Nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công của phương pháp tia lửa điện bằng biện pháp trộn bột titan vào dung dịch điện môi

1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phương pháp gia công bằng tia lửa điện (EDM) là phương pháp gia công phi
truyền thống, được ứng dụng ngày càng nhiều trong gia công các chi tiết có hình
dáng phức tạp, từ các vật liệu khó gia công, đặc biệt là các lòng, lõi của khuôn dập
và khuôn đúc... [13]. Phương pháp này không bị ràng buộc bởi quan hệ độ cứng
giữa phôi và dụng cụ, các vấn đề như rung động, ứng suất cơ học, tiếng ồn không
xuất hiện trong suốt quá trình gia công [34]. Tuy nhiên, EDM cũng tồn tại một số
hạn chế như: Năng suất bóc tách vật liệu thấp, điện cực dụng cụ bị mòn và chất
lượng bề mặt gia công không cao (phải có thêm nguyên công gia công tinh) [19].
Điều này dẫn đến việc tăng giá thành chế tạo của phương pháp EDM [103]. Trong
những năm gần đây, nhiều giải pháp nghiên cứu được đưa ra nhằm cải thiện các chỉ
tiêu kinh tế, kỹ thuật của quá trình như: Tối ưu hóa thông số công nghệ, lựa chọn
cặp vật liệu điện cực - phôi hợp lý, vật liệu điện cực đặc biệt và bột bằng vật liệu
dẫn điện trộn vào dung dịch điện môi. Trong những giải pháp trên, EDM có sử
dụng bột dẫn điện trộn vào dung dịch điện môi (PMEDM) là biện pháp cho kết quả
rất khả quan [18], [64], [89]. Và đây là biện pháp đang rất được quan tâm trong nhiều
nghiên cứu.
Các nghiên cứu về PMEDM đã chỉ ra rằng: Sử dụng biện pháp này có thể làm
tăng đồng thời cả năng suất và chất lượng quá trình gia công [34], [39]. Tuy nhiên,
PMEDM là biện pháp công nghệ mới, các thông tin về công nghệ này hiện nay chưa
nhiều (do bí mật hoặc bản quyền công nghệ) và vẫn còn nhiều vấn đề cần được làm
rõ (vật liệu – kích thước – nồng độ của bột, nguyên lý gia công, thông số công
nghệ,...) trước khi được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất [88]. Vì vậy, củng
cố cơ sở lý thuyết và phát triển ứng dụng biện pháp công nghệ này là hướng nghiên
cứu được quan tâm.
Hiện nay, các máy EDM như: Máy xung định hình, máy cắt dây được nhập
khẩu từ Trung Quốc, Đài Loan,... có giá thành không quá cao nên đây là thiết bị
đang được sử dụng phổ biến ở nước ta. Mặc dù vậy, EDM là phương pháp có số
lượng thông số công nghệ lớn với phạm vi thay đổi rộng. Việc lựa chọn các thông

số công nghệ trong sản xuất thường dựa vào tài liệu hướng dẫn của máy (ít được


2
chuyển giao khi mua máy) hoặc theo kinh nghiệm thực tế nên hiệu quả ứng dụng
EDM bị hạn chế. Bên cạnh đó, những nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực EDM ở
nước ta chưa nhiều và chủ yếu là nghiên cứu chuyển giao công nghệ. Vì vậy, để khai
thác hiệu quả kinh tế - kỹ thuật các thiết bị EDM, giảm giá thành chế tạo và nâng cao
năng suất gia công, tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm cơ khí trong bối cảnh hội
nhập và cạnh tranh khốc liệt, đòi hỏi cấp thiết các công trình nghiên cứu theo hướng
nâng cao hiệu quả gia công của EDM.
Nhiều loại vật liệu bột (Si, Al, W, Gr, Cu, Ti,...) đã được sử dụng trong
nghiên cứu PMEDM [56], [64]. Với mục tiêu nghiên cứu tập trung vào một số
hướng: Nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt gia công (bột Al, Gr, Cu, Si,
Al2O3,...) hoặc nâng cao cơ tính bề mặt gia công (bột W, WC, Ti, TiC, Cr,...). Một số
nghiên cứu đã cho thấy: Sử dụng vật liệu bột hợp lý trong PMEDM có thể đồng thời
nâng cao năng suất gia công, giảm độ nhám và cải thiện cơ tính của bề mặt gia
công. Đặc biệt, năng suất và chất lượng bề mặt gia công có thể đồng thời được cải
thiện ngay trong quá trình tạo hình bề mặt sản phẩm bằng PMEDM nên đã làm
giảm thời gian chế tạo sản phẩm. Cho đến nay các nghiên cứu với bột Ti trong
PMEDM mới tập trung vào giảm độ nhám bề mặt và nâng cao cơ tính bề mặt gia
công [64], [89].
Nghiên cứu tối ưu hóa PMEDM là lĩnh vực rất phức tạp do số lượng các
thông số công nghệ lớn và ảnh hưởng của chúng đến các chỉ tiêu tối ưu là rất khác
nhau [19], [88]. Nhiều phương pháp và công cụ tối ưu đã được sử dụng trong lĩnh
vực này: Bề mặt chỉ tiêu, mạng nhân tạo, Taguchi,... với bài toán tối ưu phần lớn là
bài toán đơn mục tiêu [33], [78]. Tuy nhiên, hiệu quả tối ưu EDM sẽ tốt hơn nếu là
tối ưu đa mục tiêu.
Ngành chế tạo khuôn mẫu đang được quan tâm phát triển mạnh ở nước ta.
Chính phủ đã đưa sản phẩm khuôn mẫu vào danh mục sản phẩm công nghiệp hỗ

trợ ưu tiên phát triển. Các mác thép SKD61, SKD11, SKH54, SKH51, AISI 01,
SKT4 được sử dụng rộng rãi để chế tạo các loại khuôn mẫu. Vì vậy, nghiên cứu
nâng cao năng suất và chất lượng gia công có liên quan trực tiếp với các sản phẩm
dạng này sẽ có ý nghĩa thực tiễn với ngành công nghiệp cơ khí nước ta.


3
Những vấn đề trên là định hướng cho tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu nâng
cao hiệu quả gia công của phương pháp tia lửa điện bằng biện pháp trộn bột Titan
vào dung dịch điện môi”.
2. Đối tƣợng, mục đích, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là 3 loại thép làm khuôn SKD61, SKD11,
SKT4 gia công bằng xung định hình với điện cực Đồng (Cu) và Graphit (Gr) sử dụng
dung dịch điện môi có trộn bột Titan.
2.2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt
gia công: Nâng cao cơ tính lớp vật liệu bề mặt gia công; giảm độ nhám bề mặt, số
lượng và kích thước nứt tế vi bề mặt; tăng năng suất bóc tách vật liệu; giảm lượng
mòn điện cực; ứng dụng nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt lòng khuôn dập
nóng.
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về EDM, PMEDM.
- Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian
phát xung, thời gian ngừng phát xung, vật liệu điện cực và nồng độ bột đến năng
suất và chất lượng bề mặt thép làm khuôn được gia công bằng phương pháp xung
định hình có trộn bột Ti trong dung dịch điện môi theo các chỉ tiêu năng suất bóc
tách vật liệu, lượng mòn điện cực, chất lượng bề mặt gia công.
- Tối ưu hóa các thông số công nghệ theo các chỉ tiêu năng suất và chất
lượng bề mặt gia công.

- Nghiên cứu ứng dụng kết quả vào thực tiễn sản xuất.
- Đo đạc và kiểm chứng bằng thực nghiệm.
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp tiếp cận: Kế thừa và phát triển từ kết quả nghiên cứu của các
tác giả đi trước.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về EDM, PMEDM và quy hoạch thực nghiệm.
- Nghiên cứu bằng thực nghiệm bao gồm các bước:
+ Xây dựng hệ thống thí nghiệm và kế hoạch thực nghiệm.


4

+ Tiến hành thực nghiệm.
+ Phân tích kết quả.
+ Xác định các thông số tối ưu.
+ Kiểm chứng kết quả nghiên cứu trong thực tiễn sản xuất.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài nhằm làm rõ ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian phát xung,
thời gian ngừng phát xung… đến năng suất và chất lượng bề mặt một số loại thép
làm khuôn được gia công bằng phương pháp xung định hình có trộn bột Ti trong
dung dịch điện môi. Đề tài sẽ đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu về
PMEDM đang dành được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Ba mác thép (SKD11, SKD61, SKT4) và hai loại vật liệu điện cực (Cu, Gr)
đang được sử dụng phổ biến trong ngành chế tạo khuôn mẫu bằng phương pháp
EDM. Kết quả nghiên cứu của luận án về tối ưu hóa các thông số công nghệ có thể
sử dụng để điều khiển các máy gia công EDM. Kết quả nghiên cứu được kiểm
chứng bằng thực tiễn sản xuất tại các cơ sở chế tạo khuôn mẫu. Tất cả những điều
đó sẽ đảm bảo ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

5
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG
BẰNG TIA LỬA ĐIỆN
1.1. Phƣơng pháp gia công bằng tia lửa điện (EDM)
1.1.1. Lịch sử phát triển
Hiện nay, trong gia công cơ khí thì phương pháp gia công bằng tia lửa điện
(EDM) là phương pháp gia công được sử dụng phổ biến nhất trong các phương
pháp gia công không truyền thống [1], [34]. Năm 1770, nhà khoa học người Anh
Joseph Priestly là người đầu tiên phát hiện ra sự ăn mòn vật liệu do hiện tượng
phóng điện gây ra, đây được cho là nguồn gốc ra đời của EDM. Sau nhiều nghiên
cứu, hai nhà khoa học B. R. Lazarenko và N. I. Lazarenko của Nga đã điều khiển
thành công sự hình thành các tia lửa điện trong gia công kim loại, năm 1943 họ đã
đưa ra sơ đồ cấu trúc của máy EDM sử dụng mạch Lazarenko, loại mạch này đã
liên tục cải tiến và được ứng dụng rộng rãi trong bộ nguồn cung cấp của máy EDM.
Những năm 1950, các kỹ thuật viên của Mỹ sử dụng mạch điện điều khiển servo để
điều chỉnh khoảng cách giữa điện cực và phôi khi gia công các ống chân không
[79]. Tuy nhiên, chỉ tới những năm 1980 với sự xuất hiện của máy EDM - CNC thì
hiệu quả của phương pháp này mới được khẳng định. Với sự cải tiến liên tục, máy
EDM ngày nay đã trở lên ổn định với việc vận hành của máy đã được giám sát bởi
hệ thống điều khiển thích nghi và EDM đã được sử dụng rộng rãi ở các công ty, tập
đoàn trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
1.1.2. Nguyên lý gia công

Hình 1.1. Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện (EDM) [1].


6
Nguyên lý gia công của EDM là chuyển đổi năng lượng điện thành năng

lượng nhiệt thông qua chuỗi các tia lửa điện gián đoạn sinh ra tại khe hở giữa hai
điện cực (trong đó một điện cực là dụng cụ và một điện cực là chi tiết gia công
(phôi)) ngâm trong dung dịch điện môi (hình 1.1). Tại khe hở nhỏ nhất giữa dụng cụ
và chi tiết gia công, một điện áp cao được đặt vào sẽ đánh thủng sự cách điện của
dung dịch điện môi và làm xuất hiện tia lửa điện gây nóng chảy - bay hơi vật liệu
của cả dụng cụ và chi tiết gia công. Sau mỗi lần phóng điện, tụ điện trong mạch
điện sẽ được nạp điện từ nguồn thông qua một cuộn cảm và tia lửa điện tiếp theo lại
được hình thành [34]. Các tia lửa điện xuất hiện trên toàn bộ bề mặt của chi tiết gia
công làm hình thành bề mặt cần gia công với độ chính xác xấp xỉ độ chính xác hình
dạng của dụng cụ.
- Dụng cụ: Có nhiều loại vật liệu được sử dụng làm dụng cụ như Cu, Cu-Zn,
Al, Gr,... trong đó Cu, Gr là hai loại được sử dụng phổ biến nhất [63]. Vật liệu làm
dụng cụ trong EDM nói chung đều có đặc điểm là có tính dẫn điện và dễ gia công
tạo hình chính xác. Việc chọn loại vật liệu dụng cụ phù hợp sẽ cho năng suất bóc
tách vật liệu cao, lượng mòn nhỏ, giá thành thấp [63]. Điện cực dụng cụ có thể được
phân cực âm hoặc dương, việc lựa chọn phân cực phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể
(gia tinh hoặc gia công thô) và các yếu tố như: vật liệu dụng cụ, vật liệu gia công,
cường độ dòng điện và thời gian phát xung [56].
- Chi tiết gia công: Vật liệu chi tiết gia công bằng EDM phải có tính dẫn
điện, khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt, điểm nóng chảy, độ cứng... của vật liệu chi tiết
gia công có ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng gia công bằng EDM. Vật liệu
chi tiết gia công có điểm nóng chảy càng cao và khả năng dẫn nhiệt càng nhỏ thì
năng suất bóc tách vật liệu càng thấp [14]. Độ cứng của chi tiết gia công cũng có
ảnh hưởng đến năng suất và độ nhám bề mặt gia công [65].
- Dung dịch điện môi: Trong gia công bằng EDM, dung dịch điện môi có tác
dụng điều khiển quá trình phóng điện, làm nguội và hóa rắn phoi, cuốn phoi ra khỏi
vùng gia công và đi vào hệ thống lọc, hấp thụ và giải phóng năng lượng nhiệt [34].
Tính chất cách điện của dung dịch điện môi có ảnh hưởng lớn đến hiện tượng điện
phân giữa dụng cụ và phôi trong suốt quá trình gia công. Dung dịch điện môi phải
đảm bảo các yêu cầu: Có tuổi bền cao, khả năng cách điện thấp, phục hồi nhanh sau

7
khi bị tia lửa điện đánh thủng, có khả năng làm nguội và cuốn phoi tốt. Trong quá
trình gia công dung dịch điện môi được phun vào khe hở phóng tia lửa điện, đường
kính vòi phun và áp suất phun ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ khí, cuốn phoi đi và
duy trì nhiệt độ ổn định của dung dịch điện môi dưới điểm cháy [34]. Lưu lượng và
loại dung dịch điện môi có ảnh hưởng đến lượng mòn điện cực, năng suất bóc tách
vật liệu và chất lượng bề mặt gia công [63], [102]. Hiện nay loại dung dịch điện môi
được sử dụng phổ biến nhất là dầu hoặc nước (hình 1.2).

Hình 1.2. Dung dịch điện môi trong EDM [13].
1.1.3. Các ứng dụng EDM trong gia công cơ khí

Hình 1.3. Sơ đồ máy xung định hình [72].
- Gia công bằng xung định hình là phương pháp EDM mà hình dạng bề mặt
điện cực dụng cụ là âm bản của bề mặt gia công (hình 1.3). Hiện nay các máy xung


8
đã được tự động hóa ở mức cao, các điều kiện để tạo ra khe hở phóng điện, sự đồng
bộ của 2 quá trình di chuyển của điện cực và tạo xung được điều khiển tự động bằng
servo. Trong quá trình gia công, dung dịch điện môi được lọc để loại bỏ các hạt phoi
vụn và vật liệu bị phân hủy tạo ra khi xung. Xung định hình được sử dụng rộng rãi
trong việc tạo hình bề mặt các khuôn rèn, khuôn dập, khuôn đúc, ...
- Gia công bằng cắt dây là phương pháp EDM sử dụng dây dẫn điện (có
đường kính từ 0,1÷0,3mm) làm điện cực, chi tiết gia công đặt trên bàn máy được
điều khiển chuyển động theo đường bao nằm trong hệ tọa độ X-Y (hình 1.4). Gia
công bằng cắt dây có thể tạo được bề mặt 2D và 3D phức tạp.

Hình 1.4. Sơ đồ phương pháp cắt dây [72].
- Ngoài hai phương pháp trên EDM còn ứng dụng trong gia công cơ khí dưới
dạng kết hợp với các phương pháp gia công truyền thống như phay bằng tia lửa
điện, mài bằng tia lửa điện,...
EDM thường dùng trong gia công khuôn mẫu và các sản phẩm cơ khí đòi hỏi
độ chính xác cao, có biên dạng phức tạp, có độ bền và độ cứng cao mà việc gia
công trên các máy công cụ thông thường không hiệu quả hoặc không đáp ứng được.
So với các phương pháp gia công truyền thống thì EDM có những ưu điểm
cơ bản sau: Không yêu cầu dụng cụ phải có độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiết
gia công; không gây biến dạng chi tiết gia công do không có sự tiếp xúc giữa dụng cụ
và phôi trong suốt quá trình gia công, điều này tạo nên tính đa năng của phương pháp;
năng lượng nhiệt được sử dụng để bóc tách vật liệu phôi nhưng lượng nhiệt truyền
vào chi tiết gia công là không lớn nên ít gây biến dạng nhiệt cho chi tiết gia công; bề


9
mặt phôi sau EDM không có các vết cào xước mà là tập hợp của các vết lõm nhỏ
phân bố ngẫu nhiên nên giúp lưu giữ dầu bôi trơn tốt hơn và tăng độ bền mỏi của chi
tiết khi làm việc; có khả năng gia công được các bề mặt có kích thước nhỏ với hình
dạng phức tạp; dễ dàng tự động hóa do các chuyển động khi gia công khá đơn giản.
Tuy nhiên EDM cũng có một số nhược điểm như: Chỉ gia công được các loại
vật liệu dẫn điện; năng suất và chất lượng bề mặt gia công thấp, khi tăng năng suất
bóc tách vật liệu thì độ nhám bề mặt gia công cũng tăng; trong quá trình gia công
xảy ra hiện tượng quá cắt và mòn điện cực làm ảnh hưởng không tốt đến độ chính
xác gia công; khó xác định chính xác khe hở phóng điện và các thông số công nghệ
tối ưu.
1.1.4. Các thông số công nghệ

Hình 1.5. Điện áp và dòng điện trong EDM [56].
1. Điện áp đánh lửa

Điện áp trong EDM có liên quan đến khe hở phóng điện và sự cách điện của
dung dịch điện môi [56]. Điện áp tại khe hở phóng điện tăng liên tục đến khi xuất
hiện dòng ion đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi, khi dòng điện bắt
đầu xuất hiện thì điện áp lớn nhất (U0) giảm xuống và giữ ở trạng thái ổn định (Ud)
tại khe hở phóng điện (hình 1.5). Giá trị điện áp được xác định theo kích thước khe
hở nhỏ nhất giữa điện cực và phôi. Điện áp càng cao càng làm tăng khe hở phóng
điện, điều này sẽ tạo điều kiện cho dòng dung môi chảy qua và làm ổn định quá


10
trình gia công. Năng suất bóc tách vật liệu, lượng mòn điện cực và độ nhám bề mặt
tăng khi điện áp tăng [34].
2. Cường độ dòng phóng tia lửa điện (Id)
Cường độ dòng điện là thông số công nghệ quan trọng nhất đặc trưng cho
hiệu quả gia công bằng EDM [34]. Cường độ dòng điện tăng đến một giá trị lớn
nhất xác định (Id), trị số của được xác định thông qua diện tích bề mặt gia công và
chế độ gia công (thô: Id  15A; bán tinh: Id = 8÷15A; tinh: Id  8A) [56]. Cường độ
dòng điện lớn sử dụng để gia công thô và các bề mặt có diện tích lớn. Cường độ
dòng điện cao sẽ làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu nhưng cũng làm lượng mòn điện
cực tăng và chất lượng bề mặt gia công giảm [79].
3. Thời gian phát xung (ton)
Thời gian phát xung (ton= thời gian trễ (tde) + thời gian phóng tia lửa điện
(td)) và số chu kỳ xung (tp) trong một giây là đại lượng quan trọng. Năng suất bóc
tách vật liệu tỷ lệ thuận với trị số năng lượng được sử dụng trong ton [85]. Năng
lượng này được điều khiển bởi cường độ dòng điện cực đại và ton. Lượng vật liệu bị
nóng chảy và bay hơi sẽ tăng khi ton tăng lên. Tuy nhiên nếu kéo dài ton sẽ làm tăng
cường độ và tốc độ lan truyền của nhiệt xung vào bề mặt phôi dẫn đến tác động của
nó đến lớp bề mặt gia công sẽ rộng và sâu hơn. Mặt khác, khi ton quá dài còn có thể
dẫn đến lượng bóc tách vật liệu giảm và điện cực có thể không bị hao mòn [56]. Khi
ton ngắn tạo ra các vết lõm trên bề mặt phôi có đường kính và chiều sâu lớn hơn làm

tăng độ nhám bề mặt gia công.
4. Thời gian ngừng phát xung (tof)
Một chu kỳ xung sẽ hoàn thành với tof phù hợp trước khi sang chu kỳ tiếp
theo. Thời gian tof có ảnh hưởng đến năng suất bóc tách vật liệu và độ ổn định của
quá trình gia công [85]. Về lý thuyết, khi tof càng ngắn thì quá trình gia công sẽ
càng nhanh nhưng nếu nó quá ngắn sẽ không có đủ thời gian để vận chuyển phoi và
ion hóa hoàn toàn dung dịch điện môi. Đây chính là nguyên nhân gây ra sự mất ổn
định của quá trình gia công, xuất hiện những chu kỳ phát xung bất thường và rút
ngắn sự dịch chuyển servo của điện cực dẫn đến năng suất gia công giảm. Thời gian
tof phải lớn hơn thời gian ngừng ion hóa dung môi để không làm xuất hiện hiện
tượng phóng tia lửa điện liên tục tại một điểm, thực tế cho thấy, khi ton và tof


11
không được xác định chính xác sẽ xuất hiện nhiều xung lỗi gây tổn thất hiệu suất
gia công [85].
5. Khe hở phóng điện
Điện cực được điều khiển chạy tự động để điều chỉnh khe hở phóng điện
không thay đổi ứng với mỗi điều kiện gia công xác định. Hệ thống cơ điện (động cơ
bước) và hệ thống thủy lực được sử dụng để điều khiển chuyển động của điện cực.
Hệ thống điều chỉnh chuyển động điện cực phải đảm bảo các yêu cầu: Điều chỉnh
kích thước khe hở ổn định và tốc độ thích nghi nhanh để đáp ứng với sự ngắn mạch
hoặc kích thước khe hở. Độ rộng của khe hở không thể đo lường trực tiếp nhưng có
thể được suy ra bởi điện áp trung bình tại khe hở [13].
1.1.5. Năng suất, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công
1. Năng suất gia công
Năng suất gia công trong EDM được đánh giá bởi đồng thời 2 chỉ tiêu là
năng suất bóc tách vật liệu và lượng mòn điện cực dụng cụ.
- Năng suất bóc tách vật liệu (MRR) được xác định bởi tỷ số giữa khối lượng
vật liệu phôi được gia công với thời gian gia công. MRR xác định theo công thức:

MRR 

Wi  Wf
.1000  mm3 / phút 
.t

(1.1)

Trong đó:
Wi: Khối lượng ban đầu của phôi (g).
Wf: Khối lượng phôi sau gia công (g).
t: Thời gian gia công cho mỗi lần chạy thử (phút).
: Khối lượng riêng của vật liệu phôi (g/cm3).
- Lượng mòn điện cực dụng cụ (TWR) là lượng vật liệu điện cực bị hao mòn
trong một khoảng thời gian gia công. TWR xác định theo công thức:
WR 

Ti  Tf
.1000  mm3 / phút 
T .t

Trong đó:
Ti: Khối lượng ban đầu của điện cực (g).
Tf: Khối lượng điện cực sau gia công (g).
T: Khối lượng riêng của vật liệu điện cực (g/cm3).

(1.2)


12

Lượng mòn điện cực có quan hệ với lượng vật liệu bóc tách, vật liệu gia
công, cường độ dòng điện, diện tích bề mặt gia công, khe hở phóng điện và sự phân
cực điện cực. Vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao hơn sẽ làm độ bền mòn tăng dẫn
đến độ chính xác gia công tăng lên [82].
MRR và TWR phụ thuộc vào thông số công nghệ của EDM. Cường độ dòng
điện và thời gian phát xung là thông số có ảnh hưởng mạnh nhất đến MRR và TWR
[80]. Anot sẽ bị mòn lớn hơn với thời gian phát xung ngắn hơn, ngược lại catot sẽ bị
sẽ bị mòn lớn hơn khi tăng thời gian phát xung [34]. Bên cạnh ảnh hưởng của thời
gian phát xung thì các thông số công nghệ khác cũng có ảnh hưởng đến năng lượng
tia lửa điện dẫn đến sẽ ảnh hưởng đến MRR và TWR. Nhìn chung, MRR của EDM
thấp đặc biệt với gia công xung định hình, điều này sẽ làm tăng thời gian gia công
và chi phí tiêu hao vật liệu điện cực, gây sai số độ chính xác hình học của bề mặt
gia công [104].
2. Chất lượng bề mặt gia công
Bề mặt gia công bằng EDM được đặc trưng bởi hình dạng, thành phần hóa
học, cấu trúc tổ chức tế vi và cơ lý tính của nó. Độ nhám bề mặt tăng khi năng
lượng xung tăng [60]. Nhiệt của các tia lửa điện sẽ tạo ra lớp bề mặt phôi bao gồm
nhiều lớp: Lớp trắng, lớp đúc lại và vùng ảnh hưởng nhiệt (hình 1.6). Lớp trắng có
thành phần hóa học, cấu trúc tổ chức tế vi và cơ lý tính khác so với lớp nền [105].
Chiều dày lớp đúc lại và vùng ảnh hưởng nhiệt có thể được xác định thông qua
phân tích sự tác động bởi năng lượng nhiệt của tia lửa điện. Lớp trắng là lớp ngoài
cùng trên bề mặt gia công nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của bề
mặt phôi. Sau EDM lớp bề mặt gia công thường có cơ tính thấp, độ nhám bề mặt
lớn và có nhiều vết nứt tế vi nên ảnh hưởng không tốt đến khả năng làm việc của
chi tiết (nhất là các chi tiết khuôn rèn, khuôn dập, dụng cụ cắt,...) [22].

Hình 1.6. Lớp bề mặt sau EDM [72].


13

Một số kết quả nghiên cứu về gia công bằng tia lửa điện cho thấy: Ở điều
kiện nhất định của quá trình gia công, dưới tác dụng của các tia lửa điện thì vật liệu
điện cực bị nóng chảy và bay hơi xâm nhập một lượng đáng kể lên bề mặt phôi
[60]; bề mặt của thép không gỉ sau khi gia công bằng tia lửa điện với điện cực Si đã
được phủ một lớp vô định hình với sự xuất hiện của lượng lớn Si nóng chảy tách ra
từ điện cực giúp nâng cao đáng kể khả năng chống ăn mòn hóa học và chịu mài
mòn [67]; sử dụng điện cực thiêu kết từ bột Ti trong gia công khuôn có thể nâng cao
độ bền của khuôn từ 3 đến 7 lần [25], [31]; với việc trộn bột kim loại hoặc hợp kim
thích hợp vào trong dung dịch điện môi (PMEDM) có thể làm xuất hiện vật liệu bột
tương ứng trên bề mặt gia công dẫn đến nâng cao đáng kể chất lượng bề mặt gia
công [20], [23÷28],... Những kết quả đó mở ra hướng nâng cao chất lượng bề mặt
gia công ngay trong quá trình EDM.
3. Độ chính xác kích thước gia công
Khi gia công, các tia lửa điện sẽ làm nóng chảy và bay hơi vật liệu của cả
phôi và điện cực dụng cụ. Điều này sẽ làm hình dáng hình học của bề mặt điện cực
bị thay đổi, dẫn đến bề mặt gia công cũng thay đổi theo. Ngoài ra, trong suốt quá
trình gia công bằng EDM luôn tồn tại khe hở phóng điện giữa điện cực và phôi. Khe
hở này cùng với lượng mòn điện cực đã gây ra những sai số hình dáng hình học của
bề mặt gia công. Các sai số sẽ được điều chỉnh thông qua độ chính xác hình dáng
hình học của điện cực dụng cụ và các thông số công nghệ. Độ chính xác kích thước
gia công được xác định phụ thuộc vào ứng dụng thực tiễn, cụ thể:
- Lượng quá cắt (d) là sự sai khác giữa đường kính lỗ sau gia công với đường
kính điện cực. Chỉ tiêu này thường được sử dụng để đánh giá với máy cắt dây hoặc
xung định hình các lỗ có kích thước nhỏ hoặc siêu nhỏ. d xác định theo công thức:
d 

Dd
 mm 
2

(1.3)

Trong đó:
D: Đường kính của lỗ hoặc kích thước rãnh cắt sau gia công (mm).
d: Đường kính của điện cực hoặc dây (mm).
- Độ chính xác profil bề mặt gia công là độ chính xác hình dạng và kích thước
của các bề mặt sau gia công bằng xung định hình. Các bề mặt sử dụng gia công lần
cuối bằng EDM thì chỉ tiêu này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác sản phẩm.


14
1.1.6. Các hướng nghiên cứu trong EDM
EDM là phương pháp được sử dụng nhiều nhất so với các phương pháp gia
công phi truyền thống khác [34]. Tuy nhiên, năng suất bóc tách vật liệu thấp, điện
cực liên tục bị mòn đã ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả kinh tế và độ chính xác gia
công của EDM [15], [51]. Ngoài ra, lớp bề mặt sau gia công EDM có độ nhám bề
mặt lớn, nhiều vết nứt tế vi và bị thay đổi đáng kể cấu trúc tế vi và cơ lý tính làm
ảnh hưởng không tốt đến khả năng làm việc của chi tiết [61]. Chính vì vậy, những
nghiên cứu đã được công bố gần đây về EDM tập trung vào việc nghiên cứu ảnh
hưởng của các yếu tố đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công của của phương
pháp này.
1. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ
Khả năng công nghệ của EDM không chỉ bị ràng buộc công suất của máy mà
còn phụ thuộc rất nhiều vào các thông số công nghệ. Công suất tiêu thụ, chất lượng
bề mặt và năng suất bóc tách vật liệu của EDM chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều thông
số công nghệ như: Điện áp phóng tia lửa điện, cường độ dòng điện, khe hở phóng
điện, thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung, sự phân cực điện cực, dòng và
đặc trưng của dung dịch điện môi, độ dẫn điện của điện cực - phôi, diện tích gia
công,... [24], [34], [80]. Các kết quả khảo sát với điện cực Cu và vật liệu gia công là
thép SKD61 đã cho thấy: Khi tăng cường độ dòng điện đã làm MRR, TWR và Ra

tăng nhanh nhưng khi thời gian phát xung tăng dẫn đến MRR và Ra tăng nhưng
TWR giảm (hình 1.7 và 1.8). Và ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến các chỉ
tiêu đánh giá là mạnh hơn so với thời gian phát xung [80].

a) MRR

b) Ra

c) TWR

Hình 1.7. Ảnh hưởng của thời gian phát xung [80].


15

a) MRR
b) Ra
c) TWR
Hình 1.8. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện [80].
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của số lượng tia lửa điện trong mỗi lần phát xung
Thông thường trong EDM chỉ tạo ra một tia lửa điện cho mỗi lần phát xung.
Để tạo ra nhiều tia lửa điện trong mỗi lần phát xung thì điện cực sẽ được chia thành
hai hoặc nhiều phần điện cực nhỏ [31], [27]. Các phần điện cực nhỏ này sẽ được
cách điện giữa chúng và được kết nối với bộ phận phát xung để tạo ra nhiều tia lửa
điện đồng thời trong một lần phát xung làm tăng năng suất bóc tách vật liệu. Thông
qua thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của số phần chia điện cực Cu đến MRR trong
gia công thép dụng cụ, Yang X. et al. (2016) đã đề xuất giải pháp mới làm tăng số
lượng các tia lửa điện [103]. Kết quả đã chỉ ra rằng, số lượng các tia lửa điện sẽ phụ
thuộc vào số lượng các phần nhỏ của điện cực và khi số phần chia của điện cực tăng
lên dẫn đến năng suất bóc tách vật liệu tăng theo (hình 1.9). Số lượng các tia lửa

điện sẽ phụ thuộc vào số lượng các phần nhỏ của điện cực. Điện năng tiêu thụ của
EDM thông thường với EDM có điện cực được chia nhỏ tương tự nhau, nhưng công
suất của tia lửa điện trong EDM có điện cực chia nhỏ sẽ bằng „n‟ lần so với EDM
thông thường trong một lần phát xung [19]. Do vậy, chất lượng bề mặt và MRR của
EDM có điện cực chia nhỏ cao hơn so với EDM thông thường nhưng công suất tiêu
thụ lại nhỏ hơn. Tuy nhiên, việc chia nhỏ điện cực và đảm bảo sự cách điện giữa
chúng là rất khó, nhất là bề mặt điện cực phức tạp hoặc kích thước nhỏ.

Hình 1.9. Quan hệ giữa MRR với số phần chia của điện cực [103].


16
3. Nghiên cứu về ảnh hưởng của thành phần dung dịch điện môi
Dung dịch điện môi sử dụng trong EDM có thể ở các dạng: lỏng, khí hoặc
hỗn hợp lỏng và khí. Vật liệu dung dịch điện môi là các loại dầu cách điện, nước
khử ion và khí ga. Sự ảnh hưởng của vật liệu dung dịch điện môi đến MRR và chất
lượng bề mặt của thép làm khuôn 8407 trong EDM đã được Zhen L. et al. (2014)
nghiên cứu tại [109]. Kết quả đã cho thấy: Vật liệu dung dịch điện môi có ảnh
hưởng mạnh đến hiệu quả gia công bằng EDM, dầu hỏa cho MRR thấp nhất trong 3
dung dịch điện môi được nghiên cứu và chất điện môi lỏng cho hiệu quả cao hơn
chất khí (hình 1.10). Dung dịch điện môi có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất, chất
lượng và độ ổn định quá trình gia công.

Hình 1.10. Ảnh hưởng của vật liệu chất điện môi đến chất lượng lớp bề mặt và hiệu
quả gia công trong EDM [109].
Biện pháp trộn bột vào dung dịch điện môi (PMEDM) với các loại bột khác
nhau (Al, Cr, Si, Gr, Cu,...) đã được giới thiệu trong nhiều nghiên cứu và cho kết
quả rất khả quan về khả năng nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công
[39], [104]. Liew P. J. et al. (2016) đã giới thiệu ảnh hưởng của nồng độ bột nano
các bon (C) trong dung dịch điện môi tới kích thước khe hở phóng điện, MRR,

TWR và chất lượng bề mặt gia công thép không gỉ SUS304 bằng EDM với điện cực
W [64]. Kết quả cho thấy: Việc trộn bột nano C vào dung dịch điện môi đã làm tăng
đáng kể kích thước khe hở phóng điện, năng suất gia công, độ cứng tế vi và độ bền
mài mòn của bề mặt gia công, đồng thời lượng mòn điện cực giảm (hình 1.11). Kích
thước, đặc trưng của bột và loại dung dịch điện môi đóng vai trò quan trọng trong
PMEDM [20].


17

a) Khe hở phóng điện

b) MRR

c) Ra

d) TWR
e) Profil mặt cắt ngang
Hình 1.11. Ảnh hưởng bột nano C trong EDM [64].
Thống kê số liệu nghiên cứu đã công bố 1981÷2015 cho thấy sự phổ biến các
loại dung dịch điện môi trong nghiên cứu về PMEDM được thể hiện trên hình 1.12.

Hình 1.12. Chất điện môi trong nghiên cứu PMEDM [64].
4. Nghiên cứu điều khiển các điện cực trong EDM
Điều khiển chuyển động của các điện cực là điều khiển quan trọng nhất
quyết định đến quá trình gia công bằng EDM. Hiện nay, điều khiển servo được sử
dụng để điều khiển chuyển động của các điện cực nhờ đó điều khiển chính xác kích
thước khe hở phóng điện, hiệu quả gia công và độ ổn định trong EDM. Trong thực
tế không nhất thiết tia lửa điện có cường độ tốt như nhau với hai lần phát xung liên
tục khi khe hở phóng điện không đổi. Điều này là do đỉnh và đáy của các nhấp nhô

trên bề mặt phôi, hạt tạp chất trong dung môi đã làm thay đổi đặc trưng dẫn điện


18
trong khe hở phóng điện. Hệ thống điều khiển thích nghi dùng để duy trì kích thước
khe hở mong muốn tạo ra tia lửa điện tốt, ngăn ngừa hiện tượng phóng hồ quang và
ngắn mạch [20]. Một số kỹ thuật đã được ứng dụng để điều khiển thích nghi chuyển
động EDM như: Tích hợp rung động, điều khiển mờ, thiết bị tạo xung và hệ thống
điều khiển servo chuyển động điện cực [19], [31], [74], [106]. Ghiculescu D. et al.
(2014) đã nghiên cứu tích hợp rung siêu âm trong điều khiển servo chuyển động
điện cực Cu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng quá trình gia công xung thép
dụng cụ X210Cr12 [30]. Kết quả đã cho thấy: Tích hợp rung động trong EDM đã
làm MRR tăng, TWR và Ra giảm (hình 1.13). Nghiên cứu các hệ thống điều khiển
tối ưu chuyển động servo của điện cực không chỉ giúp phát hiện những lỗi không
mong muốn xuất hiện trong quá trình gia công mà còn tạo ra sự thay đổi thích nghi
trước khi các hiện tượng này xảy ra [78]. Tuy nhiên, đây là vấn đề rất phức tạp và
cần tiếp tục nghiên cứu trong tương lai.

Hình 1.13. Ảnh hưởng của rung động đến MRR, %TWR và Ra [30].
5. Nghiên cứu điều khiển dạng xung trong EDM
Xung trong EDM thường được phân thành các dạng: Xung hở, xung tia lửa
điện, xung ngắn mạch, xung hồ quang và xung trễ [72]. Các dạng xung khác nhau
sẽ có công suất gia công khác nhau (hình 1.14). Để có thể thực hiện gia công cần
tạo ra xung tia lửa điện theo yêu cầu chất lượng bề mặt tốt hơn các xung khác. Các


19
xung hồ quang và xung ngắn mạch cho bề mặt gia công có chất lượng thấp, quá
trình gia công lại không ổn định do sự xuất hiện của các hạt dẫn điện tồn tại trong
khe hở phóng điện và điều này đã ảnh hưởng không có lợi cho quá trình gia công

[19]. Trong những trường hợp này, người vận hành máy cần thiết phải có những
thao tác thích hợp để ổn định quá trình làm việc của máy. Chuyển động của điện
cực được điều khiển thích nghi đã làm năng suất gia công được cải thiện đáng kể
(tăng 57,5% với tốc độ chuyển động 0,5m/s và 54,95% với 1m/s) so với EDM
được điều khiển servo (hình 1.15). Việc hình thành các dạng xung trong EDM chịu
ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố trong đó một số yếu tố hiện nay vẫn được coi là
nhiễu. Vì vậy, nghiên cứu nhằm tạo ra bộ điều khiển thích nghi trực tiếp để hạn chế
sự xuất hiện các dạng xung không mong muốn nhằm ổn định quá trình hoạt động
của máy cần được quan tâm.

Hình 1.14. Ảnh hưởng của dạng xung đến công suất gia công [72].

Hình 1.15. Ảnh hưởng của phương pháp điều khiển
chuyển động điện cực đến thời gian gia công bằng EDM [72].
6. Nghiên cứu tối ưu hóa thông số công nghệ trong EDM
Các thông số công nghệ trong EDM thường được xác định thông qua kinh
nghiệm hoặc sổ tay công nghệ. Tuy nhiên, việc lựa chọn này sẽ không đảm bảo
chắc chắn được kết quả gia công sẽ tối ưu hoặc xấp xỉ trị số tối ưu. Để khắc phục
vấn đề này, hiện nay hầu hết ảnh hưởng của các thông số công nghệ đều được tối ưu


20
theo các chỉ tiêu TWR nhỏ hơn, chất lượng bề mặt tốt hơn và năng suất bóc tách vật
liệu cao hơn [38], [69]. Phương pháp được sử dụng trong các nghiên cứu là thực
nghiệm nghiên cứu với sự kết hợp của nhiều cặp vật liệu điện cực - phôi khác nhau
[44]. Sanghani C. R. et al. (2014) đã giới thiệu một số phương pháp và công cụ
được sử dụng để giải quyết các bài toán tối ưu hóa các mối quan hệ giữa thông số
công nghệ và chỉ tiêu đánh giá chất lượng trong EDM [78]. Các mô hình được thực
hiện thực nghiệm kiểm chứng và đã dự đoán được các đặc trưng chất lượng mong
muốn [19]. Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số công nghệ trong EDM rất phức tạp,

kết quả nghiên cứu phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu điện cực, phôi và máy gia công.
EDM đã được ứng dụng khá phổ biến trong sản xuất, tuy nhiên nhiều vấn đề
thuộc nguyên lý gia công của phương pháp này vẫn chưa được sáng tỏ như: Thời gian
gia công thực tế, kích thước chính xác của khe hở phóng điện,... Việc ứng dụng các
hệ thống điều khiển tự động (CAD/CAM, CIM,...) trong tự động hóa vận hành máy
EDM chưa nhiều [19]. Để có thể sử dụng tối đa hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của EDM
thì nghiên cứu làm rõ nguyên lý gia công và tự động hóa trong EDM cũng đang rất
được quan tâm. Thống kê từ năm 1981÷2015 về nghiên cứu đã công bố trong EDM
được trình bày trên hình 1.16.

Hình 1.16. Sự phân bố nghiên cứu về EDM [19].
Số lượng các nghiên cứu về EDM ở nước ta còn ít, kết quả chủ yếu tập trung
cải thiện năng suất và chất lượng gia công của máy cắt dây thông qua điều chỉnh
một số thông số công nghệ [2÷4], [8], [11].
Tóm lại: EDM đã dành được sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa
học. Các nghiên cứu đã công bố tập trung vào làm rõ bản chất của các hiện tượng
xảy ra trong quá trình gia công, tìm cách nâng cao năng suất và chất lượng gia công.
Có nhiều giải pháp được đưa ra trong đó biện pháp trộn bột vào dung dịch điện môi


21
(PMEDM) đã dành được sự quan tâm lớn của các nhà khoa học (hình 1.16) vì các
kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy đây là biện pháp rất khả quan để nâng cao
đồng thời cả năng suất và chất lượng gia công.
1.2. Biện pháp trộn bột vào dung dịch điện môi trong EDM
1.2.1. Sơ đồ gia công

Hình 1.17. Sơ đồ gia công của PMEDM [89].
Khả năng cách điện đồng nhất của dung dịch điện môi trong EDM đã tạo ra
miền phân bố điện trường với cường độ không đổi dẫn đến khe hở phóng điện nhỏ

và tia lửa điện chỉ xuất hiện tại một vài điểm [108]. Việc trộn bột dẫn điện vào dung
dịch điện môi gây ra sự sai lệch điện trường trong vùng khe hở phóng điện. Các
điểm ở vị trí gần hai điện cực nhất c, d sẽ có mật độ điện tử cao hơn (hình 1.17b).
Các hạt bột a và b có khoảng cách gần nhau nhất, sẽ tạo ra mật độ điện tích lớn nhất
dẫn đến dung dịch điện môi sẽ bị đánh thủng sự cách điện dễ dàng nhất. Các hạt bột
c và d sau khi nạp và tích điện sẽ làm xuất hiện tia lửa điện giữa chúng và hình
thành các “chuỗi phóng tia lửa điện” [89]. Như vậy, PMEDM tạo điều kiện cho
việc phóng tia lửa điện có thể xảy ra dễ dàng và làm tăng kích thước khe hở phóng
điện so với EDM. Hiện tượng phóng điện giữa các hạt bột dẫn đến số lượng tia lửa
điện tăng nên cường độ của chúng sẽ bị giảm (hình 1.17a), điều này tạo ra bề mặt
gia công có số lượng vết lõm tăng nhưng đường kính và chiều sâu lại giảm, dẫn đến
trị số nhám bề mặt gia công giảm theo [92], [93]. Độ rộng của vùng phóng tia lửa
điện cũng tăng lên và làm tăng diện tích gia công. Việc trộn bột vào dung dịch điện
môi không chỉ tạo ra bề mặt gia công đồng nhất mà còn ngăn cản sự xuất hiện hiện
tượng phóng hồ quang điện tại một vài vị trí. Kích thước khe hở phóng điện phụ
thuộc vào nồng độ bột, kiểu bột và các thông số công nghệ khác [92]. Nói chung,
tăng nồng độ bột làm kích thước khe hở phóng điện tăng theo. Tuy nhiên, nồng độ


22
bột tăng quá giới hạn cho phép sẽ làm kích thước khe hở không tăng mà có thể làm
xuất hiện các hiện tượng: Ngắn mạch, sụt áp, dung môi bị quá nhiệt,...
1.2.2. Bột trộn trong dung dịch điện môi
1. Vật liệu bột
Bột trộn vào dung dịch điện môi phải đảm bảo các yêu cầu: Khả năng dẫn điện
và dẫn nhiệt tốt, không bị hòa tan, khối lượng riêng không quá lớn và đặc biệt phải
đảm bảo được mục đích nghiên cứu. Số liệu thống kê từ năm 1981÷2015 về mức độ
sử dụng các loại bột trong nghiên cứu PMEDM được trình bày trên hình 1.18.

Hình 1.18. Bột trong nghiên cứu PMEDM [64].

2. Đặc trưng của bột trong PMEDM
a. Độ dẫn điện của bột đặc trưng bởi mật độ dòng điện (ip) và được xác định
bởi công thức (1.4) [74]:
 E 2d 
i p  N p .ep . 

 6 

Trong đó:
ip: Mật độ dòng điện tạo bởi các hạt bột (%/Cm2).
Np: Nồng độ hạt bột (g/l).
ep: Điện tích tạo bởi một hạt.
: Độ nhớt của dung dịch điện môi.
E: Cường độ điện trường tại khe hở (V/m).

(1.4)


23
dp: Đường kính hạt bột (mm).
Công thức (1.4) cho thấy: Khả năng dẫn điện toàn phần của dung dịch điện
môi tỷ lệ thuận với E2 [104]. Độ dẫn điện của dung dịch điện môi tăng khi tăng điện
trường và nồng độ bột, giảm độ nhớt dung môi và tăng khe hở phóng điện. Các
nghiên cứu chỉ ra rằng, kích thước khe hở phóng điện bị thay đổi mạnh khi bột trộn
vào dung dịch điện môi.
b. Kích thước bột là thông số có ảnh hưởng rất mạnh đến các chỉ tiêu chất
lượng của PMEDM. Zhang Y. et al. (2012) đã cho thấy: Kích thước bột không chỉ
ảnh hưởng đến MRR, TWR, Ra mà còn tác động đến chiều dày lớp bề mặt bị thay
đổi do nhiệt xung gây ra [104]. Khi nghiên cứu tổng quan về PMEDM, Marashi H.
et al. (2016) cũng chỉ ra rằng: Kích thước bột thay đổi sẽ có ảnh hưởng khác nhau

đến hiệu quả gia công của PMEDM và thông số này thường được lựa chọn theo chỉ
tiêu đánh giá trong nghiên cứu (nâng cao chất lượng bề mặt ứng với bột 36m,
nâng cao đồng thời năng suất và chất lượng ứng với bột 40÷50m, tăng năng suất với
bột 100m) [64]. Kích thước tối ưu của bột phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố như:
Hình dạng, vật liệu,... và rất ít kết quả nghiên cứu được công bố làm rõ vấn đề này.
c. Nồng độ bột trong dung dịch điện môi là thông số ảnh hưởng đến hiệu quả
và sự ổn định trong gia công bằng PMEDM. Tăng nồng độ bột làm tăng kích thước
khe hở phóng điện và số lượng tia lửa điện, điều này sẽ ảnh hưởng tốt đến năng suất
và chất lượng gia công [13], [18]. Tuy nhiên, nồng độ bột quá lớn sẽ gây ra hiện
tượng ngắn mạch, phóng hồ quang và sự mất ổn định trong PMEDM. Trị số tối ưu
của nồng độ bột phụ thuộc vào các đặc trưng của bột (kích thước, vật liệu, hình
dạng,...) điều này đã làm hạn chế tính ứng dụng kết quả tối ưu đại lượng này trong
thực tiễn [64]. Chính vì vậy, tối ưu hóa nồng độ bột vẫn là hướng nghiên cứu còn rất
mới và cấp thiết trong PMEDM hiện nay.
Lựa chọn vật liệu và đặc trưng của bột trong PMEDM căn cứ vào mục tiêu
nghiên cứu (hình 1.19). Kết quả cho thấy, các thông số công nghệ về bột (kích
thước, nồng độ, vật liệu) được lựa chọn và chỉ tiêu đánh giá trong các nghiên cứu
của PMEDM là rất khác nhau.


24

Hình 1.19. Số liệu thống kê về sử dụng bột
trong các nghiên cứu PMEDM (1981÷2015) [64].
1.2.3. Những thay đổi của quá trình EDM khi trộn bột vào dung dịch điện môi
1. Sự cách điện của dung dịch điện môi
Sự cách điện của dung dịch điện môi được đặc trưng bởi cường độ điện trường
đánh thủng sự cách điện của dung môi (Ebr) và được xác định bởi công thức (1.5) [74]:
E 2br  Ei2 

Nếu tỷ số

2kT  p  2l  3 Nf
)]

 [r (ln
l  p  l 
Ni

(1.5)

2kT
là không đổi thì sự cách điện của dung dịch điện môi phụ
C1

thuộc chủ yếu vào kích thước hạt bột (r), nồng độ hạt bột (N), hằng số điện môi của
vật liệu bột và loại dung dịch điện môi. Bột trộn vào dung dịch điện môi đi vào
vùng khe hở phóng điện sẽ chịu tác dụng của lực điện trường và các lực khác. Các
hạt bột sẽ làm giảm sự cách điện của dung dịch điện môi và Ebr giảm khi N tăng.
2. Độ lớn khe hở phóng điện

Hình 1.20. Hạt bột trong khe hở điện cực [13].


25
Giả thiết các hạt bột mang dấu (+) do điện từ cực dương đặt vào (hình 1.20).
Điện trường là một yếu tố quan trọng để tạo ra tia lửa điện. Nó phụ thuộc vào sự
thay đổi kích thước khe hở phóng điện.
- Khi không có bột: Khoảng cách khe hở điện cực có giá trị là 1.
- Khi có bột: Điện trường tăng lên khi có sự xuất hiện của các hạt bột,

khoảng cách khe hở điện cực mới là 2 xác định bởi (1.6) [13]:
 r  hp 
2  1 1 

gd 


(1.6)

Trong đó:
: Hệ số tăng điện trường do hình dạng nhấp nhô tại khe hở điện cực.
gd: Khoảng cách giữa hạt bột và điện cực.
hp: Chiều cao nhấp nhô.
Công thức trên 2>1 và điều này chứng tỏ bột trộn vào dung môi đã làm khe
hở phóng điện tăng lên.
3. Điện dung
Điện dung là nguyên nhân chính dẫn đến sự mất ổn định quá trình EDM và
cản trở xu hướng nâng cao chất lượng bề mặt gia công, đặc biệt trong gia công các
bề mặt có diện tích lớn. Trong quá trình gia công thô, điện dung rất nhỏ nên có thể
bỏ qua (hình 1.21). Tuy nhiên, ảnh hưởng này sẽ tăng lên trong gia công tinh do
kích thước khe hở phóng điện rất nhỏ. Bột trộn vào dung dịch điện môi làm tăng
khe hở phóng điện dẫn đến sẽ làm giảm mạnh ảnh hưởng của điện dung.

Hình 1.21. Sơ đồ xác định điện dung [13].
- Điện dung (C) tại khe hở phóng điện được xác định bởi (1.7) [13]:
C  01

S
 F


Trong đó:


0: Hằng số điện môi trong chân không.

(1.7)