Mở đầu, 4 chương chính, kết luận và các phụ lục: Chƣơng 1 Tổng quan về phƣơng pháp gia c ng tia l a điện Tổng hợp quá trình hình thành và phát triển của phương pháp EDM và PMEDM. Tổng quan các nghiên cứu về EDM và đặc biệt là PMEDM, phân tích đánh giá những điểm còn tồn tại để xác định hướng nghiên cứu của luận án. Chƣơng 2 Cơ sở l thu ết gia c ng tia l a điện và gia c ng tia l a điện có trộn bột Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình EDM; PMEDM và quá trình xâm nhập nguyên tố hóa học vào bề mặt, quá trình hình thành cacbít trên bề mặt của chi tiết sau gia công. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng chính tới quá trình phóng tia lửa điện như: Dòng phóng tia lửa điện; thời gian phát xung; nồng độ bột, kích thước bột.
Đây là cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc nghiên cứu thực nghiệm và luận giải các hiện tượng xảy ra trong Chương 3 và Chương 4. Chƣơng 3 Nghiên cứu ảnh hƣởng của các th ng số c ng nghệ và nồng độ bột Cacbít vônphram trong dung d ch điện m i tới độ nhám bề mặt 7 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột tới độ nhám bề mặt. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng, luận giải các hiện tượng xảy ra đối với độ nhám bề mặt thu được. Đánh giá độ nhám bề mặt của phương pháp PMEDM so với phương pháp EDM.
Xây dựng mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt của phương pháp PMEDM và các yếu tố ảnh hưởng bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Chƣơng 4 Nghiên cứu ảnh hƣởng của các th ng số c ng nghệ và nồng độ bột Cacbít vônphram trong dung d ch điện m i tới sự xâm nhập của Vônphram và độ cứng tế vi bề mặt chi tiết Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột tới hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng, luận giải các hiện tượng xảy ra đối với hàm lượng vônphram xâm nhập vào bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt thu được. Đánh giá độ cứng tế vi bề mặt của phương pháp PMEDM so với phương pháp EDM.
Xây dựng mối quan hệ giữa hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Kiểm nghiệm mòn một số mẫu có chất lượng bề mặt tốt về cơ tính, phân tích đánh giá trong mối quan hệ tương hỗ. 8 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 1. L ch s hình thành, sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia l a điện 1.
L ch s hình thành Trong công nghệ gia công phi truyền thống, phương pháp gia công tia lửa điện (EDM) ra đời là một bước đột phá nhằm khắc phục được những điểm hạn chế của những công nghệ truyền thống. Cách đây gần 200 năm nhà nghiên cứu tự nhiên người Anh Joseph Priestley (1733-1809) trong các thí nghiệm của mình đã nhận thấy có hiện tượng ăn mòn vật liệu gây ra bởi sự phóng điện. Nhưng mãi đến năm 1943 tại Nga thông qua hàng loạt các nghiên cứu tuổi bền của các thiết bị đóng điện, hai vợ chồng Lazarenko người Nga mới tìm ra cánh cửa dẫn tới công nghệ gia công tia lửa điện theo [14], [4]. Họ bắt đầu sử dụng tia lửa điện để làm quá trình hớt đi kim loại 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 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 [28], [25]: Mài EDM; Micro EDM; gia công EDM có trộn bột hợp kim. Cho đến nay, phương pháp gia công này đã được phổ biến rộng rãi khắp nơi trên thế giới.
Nguyên tắc của phương pháp là bắn phá bề mặt 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. Trong thập niên 1960 đã có nhiều nghiên cứu sâu rộng về gia công EDM và đã giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến mô hình tính toán quá trình gia công EDM. Trong thập niên 1970 đã xảy ra cuộc cách mạng về gia công trên máy cắt dây EDM nhờ vào việc phát triển các máy phát xung công suất lớn, các loại dây cắt và các phương pháp sục chất điện môi hữu hiệu.
Hiện nay, các máy EDM đã được thiết kế khá hoàn chỉnh và quá trình gia công được điều khiển theo chương trình số. Với các thuật toán điều khiển mới, các hệ thống điều khiển CNC cho phép gia công đạt năng suất và chất lượng cao. Các máy gia 9 công tia lửa điện ngày nay được đặc trưng bởi mức độ tự động hóa cao. Các hệ điều khiển CNC trên thị trường hiện nay đã có những bước tiến vượt bậc và rất phổ biến.
Sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia l a điện - Ngày nay, phương pháp EDM được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gia công cơ khí. Có hai phương pháp gia công tia lửa điện chủ yếu là xung định hình và cắt dây tia lửa điện theo [14], [4]. Cả hai phương pháp trên được ứng dụng rộng rãi và đã có những đóng góp đáng kể cho sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại. Ngoài ra còn một số phương pháp khác đang trong quá trình nghiên cứu phát triển hoặc chuyên dùng cho chế tạo các sản phẩm đặc chủng.
Xung định hình (Die Sinking EDM ha Ram-EDM) Đây là phương pháp dùng các điện cực đã được tạo hình sẵn có hình dáng không gian bất kỳ để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi [14]. Phương pháp này được dùng để chế tạo khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực. như mô tả trên hình 1.1 Điện cực định hình Phôi Lòng khuôn Hình 1.1: Phương pháp gia công xung định hình [14] Theo [14] hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining -EDM) bao gồm có hai bộ phận chủ yếu: Máy công cụ và nguồn cung cấp điện. Máy công cụ gắn điện cực định hình (đóng vai trò là dao) và điện cực tiến tới bề mặt chi tiết gia công sinh ra một lỗ chép hình hình dạng của dụng cụ.
Chi tiết gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn điện cực thì gắn với đầu máy như mô tả trên hình 1. Động cơ servô trục Y 1b. Động cơ servô trục X 1c. Động cơ servô trục Z 2.
Đầu mang điện cực 3. Thùng chất điện môi 4. Bàn trượt dọc X 7. Bàn trượt ngang Y 8.
Hệ thống điều khiển servô 9. Màn hình vi deo 10. Tủ cấp điện và các cầu chì 11. Thùng chứa và xử lí chất điện môi 12.
Đường ống cấp chất điện môi 15. Ống thoát chất điện môi 16. Máy phát tia lửa điện 17. Khe hở phóng tia lửa điện Hình 1.2: Mô hình máy xung tia lửa điện [14] Một động cơ servo AC hoặc xylanh thủy lực để điều khiển điện cực theo phương thẳng đứng và duy trì một vị trí, khoảng cách thích hợp của điện cực so với chi tiết gia công.
Nguồn năng lượng cung cấp sản sinh ra một tần số cao, tạo ra một loạt tia lửa điện giữa điện cực và bề mặt chi tiết và bóc đi một lớp kim loại bởi sự ăn mòn của nhiệt độ và sự hóa hơi. Vị trí này được điều chỉnh một cách tự động với sự chính xác cao 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. Bề mặt chi tiết và điện cực đều bao bọc 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 sau khi 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, muội còn bám trên bề mặt giữa chi tiết và điện cực. Cắt dâ bằng tia lửa điện (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM) Là phương pháp dùng 1 dây dẫn điện có đường kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) cuốn liên tục và chạy theo 1 biên dạng định trước để tạo thành 1 vết cắt trên phôi theo [14].
Phương pháp này thường dùng để gia công các lỗ suốt có biên dạng phức tạp như các lỗ trên khuôn 11 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 dư ng kiểm,. như mô tả trên hình 1.3 Điện cực dây Phôi Hình 1.3: Phương pháp gia công xung cắt dây tia lửa điện [14] 1. Gia công EDM rung điện cực với tần số siêu âm (Ultrasonic vibration) Công nghệ này được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1980. Đây 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 kể tốc độ gia công khi gia công các lỗ nhỏ và siêu nhỏ theo tài liệu [60], [30], [29], [54]. Xung khô (Dry EDM) Chuyển động quay hoặc tịnh tiến Điện cực Dòng Hạt khí xỉ Phôi Vùng nóng chảy Hình 1.4: Phương pháp gia công dạng xung khô (Dry EDM) [56] 12 Trong EDM khô theo hình 1.4, công cụ điện cực được hình thành là ống vách mỏng. Khí áp suất cao hoặc không khí được cung cấp qua các ống.