CHƯƠNG 1 Chất lượng bề mặt bao gồm nhiều yếu tố, do nhiều thông số tác động với các mức độ khác nhau, như các thông số công nghệ, vật liệu, dụng cụ cắt. Do khuôn khổ giới hạn của luận văn thạc sĩ nên tác giả chỉ tập trung vào việc tìm hiểu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chỉ tiết khi gia công trên máy cắt dây tia lửa điện ARISTECH CW30, với vật liệu gia công là thép hợp kim cứng như: 9XC; 40X; XI12M. Các yếu tô của chất lượng bề mặt có ảnh hưởng đến chức năng làm việc của chỉ tiết theo từng mức độ nhất định. Do đó khi gia công các vật liệu này thì chất lượng bề mặt cần quan tâm đó là độ nhám bề mặt.
Trong các thông số tác động đến độ nhám bề mặt thì các thông số về chế độ gia công ảnh hưởng rõ nét nhất. Do vậy nội dung của đề tài chỉ tập trung xác định các thông số công nghệ của quá trình gia công ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công thép hợp kim có độ cứng cao như 9XC; 40X; X12M. Cụ thể là tìm mối quan hệ toán học giữa độ nhám bề mặt chỉ tiết với các chế độ gia công. TONG QUAN VE GIA CONG TIA LUA DIEN VA MAY CAT DAY TIA LUA DIEN Năm 1943, thông qua các nghiên cứu về tuôi 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 đề 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 "Lai” theo phương pháp gia công tia lửa điện.1 Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện Gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining - Viết tắt là EDM) là phương pháp gia công bằng phương pháp phóng điện ăn mòn trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được tạo ra do sự phóng điện giữa 2 điện cực.
a) Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện - Điện cực (đóng vai trò là dụng cụ cắt): có độ cứng thấp hơn nhiều lần so với vật liệu phôi. Vật liệu phôi thường là những vật liệu cứng và đã qua nhiệt luyện như thép đã tôi, các loại hợp kim cứng. Vật liệu điện cực thường là đồng, grafit. - Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi đều phải có tính chất dẫn điện tốt.
- Môi trường gia công: Khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi làm môi trường gia công. Đây là dung dịch không dẫn điện ở điều kiện làm việc bình thường. b) Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tỉa lửa điện Phương pháp gia công tia lửa điện có thê tạo được các mặt định hình là đường thẳng, đường cong, các rãnh định hình, các bên mặt có profin phức tạp. với độ bóng bề mặt tương đối cao (Ra = 0,63um.
5um) và độ chính xác cao.2 Các phương pháp gia công tia lửa điện Ngày nay, trong gia công cơ khí trên thế giới có 2 phương pháp gia công tia lửa điện chủ yếu, được ứng dụng rộng rãi và đã có những đóng góp đáng kề cho sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại đó là: a) Phuong phap gia công xung định hình Đây là phương pháp dùng các điện cực đã được chế tạo hình sẵn đề in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi (EDM - Die sinking) như hình 2. Phương pháp này được dùng đề chế tạo khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông. Ôiện cực định hình Hình 2.1 Sơ đồ gia công xung định hình. b) Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện Là phương pháp dùng 1 dây mảnh dẫn điện có đường kính nhỏ (0,1 - 0,3 mm) muốn liên tục và chạy theo 1 biên dạng định trước dé tạo thành 1 vết cắt trên phôi.
Phương pháp này thường dùng đề gia công các lỗ suốt có biên dạng phức tạp như các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các dưỡng kiểm.2 Sơ đồ gia công cắt dây tia lửa điện. c) Các phương pháp khác Ngoài 2 phương pháp gia công chủ yếu trên, ngày nay trên thế giới còn có một số phương pháp gia công sử dụng nguyên lý gia công bằng tia lửa điện như sau: -_ Gia công tỉa lửa điện dạng phay (MiHing EDM) Là phương pháp sử dụng một điện cực chuẩn, hình trụ quay đề thực hiện ăn mòn tỉa lửa điện theo kiểu phay. Sử dụng phương pháp này để gia công các hình dáng phức tạp do không phải chế tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện 10 cực chuẩn sau đó điều khiển cho điện cực cắt theo chương trình. -_ Phú bằng tia lửa điện (EDD): Là phương pháp sử dụng hiệu quả của sự ăn mòn tia lửa điện dé phủ lên các bánh mài sau thời gian sử dụng mài nghiền các vật liệu rắn.
Trong quá trình này, bánh mài phải có tính dẫn điện. Bánh mài kim cương liên kết kim loại thường được làm theo phương pháp này. Điện áp xung được đặt vào giữa điện cực và bánh mài, trong quá trình mài, tia lửa điện sinh ra sẽ bóc tách các cạnh sắc trên bánh mài. Quá trình này cũng được sử dụng để chế tạo bánh mài có hình dạng đặc biệt.
-_ Gia công EDM rung siêu Gm (Ultrasonic Aided EDM); Là phương pháp hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung điện cực dụng cụ với tần số rung bằng tần số siêu âm. Rung điện cực với tần số siêu âm giúp nâng cao khả năng công nghệ và tăng đáng kê tốc độ gia công khi gia công các lỗ nhỏ và siêu nhỏ. - Mài bằng phóng tia lửa dién (Abrasive Electrical Discharge Grinding) - AEDG): Là phương pháp gia công trong đó vật liệu được bóc tách nhờ tác dụng kết hợp của ăn mòn tia lửa điện và mài mòn cơ khí. -_ Gia công xung định hình siêu nho (MEDM): Là một xung định hình đặc biệt trong đó điện cực được quay với tốc độ lớn (tới 10.
Điện cực sử dụng trong MEDM có kích thước nhỏ và được chế tạo bằng các phương pháp gia công tia lửa điện khác. Phương pháp này dùng để gia công các lỗ siêu nhỏ với độ chính xác rất cao. -_ Cất dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM): Là phương pháp cắt dây sử dụng điện cực Tungsten có đường kính dây nhỏ dưới 10mn. Phương pháp dùng để gia công cắt dây các lỗ siêu nhỏ có kích thước 0,1.1mm, các vật liệu khó gia công, các chỉ tiết có chiều dày mỏng,.
hoặc dùng trong công nghệ chế tạo các chỉ tiết bán dẫn. -_ Gia công tỉa lửa điện theo kiểu dé chan (Mole EDM): Là một quá trình gia công đặc biệt cho phép gia công các hốc, rãnh dạng đường cong hoặc đường xuyến. Hình dáng điện cực được sử dụng trong phương pháp này giống như một thanh dẫn có thể uốn cong và một hệ thống nhận dạng. Người ta sử dụng sóng siêu âm để nhận dạng các đường hằm gia công trong chỉ tiết.
-_ Xung định hình với 2 điện cực quay: Là phương pháp sử dụng điện cực quay đề ăn mòn một phôi quay. Khi phối hợp chuyên động của điện cực và phôi sẽ tạo ra các hình dạng chỉ tiết khác nhau theo yêu cầu. Phương pháp này là phương pháp gia công siêu chính xác và độ bóng siêu cao.3 Nghiên cứu bản chất của phương pháp gia công tia lửa điện 2.1 Bán chất vật lý Thực chất của phương pháp gia công tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi nhờ tia lửa điện. Sơ đồ nguyên lý phương pháp gia công tia lửa điện được mô tả như sau: Điện cực Khe he, Thùng chứa Phôi(+) Chất điện môi Hình 2.
Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện Quá trình tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi cụ thể như sau: Một điện áp được đặt vào giữa điện cực và phôi, không gian giữa 2 điện cực được điền đầy bằng I chất lỏng cách điện gọi là chất điện môi (Dielectric). Khi hai điện cực tiến lại gần nhau khi khoảng cách đạt đến 1 giá trị tới han a = amin nao đó thì xảy ra hiện tượng phóng điện, một dòng điện được hình thành giữa 2 điện cực mà không hề có sự tiếp xúc giữa hai điện cực. Do đó sự xuất hiện của tia lửa điện đó đã bóc đi 1 lớp vật liệu trên bề mặt phôi tạo thành 1 vết cắt. Xét cụ thê diễn biến của một chu kỳ phóng điện diễn ra ở 3 pha như sau: Pha 1: Pha đánh lửa Máy phát tảng điện áp khởi động qua 1 khe hở (đóng điện áp máy phat Ui).
Dưới ảnh hưởng của điện trường, từ cực âm (điện cực) bắt đầu phát ra các điện tử (electron) va ching bi hút về phía cực dương (phôi) mật độ electron tăng gây ra tính dẫn điện cục bộ của dung dịch chất điện môi tại khe hở giữa 2 điện cực. Do bề mặt của điện cực và phôi không hoàn toàn phẳng nên điện trường sẽ mạnh nhất tại 2 điểm trên điện cực và phôi có khoảng cách gần nhất. Mặt khác do chất điện mi bi ion hoa nén I kênh phóng điện đột nhiên được hình thành và sự phóng ra tỉa lửa điện bắt đầu xảy ra. Pha 2: ở thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm, số lượng các phần tử dẫn điện (các electron và các ion dương) tăng lên rất cao và bắt đầu xuất hiện một dòng điện chạy qua môi trường giữa các điện cực.
Dòng điện này cung cấp 1 năng lượng khổng lồ làm cho dung dịch điện môi bốc hơi tạo ra bọt khí, các bọt khí này do áp suất đây chất điện môi sang 2 bên.