tế. Trong gia công thô, người ta thường chọn chiều sâu cắt lớn và lượng chạy dao cao để tối đa hóa năng suất. Ngược lại, trong gia công tinh, cả hai thông số này đều được giảm đáng kể để đạt được chất lượng bề mặt tốt nhất và kiểm soát phân bố ứng suất dư. Việc sử dụng các phương pháp hiện đại như mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) có thể giúp dự đoán ảnh hưởng của các thông số này và tìm ra bộ giá trị tối ưu trước khi tiến hành gia công thực tế.

4.1. Tác động của lượng chạy dao tới lớp biến cứng bề mặt

Lượng chạy dao có ảnh hưởng đáng kể đến lớp biến cứng bề mặt. Lượng chạy dao lớn hơn thường tạo ra một lớp biến dạng dẻo dày hơn, dẫn đến một lớp biến cứng sâu hơn và có thể tạo ra ứng suất dư nén lớn hơn. Tuy nhiên, điều này phải được đánh đổi bằng độ nhám bề mặt cao hơn. Việc lựa chọn lượng chạy dao phải dựa trên yêu cầu cụ thể về cơ tính bề mặt của chi tiết, chẳng hạn như độ cứng và trạng thái ứng suất mong muốn.

4.2. Tối ưu chiều sâu cắt cho các quy trình tiện CNC và phay CNC

Trong các quy trình tiện CNC và phay CNC, việc tối ưu hóa thông số cắt liên quan đến chiều sâu cắt là rất quan trọng. Đối với phay CNC, người ta thường áp dụng chiến lược chiều sâu cắt hướng tâm (radial depth of cut) nhỏ và chiều sâu cắt dọc trục (axial depth of cut) lớn trong gia công cao tốc để giảm lực cắt và tăng tuổi thọ dao. Đối với tiện CNC, việc lựa chọn chiều sâu cắt phải đảm bảo nó lớn hơn bán kính mũi dao để tránh hiện tượng trượt và miết, vốn là nguyên nhân gây ra ứng suất kéo và làm giảm chất lượng bề mặt.

V. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên vật liệu thép SKD11

Các nghiên cứu thực nghiệm đóng vai trò không thể thiếu trong việc xác định chế độ cắt hợp lý, đặc biệt là khi làm việc với vật liệu khó gia công. Một ví dụ điển hình là luận văn nghiên cứu sự ảnh hưởng của chế độ cắt đến ứng suất dư và chất lượng bề mặt khi gia công thép hợp kim SKD11 bằng máy cắt dây tia lửa điện (WEDM). Thép SKD11, sau khi nhiệt luyện có độ cứng cao, là vật liệu phổ biến để chế tạo khuôn dập. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của vận tốc cắt đến các chỉ tiêu chất lượng. Các mẫu thử được chuẩn bị và gia công với các vận tốc cắt khác nhau. Sau đó, phương pháp đo ứng suất dư bằng nhiễu xạ tia X (XRD) được sử dụng để xác định trạng thái ứng suất trên bề mặt cắt. Đồng thời, độ nhám bề mặt được đo bằng máy đo chuyên dụng. Kết quả thực nghiệm cho thấy một mối quan hệ rõ ràng: khi vận tốc cắt tăng, giá trị ứng suất dư trên bề mặt có xu hướng giảm, chuyển từ trạng thái kéo sang trạng thái nén nhẹ. Tuy nhiên, độ nhám bề mặt lại có xu hướng tăng theo vận tốc cắt. Dựa trên các kết quả này, nghiên cứu đã đề xuất một khoảng vận tốc cắt tối ưu, nơi có thể đạt được trạng thái ứng suất dư nén có lợi mà vẫn đảm bảo độ nhám bề mặt trong giới hạn cho phép. Những kết quả này cung cấp một cơ sở khoa học quý giá cho việc tối ưu hóa thông số cắt trong sản xuất thực tế, giúp nâng cao độ bền và tuổi thọ của khuôn mẫu.

5.1. Quy trình thí nghiệm và phương pháp đo lường ứng suất

Quy trình thí nghiệm được tiến hành một cách bài bản. Vật liệu thép SKD11 được chuẩn bị thành các mẫu tiêu chuẩn. Quá trình gia công được thực hiện trên máy cắt dây JSEDM với các thông số điện và vận tốc cắt được thiết lập thay đổi theo một quy hoạch thực nghiệm. Sau khi gia công, các mẫu được làm sạch và đưa đi đo lường. Ứng suất dư được xác định bằng máy nhiễu xạ tia X, sử dụng phương pháp sin²ψ. Dữ liệu nhiễu xạ được phân tích để tính toán sự thay đổi khoảng cách mặt tinh thể, từ đó suy ra giá trị ứng suất. Phương pháp này được lựa chọn vì nó không phá hủy mẫu và có độ tin cậy cao, phù hợp với mục tiêu nghiên cứu.

5.2. Phân tích phân bố ứng suất dư và độ nhám bề mặt thu được

Kết quả đo cho thấy phân bố ứng suất dư thay đổi đáng kể theo vận tốc cắt. Ở vận tốc thấp, lớp bề mặt chịu tác động nhiệt lâu hơn, gây ra ứng suất dư kéo. Khi vận tốc tăng, hiệu ứng làm nguội nhanh của chất điện môi trở nên hiệu quả hơn, tạo ra ứng suất dư nén. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc cắt và ứng suất dư cho thấy một điểm chuyển tiếp rõ ràng. Về độ nhám bề mặt, các giá trị đo được cũng cho thấy sự gia tăng khi tăng vận tốc cắt, do năng lượng của mỗi xung điện lớn hơn. Việc phân tích đồng thời hai đồ thị này cho phép các kỹ sư xác định "cửa sổ công nghệ" tối ưu cho vật liệu SKD11.

VI. Bí quyết tối ưu hóa thông số cắt cho tương lai ngành cơ khí

Tương lai của ngành gia công cơ khí chính xác nằm ở việc tự động hóa và thông minh hóa quá trình tối ưu hóa thông số cắt. Thay vì chỉ dựa vào kinh nghiệm hoặc các nghiên cứu thực nghiệm tốn kém, các công nghệ mới đang mở ra những hướng tiếp cận hiệu quả hơn. Công cụ mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) ngày càng được sử dụng rộng rãi để dự đoán ứng suất dư, nhiệt cắt, lực cắt và biến dạng của chi tiết trước khi một con dao thực sự chạm vào phôi. Các mô hình này, khi được hiệu chỉnh bằng dữ liệu thực nghiệm, có thể nhanh chóng khảo sát hàng ngàn bộ thông số cắt khác nhau để tìm ra phương án tối ưu, giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí. Bên cạnh đó, sự phát triển của Trí tuệ nhân tạo (AI) và Học máy (Machine Learning) hứa hẹn sẽ tạo ra các hệ thống có khả năng tự học và tự điều chỉnh thông số cắt theo thời gian thực. Các cảm biến được tích hợp trên máy tiện CNC và phay CNC sẽ liên tục thu thập dữ liệu về rung động, lực cắt, nhiệt độ. Dựa trên dữ liệu này, hệ thống AI có thể điều chỉnh tốc độ cắt hoặc lượng chạy dao ngay lập tức để duy trì chất lượng bề mặt ổn định và kiểm soát ứng suất dư. Các phương pháp làm mát tiên tiến như sử dụng dung dịch trơn nguội (MQL) với áp suất cao hoặc làm mát bằng khí nén lạnh cũng góp phần quan trọng vào việc kiểm soát nhiệt, từ đó kiểm soát ứng suất một cách hiệu quả hơn.

6.1. Vai trò của mô phỏng phần tử hữu hạn trong dự đoán ứng suất

Mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) là một công cụ mạnh mẽ cho phép các nhà nghiên cứu và kỹ sư tạo ra một mô hình số của quá trình cắt. Bằng cách nhập vào các thông số vật liệu, thông số dao cụ và chế độ cắt, phần mềm có thể tính toán và hiển thị trực quan phân bố ứng suất dư, sự biến đổi nhiệt độ, và hình dạng phoi. Điều này cho phép so sánh hiệu quả của các chiến lược gia công khác nhau mà không cần chế tạo thử, từ đó rút ngắn chu trình phát triển sản phẩm và giảm thiểu rủi ro.

6.2. Xu hướng ứng dụng AI và Machine Learning trong gia công

Xu hướng tương lai là tích hợp AI và Machine Learning vào hệ thống điều khiển máy CNC. Các mô hình học máy có thể được "huấn luyện" từ một lượng lớn dữ liệu gia công trong quá khứ. Chúng sẽ học cách nhận biết mối tương quan phức tạp giữa các thông số đầu vào (chế độ cắt, tình trạng mòn dao) và kết quả đầu ra (độ nhám bề mặt, ứng suất dư). Khi đi vào hoạt động, hệ thống có thể tự động đề xuất bộ thông số cắt tối ưu cho một chi tiết mới hoặc tự điều chỉnh trong quá trình gia công để bù trừ cho các yếu tố như mòn dao, đảm bảo chất lượng sản phẩm luôn đồng nhất và ở mức cao nhất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành cơ khí chính xác và chế tạo khuôn mẫu hiện đại, việc gia công các vật liệu có độ cứng cao sau nhiệt luyện vượt trên 60 HRC luôn là bài toán phức tạp đối với các phương pháp cắt gọt truyền thống. Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện (Wire Electrical Discharge Machining - WEDM) sử dụng máy JSEDM W-B430 đã trở thành giải pháp then chốt nhằm đáp ứng yêu cầu khắt khe về độ chính xác biên dạng trong phạm vi dung sai từ 0,002 mm đến 0,003 mm. Tuy nhiên, quá trình phóng điện nhiệt độ cao cục bộ từ 10.000 độ C đến 12.000 độ C tạo ra lớp biến tính và trường ứng suất dư kéo trên bề mặt chi tiết, tiềm ẩn nguy cơ nứt vỡ và làm suy giảm tuổi thọ của khuôn dập nguội.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là khảo sát, định lượng và phân tích quy luật tác động của các thông số chế độ cắt gồm vận tốc cắt, thời gian phóng xung và thời gian nghỉ đến ứng suất dư bề mặt cũng như độ nhám của thép hợp kim JIS-SKD11 (tương đương tiêu chuẩn ASTM-D2). Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trên các phôi tấm có chiều dày tiêu chuẩn 17 mm và mở rộng phạm vi đánh giá đến 20 mm tại các cơ sở gia công cơ khí chính xác và phòng thí nghiệm chuyên sâu. Kết quả của công trình mang lại giá trị thực tiễn to lớn khi hỗ trợ tối ưu hóa chế độ cắt, giúp giảm thiểu ứng suất dư kéo nguy hiểm, nâng cao độ bóng bề mặt với chỉ số Ra đạt 1,25 micromet và tăng độ bền làm việc của khuôn dập từ 20% đến 35% trong điều kiện sản xuất liên tục.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết bóc tách vật liệu bằng xung điện - nhiệt trong môi trường chất điện môi lỏng. Quá trình phóng tia lửa điện giữa dây điện cực mảnh (đường kính 0,1 mm đến 0,3 mm) và phôi gia công tạo ra kênh plasma với áp suất lên tới 1 kbar và nhiệt độ vượt 10.000 độ C. Năng lượng bóc tách vật liệu We được xác định qua hàm tích phân năng lượng phụ thuộc vào điện áp phóng Ue (khoảng 25 V với cặp đồng - thép), dòng điện phóng Ie và thời gian kéo dài xung te. Khi xung điện ngắt đột ngột, áp suất sụt giảm khiến kim loại nóng chảy bị đẩy văng ra ngoài, tạo nên các vết lõm tế vi và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).

Bên cạnh đó, nghiên cứu ứng dụng lý thuyết nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) dựa trên định luật Bragg để xác định ứng suất dư thông qua phương pháp góc nghiêng psi cố định và kỹ thuật sin bình phương psi. Phương pháp này cho phép đo lường sự dịch chuyển của góc nhiễu xạ 2 theta xung quanh vị trí 135,54 độ, từ đó tính toán khoảng cách giữa các mặt tinh thể d và xác định tensor ứng suất dư đàn hồi phẳng mà hoàn toàn không phá hủy mẫu kiểm tra. Các khái niệm trung tâm bao gồm: lớp biến trắng tái kết tinh có độ cứng vượt 69 HRC, vùng ảnh hưởng nhiệt, chu kỳ phóng xung và tỷ lệ thời gian mở xung trên thời gian ngắt xung ti/t0.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quá trình gia công cắt dây trên máy JSEDM W-B430 với quy mô cỡ mẫu gồm 9 mẫu thép SKD11 (ký hiệu từ M0 đến M8). Phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích được áp dụng: mẫu M0 là mẫu chuẩn đối chứng trước khi cắt và 8 mẫu còn lại (M1 đến M8) được gia công dưới các tổ hợp thông số vận tốc cắt và chế độ xung khác nhau theo ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao.

Lý do lựa chọn phương pháp đo ứng suất bằng nhiễu xạ tia X tại Viện Năng lượng Nguyên tử kết hợp đo độ nhám bằng máy Mitutoyo SJ-301 là nhằm bảo đảm tính toàn vẹn hình học của chi tiết khuôn sau gia công, đồng thời đạt độ tin cậy thống kê cao khi đường cong nhiễu xạ được nội suy mượt mà qua hàm phân phối Gauss. Toàn bộ tiến trình thực nghiệm, từ khâu chuẩn bị phôi, đo cơ tính ban đầu (giới hạn bền kéo 797 MPa, mô đun đàn hồi 198 GPa) đến bước đo kiểm quang sai tia X và độ nhám bề mặt, được hoàn thành trong khung thời gian 6 tháng nghiên cứu chuyên sâu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm trên 8 mẫu thử cắt dây đã xác lập được những quy luật công nghệ then chốt với số liệu định lượng rõ ràng:

• Tác động của vận tốc cắt đến ứng suất dư: Khi vận tốc cắt tăng dần từ 15 mm/phút lên 35 mm/phút, ứng suất dư kéo trên bề mặt phôi tăng mạnh từ 185 MPa lên 430 MPa, tương ứng với mức tăng hơn 132%. Vận tốc cắt quá cao khiến dòng điện tập trung mật độ lớn, gia tăng tốc độ nguội lạnh đột ngột của bề mặt kim loại.
• Ảnh hưởng của độ kéo dài xung ti: Việc gia tăng thời gian mở xung ti từ 10 micro giây lên 40 micro giây làm tăng lượng bóc tách vật liệu nhưng khiến độ nhám bề mặt Ra tăng từ 1,22 micromet lên 3,48 micromet (tăng khoảng 185%), đồng thời bề dày lớp biến trắng tăng từ 6 micromet lên xấp xỉ 19 micromet.
• Tương quan giữa độ nhám và tỷ lệ thời gian xung: Thiết lập tỷ lệ thời gian mở xung trên thời gian nghỉ ti/t0 ở mức 15/4 (tương đương 3,75) kết hợp áp lực xối dung môi 15 bar giúp bề mặt cắt đạt độ nhẵn tối ưu, kiểm soát ứng suất dư ở mức an toàn dưới 210 MPa.
• Sự biến đổi vi cấu trúc bề mặt: Lớp vật liệu kết tinh lại ngoài cùng có độ cứng tăng vọt đạt 69,5 HRC so với độ cứng nền phôi 60 HRC, tạo ra sự chênh lệch ứng suất cục bộ và làm xuất hiện các vết nứt tế vi nếu không có chế độ cắt tinh sau cùng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến sự gia tăng ứng suất dư kéo là do chu kỳ nung nóng tức thời và làm nguội nhanh bằng dòng chất điện môi áp lực cao. Kim loại nóng chảy co ngót nhanh chóng trên nền vật liệu chưa kịp giãn nở nhiệt, dẫn đến trạng thái ứng suất dư kéo tập trung. So với các nghiên cứu gia công xung định hình truyền thống, phương pháp cắt dây sinh ra ứng suất dư có tính dị hướng nhẹ dọc theo phương chạy của dây điện cực.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan và chặt chẽ thông qua hệ thống biểu đồ phân tích kỹ thuật:

• Biểu đồ phân bố góc nhiễu xạ 2 theta được khớp nối chính xác bằng đường nội suy hàm Gauss, làm nổi bật đỉnh cường độ xung quanh vùng 135,54 độ.
• Đồ thị tuyến tính biểu diễn mối quan hệ giữa khoảng cách mặt tinh thể d và sin bình phương góc psi, giúp ngoại suy trực tiếp độ dốc để tính toán độ lớn ứng suất dư mặt cắt.
• Bảng tổng hợp đối chiếu 9 ma trận thực nghiệm phản ánh rõ nét sự đánh đổi giữa năng suất bóc tách kim loại và chất lượng tế vi bề mặt.

Ý nghĩa của phát hiện này khẳng định việc điều chỉnh vận tốc cắt ở mức trung bình hợp lý kết hợp nhiều lượt cắt tinh là giải pháp hữu hiệu nhất để triệt tiêu ứng suất kéo nguy hiểm trước khi đưa khuôn vào làm việc.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao chất lượng gia công và tối ưu hóa tuổi thọ của các bộ khuôn dập nguội chế tạo từ thép SKD11, các giải pháp kỹ thuật cụ thể được đề xuất triển khai:

• Chuẩn hóa bộ thông số cắt trên hệ điều khiển CNC: Kỹ sư lập trình CAM/CNC cần thiết lập vận tốc cắt ở dải tối ưu 18 đến 22 mm/phút cho các lượt cắt thô và giảm dần xuống 10 đến 12 mm/phút khi cắt tinh. Đồng thời duy trì tỷ lệ ti/t0 bằng 15/4 để hạ độ nhám bề mặt xuống ngưỡng Ra dưới 1,25 micromet, giúp giảm 40% nguy cơ hình thành vết nứt tế vi trong vòng 3 tháng đầu ứng dụng.
• Tối ưu hóa hệ thống thủy lực chất điện môi: Bộ phận vận hành máy phải cài đặt áp lực dòng chảy đồng trục từ 15 bar đến 20 bar nhằm đảm bảo thoát phoi kim loại nhanh chóng ra khỏi khe hở phóng điện, ngăn ngừa tình trạng ngậm xỉ và hạn chế rung động dây điện cực dưới 0,004 mm. Kế hoạch bảo trì màng lọc chất điện môi cần thực hiện định kỳ sau mỗi 200 giờ vận hành liên tục.
• Áp dụng quy trình gia công nhiều bước liên hoàn: Các xưởng sản xuất khuôn mẫu cần chuyển đổi từ phương pháp cắt 1 lần sang quy trình cắt 3 bước (1 lượt cắt thô bóc tách 85% lượng dư và 2 lượt cắt tinh hiệu chỉnh). Phương pháp này cho phép loại bỏ hoàn toàn lớp biến trắng dày 10 đến 15 micromet, nâng cao giới hạn độ bền mỏi của khuôn thêm 30%.
• Tích hợp quy trình kiểm chuẩn ứng suất dư không phá hủy: Phòng Quản lý chất lượng (QA/QC) và R&D tại các doanh nghiệp cơ khí chính xác nên định kỳ gửi mẫu kiểm chuẩn phân tích nhiễu xạ tia X tại các trung tâm đo lường uy tín trong vòng 12 tháng tới để hiệu chỉnh và số hóa cơ sở dữ liệu gia công cho từng dải chiều dày phôi từ 15 mm đến 50 mm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại những giá trị ứng dụng chuyên sâu và trực tiếp cho các nhóm đối tượng:

• Kỹ sư công nghệ và lập trình viên gia công EDM/CNC: Tiếp cận bảng tra cứu chế độ cắt thực nghiệm chuẩn xác cho thép SKD11 dày 17 mm đến 20 mm, từ đó tối ưu hóa đường chạy dao, hạn chế đứt dây điện cực và nâng cao độ chính xác kích thước sản phẩm.
• Quản đốc xưởng và chủ doanh nghiệp sản xuất khuôn mẫu: Nắm bắt giải pháp công nghệ giúp cắt giảm tỷ lệ phôi lỗi xuống dưới 5%, gia tăng năng suất khai thác máy cắt dây JSEDM thêm 25% và kéo dài độ bền chu kỳ của khuôn dập nguội.
• Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên sau đại học ngành Cơ khí Chế tạo máy: Sử dụng tài liệu như một công trình tham khảo toàn diện về phương pháp quy hoạch thực nghiệm và quy trình đo kiểm ứng suất dư không phá hủy bằng phương pháp nhiễu xạ tia X kết hợp hàm Gauss.
• Chuyên viên kiểm định chất lượng (QA/QC) và chuyên gia NDT: Ứng dụng khung phương pháp luận đo lường độ nhám theo tiêu chuẩn TCVN 2511-78 và kỹ thuật sin bình phương psi để xây dựng quy chuẩn đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết cơ khí chính xác cao.

Câu hỏi thường gặp

Ứng suất dư kéo hình thành sau gia công cắt dây gây nguy hại gì cho khuôn dập?

Ứng suất dư kéo tập trung ở bề mặt làm giảm mạnh độ bền mỏi của chi tiết. Dưới tác động của tải trọng va đập liên tục trong quá trình dập nguội, các vết nứt tế vi tại lớp biến trắng sẽ phát triển nhanh chóng, gây mẻ mép cắt hoặc vỡ khuôn đột ngột, làm giảm hơn 50% tuổi thọ làm việc so với tiêu chuẩn thiết kế.

Phương pháp nhiễu xạ tia X có điểm gì vượt trội so với các phương pháp đo ứng suất khác?

Khác với phương pháp khoan lỗ hay cắt lớp gây phá hủy cấu trúc chi tiết, phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) với kỹ thuật sin bình phương psi là phương pháp kiểm tra không phá hủy hoàn toàn. Kỹ thuật này cho phép đo chính xác ứng suất dư vi mô trong lớp kim loại mỏng sát bề mặt với độ sâu thâm nhập chỉ vài chục micromet mà không làm thay đổi hình dáng mẫu.

Làm thế nào để loại bỏ hoặc giảm thiểu lớp biến trắng sau khi cắt dây?

Để triệt tiêu lớp biến trắng có độ cứng cao trên 69 HRC nhưng giòn, giải pháp hiệu quả nhất là thực hiện gia công nhiều lượt với chế độ cắt tinh giảm dần dòng điện Ie và thời gian xung ti. Ngoài ra, trong thực tế sản xuất có thể kết hợp đánh bóng cơ học nhẹ hoặc xử lý ram nhiệt độ thấp để khử triệt để ứng suất dư.

Các thông số điện nào ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt khi gia công trên máy JSEDM?

Dòng điện phóng trung bình Ie, thời gian mở xung ti và khoảng cách ngắt xung t0 là ba thông số quyết định trực tiếp. Việc tăng dòng điện và độ kéo dài xung sẽ làm tăng năng lượng bóc tách nhưng để lại miệng xói mòn lớn khiến độ nhám Ra tăng cao; do đó cần duy trì tỷ lệ ti/t0 ở mức hợp lý khoảng 15/4 để bề mặt đạt độ bóng cao.

Tại sao cần duy trì áp lực chất điện môi ở mức 15 đến 20 bar trong quá trình cắt?

Áp lực xối dung môi từ 15 bar đến 20 bar đảm bảo đẩy phoi kim loại nóng chảy ra khỏi khe hở phóng điện tức thời, làm nguội nhanh dây điện cực và phục hồi tính cách điện của môi trường. Nếu áp lực quá thấp, phoi bị ứ đọng sẽ gây ngắn mạch hoặc hồ quang điện làm cháy dây và hỏng bề mặt chi tiết.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết toàn diện bài toán công nghệ về đánh giá và kiểm soát ứng suất dư cùng độ nhám bề mặt khi gia công cắt dây thép hợp kim SKD11 trên thiết bị JSEDM W-B430.
• Nghiên cứu chứng minh tính ưu việt và độ tin cậy vượt trội của phương pháp nhiễu xạ tia X (sin bình phương psi) trong việc định lượng ứng suất dư phẳng mà không làm tổn hại mẫu vật.
• Xác lập thành công vùng thông số gia công tối ưu, khống chế ứng suất dư kéo dưới 210 MPa và đạt độ nhám bề mặt Ra tiêu chuẩn 1,25 micromet.
• Đưa ra hệ thống khuyến nghị thực tiễn về chế độ cắt nhiều lượt và áp lực dòng xối 15 đến 20 bar, phục vụ trực tiếp cho quá trình chế tạo khuôn dập nguội chính xác.
• Mở ra định hướng nghiên cứu mở rộng việc tối ưu hóa thông số công nghệ cho các mác thép hợp kim đặc chủng khác với chiều dày phôi đa dạng trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới.

Các đơn vị sản xuất khuôn mẫu và kỹ sư cơ khí chế tạo hãy áp dụng ngay quy trình thông số tối ưu từ luận văn này vào quy trình công nghệ thực tế để nâng cao năng suất và gia tăng tối đa tuổi thọ sản phẩm!

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay công nghệ ngày càng phát triển và luôn được cải tiến công nghệ để tạo ra các chi tiết có độ chính xác cao. Các phương pháp gia công truyền thống như, không thể đáp ứng ứng các yêu cầu của những sản phẩm có độ chính xác cao, hình dáng hình học phức tạp. Độ cứng vật liệu cao, việc gia công trên các máy truyền thống, hoặc máy CNC găp rất nhiều khó khăn, độ chính xác của chi tiết không đạt.Trong thực tế công nghệ mới cho ra đời những loại máy đáp ứng được yêu cấu đó, máy gia công Tia lửa điện.Phương pháp này gọi là gia công EDM (Electrical Discharge Machine).Phương pháp gia công tia lửa điện đã được áp dụng rộng rãi đối với các nước phát triển.Ngày nay nhờ sự phát triển của điều khiển số và công nghệ thông tin, công nghệ này đã được hiện đại hóa và được trang bị hệ thống điều khiển số CNC.

Từ cuối thập niên 80 của thế kỷ XX đến nay,nhiều doanh nghiệp trong nước đã trang bị máy EDM nhằm cải tiến phương pháp gia công những vật liệu có độ cứng cao trong khuôn dập nguội. Bên cạnh những kết quả đạt được về mặt công nghệ nói chung còn gặp những khó khăn nhất định về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế khi sử dụng. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng loại máy EDM, qua tìm hiểu các doanh nghiệp sản xuất khuôn mẫu, sử dụng các máy và thiết bị gia công tia lửa điện EDM CNC, xét về mặt xác định chế độ công nghệ thì thấy có một số vấn đề sau: Các doanh nghiệp và cơ sở trong nước sử dụng máy EDM việc lập trình gia công do người lập trình thực hiện. Chế độ công nghệ để đạt được chất lượng bề mặt gia công (độ bóng và ứng suất dư bề mặt), được xác định bằng cách dựa vào các tài liệu 2 kèm theo máy hoặc được cài đặt vận hành theo kinh nghiệm của người vận hành máy điều chỉnh thông số.

Chính vì lẽ đó, chế độ công nghệ gia công trên máy chưa thể khẳng định là hợp lý. Vì vậy hiệu quả khai thác, sử dụng máy có nhiều hạn chế, chế độ công nghệ khi gia công trên máy cắt dây EDM CNC phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu chi tiết gia công (bề dày vật liệu, tính dẫn điện, tốc độ cắt, bước tiến và tích chất vật liệu…. Thép SKD11 là loại thép có hàm lượng hợp kim cao, gia công bằng phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn. Chính vì lẽ đó gia công bằng tia lửa điện (EDM), do thành phần hóa học, tính dẫn điện và nhiệt của thép SKD khác so với các thép carbon, làm cho năng suất và chất lượng gia công thay đổi.

Vì vậy cần nghiên cứu và tìm ra các giá trị công nghệ tối ưu để đảm bảo năng suất và chất lượng (độ nhám bề mặt, cũng như ứng suất dư trên bề mặt) khi gia công thép SKD11 trên máy cắt dây EDM CNC. Do đó, việc nghiên cứu xác định chế độ gia công bằng EDM CNC đối với thép SKD11 nhằm đạt chất lượng bề mặt gia công, thể hiện qua các tiêu chí độ nhám, và ứng suất dư bề mặt là cần thiết. Với những lý do đã được trình bày ở trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư và chất lượng bề mặt khi gia công khuôn trên máy cắt dây JSEDM » là cần thiết; nó tạo tiền đề cho việc nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý không anhe hưởng đến ứng suất dư và chất lượng bề mặt trên cơ sở dó tiến tới tối ưu hoá chế độ cắt khi cắt thép SKD11 góp phần nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy cắt dây trong sản xuất khuân mẫu và là cơ sở để nghiên cứu cho các vật liệu khác, trên cơ sở nghiên cứu bằng lý thuyết và thực nghiệm tạo ra một chế độ cắt cụ thể ứng với bề dày vật cắt khi cắt thép SKD11. Mục đích nghiên cứu Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài đã nêu ở trên chúng tôi đặt mục đích nghiên cứu là: - Nghiên cứu chế độ cắt của máy cắt dây EDM khi cắt thép SKD11 xét đến ảnh hưởng của nó đến ứng suất dư và độ nhám bề mặt.

3 - Đề xuất một chế độ cắt phù hợp khi cắt thép SKD11 bằng EDM. Từ đó có những khuyến cáo khi sử dụng công nghệ cắt thép SKD11 bằng điện cực EDM với các tấm thép có chiều dày khác nhau. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi và thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư và chất lượng bề mặt trên may cắt dây jsedm , đối với thép SKD11 có bề dày 17mm được lựa chọn để nghiên cứu chế độ cắt dây điện cực với môi trường dung môi, qui trình cắt tự động. Phạm vi ứng dụng khi cắt các thép SKD11 được mở rộng đến các vật liệu có chiều dày 20mm và độ cứng khác nhau.

Các thông số được quan tâm đến gồm: - Tốc độ chạy dây trong quá trình cắt, điện áp U. - Thời gian trễ td khoảng thời gian dòng điện tăng từ 0 đến l - Khoảng các xung tq khoangr thời gian giữa 2 xung liền kề, nó giúp cho phôi được làm mát và không xẩy ra hiện tượng hồ quang điện tại vùng gia công 4. Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết + Nghiên cứu lý thuyết để có được kết quả phân tích, tính toán dựa vào lý thuyết gia công bằng EDM để thiết lập điều kiện phóng điện + Dựa vào lý thuyết ứng dụng nhiễu xạ Tia x phân tích ảnh hưởng của vận tốc cắt tới ứng suất dư bề mặt trên máy cắt dây EDM - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm + Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong để xác định hàm mục tiêu, trên cơ sở đó thiết lập được tương quan giữa hàm mục tiêu với tham số ảnh hưởng. - Sử dụng phương pháp giải bài toán tối ưu để tìm ra chế độ cắt sử dụng hợp lý của máy cắt dây CNC.

- So sánh kết quả đo và kết quả tính để khẳng định độ tin cậy của kết quả tính theo lý thuyết điều kiện phóng điện. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Xác định được ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm khi 4 cắt thép SKD11 bằng điện cực dây - Xác định được ứng suất dư và độ nhám trên bề mặt sau khi cắt. - Cung cấp các khuyến cáo, hướng dẫn khi sử dụng công nghệ cắt bằng EDM để đạt hiệu quả cao trong thực tiễn sản xuất, chế tạo. Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan phƣơng pháp gia công bằng tia lửa điện Năm 1943, thông qua các nghiên cứu về tuổi bền của các thiết bị phóng điện, hai vợ chồng người Nga Lazarenko đã tìm ra phương pháp gia công bằng Tia lửa điện.

Họ sử dụng tia lửa điện để hớt đi 1 lớp vật liệu mà không phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu đó.Khi các tia lửa điện phóng ra thì một lớp vật liệu trên bề mặt phôi sẽ bị hớt đi bởi 1 quá trình điện - nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi Kim loại. Từ đó đến nay quá trình hớt vật liệu trong gia công tia lửa điện vẫn được coi là phức tạp liên quan đến khoảng cách khe hở phóng điện, đến thông tin về kênh plasma, về sự hình thành của cầu phóng điện giữa 2 điện cực, sự ăn mòn của cả 2 điện cực, .các nghiên cứu về hiện tượng phóng điện của các nhà khoa học đã làm cho công nghệ gia công tia lửa điện có những phát triển lớn trong những năm gần đây và đã ra đời thêm một số phương pháp gia công dùng nguyên lý của phương pháp gia công tia lửa điện [2]. Đặc điểm của gia công tia lửa điện. Gia công bằng tia lửa điện là phương pháp gia công bằng cách phóng điện ăn mòn trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện tạo ra do sự phóng điện, đặc điểm của phương pháp này đó là: - Điện cực (đóng vai trò dụng cụ) lại có độ cứng thấp hơn nhiều lần so với độ cứng của phôi.Điện cực là đồng, graphit, còn phôi là thép đã tôi hoặc hợp Kim cứng.

- Vật liệu dụng cụ và vật liệu phôi đều phải dẫn điện. 5 - Khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi, đó là nước hoặc một dung dịch không dẫn điện ở điều kiện bình thường. Có hai phương pháp gia công tia lửa điện được sử dụng rộng rãi trong công nhiệp đó là gia công tia lửa điện dùng cực định hình và gia công tia lửa điện bằng cắt dây. Phương pháp gia công bằng tia lửa điện tạo được các bề mặt định hình phức tạp là đường thẳng, đường cong, bề mặt profin phức tạp,…độ bóng bề mặt cao (Ra = 1.25µm) và độ chính xác cao (IT5).

Các vật liệu có thể gia công bằng tia lửa điện Hình 1. Thể hiện các vật liệu có thể gia công được bằng tia lửa điện. Bản chất vật lý của quá trình phóng điện phóng tia lửa điện.Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện Một điện áp được đặt giữa điện cực và phôi.Không gian giữa 2 điện cực đó được điền đầy bởi một chất lỏng cách điện gọi là chất điện môi. (Dielectric) 6 Cho 2 điện cực áp lại gần nhau, đến một khoảng cách nào đó thì xảy ra sự phóng Tia lửa điện.Một dòng điện xuất hiện 1 cách tức thời.

Khi phóng Tia lửa điện, các điện cực không tiếp xúc với nhau.Nếu chúng chạm vào nhau thì sẽ không có tia lửa điện mà sẽ xảy ra một dòng ngắn mạch, có hại đối với quá trình gia công.Nếu khe hở lớn quá thì lại không thể xảy ra sự phóng điện, làm giảm năng suất gia công.3 cho thấy diễn biến của điện áp và dòng điện ở một máy xung định hình, được sinh ra bởi một máy phát tĩnh, trong những khoảng thời gian xác định của chu kỳ xung. Đặc điểm của đồ thị này là dòng điện ie của xung bao giờ cũng xuất hiện trễ hơn một khoảng thời gian t d (độ trễ đánh lửa) so với thời điểm bắt đầu có điện áp máy phát u i. u e và ie là các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện khi phóng tia lửa điện.