Nghiên cứu ảnh hưởng của độ võng dây tới độ chính xác hình học bề mặt trụ khi gia công trên các máy cắt dây tia lửa điện

- 1-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp


ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP









LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

“Nghiên cứu ảnh hưởng của độ võng dây tới độ chính xác hình học bề mặt trụ
khi gia cơng trên các máy cắt dây tia lửa điện”





Ngành
: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã Số
: 60520103
Học Viên

: NGUYỄN QUANG HỢP
Ngƣời HD khoa học
: PGS.TS NGUYỄN ĐĂNG HỊE













- 2-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

THÁI NGUN - 2013

LỜI CAM ĐOAN


Tơi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân tơi
thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng H. Ngồi tài
liệu tham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và
chưa được ai cơng bố trong bất cứ cơng trình nào khác.

Thái Ngun, ngày 26 tháng 3 năm 2013.

Ngƣời thực hiện



Nguyễn Quang Hợp

- 3-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp




LỜI CẢM ƠN

Cùng với xu thế phát triển của xã hội, các ngành khoa học kỹ thuật cũng có
những bước tiến vượt bậc. Đặc biệt là sản xuất cơ khí hiện đại đã dần dần thay thế
sản xuất truyền thống , các sản phẩm cơ khí ngày càng đòi hỏi độ chính xác, độ tin
cậy cao.
Với mong muốn nâng cao độ chính xác của các sản phẩm gia cơng trên máy
cơng cụ nói chung và máy cắt dây nói riêng. Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS
Nguyễn Đăng H, tác giả đã thực hiện đề tài : “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ
võng dây tới độ chính xác hình học bề mặt trụ khi gia cơng trên các máy cắt dây tia
lửa điện”. Trong thời gian thực hiện đề tài, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn
của nhà Trường, các Khoa, các Phòng, Ban chức năng, các thầy cơ giáo và các bạn
đồng nghiệp.
Tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Đăng H,
Đại Học Thái Ngun đã tận tình hướng dẫn trong q trình thực hiện luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa sau đại học, các giáo
viên giảng dạy và các đồng nghiệp.
Tác giả chân thành cảm ơn các giảng viên phòng thí nghiệm tại Trường Đại
Học Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Thái Ngun đã tạo điều kiện về thiết bị và giúp đỡ
trong q trình sử dụng thiết bị để thực hiện luận văn.
Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc

chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót. Tác giả mong nhận được những ý kiến
đóng góp từ các thầy cơ giáo và các đồng nghiệp để Luận văn được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn !
Thái ngun, ngày 26 tháng 3 năm 2013




- 4-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp





MỤC LỤC
Trang

PHẦN MỞ ĐẦU 10
1. Tính cấp thiết của đề tài 10
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 11
2.1. Ý nghĩa khoa học: 11
2.2. Ý nghĩa thực tiễn: 12
3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12
3.1. Mục đích của đề tài 12
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12
4. Nội dung luận văn 13
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN 14

1.1. Đặc điểm của phương pháp gia cơng tia lửa điện 15
1.1.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia cơng tia lửa điện 15
1.1.2. Khả năng cơng nghệ của phương pháp gia cơng tia lửa điện 15
1.2. Các phương pháp gia cơng tia lửa điện 15
1.2.1. Phương pháp gia cơng xung định hình 15
1.2.2. Phương pháp gia cơng cắt dây bằng tia lửa điện 15
1.2.3. Các phương pháp khác 16
1.3. Các hướng nghiên cứu chính về cắt dây 18
1.3.1 Tối ưu hố các tham số của q trình 18
1.3.2. Giám sát và điều khiển q trình 19
1.4. Cơ sở cơng nghệ của q trình gia cơng tia lửa điện 20
1.4.1. Cơ sở cơng nghệ 20
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình gia cơng tia lửa điện 25
1.5. Lượng hớt vật liệu khi gia cơng tia lửa điện 34
- 5-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

1.6. Chất lượng bề mặt 34
1.6.1. Độ nhám bề mặt 35
1.6.2. Vết nứt tế vi và các ảnh hưởng về nhiệt 35
1.7. Độ chính xác tạo hình khi gia cơng tia lửa điện 37
1.8. Các hiện tượng xấu khi gia cơng tia lửa điện 37
1.8.1. Hồ quang 38
1.8.2. Ngắn mạch, sụt áp 38
1.8.3. Xung mạch hở, khơng có dòng điện 39
1.8.4. Sự q nhiệt của chất điện mơi 40
1.9. Các yếu tố khơng điều khiển được 40
1.9.1. Nhiễu hệ thống 40

1.9.2. Nhiễu ngẫu nhiên 41
1.10. Chất điện mơi trong gia cơng tia lửa điện 41
1.10.1. Nhiệm vụ của chất điện mơi 41
1.10.2. Các loại chất điện mơi 42
1.10.3. Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện mơi 43
1.10.4. Các loại dòng chẩy của chất điện mơi 44
1.10.5. Hệ thống lọc chất điện mơi 47
CHƢƠNG 2: MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN ĐỘ
CHÍNH XÁC GIA CƠNG 45
2.1. Sơ bộ về máy cắt dây tia lửa điện 45
2.1.1. Cơng dụng của máy cắt dây 46
2.1.2. Đặc điểm của phương pháp gia cơng cắt dây tia lửa điện 47
2.2. Điện cực và vật liệu điện cực 48
2.2.1. u cầu của vật liệu điện cực 48
2.2.2. Các loại dây điện cực 48
2.3. Sự thốt phoi trong cắt dây tia lửa điện 49
2.4. Nhám bề mặt khi cắt dây 50
2.5. Các thơng số về điện trong điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 51
2.5.1. Dòng phóng tia lửa điện I
e
và bước của dòng điện 51
- 6-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

2.5.2. Độ kéo dài xung t
i
51
2.5.3. Khoảng cách xung t

0
51
2.5.4. Điện áp đánh lửa U
i
51
2.5.5. Khe hở phóng điện 51
2.6. Lập trình gia cơng trên máy cắt dây 52
2.6.1. Các trục điều khiển và hệ toạ độ – Số trục điều khiển của máy cắt dây 52
2.6.2. Các chức năng “G” 54
2.7. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia cơng 64
CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘ VÕNG DÂY ĐẾN ĐỘ
CHÍNH XÁC BỀ MẶT TRỤ KHI GIA CƠNG TRÊN MÁY CẮT DÂY
CW322 72
3.1. Tổng quan 72
3.1.1. Các ngun nhân gây ra sai số khi hướng cắt thay đổi 72
3.1.2. Mối liên hệ giữa trễ dây với độ võng dây diện cực 73
3.1.3. Phương trình đường cong dây 74
3.1.4. Ảnh hưởng của độ võng dây tới độ chính xác gia cơng và một số biện pháp
khắc phục sai số 78
3.2. Thiết kế thí nghiệm 81
3.2.1. Các giả thiết của thí nghiệm 81
3.2.2. Điều kiện thí nghiệm 81
3.3. Thực nghiệm 85
3.3.1. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm 85
3.3.2. Các thơng số đầu vào của thí nghiệm 86
3.3.3. Lập trình và tiến hành cắt 87
3.3.4. Kết quả thực nghiệm 89
3.4. Các phương pháp nội suy trong tính tốn các bài tốn kỹ thuật 95
3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ võng dây tới độ chính xác hình học 98
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

- 7-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp







DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1- Danh mục các mã G
Bảng 2.2- Danh mục các mã M
Bảng 2.3- Các lệnh copy dịch chuyển
Bảng 3.1- Các thơng số kỹ thuật của máy CW322S
Bảng 3.2- Tính năng kỹ thuật của máy đo CMM C544
Bảng 3.3- Các thiết lập thí nghiệm
Bảng 3.4- Kết quả đo các mẫu bán kính R = 5mm, chiều dài L = 40,1mm
Bảng 3.5- Kết quả đo các mẫu bán kính R = 10mm, chiều dài L = 40,1mm
Bảng 3.6- Kết quả đo các mẫu bán kính R = 5mm, chiều dài L = 59,9mm
Bảng 3.7- Kết quả đo các mẫu bán kính R = 10mm, chiều dài L = 59,9mm
Bảng 3.8- Chương trình nội suy đường sinh gần đúng
Bảng 3.9- Thí nghiệm và kết quả sai số bán kính mặt cắt giữa các mẫu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ các lĩnh vực nghiên cứu của EDM

Hình 1.2. Sơ đồ ngun lý gia cơng tia lửa điện
Hình 1.3. Pha đánh lửa
Hình 1.4. Sự hình thành kênh phóng điện
Hình 1.5. Sự hình thành và bốc hơi vật liệu
Hình 1.6. Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện.
Hình 1.7. Mối quan hệ giữa V
w
và t
i
[1]
Hình 1.8. Mối quan hệ giữa θ và t
i
[1]
- 8-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

Hình 1.9. Mối quan hệ giữa R
max
và t
i
(với t
i
= t
d
+ t
e
).

[1]
Hình 1.10. Ảnh hưởng của t
i
và t
0
đến năng suất gia cơng [1]
Hình 1.11- Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ
Hình 1.12. Quan hệ giữa η và a
p
[1]
Hình 1.13. Ảnh hưởng của điện dung C [1]
Hình 1.14. Ảnh hưởng của diện tích vùng gia cơng F [1]
Hình 1.15. Các thơng số ảnh hưởng đến năng suất khi gia cơng EDM
Hình 1.16. Vùng ảnh hưởng nhiệt của bề mặt phơi
Hình 1.17. Hiện tượng hồ quang điện [1]
Hình 1.18. Hiện tượng ngắn mạch sụt áp [1]
Hình 1.19. Hiện tượng xung mạch hở [1]
Hình 1.20. Dòng chảy bên ngồi
Hình 1.21. Dòng chảy áp lực
Hình 1.22. Dòng chảy hút
Hình 1.23. Dòng chảy phối hợp
Hình 2.1. Sơ đồ máy cắt dây tia lửa điện
Hình 2.2. Các trường hợp khó gia cơng đối với dòng chảy đồng trục
Hình 2.3. Khe hở phóng điện trong gia cơng cắt dây tia lửa điện
Hình 2.4. Hệ tọa độ XYUV của máy cắt dây
Hình 2.5. Các lệnh dịch chuyển đường kính dây G41/G42
Hình 3.1. Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và mất cân bằng khi cắt góc
Hình 3.2. Hiện tượng trễ dây khi cắt góc
Hình 3.3. Sơ đồ biểu diễn q trình cắt dây
Hình 3.4. Độ võng dây khi cắt phơi chiều cao 50mm và 150mm

Hình 3.5. Mơ hình tính tốn độ võng dây
Hình 3.6. Ảnh hưởng của trễ dây khi hướng cắt thay đổi
Hình 3.7. Hành trình vượt q ở góc để loại bỏ ảnh hưởng của trễ dây
Hình 3.8. Sơ đồ gia cơng cắt dây có sự giám sát điều khiển online
Hình 3.9. Sơ đồ bộ điều khiển mờ cắt dây WEDM
Hình 3.10. Máy cắt dây CW322S
- 9-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

Hình 3.11. Phơi gia cơng
Hình 3.12. Ảnh máy đo tọa độ 3 chiều Beyond Crysta C544
Hình 3.13. Biên dạng gia cơng và thiết lập bù bán kính dây và khe hở phóng điện
Hình 3.14. Chương trình gia cơng
Hình 3.15. Mẫu gia cơng
Hình 3.16. Sơ đồ đo
Hình 3.17. Dữ liệu đo được ghi lại trong file Autocad
Hình 3.18. Chương trình malab tính bán kính
Hình 3.19. Sai lệch độ tròn
Hình 3.20. Độ ơvan
Hình 3.21. Độ phân cạnh
Hình 3.22. Sai lệch profin mặt cắt dọc
Hình 3.23. Độ cơn
Hình 3.24. Độ phình
Hình 3.25. Độ thắt
Hình 3.26. Sai lệch độ trụ
Hình 3.27. Sai số do võng dây gây ra khi cắt phơi trụ
Hình 3.28. Đường sinh gần đúng bậc 3 của mẫu chiều dài L = 40,1mm,
bán kính R = 5mm và R = 10mm

Hình 3.29. Đường sinh gần đúng bậc 3 của mẫu chiều dài L = 59,9mm,
bán kính R = 5mm và R = 10mm
Hình 3.30. Đường sinh gần đúng bậc 12 của mẫu chiều dài L = 40,1mm,
bán kính R = 5mm và R = 10mm
Hình 3.31. Đường sinh gần đúng bậc 12 của mẫu chiều dài L = 59,9mm,
bán kính R = 5mm và R = 10mm
Hình 3.32. Đường sinh nội suy của mẫu chiều dài L = 40,1mm,
bán kính R = 5mm và R = 10mm
Hình 3.33. Đường sinh nội suy của mẫu chiều dài L = 59,9mm,
bán kính R = 5mm và R = 10mm
Hình 3.34. Phân tích hồi quy bậc 1 và ANOVA
- 10-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

Hình 3.35. Biểu đồ Pareto các thơng số thí nghiệm
Hình 3.36. Hồi quy và ANOVA loại bỏ tương tác







PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật những năm gần đây gắn liền với sự ra
đời của các vật liệu mới, mà chúng có các ưu điểm nổi bật như: độ bền, độ cứng
cao, khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn tốt vv… Những đặc điểm q báu kể trên là

lý do để các loại vật liệu mới được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các ngành
cơng nghiệp cũng như trong dân dụng, và đặc biệt là trong gia cơng khn mẫu.
Tuy nhiên, chính vì thế mà các đặc điểm này cũng làm cho các vật liệu mới trở nên
rất khó, hoặc thậm chí khơng thể gia cơng khi sử dụng các phương pháp gia cơng
truyền thống.
Vì vậy, song song với việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia cơng của các
phương pháp gia cơng truyền thống, cần phải nghiên cứu tìm ra và hồn thiện các
phương pháp gia cơng có cơ chế mới (gia cơng bằng tia nước có hạt mài, gia cơng
bằng laser, gia cơng tia lửa điện, …) để gia cơng có hiệu quả hơn các vật liệu mới.
Phương pháp WEDM là một trong những phương pháp gia cơng được ứng
dụng rộng rãi trong gia cơng các loại thép hợp kim dụng cụ có độ cứng cao, bởi nó
có ưu điểm là năng suất cắt cao, cắt chiều dày phơi lớn (đến 500mm) với độ chính
xác cao và đạt chất lượng bề mặt như nhau [1]. Nhưng bên cạnh đó, phương pháp
này vẫn còn tồn tại một số nhược điểm, như do cắt với tốc độ cao 500mm
2
/min
khiến lực tác động lên dây tăng. Lực tác động này cùng với độ cứng của dây thấp
gây ra sự thay đổi hình dáng của bề mặt gia cơng, độ phẳng và góc cắt [9].
- 11-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

Trong gần hai thập kỷ qua, vấn đề nâng cao độ chính xác hình dáng hình học
của chi tiết khi cắt dây đã là một chủ đề nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế
giới. Hầu hết các nghiên cứu trước đây đều tập trung vào hiện tượng lệch dây [9-
20], đã có một số đề xuất phương án sửa đổi các sai số biên dạng trong q trình gia
cơng off- line [11-12] hay q trình gia cơng on-line [13] nhưng các phương án đã
đề xuất dạng sai lệch hình tang trống của phơi vẫn còn tồn tại, bởi độ trễ dây khi cắt
vẫn chưa được cải thiện đáng kể. Mặc dù các đề tài nghiên cứu đã cố gắng giải

quyết vấn đề bằng các quan điểm khác nhau, nhằm giảm thiểu những sai số hình
dáng hình học khi cắt các biên dạng do hiện tượng trễ dây gây ra, nhưng sai số hình
học do hiện tượng trễ dây gây ra vẫn chưa được giải quyết triệt để. Trễ dây khơng
tạo nên sai số lớn khi cắt biên dạng thẳng nhưng nó lại xuất hiện ngay khi thay đổi
hướng cắt. Do vậy, khi gia cơng theo một đường cong ảnh hưởng của trễ dây đã tạo
nên sự mất chính xác về kích thước của sản phẩm gia cơng. Sai số này có thể tới vài
trăm micro, mà điều này sẽ khó chấp nhận khi gia cơng u cầu độ chính xác cao.
Chính vì vậy việc nghiên cứu nâng cao độ chính xác biên dạng, khi cắt dây ở
những biên dạng có sự đổi hướng cắt mà khơng cần giảm tốc độ cắt là một vấn đề
cần tập trung giải quyết.
Bởi vậy việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ võng dây tới
độ chính xác hình học bề mặt trụ khi gia cơng trên các máy cắt dây tia lửa điện”
nhằm mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của độ võng dây tới độ chính xác khi gia
cơng cắt dây là một vấn đề cần được quan tâm hiện nay. Trên cơ sở này, luận văn sẽ
tập trung vào nghiên cứu và thực nghiệm cắt các mẫu hình trụ có bán kính và chiều
dài khác nhau. Tiến hành đo đạc để từ đó có thể đánh giá được sự thay đổi của
đường kính chi tiết dọc theo chiều dài mẫu do ảnh hưởng của độ trễ dây, đánh giá
được sai số do trễ dây gây ra với hai biến đầu vào là bán kính và chiều dài mẫu.
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
2.1. Ý nghĩa khoa học
Bằng cách nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài đưa ra
một phân tích chun sâu về ảnh hưởng của độ võng dây điện cực đến độ chính xác
hình học bề mặt trụ khi cắt dây cụ thể là khảo sát độ chính xác hình học theo
- 12-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

phương dọc trục. Ngồi ra đề tài cũng đưa ra đánh giá về mức độ ảnh hưởng của độ
võng dây khi thay đổi hai yếu tố đầu vào là bán kính và chiều dài mẫu cắt.

Đề tài sẽ làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của q trình gia
cơng bằng tia lửa điện.
Đề tài góp phần vào việc hồn thiện, xác định và điều chỉnh các thơng số
cơng nghệ khi gia cơng trên máy cắt dây nói chung và gia cơng khn mẫu trên máy
cắt dây nói riêng.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng như
trong sản xuất như sau:
- Đề tài cung cấp một nghiên cứu xác định rõ dạng sai lệch hình dáng hình
học khi cắt dây bề mặt trụ.
-Đề tài giúp ích cho việc tính tốn để có thể đưa ra lượng bù hợp lý hơn khi
cắt các phơi có chiều dài và bán kính khác nhau nhằm nâng cao độ chính xác.
3. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của độ võng dây tới độ chính xác hình học bề mặt trụ
khi gia cơng cắt dây. Đề tài tập trung nghiên cứu sai số hình học theo phương dọc
trục. Xây dựng mối quan hệ giữa sai số với hai biến đầu vào là bán kính và chiều
dài của mẫu cắt.
Trên cơ sở này, luận văn sẽ tập trung vào nghiên cứu lý thuyết về hiện tượng
trễ dây do độ võng dây gây ra, ảnh hưởng của nó đến sai sơ gia cơng và thực
nghiệm cắt các mẫu hình trụ có chiều dài và bán kính khác nhau, đo đường kính tại
nhiều mặt cắt dọc theo chiều dài mẫu để có thể thấy được sự thay đổi của đường
kính chi tiết dọc theo chiều dài mẫu do ảnh hưởng của độ võng dây.
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Ảnh hưởng của độ võng dây đối với q trình cắt các
biên dạng có sự đổi hướng của dây nói chung và cắt các mẫu hình trụ nói riêng.
Phạm vi nghiên cứu: Ảnh hưởng của độ võng dây đến độ chính xác hình học
bề mặt trụ theo phương dọc trục khi cắt dây.
- 13-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau:
- Máy thực nghiệm: Máy cắt dây CNC.
- Vật liệu gia cơng: C45.
- Vật liệu làm điện cực là dây CuZn 0,25mm.
- Đối tượng gia cơng: Các mẫu hình trụ có chiều dài và bán kính khác nhau.
- Đo độ sai số hình dáng hình học của biên dạng trên máy CMM-C544.
4. Nội dung luận văn
Kết cấu của luận văn gồm 3 phần chính sau:
Chƣơng 1. Tổng quan gia cơng tia lửa điện
Chƣơng 2. Máy cắt dây và các yếu tố ảnh hƣởng tới độ chính xác gia cơng
- Sơ bộ về máy cắt dây.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia cơng.
Chƣơng 3. Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của độ võng dây tới độ chính
xác hình học bề mặt trụ khi gia cơng trên máy cắt dây CW- 322S
- Tổng quan về độ võng dây và ảnh hưởng của nó.
- Xây dựng kế hoạch thực nghiệm.
- Đưa ra phương pháp đo trên máy do CMM- C544 và xử lý số liệu thí
nghiệm.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ võng dây tới độ chính xác hình học bề mặt
trụ.

- 14-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp













CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN
Gia cơng WEDM là một q trình gia cơng bằng nhiệt điện có khả năng gia
cơng chính xác các chi tiết với độ cứng khác nhau hoặc hình dạng phức tạp, các loại
vật liệu siêu cứng, khn mẫu, các chi tiết thành mỏng… mà việc gia cơng bằng
cơng nghệ cắt gọt thơng thường là rất khó khăn, đơi khi khơng thực hiện được.
Thực tế của q trình cơng nghệ WEDM dựa trên EDM, với ngun tắc của phương
pháp này là bắn phá chi tiết để tách vật liệu bằng nguồn năng lượng nhiệt rất lớn
được sinh ra khi cho hai điện cực tiến gần nhau.
Năm 1943, thơng 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 cơng bằng tia lửa
điện. Họ sử dụng tia lửa điện để hớt đi 1 lớp vật liệu mà khơng phụ thuộc vào độ
cứng của vật liệu đó. Khi các tia lửa điện phóng ra thì một lớp vật liệu trên bề mặt
phơi sẽ bị hớt đi bởi 1 q trình điện – nhiệt thơng qua sự nóng chảy và bốc hơi kim
loại. Từ đó đến nay q trình hớt vật liệu trong gia cơng tia lửa điện vẫn được coi là
phức tạp liên quan đến khoảng cách khe hở phóng điện, đến thơng 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
- 15-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

cho cơng nghệ gia cơng tia lửa điện có những phát triển lớn trong những năm gần
đây và đã ra đời thêm một số phương pháp gia cơng dùng ngun lý của phương
pháp gia cơng tia lửa điện.
1.1. Đặc điểm của phƣơng pháp gia cơng tia lửa điện
Gia cơng tia lửa điện là phương pháp gia cơng bằng cách phóng điện ăn mòn
trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được tạo ra do sự phóng điện giữa 2 điện
cực.
1.1.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia cơng tia lửa điện
- Điện cực (đóng vai trò là dụng cụ cắt): có độ cứng thấp hơn nhiều so với vật
liệu phơi. Vật liệu phơi thường là những vật liệu cứng và đã qua nhiệt luyện như
thép đã tơi, các loại hợp kim cứng. vật liệu điện cực thường là đồng, grafit . . .
- Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phơi đều phải có tính chất dẫn điện tốt.
- Mơi trường gia cơng: khi gia cơng phải sử dụng một chất lỏng điện mơi làm
mơi trường gia cơng. Đây là dung dịch khơng dẫn điện ở điều kiện làm việc bình
thường.
1.1.2. Khả năng cơng nghệ của phương pháp gia cơng tia lửa điện
Phương pháp gia cơng tia lửa điện có thể tạo được các mặt định hình là đường

thẳng, đường cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profin phức tạp, với độ
bóng bề mặt tương đối cao (Ra = 1.25 m 5 m) và độ chính xác cao (IT5).
1.2. Các phƣơng pháp gia cơng tia lửa điện
Ngày nay, trong gia cơng cơ khí trên thế giới có 2 phương pháp gia cơng tia lửa
điện chủ yếu đó là: phương pháp gia cơng xung định hình và phương pháp gia cơng
cắt dây bằng tia lửa điện EDM.
1.2.1. Phương pháp gia cơng xung định hình: Đây là phương pháp dùng các điện
cực đã được tạo hình sẵn để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phơi. Phương pháp
này được dùng để chế tạo khn có hình dạng phức tạp, các khn ép định hình,
khn ép nhựa, khn đúc áp lực, lỗ khơng thơng
1.2.2. Phương pháp gia cơng cắt dây bằng tia lửa điện: Là phương pháp dùng một
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 một vết cắt trên phơi. Phương pháp này thường dùng
- 16-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

để gia cơng các lỗ suốt có biên dạng phức tạp như các lỗ trên khn dập, khn ép,
khn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho gia cơng xung định hình, gia cơng
các rãnh hẹp, gấp khúc, các dưỡng kiểm,
1.2.3. Các phương pháp khác: Ngồi 2 phương pháp gia cơng chủ yếu trên, ngày
nay trên thế giới còn có một số phương pháp gia cơng sử dụng ngun lý gia cơng
bằng tia lửa điện như sau:
- Gia cơng tia lửa điện dạng phay (Milling EDM): là phương pháp sử dụng
một điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay.
Sử dụng phương pháp này để gia cơng các hình dáng phức tạp do khơng phải chế
tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho
điện cực cắt theo chương trình.
- Phủ bằng tia lửa điện (EDD): là phương pháp sử dụng hiệu quả của sự ăn

mòn tia lửa điện để phủ lên các bánh mài sau thời gian sử dụng nghiền cơ khí các
vật liệu rắn. Trong q 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 q trình mài, tia lửa điện sinh ra sẽ bóc
tách các cạnh sắc trên bánh mài. Q trình này cũng được sử dụng để chế tạo bánh
mài có hình dạng đặc biệt.
- Gia cơng EDM trợ giúp của siêu âm (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
cơng nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia cơng khi gia cơng các lỗ nhỏ và siêu nhỏ.
- Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding - AEDG): là
phương pháp gia cơng trong đó vật liệu được bóc tách nhờ tác dụng kết hợp của ăn
mòn tia lửa điện và ăn mòn cơ khí.
- Gia cơng xung định hình siêu nhỏ (MEDM): là một dạng xung định hình
đặc biệt trong đó điện cực được quay với tốc độ lớn (tới 10.000vg/ph). Điện cực sử
dụng trong MEDM có kích thước nhỏ và được chế tạo bằng các phương pháp gia
cơng tia lửa điện khác. Phương pháp này dùng để gia cơng các lỗ siêu nhỏ với độ
chính xác rất cao.
- 17-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

- Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM): là phương pháp cắt dây sử dụng
điện cực Tungsten, Wolfram có đường kính dây nhỏ dưới 10 m. Phương pháp này
dùng để gia cơng cắt dây các lỗ siêu nhỏ có kích thước từ 0,1 1mm, các vật liệu
khó gia cơng, các chi tiết có chiều dày mỏng, hoặc dùng trong cơng nghệ chế tạo
các chi tiết bán dẫn.
- Gia cơng tia lửa điện theo kiểu đê chắn (Mole EDM): là một q trình gia
cơng đặc biệt cho phép gia cơng 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 hầm gia cơng trong chi tiết.
- Xung định hình với 2 điện cực quay: Là phương pháp sử dụng một điện cực
quay để ăn mòn một phơi quay. Khi phối hợp chuyển động của điện cực và phơi sẽ
tạo ra các hình dạng chi tiết khác nhau theo u cầu. Phương pháp này là phương
pháp gia cơng siêu chính xác và độ bóng siêu cao.
-Gia cơng vật liệu gốm sứ cao cấp: Q trình phát triển EDM cũng hứa hẹn
mang đến sự lựa chọn tốt nhất thay thế các máy gia cơng gốm sứ cao cấp. Sanchez
cung cấp một nghiên cứu khảo sát q trình EDM trên gốm sứ cao cấp, cơng nghệ
này phổ biến trong gia cơng kim cương, mài và đánh bóng. Cả EDM và WEDM đã
được thử nghiệm thành cơng khi đưa hạt dẫn từ hỗ trợ các điện cực lên bề mặt của
gốm sứ sialon để hỗ trợ các điện cực nhờ phá hủy các chất cách điện. Kỹ thuật
tương tự cũng đã được thí nghiệm trên các loại vật liệu cách điện gốm bao gồm đồ
gốm oxit như ZrO
2
và Al
2
O
3
, mà các chất đó hạn chế sự dẫn điện.
-Gia cơng vật liệu composite: Trong các phương pháp loại bỏ vật liệu khác
nhau thì WEDM được coi là dụng cụ gia cơng vật liệu Composite hiệu quả và kinh
tế nhất. W.S. Lau và các cộng sự cũng đã đưa ra một số nghiên cứu so sánh đã
được thực nghiệm giữa WEDM và cắt laser trong việc xử lý vật liệu kim loại tổng
hợp (MMC), sợi carbon và củng cố tinh thể lỏng polymer, composite. Các nghiên
cứu cho thấy cắt WEDM cho chất lượng cao hơn và bề mặt đạt được tốt hơn.
Gadalla và Tsai so sánh cắt WEDM với cắt kim cương thơng thường và phát hiện
ra rằng nó để lại độ nhám và độ cứng thấp hơn.
- 18-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

1.3. Các hƣớng nghiên cứu chính về cắt dây
1.3.1 Tối ưu hố các tham số của q trình
Trong những năm gần đây, các nghiên cứu và phát triển WEDM đã khám
phá các chiến lược điều chỉnh để kiểm sốt các biến thể ở mật độ năng lượng cần
thiết trong gia cơng phơi với độ dày khác nhau. N. Kinoshita và các cộng sự phát
hiện ra rằng sự thay đổi về độ dày phơi trong q trình gia cơng dẫn đến tăng nhiệt
độ của dây. Rajurkar đề xuất một hệ thống điều khiển thích nghi với một mơ hình
đầu vào nhiều màn hình và kiểm sốt tần số đánh lửa theo chiều cao phơi trực tuyến
được xác định. Các tác giả Y.H. Huang, G.G. Zhao, Z.R. Zhang, C.Y. Yau phát
triển một hệ thống có liên quan đến một mơ hình tốn học rõ ràng, đòi hỏi một số
thí nghiệm và các kỹ thuật thống kê. Yan sử dụng các đầu dò để ước tính chiều cao
phơi và điều khiển chip mờ khi gia cơng. Việc áp dụng các kiến thức dựa trên một
hệ thống kiểm sốt để kiểm sốt WEDM trong điều kiện bất lợi cũng đã được thử
nghiệm.

Hình 1.1- Sơ đồ các lĩnh vực nghiên cứu của WEDM
Snoeys đã đề xuất một hệ thống, trong đó bao gồm ba tiêu chuẩn, cụ thể là
cơng tác chuẩn bị, kiểm sốt q trình và trợ giúp nhà điều hành hoặc chẩn đốn lỗi,
cho phép các giám sát và kiểm sốt q trình WEDM [15].
Các tiêu chuẩn làm việc xác định các cài đặt tham số gia cơng tối ưu, trong
khi các nhà điều hành và trợ giúp chuẩn đốn lỗi cơ sở dữ liệu và tư vấn cho các
- 19-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

nhà điều hành và chẩn đốn các lỗi gia cơng. Huang và Liao cũng đã chỉ ra tầm
quan trọng của các hệ điều hành hỗ trợ và chẩn đốn lỗi hệ thống cho q trình
WEDM. Họ đề xuất một mạng lưới thần kinh nhân tạo thử nghiệm dựa trên hệ
thống cho các chun gia về lịch trình bảo dưỡng và chẩn đốn lỗi của WEDM.
Dekeyseretal phát triển một mơ hình nhiệt tích hợp với một hệ thống cho các
chun gia dự báo và kiểm sốt tình trạng q tải nhiệt trên dây. Mặc dù mơ hình
này làm tăng mức độ tự chủ máy tính nhưng nó đòi hỏi một lượng lớn tính tốn, làm
chậm tốc độ xử lí và làm giảm hiệu suất điều khiển trực tuyến.
1.3.2. Giám sát và điều khiển q trình
Trong những năm qua, việc giám sát và hệ thống kiểm sốt đã được thực
hiện đó là một sự đóng góp quan trọng trong việc giảm thiểu các tác động của rối
loạn về hiệu suất WEDM. Đa số các cài đặt gia cơng đã có hệ điều kiện gia cơng tối
ưu, nó đòi hỏi một thuật tốn điều khiển dựa trên các mơ hình tốn học và thống kê
rõ ràng để thực hiện với q trình gia cơng. Tuy nhiên, việc áp dụng các điều khiển
logic mờ đã mang tới một sự thay đổi mạnh mẽ đến cách thức thơng thường của các
giám sát và kiểm sốt q trình WEDM. Các điều khiển logic mờ có thể xem xét
một vài biến gia cơng, cân nhắc các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến q trình và
thay đổi các điều kiện gia cơng mà khơng áp dụng mơ hình tốn học chi tiết. Ngồi
ra, tính khả thi của việc áp dụng hệ thống có khả năng đưa ra lời khun và giải
quyết vấn đề một cách tối ưu cũng đã được nghiên cứu.
- 20-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

1.4.Cơ sở cơng nghệ của q trình gia cơng tia lửa điện
1.4.1. Cơ sở cơng nghệ
1.4.1. 1. Bản chất vật lý

Hình 1.2- Sơ đồ ngun lý gia cơng tia lửa điện

Thực chất của phương pháp gia cơng tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi bề
mặt phơi nhờ tia lửa điện. Sơ đồ ngun lý của phương pháp gia cơng bằng tia lửa
điện được mơ tả như hình 1.2.
Q trình tách vật liệu ra khỏi bề mặt phơi cụ thể như sau:
Một điện áp được đặt vào giữa điện cực và phơi, khơng gian giữa 2 điện cực
được điền đầy bằng 1 chất lỏng cách điện gọi là chất điện mơi (Dielectric). Khi hai
điện cực tiến lại gần nhau khi khoảng cách đạt đến 1 giá trị tới hạn nào đó thì xẩy ra
hiện tượng phóng điện, một dòng điện được hình thành giữa 2 điện cực mà khơng
hề có sự tiếp xúc giữa hai điện cực. Do có sự xuất hiện của tia lửa điện đó đã bóc đi
1 lớp vật liệu trên bề mặt phơi tạo thành 1 vết cắt. Xét cụ thể diễn biến của 1 chu kỳ
phóng điện diễn ra ở 3 pha như sau:
Pha I: Pha đánh lửa
Máy phát tăng điện áp khởi động qua 1 khe hở (đóng điện áp máy phát U
i
).
dưới ảnh hưởng của điện trường, từ cực âm (điện cực) bắt đầu phát ra các điện tử
(electron) và chúng bị hút về phía cực dương (phơi) mật độ electron tăng gây ra tính
dẫn điện cục bộ của dung dịch chất điện mơi tại khe hở giữa 2 điện cực. Do bề mặt
của điện cực và phơi khơng hồn tồn phẳng nên điện trường sẽ mạnh nhất tại 2
điểm trên điện cực và phơi có khoảng cách gần nhất. Mặt khác do chất điện mơi bị
- 21-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

ion hố nên 1 kênh phóng điện đột nhiên được hình thành và sự phóng ra tia lửa
điện bắt đầu xẩy ra.

Hình 1.3- Pha đánh lửa
Pha II: Sự hình thành kênh phóng điện

Ở thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm, số lượng các pha dẫn điện
(các electron và các ion dương) tăng lên tức thời và bắt đầu xuất hiện 1 dòng điện
chạy qua các điện cực. Dòng điện này cung cấp 1 năng lượng khổng lồ làm cho
dung dịch điện mơi bốc hơi cục bộ tạo ra bọt khí, các bọt khí này do áp suất đẩy
chất điện mơi sang 2 bên. Nhưng do có độ nhớt của chất điện mơi nên đã tạo ra sự
cản trở và hạn chế sự lớn lên của kênh phóng điện giữa các điện cực.

Hình 1.4- Sự hình thành kênh phóng điện

Pha III: Sự nóng chẩy và bốc hơi vật liệu.
- 22-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

Phía trung tâm của vùng bọt khí bao gồm 1 kênh plasma, plasma này là 1 chất
khí có lẫn các điện tử và các ion dương ở áp suất cao và nhiệt độ cực lớn (áp suất
khoảng 1kbar và nhiệt độ khoảng 10000
0
C). Khi kênh plasma tới mức tới hạn (điện
áp qua giữa hai điện cực đạt tới giá trị của điện áp phóng điện U
e
, U
e
là hằng số phụ
thuộc vào cặp vật liệu), chất điện mơi giữ kênh plasma và tạo ra 1 sự tập trung năng
lượng cục bộ, mặt khác sự va chạm của các electron lên phơi và các ion dương lên
điện cực làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu trên bề mặt phơi và điện cực. Sau khi
diễn ra 1 xung, máy phát sẽ ngắt dòng điện. Điện áp kênh phóng điện và áp suất bị
ngắt đột ngột cho nên kim loại nóng chẩy bị đẩy ra ngồi và bị bốc hơi.

Hình 1.5- Sự hình thành và bốc hơi vật liệu
Chu kỳ phóng tia lửa điện để lại các “vết” bóc tách vật liệu có thể tóm tắt thơng
qua các đại lượng điện sau:
- Thời gian trễ t
d
là khoảng thời gian giữa lúc đóng điện máy phát đến lúc
xảy ra phóng tia lửa điện, là thời gian cho phép chất điện mơi ion hố và hình thành
kênh phóng điện.
- Thời gian phóng điện t
e
là khoảng thời gian từ lúc bắt đầu phóng tia lửa
điện và lúc ngắt điện (từ một vài đến vài trăm s) thuộc pha II làm kim loại nóng
chảy.
- Độ kéo dài xung (độ rộng xung) t
i
là khoảng thời gian giữa hai lần đóng
ngắt của máy phát trong một chu kỳ phóng tia lửa điện. Độ kéo dài xung là tổng của
thời gian trễ đánh lửa t
d
và thời gian phóng tia lửa điện t
e
. Đây còn là khoảng thời để
- 23-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

chất điện mơi thơi ion hố, chuẩn bị cho một chu kỳ phóng điện tiếp theo cho đến
khi đạt kích thước gia cơng u cầu.

- Khoảng cách xung t
o
là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy
phát giữa hai chu kỳ xung kế tiếp nhau, t
o
còn được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung.
Hình 1.6 biểu diễn diễn biến của điện áp và dòng điện trong 1 máy gia cơng tia
lửa điện được sinh ra bởi 1 máy phát tĩnh trong 1 xung. Đặc điểm của đồ thị này cho
thấy dòng điện xung bao giờ cũng xuất hiện trễ hơn 1 khoảng thời gian t
d
so với thời
điểm bắt đầu có điện áp máy phát U
i
. U
e
và I
e
là các giá trị trung bình của điện áp và
dòng điện khi phóng tia lửa điện.

Hình 1.6- Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện
Trong đó:
t
e
: Thời gian kéo dài xung hay còn gọi là độ kéo dài xung
t
d
: Thời gian trễ đánh lửa
t
i

: Độ kéo dài xung của máy phát xung ( độ rộng xung)
t
0
: Khoảng cách xung
t
p
: Chu kỳ xung
U
i
: Điện áp máy phát mở
U
e
: Điện áp phóng tia lửa điện
- 24-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

I
e
: Dòng phóng tia lửa điện
Các nghiên cứu cho thấy tại các vùng lân cận các điện cực, plasma có nhiệt độ
rất cao từ 6000
0
C 10000
0
C. Tốc độ của dòng chuyển dịch điện tử và ion phụ
thuộc vào năng lượng điện và đặc tính của chất điện mơi. Qn tính cơ của chất
điện mơi đã cản trở sự mở rộng của kênh plasma làm cho áp suất trong kênh rất lớn
(có thể lên tới 1kbar). Khi khoảng khơng của kênh plasma càng hẹp thì mật độ năng

lượng càng tăng (lượng hớt vật liệu tỉ lệ thuận với độ nhớt động học và tỉ lệ nghịch
với điện trở dẫn suất của chất điện mơi). Đồng thời với sự phát triển kênh plasma
theo thời gian có sự chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt năng tại
các điểm, còn được gọi là các “nguồn nhiệt”. Các điện tử cận anốt di chuyển và dẫn
nhiệt tới làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu. Các ion dương đi đến catốt và nung
nóng điểm trên catốt ở điểm đối diện thuộc kênh plasma. Tuy nhiên, do khối lượng
của các ion dương lớn hơn của các điện tử nhiều lần (khoảng 103 lần) nên chúng sẽ
tới catốt chậm hơn các điện tử tại atốt. Chính sự cơ động khác nhau của chúng đã
tạo ra sự phân nhiệt khác nhau tại anốt và catốt, điều này dẫn đến sự ăn mòn rất
khác nhau tại 2 điện cực (thực tế là điện cực dương sẽ nóng chảy lớn hơn nhiều so
với điện cực âm).
Lượng ion dương tăng nhanh trong luồng di chuyển tổng, chỉ trong một
khoảng thời gian ngắn tỷ lệ chia nhiệt trở nên cân bằng và với sự kéo dài thời gian
phóng tia thì các ion dương sẽ gây ra hiện tượng nóng chảy và bốc hơi Catốt.
Khi kết thúc pha phóng điện, sự mất điện đột ngột đồng thời với sự sụt áp tạo
ra sự chênh lệch làm vỡ các kênh plasma và các túi khí. Các lực này và áp lực tạo
nên bởi sự phá huỷ nội lực của các kênh plasma làm bung các phần tử kim loại đã bị
nóng chảy ra khỏi bề mặt. Lượng vật liệu bị hớt đi trên bề mặt của các điện cực phụ
thuộc vào q trình chuyển đổi năng lượng nhiệt và cơ thẩm nhiệt.
1.4.1.2. Cơ chế bóc tách vật liệu
Trước hết, muốn tách vật liệu ra khỏi phơi thì phải có năng lượng tách vật liệu
W
e
:
W
e
= U
e
.I
e

.t
e
(1.1) [1]
- 25-
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

HDKH: PGS.TS Nguyễn Đăng H HVTH: Nguyễn Quang Hợp

Trong đó U
e
và I
e
là điện áp và dòng điện trung bình của tia lửa điện, t
e
là thời
gian xung như đã trình bày ở phần trên U
e
là hằng số phụ thuộc vào cặp vật liệu điện
cực và phơi nên thực chất W
e
chỉ phụ thuộc vào I
e
và t
e
.
Thực tế dòng điện tổng cộng qua kênh plasma qua khe hở phóng điện là tổng
của các dòng điện tử chạy tới điện cực dương và dòng các ion dương chạy tới điện
cực âm. Tuy nhiên do khối lượng của các ion dương lớn hơn nhiều lần so với khối
lượng electron cho nên tốc độ của các electron có tốc độ lớn nhiều lần so với tốc độ
của các ion dương. Vì vậy thực chất dòng điện do các ion dương chuyển động về

cực âm là rất nhỏ so với dòng các electron chuyển động về cực dương. Do đó có thể
bỏ qua dòng điện do sự chuyển động của các ion dương gây ra. Do tốc độ của các
electron lớn hơn nhiều lần so với các ion dương nên mật độ các electron tập trung
tại cực dương cao hơn nhiều so với mật độ của ion dương tại cực âm. Khi đó mức
độ tăng của dòng điện khi bắt đầu có sự phóng điện là rất lớn, điều này là gây ra sự
nóng chẩy mạnh ở cực dương. Trong khi đó do dòng các ion dương tới cực âm là
nhỏ nên khơng gây ra hiện tượng ăn mòn ở cực âm.
Một lý do quan trọng để tách vật liệu nóng chẩy ra khỏi bề mặt là do sự biến
mất đột ngột của kênh plasma điều này dẫn đến sự sụt giảm áp suất đột ngột xuống
bằng áp suất mơi trường xung quanh trong khi đó nhiệt độ khơng giảm nhanh như
vậy dẫn đến sự nổ và bốc hơi khối lượng kim loại nóng chẩy đó. Tốc độ cắt dòng
điện và mức độ sút giảm áp suất quyết định đến sự nổ và bốc hơi của lớp kim loại
nóng chẩy. Trong đó thời gian sụt của dòng điện là yếu tố quyết định tới độ nhám
gia cơng.
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình gia cơng tia lửa điện
1.4.2.1. Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện
Khác với những phương pháp gia cơng cắt gọt truyền thống, phương pháp gia
cơng bằng tia lửa điện bên cạnh các tham số cơng nghệ như cặp vật liệu, sự đấu cực,
điều kiện dòng chảy chất điện mơi, thì tham số điều khiển về xung như thời gian,
điện áp, dòng điện cũng đóng vai trò rất quan trọng đến năng suất và đặc biệt là đến
chất lượng bề mặt gia cơng. Các tài liệu nghiên cứu đã đưa ra các kết luận đã trở
thành các kiến thức cơ bản về gia cơng tia lửa điện như điện áp xung U
e
có tác động