Đồ án Biên soạn tài liệu môn học gia công tia lửu điện EDM (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Biên soạn tài liệu môn học gia công tia lửu điện EDM (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ BIÊN SOẠN TÀI LIỆU MÔN HỌC GIA CÔNG TIA LỬU ĐIỆN EDM GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN MINH SVTH: NGUYỄN THIÊN HÙNG MSSV: 11144043 SVTH: PHAN ĐỨC TRIỀU MSSV: 11144103 S K L 0 0 3 8 5 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Công Nghệ Tự Động NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Minh Sinh viên thực hiện:Nguyễn Thiên Hùng MSSV: 11144043 Phan Đức TriềuMSSV: 11144103 1. Tên đề tài: . . . . 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: . . . . . . 3. Nội dung chính của đồ án: . . . . . . . . . . . . . . 4. Các sản phẩm dự kiến . . . . . . 5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) i
3. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: „„Biên Soạn Tài Liệu Môn Học Gia Công Tia Lửa Điện EDM‟‟ - Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Minh - Họ tên sinh viên: Nguyễn Thiên Hùng - MSSV: 11144043 Lớp: 111441B - Số điện thoại liên lạc: 01685637764 - Email: - Họ tên sinh viên: Phan Đức Triều - MSSV: 11144103 Lớp: 111442B - Số điện thoại liên lạc: 01692003217 - Email: trieuphanduc@gmail.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: ʻʻTôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệmˮ. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Ký tên ii
4. LỜI CẢM ƠN Đề tài đƣợc hoàn thành theo đúng thời hạn quy định và đạt đƣợc kết quả, không chỉ ở sự nổ lực của chính bản thân chúng em, mà còn nhờ vào sự yêu thƣơng tận tình giúp đỡ và hƣớng dẫn của quý Thầy Cô. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn: - Quý Thầy Cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, và nhất là quý Thầy Cô thuộc Bộ Môn Công Nghệ Tự Động đã hƣớng dẫn và truyền đạt kiến thức cho chúng em trong thời gian vừa qua. - Sự hƣớng dẫn và góp ý chân thành của Thầy Nguyễn Văn Minh. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy đã đồng hành cùng nhóm trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài này, mặc dù nhóm chúng em đã cố gắng hết sức nhƣng không thể tránh khỏi những thiếu xót. Rất mong nhận đƣợc sự nhận xét góp ý và chỉ dẫn của Thầy Cô. Một lần nữa nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn ! iii
5. TÓM TẮT Ngày nay trong sản xuất và đời sống ngày càng có nhiều các sản phẩm hay chi tiết có các hình dạng phức tạp hoặc các chi tiết đƣợc làm từ các vật liệu cứng rất khó cho việc gia công cắt gọt. Với những đặc điểm nhƣ trên các phƣơng pháp công nghệ truyền thống nhƣ: đúc, rèn, dập, tiện, phay không thể nào đáp ứng đƣợc. Vấn đề đặt ra là phải có công nghệ mới để gia công đƣợc các sản phẩm mà bằng các phƣơng pháp công nghệ truyền thống không làm đƣợc. Có rất nhiều công nghệ mới, chẳng hạn nhƣ gia công bằng tia nƣớc, laser, tia nƣớc có hạt mài Trong đó phƣơng pháp gia công tia lửa điện hay còn gọi là gia công EDM (Electrical Discharge Machining) là một trong những công nghệ mà đƣợc sử dụng rộng rãi ở Tây Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản Trong khoảng một thập kỷ trở lại đây, công nghệ gia công EDM đã thâm nhập vào Việt Nam. Các công ty sản xuất và nghiên cứu ở nƣớc ta đã sữ dụng các máy EDM ngày càng nhiều. Tuy nhiên việc hiểu biết về loại máy gia công EDM này vẫn còn khá xa lạ đối với các sinh viên bởi sự hạn chế về các nguồn tài liệu. Xuất phát từ nhu cầu đó, việc tìm hiểu và tìm kiếm tài liệu tiếng anh cũng nhƣ tham khảo các bài luận văn để cho ra một cuốn sách về công nghệ gia công tia lửa điện là hết sức cần thiết. Chính vì thế nhóm chúng em đã chọn đề tài “Biên Soạn Tài Liệu Môn Học Gia Công Tia Lửa Điện EDM”. Mặc dù nhóm thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đặt ra và đúng thời hạn nhƣng do còn hạn chế về kiến thức nên chắc chắc không thể tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế, mong quý Thầy Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Nhóm xin chân thành cảm ơn và mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của quý Thầy Cô và các bạn sinh viên cho đề tài này. Xin chân thành cảm ơn! iv
6. ABSTRACT Nowadays, in manufacture and daily life, there are more and more products and details that have complex shapes or are made from hard materials which make it difficult to cut. Because of those reasons, traditional methods such as casting, smithing, punching, turning, milling cannot meet the requirements of tasks. This lead to another thing that there is a demand for new processing methods to finish tasks while the older ones cannot do. There are a lot of new processing methods such as using water jet, laser, abrasive waterjet Among of these, the Electrical Discharge Machining or EDM is one of the most common technologies widely used in West Europe, North America and Japan About a decade ago, Electrical Discharge Machining came to Viet Nam. More and more manufacturers and researchers in our country are using EDM machines. However, knowledge of EDM machines is still unfamiliar with various students due to the limitation of trusted sources of materials. Because of that reason, the learning, searching materials written in English and the reference to relating theses in order to compile a book of Electrical Discharge Machining become essential. Therefore, our group has chosen the thesis whose name is “Compiling documents for Electrical Discharge Machining EDM”. Even though our group has completed the assignment in time, it is unavoidable to have some mistakes due to our restriction of knowledge. We hope that you might feel sympathy for us. Thank you for your time and consideration, and we hope to receive all comments and suggestions for this thesis. Thank you! v
7. MỤC LỤC LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii ABSTRACT v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xvii PHẦN MỞ ĐẦU 1 PHẦN NỘI DUNG 3 TÓM LƢỢC 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ EDM 5 1.1 Lịch sử hình thành (EDM) 6 1.1.1 Lịch sử 6 1.1.2 Đặc điểm của gia công tia lửa điện 10 1.2 Cấu tạo chung của các máy EDM 10 1.3 Phân loại các loại máy EDM 11 1.3.1 Máy EDM điện cực thỏi 11 1.3.2 Máy EDM điện cực dây 12 1.3.3 Máy khoan EDM 15 1.3.4 Gia công micro EDM 16 1.4 Khả năng công nghệ và ứng dụng của máy gia công EDM điện cực thỏi và điện cực dây 17 1.4.1 Khả năng công nghệ và ứng dụng của máy EDM gia công điện cực thỏi 17 1.4.2 Khả năng công nghệ và ứng dụng của máy EDM điện cực dây 18 1.4.3 Khả năng công nghệ và ứng dụng của máy khoan EDM 20 1.4.4 Khả năng công nghệ và ứng dụng của micro EDM. 20 Chƣơng 2 CƠ SỞ CÔNG NGHỆ CỦA EDM 23 2.1 Bản chất vật lý của quá trình phóng điện 24 2.2 Cơ cấu tách vật liệu 31 2.3 Đặc tính về điện của sự phóng điện 33 2.3.1 Điện áp đánh lửa Uz 33 2.3.2 Điện áp phóng tia lửa điện Ue 34 vi
8. 2.3.3 Dòng phóng tia lửa điện Ie 34 2.3.4 Độ dài xung ti 34 2.3.5 Khoảng cách xung to 36 2.3.6 Tần số phóng điện 36 2.4 Nguyên Lý Gia Công Máy EDM 37 2.4.1 Nguyên lý gia công điện cực thỏi 37 2.4.2 Nguyên lý gia công điện cực dây 39 2.5 Lƣợng hớt vật liệu. 41 2.6 Độ chính xác tạo hình khi gia công tia lửa điện 42 2.7 Các hiện tƣợng xấu khi gia công tia lửa điện 43 2.7.1 Hiện tƣợng hồ quang 43 2.7.2 Ngắn mạch, sụt áp 43 2.7.3 Xung mạch hở, không có dòng điện 44 2.7.4 Sự quá nhiệt của chất điện môi. 44 Chƣơng 3 CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNGĐỊNH HÌNH 46 3.1 Dòng phóng tia lửa điện Ie: 47 3.2 Độ dài xung ti: 47 3.3 Khoảng cách xung to 48 3.4 Điện áp đánh lửa Uz 49 3.5 Khe hở phóng điện: 50 3.6 Yếu tố điều chỉnh tham khảo REP 51 3.7 Độ nhạy cảm điều khiển khe hở VM 52 3.8 Sự phóng điện nốt khi kết thúc gia công ERE 53 Chƣơng 4ẢNH HƢỞNG CÁC THÔNG SỐ ĐẾN CÁC YẾU TỐ GIA CÔNG 55 4.1 Ảnh hƣởng các thông số đến năng suất bóc vật liệu (Material Remote Rate MRR) 56 4.1.1 Ảnh hƣởng của tốc độ cắt Vs 56 4.1.2 Ảnh hƣởng của độ căng dây 56 4.1.3 Ảnh hƣởng của tần số phóng điện 57 4.1.4 Ảnh hƣởng của chiều dày chi tiết 57 vii
9. 4.1.5 Ảnh hƣởng của áp lực chất điện môi 57 4.1.6 Ảnh hƣởng của các yếu tố đầu vào tác động lên MRR 58 4.2 Ảnh hƣởng của các thông đến độ nhám bề mặt 60 4.2.1 Ảnh hƣởng của năng suất bóc vật liệu lên độ nhám bề mặt 61 4.2.2 Ảnh hƣởng của chiều dày phôi h, dòng phóng điện Ie và thời gian xung ti lên độ nhám bề mặt 62 4.2.3 Ảnh hƣởng của chất lƣợng bề mặt điện cực lên độ nhám bề mặt 66 4.3 Ảnh hƣởng của các thông số đến độ mòn điện cực 68 4.3.1 Ảnh hƣởng của vật liệu điện cực và vật liệu chi tiết gia công đến độ mòn điện cực 69 4.3.2 Ảnh hƣởng của dòng điện Ie đến độ mòn điện cực 69 4.3.3 Ảnh hƣởng của độ dài xung đến độ mòn điện cực 69 4.3.4 Ảnh hƣởng của chuyển động điện cực đến độ mòn điện cực 70 4.3.5 Ảnh hƣởng của chất lƣợng vật liệu điện cực đến độ mòn điện cực 70 4.3.6 Ảnh hƣởng của cách đấu cực đến độ mòn điện cực 71 4.4 Ảnh hƣởng các thông số gia công đến biên dạng gia công 72 Chƣơng 5: CHẤT ĐIỆN MÔI VÀ HỆ THỐNG DÒNG CHẢY 75 5.1 Nhiệm vụ của chất điện môi 76 5.1.1 Cách điện giữa hai điện cực: 76 5.1.2 Iôn hóa 76 5.1.3 Làm nguội 76 5.1.4 Vận chuyển phoi 77 5.2Các loại chất điện môi và tiêu chuẩn đánh giá 77 5.2.1 Các loại chất điện môi 77 5.2.2 Tiêu chuẩn đánh giá 77 5.3 Các loại dòng chảy chất điện môi 78 5.4 Các lỗi dòng chảy 84 5.5 Ảnh hƣởng của chất điện môi lên kết quả gia công 84 5.6 Hệ thống lọc chất điện môi 84 Chƣơng 6: ĐIỆN CỰC VÀ VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC 86 viii
10. 6.1 Yêu cầu của vật liệu điện cực 87 6.2 Các loại vật liệu điện cực 87 6.3 Kích thƣớc điện cực 93 6.4 Quy trình chế tạo vật liệu Graphit 95 6.5 Chế tạo điện cực gia công bằng phƣơng pháp xung định hình 97 6.6 Ảnh hƣởng của cặp điện cực/phôi đến MRR, EW, SR 101 6.6.1 Sự chuẩn bị phôi và dụng cụ 101 6.6.2 Ảnh hƣởng của độ phân cực đến MRR, EWR và SR 103 Chƣơng 7: MÕN ĐIỆN CỰC VÀ TÍNH TOÁN MÕN ĐIỆN CỰC 105 7.1 Các kiểu mòn điện cực và nguyên nhân gây mòn. 106 7.2 Tính toán mòn điện cực 110 7.3 Ảnh hƣởng của mòn điện cực 111 7.4 Các biện pháp làm giảm độ mòn điện cực 111 Chƣơng 8: GIA CÔNG CẮ T DÂY EDM 113 8.1 Công dụng của gia công tia lửa điện cắt dây 114 8.2 Cấu hình trục cho máy cắt dây 114 8.3 Sƣ ̣ thƣc̣ hiêṇ quá trình cắt dây 116 8.4 Các loại dây điện cực 116 8.4.1 Loại không có lớp phủ 117 8.4.2 Loại có lớp phủ 117 8.5 Sƣ ̣ thoát phoi khi cắt dây 119 8.6 Độ chính xác khi gia công cắt dây 120 8.7 Các sai số cố hữu của profin khi cắt dây 122 8.8 Điều khiển liên hê ̣ngƣơc̣ khi cắt dây 122 8.9 Nhám bề mặt khi cắt dây 123 8.10 So sánh cắt dây với các phƣơng pháp không truyền thống khác. 124 Chƣơng 9: CƠ SỞ HÌNH HỌC VÀ CƠ SỞ LẬP TRÌNH CNC KHI GIA CÔNG EDM 126 9.1 Các khái niệm ban đầu 127 9.2 Tọa độ C 130 9.3 Cơ sở lập trình 131 ix
11. 9.4 Ngôn ngữ lập trình 134 9.5 Trình tự lập trình 135 9.6 Sự lập trình của các máy gia công tia lửa điện CNC 139 Chƣơng 10: ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 153 10.1 Các loại thiết bị của công nghệ EDM 154 10.2 Nhiệm vụ khả năng công nghệ của các loại thiết bị 155 10.2.1 Các động cơ servo 155 10.2.2 Hệ thống điều khiển 155 10.2.3 Máy phát 156 10.2.4 Hệ thống đo đƣờng thẳng bộ dẫn hƣớng dây cắt và phụ tùng đồ gá. 157 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 159 TÀI LIỆU THAM KHẢO 160 x
12. DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1. 1: Thông số kỹ thuật của máy khoan lỗ nhỏ xung EDM [DB703] 15 Bảng 4.1: Bảng trả lời cho tỷ số nhiễu tín hiệu đối với MRR 59 Bảng 4.2: Các phân tích khác nhau của (ANOVA) cho MRR 60 Bảng 4.3: Hệ số giảm ăn mòn (nhiệt) Cm của một số vật liệu 62 Bảng 4.4: Thông số cài đặt thí nghiệm ảnh hƣởng của chiều dày phôi h đến độ nhám bề mặt . 63 Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của chiều dày phôi h đến độ nhám bề mặt 63 Bảng 4.6: Thông số cài đặt thí nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng điện Ie đến độ nhám bề mặt 64 Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng điện Ie đến độ nhám bề mặt: 64 Bảng 4.8: Thông số cài đặt thí nghiệm ảnh hƣởng của thời gian xung ti đến độ nhám bề mặt 65 Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của thời gian xung ti đến độ nhám bề mặt 65 Bảng 4.10: Các giá trị đo bề mặt theo các phƣơng pháp khác nhau 67 Bảng 4.11: Độ nhám đạt đƣợc khi gia công EDM 68 Bảng 4.12: Hƣớng dẫn đấu cực điện cực dụng cụ 71 Bảng 4.13: Sự mòn góc của các loại điện cực với những cách đấu khác nhau: 71 Bảng 6.1: Các loại Graphit của các nhà chế tạo khác nhau 91 Bảng 6.2: Tính chất vật lý của một số vật liệu làm điện cực 92 Bảng 6.3: Lựa chọn vật liệu điện cực 92 Bảng 6.4: Kích thƣớc và khối lƣợng tiêu chuẩn của điện cực 94 Bảng 6.5: Các thông số ảnh hƣởng đến MRR, EWR, SR 102 Bảng 7.1: Kết quả thí nghiệm so sánh độ mòn điện cực sau thời gian gia công t [phút] 107 xi
13. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Các bản phác họa về miệng núi lửa ăn mòn trên bề mặt điện cực âm, đƣợc quan sát bởi Joseph Priestley năm 1766 - Tấm đƣợc khắc họa bởi Alessandro Volta gửi đến Joseph Priestley, cho thấy các tia lửa đƣợc tạo ra bằng cách ngắn mạch của một lọ Leyden (1775). 6 Hình 1.2: (a) đèn hồ quang carbon đầu tiên trong không khí (trái) và bình thủy tinh chân không (phải), còn đƣợc gọi là "mìn điện Davy" hay "de la Rive mìn điện", (b) Công bố chứng minh về phóng điện hồ quang carbon bởi Humphry Davy tại Viện Hoàng gia London (đầu thế kỷ 19). Những hình ảnh dƣới đây cho thấy các tầng hầm có một pin lớn, đƣợc sử dụng để tạo ra sự phóng điện. 7 Hình 1.3: 50 năm phát triển của máy EDM: Eleroda D1 (1955) và Robofil 2050 TW (2005) từ Charmilles (hình ảnh công nghệ Charmilles). 8 Hình 1.4: Ví dụ về các chi tiết đƣợc gia công bằng EDM: tuabin tốc độ cao và khuôn ren của cổ chai đƣợc sản xuất bằng điện cực thỏi; khuôn để sản xuất nhựa và vi phụ tùng đƣợc sản xuất bằng điện cực dây. 9 Hình 1. 5: Sơ đồ một máy xung định hình. 10 Hình 1.6: Máy gia công EDM điện cực thỏi CNC. 12 Hình 1.7: Sơ đồ máy cắt dây. 13 Hình 1.8: Hình dáng bên ngoài của máy cắt dây EDM. 14 Hình 1.9: Cấu hình trục máy cắt dây CNC. 14 Hình 1.10: Máy khoan lỗ nhỏ xung EDM [DB703]. 15 Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống vi EDM 16 Hình 1.12: Máy micro EDM. 17 Hình 1.13: Gia công hốc bên trong với điện cực đặc biệt. 18 Hình 1.14: Một số dạng chi tiết đƣợc gia công bằng cắt dây EDM. 18 Hình 1.15: Hình ảnh dây cắt và chi tiết gia công. 19 Hình 1.16: Hình ảnh biên dạng cắt của dây cắt. 20 Hình 1.17: Hình ảnh khoan EDM. 20 Hình 1.18: Đầu phun cho động cơ phun diesel; b) Bánh răng nhựa để sản xuất đồng hồ 21 Hình 1.19: Khuôn bánh răng nhỏ có đƣờng kính ngoài 600µm và độ sâu 100µm. 21 Hình 1.20: Một ký hiệu của 'mekatronik' và hình dạng 'M' đƣợc gia công. 21 Hình 1.21: Thƣớc micro có độ sâu 1mm đƣợc gia công bằng cách sử dụng điện cực có đƣờng kính 400µm. 22 Hình 1.22: Lô gô bộ môn Cơ Điện Tử đƣợc gia công trên một tấm kim loại có độ sâu 100µm. 22 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện. 25 Hình 2.2: Bƣớc 1. 25 xii
14. Hình 2.3: Bƣớc 2. 26 Hình 2.4: Bƣớc 3. 26 Hình 2.5: Bƣớc 4. 27 Hình 2.6: Bƣớc 5. 27 Hình 2.7: Bƣớc 6. 28 Hình 2.8: Bƣớc 7. 28 Hình 2.9: Bƣớc 8. 29 Hình 2.10: Bƣớc 9. 29 Hình 2.11: Các loại xung khác nhau. 30 Hình 2.12: Quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong một xung 31 Hình 2.13:Thời gian xung trong một chu kỳ. 31 Hình 2.14: Diễn biến của một quá trình phóng tia lửa điện 33 Hình 2.15: Ảnh hƣởng của thời gian phóng tia lửa điện te đến năng suất Vw. 34 Hình 2.16: Ảnh hƣởng của thời gian phóng tia lửa điện te đến độ nhám bề mặt Ra. 35 Hình 2.17: Ảnh hƣởng của thời gian phóng tia lửa điện te đến độ hao mòn dụng cụ θ. 36 Hình 2.18: Ảnh hƣởng tần số đến bề mặt gia công. 37 Hình 2.19: Nguyên lý gia công điện cực thỏi. 39 Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý gia công điện cực dây. 39 Hình 2.21: Bề mặt khi gia công bằng dây cắt đồng thau và dây cắt đƣợc phủ kẽm. 40 Hình 2.22: Khác biệt giữa gia công bằng điện cực thỏi và gia công bằng dây cắt. 41 Hình 2.23: Miệng núi lửa đƣợc hình thành khi gia công. 41 Hình 2.24: Quá trình hình thành lỗ khoan bằng tia lửa điện. 42 Hình 2.25: Hiện tƣợng hồ quang điện. 43 Hình 2.26: Hiện tƣợng ngắn mạch, sụt áp. 44 Hình 2.27: Hiện tƣợng mạch hở, không có dòng điện. 44 Hình 3.1: Điện cực dụng cụ là CuW đƣợc tích điện dƣơng. Kết quả khi thay đổi dòng Ie = 2, 4, 8 khi te = 50 µs. 47 Hình 3.2: Mối quan hệ giữa Vw và ti. 47 Hình 3.3: Mối quan hệ giữa θ và ti. 48 Hình 3.4: Mối quan hệ giữa Rmax và ti (với ti = td + te). 48 Hình 3.5: Ảnh hƣởng của ti và t0 đến năng suất gia công. 49 Hình 3.6: Quan hệ giữa hiệu điện thế U và khoảng cách giữa 2 điện cực khi phóng điện. 49 Hình 3.7: Vai trò của việc điều khiển khe hở phóng điện. 50 Hình 3.8: Điều khiển servo. 51 Hình 3.9: Yếu tố điều chỉnh tham khảo REP. 52 Hình 3.10: Độ nhạy cảm điều chỉnh khe hở VM. 53 Hình 3.11: Sự phóng điện nốt. 54 xiii
15. Hình 4.1: Mối quan hệ giữa tốc độ cắt với độ căng dây. 56 Hình 4.2: Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện và tần số phóng điện đến năng suất bóc kim loại và nhám bề mặt. 57 Hình 4.3: So sánh tốc độ gia công EDM của một số Graphit điển hình. 58 Hình 4.4: Các thông số ảnh hƣởng đến năng suất bóc vật liệu. 59 Hình 4.5: Đồ thị tỷ số S/N cho MRR theo Vg, Ip, t và Vg. 60 Hình 4.6: Nhám bề mặt khi gia công tia lửa điện. 61 Hình 4.7: Ảnh hƣởng của năng suất bóc vật liệu đến Ra. 62 Hình 4.8: Bề mặt thực và hình dáng “miệng núi lửa” khi gia công tia lửa điện 62 Hình 4.9: Sơ đồ thực nghiệm đo độ nhám bề mặt. 63 Hình 4.10: Biểu đồ kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của chiều dày phôi lên độ nhám bề mặt. 64 Hình 4. 11: Biểu đồ kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng điện Ie đến độ nhám bề mặt. 65 Hình 4.12: Biểu đồ thí nghiệm ảnh hƣởng của thời gian xung ti đến độ nhám bề mặt. 65 Hình 4.13: Đặc trƣng về bề mặt sau gia công của các loại Graphit khác nhau. 67 Hình 4.14: Đồ thị mối quan hệ giữa độ mòn điện cực và độ dài xung. 70 Hình 4.15: So sánh độ mòn mặt bên giữa điện cực chuyển động hành tinh và điện điện cực không chuyển động hành tinh. 70 Hình 4.16: Đặc trƣng về mòn mặt đầu của các loại Graphit khác nhau. 71 Hình 4.17: Khe hở phóng điện. 73 Hình 4.18: Biên dạng gia công hình chữ nhật và hình tròn. 73 Hình 5.1: Chất điện môi đƣợc đƣa qua lỗ trên điện cực. 79 Hình 5.2: Chất điện môi đƣợc đƣa qua lỗ dƣới đáy phôi. 80 Hình 5.3: Ảnh hƣởng của phóng điện bổ sung. 80 Hình 5.4: Dòng chảy bên ngoài. 81 Hình 5.5: Dòng chảy hút qua điện cực. 82 Hình 5.6: Dòng chảy hút qua phôi. 82 Hình 5.7: Dòng chảy nhấp, điện cực di chuyển lên xuống. 83 Hình 5.8: Dòng chảy do điện cực xoay. 84 Hình 6.1: Hình ảnh điện cực. 88 Hình 6.2: Xác định kích thƣớc điện cực. 93 Hình 6.3: Hình ảnh vật liệu Graphit. 95 Hình 6.4: Quy trình chế tạo graphit. 96 Hình 6.5: Gia công lòng khuôn phức tạp bằng 3 điện cực trong 3 giai đoạn. 98 Hình 6.6: Hình ảnh một số loại điện cực. 99 Hình 6.7: Quỹ đạo đạo chuyển động 2, 3 chiều của các loại điện cực điển hình: 100 Hình 6.8: Một số kiểu chuyển động hành tinh. 101 xiv
16. Hình 7.1: Sơ đồ thí nghiệm về độ mòn điện cực khi gia công 4 loại vật liệu khác nhau. 106 Hình 7.2: Hình ảnh thực tế điện cực đồng ( s = 0.5mm) trƣớc khi gia công (a) và sau khi gia công một khoảng thời gian ( b: t = 10 phút,c: t = 40 phút ). 106 Hình 7.3: Sự mòn điện cực. 108 Hình 7.4: Từ trƣờng điện có xu hƣớng tập trung ở các góc. 109 Hình 7.5: Minh họa về độ mòn điện cực. 111 Hình 8.1: Môṭ số hình ảnh gia công bằng EDM điêṇ cƣc̣ dây. 114 Hình 8.2: Cấu hình 5 trục máy cắt dây CNC. 115 Hình 8.3: a) Cấu hình truc̣ XYUV, b) cấu hình truc̣ XYQR. 116 Hình 8.4: Cuôṇ dây cắt. 117 Hình 8.5: Loại dây không có lớp phủ. 117 Hình 8.6: Loại dây có lớp phủ. 118 Hình 8.7: Dụng cụ và thiết bị chất điện môi. 118 Hình 8.8: Các trƣờng hợp khó khăn đối với dòng chảy đồng trục. 120 Hình 8.9: Sự cân bằng lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc 122 Hình 8.10: Khe hở phóng điện trong gia công cắt dây EDM. 124 Hình 9.1: Quy tắc xác định chiều trục X, Y, Z. 127 Hình 9.2: Hệ tọa độ máy của một máy xung định hình. 128 Hình 9.3: Hệ tọa độ phôi. 129 Hình 9.4: a) Kích thƣớc tuyệt đối; b) Kích thƣớc gia số. 130 Hình 9.5: a) Kích thƣớc tuyệt đối; b) Kích thƣớc gia số. 130 Hình 9.6: Quy tắc bàn tay phải xác định chiều của ba trục quay thứ nhất A, B, C. 131 Hình 9.7: Tọa độ C và trục gốc góc (trục +X). 131 Hình 9.8: Thực đơn trong màn hình soạn thảo. 132 Hình 9.9: Danh mục trên máy cắt dây AP500. 133 Hình 9.10: Máy CNC EDM gia công xung định hình. 134 Hình 9.11: Kích thƣớc lòng khuôn cần và kích thƣớc gia công phôi. 138 Hình 9.12: Hình ảnh máy cắt dây AP500. 140 Hình 9.13: Ví dụ về G02 và G03 nội suy sử dung I và J. 144 Hình 9.14: Nội suy cung tròn R. 145 Hình 9.15: Ví dụ về gia công chi tiết 0.5 inch vuông. 149 Hình 9.16: Ví dụ về gia công chi tiết 0.5 inch vuông kết hợp bán kính 0.1 inch vào đƣờng cắt. 150 Hình 10.1: Thiết bị EDM. 154 Hình 10.2: Động cơ servo. 155 Hình 10.3: Sơ đồ khối máy phát xung. 156 Hình 10.4: Sơ đồ nguyên lý mạch điện máy phát xung kiểu Lazarenko. 156 xv
17. Hình 10.5: Sơ đồ nguyên lý máy phát xung. 157 Hình 10.6: Bộ dẫn hƣớng dây cắt. 157 Hình 10.7: Các thanh kẹp, tấm kẹp bằng thép không gỉ. 158 Hình 10.8: Một số mỏ kẹp và êtô bằng thép không gỉ. 158 xvi
18. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT EDM ElectricalDischargeMachining NC Numerical Control CNC ComputerNumericalControl CAD ComputerAided Design CAM Computer AidedManufacturing MRR Material Remote Rate SR Surface Roughness S/N Signal to Noise ratio ANOVA AnalysisOf Variance EW EndWear EWR EndWearRatio CW CornerWear CWR CornerWearRatio VW VolumeWear SW SurfaceWear IPG Intelligent Power Generat xvii
19. 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. II. 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. III. Đối tƣợng nghiên cứu Lý thuyết gia công tia lửa điện EDM. IV. Mục tiêu cần đạt đƣợc Tài liệu giảng dạy môn gia công tia lửa điện EDM. V. Các bƣớc đƣợc thực hiện 1
20. 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
21. S K L 0 0 2 1 5 4