PHẦN MỞ ĐẦU I. Giới thiệu Hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì sản phẩm cơ khí cũng ngày càng yêu cầu cao về chất lƣợng và hình dáng hình học. Do đó ứng dụng công nghệ mới luôn luôn là nhu cầu cần thiết của mọi nền sản xuất và mọi quốc gia. Đặc biệt đối với nền sản xuất cơ khí, các phƣơng pháp gia công truyền thống nhƣ: đúc, rèn, dập, tiện, phay, mài,.và những công nghệ nhƣ phay, tiện CNC không thể đáp ứng hết đƣợc yêu cầu ngày càng cao của sản phẩm cơ khí.
Ngày nay trong sản xuất và đời sống xuất hiện ngày càng nhiều các sản phẩm hoặc chi tiết có hình dáng hình học rất phức tạp, hoặc đƣợc làm từ các vật liệu có độ cứng cao rất khó gia công bằng các phƣơng pháp cắt gọt thông thƣờng. Vì vậy các phƣơng pháp gia công đặc biệt đã ra đời nhƣ: laser, tia nƣớc, tia nƣớc có hạt mài, siêu âm,.Trong đó, gia công EDM là một phƣơng pháp gia công đặc biệt đƣợc tìm ra vào năm 1943 do hai nhà khoa học ngƣời Nga là Boris và Natalya Lazarenko. EDM là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh Electrical Discharge Machine. Thực ra phƣơng pháp gia công tia lửa điện không phải là công nghệ mới đối với thế giới vì nó đƣợc áp dụng hơn một nửa thế kỷ qua.
Ngày nay nhờ sự phát triển của điều khiển số và công nghệ thông tin, công nghệ này đã đƣợc hiện đại hóa rất cao và đƣợc trang bị hệ thống điều khiển số CNC. Nhờ vậy mà các sản phẩm gia công bằng công nghệ EDM ngày càng có chất lƣợng, hình dáng đa dạng, kích thƣớc nhỏ để đáp ứng yêu cầu trong lĩnh vực vi mạch điện tử, hàng khôn vũ trụ, y tế, sinh học… Đề tài “Biên Soạn Tài Liệu Môn Học Gia Công Tia Lửa Điện EDM” đƣợc lựa chọn để làm rõ hơn nguyên lý gia công tia lửa điện EDM cũng nhƣ những ứng dụng rộng rãi của phƣơng pháp gia công đặc biệt này trong lĩnh vực cơ khí để phục vụ nhu cầu của con ngƣời. Mục đích đề tài Hiện nay sách về công nghệ gia công EDM ở trƣờng ta vẫn chƣa có. Vì vậy nhóm thực hiện đề tài nhằm mục đích có thêm tài liệu để hiểu rõ hơn về công nghệ gia công EDM.
Đối tƣợng nghiên cứu Lý thuyết gia công tia lửa điện EDM. Mục tiêu cần đạt đƣợc Tài liệu giảng dạy môn gia công tia lửa điện EDM. Các bƣớc đƣợc thực hiện 1 do an 2 do an PHẦN NỘI DUNG TÓM LƢỢC Electrical Discharge Machining (EDM) là kỹ thuật gia công đặc biệt đƣợc biết đến từ hơn 50 năm trƣớc. Nguyên lý hoạt động của nó là sử dụng hiệu ứng ăn mòn của điện cực bằng sự phóng điện liên tục đƣợc tạo ra trong một dung dịch chất điện môi.
EDM ngày nay đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Tuy nhiên, một vài nghiên cứu đã đƣợc thực hiện dựa trên bản chất sự phóng điện và plasma đƣợc tạo ra trong suốt quá trình này xảy ra. Những tiến bộ vƣợt trội của EDM, đặc biệt đối với gia công vi mô (micro-machining) đòi hỏi phải kiểm soát tốt hơn, có sự hiểu biết về sự phóng điện và sự tƣơng tác của nó đối với điện cực. Trong quá trình này, các giai đoạn khác nhau của EDM và các tính chất về EDM plasma đã đƣợc nghiên cứu có hệ thống bằng các phép đo điện, bằng hình ảnh và bằng thời gian- không gian và kết quả phân tích quang phổ quang học.
Giai đoạn trƣớc phá hủy trong nƣớc đƣợc đặc trƣng bởi sự tạo ra nhiều bọt khí hydro nhỏ, các bọt khí đƣợc tạo ra do quá trình điện phân. Bởi vì dòng bọt khí di chuyển dễ dàng hơn trong môi trƣờng khí, những bọt khí này có thể tạo thuận lợi cho quá trình phân hủy. Trong dầu, không có bọt khí đƣợc quan sát thấy. Do đó, cơ chế phá hủy trong dầu có thể đƣợc tăng mạnh do sự hiện diện của bọt khí trong khe hở điện cực.
Xung nhanh chóng của dòng điện và ánh sáng đƣợc đo đồng thời trong thời gian trƣớc khi phá hủy. Những xung này đặc trƣng cho sự chuyển động của các dòng khí trong dung dịch điện môi. Thời gian trƣớc khi phá hủy không phải là hằng số đối với thông số phóng điện, nhƣng phân bố theo một Weibull phân phối. Điều này cho thấy rằng sự phá hủy có tính chất ngẫu nhiên.
Sau sự phá hủy, plasma phát triển rất nhanh (<50 ns) và sau đó đƣợc giữ ổn định. Tia plasma có cƣờng độ mạnh đặc biệt trong 500 ns đầu tiên sau khi phá hủy và yếu dần trong các lần phóng điện còn lại, tùy thuộc vào cƣờng độ dòng điện. Trong khi khoảng cách chênh lệch đƣợc ƣớc tính là khoảng 10-100 µm, quá trình phóng điện kích thích một thể tích lớn xung quanh khoảng cách điện cực, điển hình là trong đƣờng kính khoảng 200 µm. Thể tích này tăng trong suốt quá trình phóng điện.
Bọt hơi nƣớc đƣợc tạo ra trong nƣớc và trong dầu do nhiệt tỏa ra từ plasma. Vào cuối quá trình phóng điện, plasma nổ tung và tan biến một cách nhanh chóng. Ánh sáng vẫn đƣợc phát ra sau quá trình phóng điện do các hạt kim loại nóng sáng từ sự ăn mòn của phôi. Nhiệt độ của chúng đƣợc đo khoảng 2'200K, chứng tỏ rằng chúng vẫn đang ở trong một trạng thái lỏng vào lúc ban đầu tính từ sau quá trình phóng điện.
3 do an Các phân tích quang phổ của ánh sáng plasma cho thấy một bức xạ Hα mạnh và liên tục, với nhiều dòng nguyên tử kim loại phát ra bởi các tạp chất đến từ điện cựcvà vật liệu phôi. Do đó các plasma EDM xuất phát từ các vết nứt của các phân tử điện môi (chủ yếu là hydro trong trƣờng hợp nƣớc và dầu), cùng với ô nhiễm(phoi) từ các điện cực. Sự ô nhiễm cao hơn một ít trong vùng lân cận của mỗi điện cực, và sự ô nhiễm từ các phôi tăng lên trong thời gian phóng điện có thể là do sự bay hơi. Nhiệt độ electron, đƣợc đo từ cƣờng độ dòng đồng bằng phƣơng pháp hai dòng, nhận đƣợc là thấp.
Nhiệt độ là khoảng 0,7 eV (~ 8'100 K) trong toàn bộ plasma, yếu hơn lúc bắt đầu phóng điện.Mật độ electron đã đƣợc đo dựa vào sự mở rộng hoàn toàn và thay đổi số đo của dòng Hα. Mật độ rất cao, đặc biệt là ở lúc bắt đầu phóng điện (> 2.1018 cm-3 trong micro giây đầu tiên). Sau đó, nó giảm dần theo thời gian, tuy nhiên vẫn còn lại ở trên 1016cm-3 sau 50ms. Trong suốt toàn bộ quá trình phóng điện, mật độ cao hơn một chút ở trung tâm plasma.
Các plasma EDM có mật độ cao nhƣ vậy bởi vì nó đƣợc hình thành từ một chất lỏng, và bởi vì nó liên tục chịu các áp lực tác động mạnh từ các chất lỏng xung quanh. Mật độ cực cao này tạo ra quang phổ bằng việc mở rộng mạnh các vạch quang phổ, đặc biệt là dòng Hα, và bằng một chuỗi liên tục. Trong micro giây đầu tiên khi mật độ của nó đạt tối đa, dòng quang phổ đƣợc mở rộng dẫn đến chúng đều đƣợc kết hợp thành một chuỗi liên tục. Nhiệt độ thấp và mật độ cao của plasma EDM làm cho nó yếu nên không lý tƣởng.
Một thông số liên kết điển hình Γ có giá trị thực là khoảng 0,3 đạt 0,45 trong micro giây đầu tiên. Trong plasma này, sự tƣơng tác Coulomb giữa các hạt mang điện là giống nhau trong cùng một thứ tự nhƣ năng lƣợng nhiệt trung bình của các hạt, dẫn đến các hiện tƣợng chuỗi liên kết. Kết quả quang phổ khẳng định không lý tƣởng của plasma EDM. Sự mở rộng mạnh và sự thay đổi của dòng Hα, hình dạng không đối xứng và cấu trúc phức tạp của nó, sự không có mặt của các dòng Hβ, và sự kết hợp của các vạch quang phổ đặc trƣng của plasma không lý tƣởng.
Các plasma EDM có tính chất vật lý nổi bật nhƣ thế, và tính chất vật lý có liên quan phức tạp đáng kinh ngạc. 4 do an Chƣơng 1TỔNG QUAN VỀ EDM Chƣơng 1 cung cấp cho sinh viên có kiến thức về lịch sử hình thành cũng nhƣ cấu tạo chung của các máy EDM cũng nhƣ các loại máy EDM và ứng dụng của từng loại máy trong các lĩnh vực. Sau khi đọc xong chƣơng này các sinh viên có khả năng: - Nêu đƣợc lịch sử hình thành của công nghệ EDM. - Phân loại đƣợc các loại máy EDM.
- Nhìn vào sơ đồ một máy xung định hình có thể nêu tên đƣợc các bộ phận cũng nhƣ trình bày đƣợc khả năng công nghệ và ứng dụng của máy gia công điện cực thỏi. - Nhìn vào sơ đồ một máy cắt dây có thể nêu tên đƣợc các bộ phận cũng nhƣ trình bày đƣợc khả năng công nghệ và ứng dụng của máy cắt dây EDM. - Trình bày đƣợc khả năng công nghệ và ứng dụng của máy khoan EDM. - Nhìn vào sơ đồ hệ thống công nghệ micro EDM phải nêu đƣợc tên các bộ phận có trong hệ thống.
- Trình bày đƣợc khả năng công nghệ và ứng dụng của máy khoan EDM.1 Lịch sử hình thành (EDM) 1.1 Lịch sử Các nguồn gốc lịch sử của EDM, trở lại ngày khi phát hiện ra sự phóng điện. Bên cạnh các tia lửa điện đƣợc tạo ra bằng các hiện tƣợng tự nhiên, cụ thể là sét, sản xuất tia lửa điện nhân tạo có mối liên hệ chặt chẽ với sự phát triển của các nguồn năng lƣợng điện. Những nghiên cứu đầu tiên của hiện tƣợng tĩnh điện đƣợc thực hiện bằng máy ma sát, trong suốt nửa đầu của thế kỷ 18. Sau đó, các tia lửa điện đầu tiên và xung vòng cung đƣợc sản xuất bằng "lọ Leyden", một loại hình đầu tiên của tụ điện đƣợc phát minh ở Đức và Hà Lan khoảng năm 1745 (xem hình 1.Sựphóng tia lửa điện mạnh hơn đã đƣợc tạo ra bằng cách đặt một vài lọ Leyden song song, để tạo ra một "pin".
Mặc dù các nhà khoa học ở giai đoạn này nhận thấy rằng bản chất của các tia lửa điện nhân tạo cũng giống nhƣ bản chất của sét, sự hiểu biết về các hiện tƣợng quan sát đƣợc là chƣa thật sự đầy đủ. Joseph Priestley (1733-1804), một nhà thần học và hóa học ngƣời Anh, là ngƣời đầu tiên khám phá vào năm 1766 miệng núi lửa ăn mòn bên trái do sự phóng điện trên bề mặt cực âm. Sau khi phóng điện, khoảng bốn mƣơi phít vuông, bằng một cục đồng nhẵn bóng, tôi vô tình quan sát thấy trên nó có một điểm tròn khá lớn, tâm của nó hầu nhƣ bị tan chảy ở bề mặt (.
