TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN - ỨNG DỤNG GIA CÔNG LÒNG KHUÔN TRÊN CỦA BỘ KHUÔN DẬP SẢN PHẨM VÒNG ĐỆM HÃM 7 CÁNH TRÊN MÁY CẮT DÂY CW - 322S

Header Page 1 of 126.
- 1-

ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP
---------------------------------------

VƯƠNG THỊ HIỀN
TỐI ƯU HĨA CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CẮT DÂY
TIA LỬA ĐIỆN - ỨNG DỤNG GIA CƠNG LỊNG KHN
TRÊN CỦA BỘ KHN DẬP SẢN PHẨM VỊNG ĐỆM HÃM 7
CÁNH TRÊN MÁY CẮT DÂY CW - 322S
CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

HỌC VIÊN

PGS. TS Nguyễn Phú Hoa

Vương Thị Hiền

KHOA ĐÀO TẠO SĐH

BGH TRƯỜNG ĐHKTCN

Thái Ngun, 2013

Footer Page 1 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 2 of 126.
- 2-

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa
từng được ai cơng bố trong bất kỳ một cơng trình nào khác. Trừ các phần tham khảo
đã được nêu rõ trong Luận văn.

Tác giả

VƯƠNG THỊ HIỀN

Footer Page 2 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 3 of 126.
- 3-

LỜI CẢM ƠN

Trong q trình học tập, làm luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự
giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cơ giáo đã giảng dạy, hướng dẫn, giúp tác giả

hồn thành tốt chương trình học cao học và hồn thiện được luận văn này.
Tác giả xin cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Phú Hoa,
Đại học Thái Ngun, đã định hướng đề tài, hướng dẫn tận tình tơi trong việc
tiếp cận và khai thác tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong q
trình tơi làm luận văn.
Cuối cùng tác giả muốn bày tỏ lòng cảm ơn các thầy cơ giáo, các bạn
đồng nghiệp và gia đình đã ủng hộ và động viên tơi trong suốt q trình làm
luận văn này.

Tác giả

VƯƠNG THỊ HIỀN

Footer Page 3 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 4 of 126.
- 4-

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 2
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... 3
MỤC LỤC .............................................................................................................. 4

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................. 8
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN ............................. 14
1.1. Đặc điểm của phương pháp gia cơng tia lửa điện ........................................ 14
1.1.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia cơng tia lửa điện ................. 14
1.1.2. Khả năng cơng nghệ của phương pháp gia cơng tia lửa điện. ............... 14
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 ........................................................................ 15
1.3. Cơ sở của phương pháp gia cơng tia lửa điện .............................................. 16
1.3.1. Bản chất vật lý..................................................................................... 16
1.3.2. Cơ chế bóc tách vật liệu....................................................................... 21
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình gia cơng tia lửa điện ............................ 22
1.4.1. Các đặc tính về điện ............................................................................ 22
1.4.2. Các yếu tố khác ................................................................................... 23
1.5. Lượng hớt vật liệu khi gia cơng tia lửa điện ................................................ 24
1.6. Chất lượng bề mặt ...................................................................................... 28
1.6.1. Độ nhám bề mặt .................................................................................. 28
1.6.2. Vết nứt tế vi và các ảnh hưởng về nhiệt ............................................... 28
1.7. Độ chính xác tạo hình khi gia cơng tia lửa điện .......................................... 30
1.8. Các hiện tượng xấu khi gia cơng tia lửa điện .............................................. 30
1.8.1. Hồ quang ............................................................................................. 30
1.8.2. Ngắn mạch, sụt áp ............................................................................... 31
1.8.3. Xung mạch hở, khơng có dòng điện .................................................... 32
1.8.4. Sự q nhiệt của chất điện mơi ............................................................ 32
1.9. Các yếu tố khơng điều khiển được .............................................................. 33
1.9.1. Nhiễu hệ thống .................................................................................... 33
1.9.2. Nhiễu ngẫu nhiên ................................................................................ 33

Footer Page 4 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 5 of 126.
- 5-

1.10. Dung dịch chất điện mơi trong gia cơng tia lửa điện ................................. 33
1.10.1 Nhiệm vụ của dung dịch chất điện mơi ............................................... 33
1.10.2. Các loại chất điện mơi ....................................................................... 35
1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện mơi ................................................ 35
1.10.4 Các loại dòng chảy của chất điện mơi ................................................. 36
1.10.5 Hệ thống lọc chất điện mơi ................................................................. 38
KẾT LUẬN CHƯƠNG I ....................................................................................... 40
CHƯƠNG II: MÁY CẮT DÂY CW – 322S VÀ CÁC THƠNG SỐ ĐIỀU CHỈNH
TRONG Q TRÌNH GIA CƠNG ....................................................................... 41
2.1 Cấu trúc của máy cắt dây CW – 322S .......................................................... 41
2.1.1 Cơng dụng của máy cắt dây CW – 322S ............................................... 42
2.1.2. Ưu nhược điểm của phương pháp gia cơng cắt dây tia lửa điện ........... 43
2.2. Độ chính xác khi gia cơng tia lửa điện trên máy cắt dây CW – 322S .......... 43
2.3. Điện cực và vật liệu làm điện cực ............................................................... 46
2.3.1. u cầu của vật liệu làm điện cực ....................................................... 46
2.3.2. Các loại dây điện cực .......................................................................... 46
2.4. Sự thốt phoi trong q trình cắt dây .......................................................... 47
2.5. Nhám bề mặt khi cắt dây trên máy cắt dây CW – 322S............................... 48
2.6. Các thơng số điều chỉnh trong q trình gia cơng trên máy cắt dây CW –
322S .................................................................................................................. 49
2.6.1. Dòng phóng tia lửa điện Ie ................................................................... 49

2.6.2. Độ kéo dài xung ti................................................................................ 49
2.6.3. Khoảng cách xung t0 ............................................................................ 50
2.6.4. Điện áp đánh lửa Uz............................................................................. 50
2.6.5. Khe hở phóng điện .............................................................................. 50
2.6.6. Tốc độ dịch chuyển của dây điện cực .................................................. 51
2.7. Lập trình gia cơng trên máy cắt dây CW – 322S ......................................... 51
2.7.1. Các trục điều khiển và hệ tọa độ của máy cắt dây CW- 322S............... 51
2.7.2. Các chức năng “G” .............................................................................. 52
2.7.3. Các chức năng “M” ............................................................................. 57
2.7.4. Các phép copy dịch chuyển................................................................ 59
2.7.5. Các lệnh cắt cơn................................................................................. 60
KẾT LUẬN CHƯƠNG II ..................................................................................... 62
CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HĨA CHẾ ĐỘ CẮT CỦA PHƯƠNG PHÁP CẮT DÂY .. 63
3.1. Tổng quan về tối ưu hóa và phương pháp bề mặt chỉ tiêu ........................... 63

Footer Page 5 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 6 of 126.
- 6-

3.1.1. Tổng quan về tối ưu hóa ...................................................................... 63
3.1.2. Phương pháp bề mặt chỉ tiêu (Response Surface Methodology – RSM)
[20] ............................................................................................................... 68
3.2. Tối ưu hóa chế độ cắt của phương pháp cắt dây tia lửa điện ....................... 86
3.2.1. Mơ hình bài tốn tối ưu hóa chế độ cắt của phương pháp cắt dây tia lửa
điện ............................................................................................................... 86

3.2.2. Các giả thiết và điều kiện thí nghiệm ................................................... 86
3.2.3. Ứng dụng phương pháp RSM tối ưu hóa chế độ cắt khi gia cơng lòng
khn trên của bộ khn dập sản phẩm vòng đệm hãm 7 cánh trên máy cắt
dây CW – 322S ............................................................................................. 88
KẾT LUẬN CHƯƠNG III .................................................................................. 109
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ......................................................... 110
4.1. Chi tiết khn trên của bộ khn dập vòng đệm hãm 7 cánh .................... 110
4.2. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................... 112
4.3. Q trình gia cơng thực nghiệm ................................................................ 112
4.4. Kết quả thí nghiệm ................................................................................... 114
4.5. Đánh giá hiệu quả của vấn đề tối ưu ......................................................... 115
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 117
PHỤ LỤC............................................................................................................ 120
1. Thiết bị thí nghiệm ...................................................................................... 120
2. Q trình thực nghiệm. ................................................................................ 121
2.1. Chương trình gia cơng. ......................................................................... 121
2.2. Gia cơng thực nghiệm............................................................................... 122

Footer Page 6 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 7 of 126.
- 7-

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các thơng số kỹ thuật của máy cắt dây CW – 322S ................................ 42

Bảng 2.2 Danh mục các mã G ............................................................................... 52
Bảng 2.3 Danh mục các mã M ............................................................................... 57
Bảng 2.4 Các phép copy, dịch chuyển ................................................................... 59
Bảng 3.1 Bố trí thí nghiệm .................................................................................... 79
Bảng 3.2 Các giá trị trung gian của ql .................................................................... 80
Bảng 3.3 Tính tốn các giá trị của Ql ..................................................................... 81
Bảng 3.4 Thành phần hóa học của thép gió P18 ..................................................... 84
Bảng 3.5 Chế độ nhiệt luyện của thép gió P18 ....................................................... 87
Bảng 3.6 Phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm .................................................. 88
Bảng 3.7 Ma trận quy hoạch thực nghiệm phương án CCD với 3 yếu tố ................ 92
Bảng 3.8 Kế hoạch thí nghiệm tối ưu hóa nhám bề mặt theo Ue, Ie, vd .................... 93
Bảng 3.9 Ma trận thí nghiệm và kết quả thí nghiệm năng suất cắt V ...................... 94




Bảng 3.10 Tính tốn các giá trị y và (y- y )2 ............................................................... 95
Bảng 3.11 Kết quả thí nghiệm ............................................................................. 102
Bảng 3.12 Các giá trị qV, qRa, Ql .......................................................................... 103
Bảng 4.1 Kết quả gia cơng thử nghiệm ................................................................ 115

Footer Page 7 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 8 of 126.
- 8-

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý gia cơng tia lửa điện..................................................... 16
Hình 1.2. Pha đánh lửa .......................................................................................... 17
Hình 1.3. Sự hình thành kênh phóng điện .............................................................. 18
Hình 1.4. Sự hình thành và bốc hơi vật liệu ........................................................... 18
Hình 1.5. Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện. ....................... 19
Hình 1.6. Ảnh hưởng của dòng phóng tia lửa điện đến lượng hớt vật liệu .............. 25
Hình 1.7. Ảnh hưởng của thời gian xung đến lượng hớt vật liệu ............................ 25
Hình 1.8. Ảnh hưởng của thời gian ngắt xung đến lượng hớt vật liệu .................... 26
Hình 1.9. Ảnh hưởng của lực căng dây điện cực đến lượng hớt vật liệu ................. 26
Hình 1.10. Ảnh hưởng của tốc độ di chuyển dây điện cực đến lượng hớt vật liệu .. 26
Hình 1.11. Ảnh hưởng của chiều cao phơi đến lượng hớt vật liệu khi gia cơng đồng
thau ....................................................................................................................... 27
Hình 1.12. Vùng ảnh hưởng nhiệt của bề mặt phơi ................................................ 29
Hình 1.13. Hiện tượng hồ quang điện .................................................................... 31
Hình 1.14. Hiện tượng ngắn mạch, sụt áp .............................................................. 31
Hình 1.15. Hiện tượng xung mạch hở .................................................................... 32
Hình 1.16. Dòng chảy bên ngồi............................................................................ 37
Hình 1.17. Dòng chảy áp lực ................................................................................. 37
Hình 2.1. Máy cắt dây CW – 322S ........................................................................ 41
Hình 2.2. Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc. ............ 46
Hình 2.3. Các trường hợp khó gia cơng đối với dòng chảy đồng trục ..................... 47
Hình 2.4. Khe hở phóng điện trong gia cơng cắt dây tia lửa điện ........................... 48
Hình 2.5. Sự hình thành của nhám bề mặt.............................................................. 48
Hình 2.6. Sự phụ thuộc của nhám bề mặt vào tần số dòng điện .............................. 49
Hình 2.7. Các lệnh dịch chuyển đường kính dây G41/G42 .................................... 56
Hình 3.1. Mơ hình hóa q trình gia cơng cắt dây tia lửa điện ............................... 73
Hình 3.2 Thiết kế thí nghiệm ................................................................................. 74

Footer Page 8 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 9 of 126.
- 9-

Hình 3.3. Khai báo các thơng số ............................................................................ 73
Hình 3.4. Các bước phân tích kết quả thí nghiệm................................................... 78
Hình 3.5. Thiết lập tối ưu hóa đơn mục tiêu ........................................................... 78
Hình 3.6 Thiết lập các thơng số tối ưu hóa ............................................................. 82
Hình 3.7. Thiết lập tối ưu hóa đa mục tiêu ............................................................. 82
Hình 3.8. Thiết lập các thơng số tối ưu hóa đa mục tiêu ......................................... 83
Hình 3.9. a) Sơ đồ thí nghiệm; b) 4 thí nghiệm dọc trục và 1 thí nghiệm trung tâm;
c) Thí nghiệm CCD ............................................................................................... 84
Hình 3.10. a) Sơ đồ thí nghiệm Box – Behnken 3 biến; b) Sơ đồ thí nghiệm Trung
tâm – mặt 3 biến .................................................................................................... 84
Hình 3.11. Hộp thoại thiết kế thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu ....................................... 85
Hình 3.12. Hộp thoại thiết kế CCD ........................................................................ 85
Hình 3.13. Hộp thoại thiết kế Box - Behnken ........................................................ 86
Hình 3.14. Lựa chọn khai báo biến cho dạng thiết kế Box - Behnken .................... 88
Hình 3.15. Kích thước của mẫu thí nghiệm............................................................ 90
Hình 3.16. Khai báo biến thí nghiệm cho thiết kế CCD ......................................... 93
Hình 3.17. Phân tích hồi quy-phương sai ............................................................... 99
Hình 3.18. Phân tích hồi quy-phương sai khi đã tinh chỉnh .................................. 100
Hình 3.19. Các hệ số hồi quy dạng thực (khơng mã hóa) ..................................... 100
Hình 3.20. Đồ thị quan hệ năng suất cắt phụ thuộc Ie và Ue khi vd =2 m/phút. .... 101
Hình 3.21. Đồ thị đường mức năng suất cắt phụ thuộc Ue và Ie khi vd = 2 m/phút.101

Hình 3.22. Các xác lập tối ưu hóa đơn mục tiêu V với hàm ràng buộc là Ra ........ 106
Hình 3.23. Kết quả tối ưu hóa năng suất cắt V ..................................................... 106
Hình 3.24. Một phần đồ thị tối ưu hóa năng suất cắt V ........................................ 107
Hình 3.25. Tối ưu hóa đồng thời chỉ tiêu nhám bề mặt và năng suất cắt ............... 107
Hình 4.1. Bản vẽ chi tiết lòng khn trên............................................................. 111

Footer Page 9 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 10 of 126.
- 10-

PHẦN MỞ ĐẦU

I. Tính cấp thiết của đề tài
Gia cơng bằng cắt dây tia lửa điện (gọi tắt là gia cơng cắt dây) là một trong
những phương pháp gia cơng khơng truyền thống quan trọng [9]. Phương pháp này
được sử dụng để gia cơng các chi tiết có biên dạng phức tạp như khn mẫu, khn
đột, khn đùn, ép kim loại, các loại cối định hình vv… hoặc những vật liệu khó gia
cơng như vật liệu dùng trong ngành hàng khơng, vũ trụ, vật liệu dùng trong ngành y
tế ... [8]. Chính vì thế việc xác định chế độ cắt dây tối ưu khi gia cơng các loại vật
liệu khác nhau là vấn đề hết sức quan trọng và cần thiết.
Trong gia cơng cắt dây, chất lượng bề mặt và năng suất gia cơng là hai yếu tố
được quan tâm nhất [2, 3, 8-10]. Có rất nhiều các thơng số cơng nghệ ảnh hưởng
đến chất lượng bề mặt và năng suất gia cơng như điện áp phóng tia lửa điện, dòng
phóng tia lửa điện, tốc độ dịch chuyển của điện cực, độ rộng xung, tần số xung, lưu
lượng của dòng chảy chất điện mơi... [1, 4, 11]. Gia cơng cắt dây là một q trình

phức tạp, việc xác định các thơng số cơng nghệ tối ưu để cải thiện q trình gia
cơng là rất khó [1,3,4,7-9,11]. Có khá nhiều nghiên cứu tập trung vào việc xác định
các thơng số tối ưu để nâng cao chất lượng bề mặt và vận tốc cắt [1, 3, 9, 10]. Các
nghiên cứu này sử dụng phương pháp tối ưu hóa truyền thống như phương pháp bề
mặt chỉ tiêu [8], phương pháp phân tích phương sai [1], tối ưu hóa sử dụng thuật
tốn Grey, mạng noron nhân tạo [12]… hay các phương pháp khơng truyền thống
như tối ưu hóa sử dụng thuật tốn bầy đàn PSO, giải thuật di truyền GA [12]… Bên
cạnh đó, các nghiên cứu cũng tập trung vào việc xác định chế độ cắt tối ưu cho các
loại vật liệu khác nhau như chế độ tối ưu khi gia cơng Inconel 718 [6], hợp kim
magie WE43 [5], Inconel 601 [8]...
Thép gió là loại vật liệu có độ cứng cao (63 – 65 HRC), tính chống mài mòn và
độ cứng nóng cao. Thép gió được ứng dụng làm dao cắt, khn dập nguội…Do được
hợp kim hóa với hàm lượng cao nên việc gia cơng thép gió bằng các phương pháp gia
cơng truyền thống đòi hỏi chi phí lớn mà năng suất khơng cao. Khi gia cơng bằng cắt

Footer Page 10 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 11 of 126.
- 11-

dây tia lửa điện, do tính dẫn điện và dẫn nhiệt của thép gió khác thép thơng thường
nên chất lượng gia cơng sẽ bị thay đổi nhiều. Vì vậy cần nghiên cứu và tìm ra các giá
trị cơng nghệ tối ưu nhằm đảm bảo năng suất và độ chính xác gia cơng khi gia cơng
thép gió trên máy cắt dây bằng tia lửa điện. Đề tài “Tối ưu hóa chế độ cơng nghệ gia
cơng cắt dây tia lửa điện - ứng dụng gia cơng lòng khn trên của bộ khn dập
sản phẩm vòng đệm hãm 7 cánh trên máy cắt dây CW-322S” được lựa chọn để

nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ cơng nghệ hợp lý và tối ưu hố chế độ
cơng nghệ khi gia cơng thép gió trên máy cắt dây, góp phần vào việc nâng cao hiệu
quả khai thác, sử dụng máy cắt dây EDM trong sản xuất cơ khí.
II.

Mục đích, đối tượng, cơng cụ và phương pháp nghiên cứu

2.1.

Mục đích của đề tài

Mục đích của đề tài này là xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế độ gia cơng cắt
dây tia lửa điện. Ứng dụng cụ thể để gia cơng lòng khn trên của bộ khn dập sản
phẩm vòng đệm hãm 7 cánh.
2.2.

Đối tượng nghiên cứu

Trong gia cơng cắt dây, chất lượng bề mặt và năng suất gia cơng là hai yếu tố
được quan tâm nhất [2, 3, 8-10]. Q trình cắt dây tia lửa điện là một q trình phức
tạp [1, 3, 4, 7-9, 11]. Có rất nhiều các thơng số cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình
gia cơng như điện áp phóng tia lửa điện, dòng phóng tia lửa điện, tốc độ dịch
chuyển của điện cực, độ rộng xung, tần số xung, lưu lượng của dòng chảy chất điện
mơi... [1, 4, 11]. Trong đề tài này tác giả chọn 3 thơng số đầu vào là điện áp phóng
tia lửa điện (Ue), dòng phóng tia lửa điện (Ie) và tốc độ dịch chuyển của dây điện
cực (vd). Hai thơng số đầu ra là chất lượng bề mặt và năng suất gia cơng.
III.

Cơng cụ nghiên cứu

-

Thư viện: Để tìm kiếm các thơng tin đã có liên quan đến đề tài.

-

Máy vi tính và các phần mềm. Một số phần mềm mà tác giả dự định sử dụng
là AutoCAD, Catia, MasterCAM, Minitab, Microsoft office Excel…

Footer Page 11 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 12 of 126.
- 12-

-

Máy cắt dây CNC CW-322S tại Phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật
Cơng nghiệp Thái Ngun.

-

Dây cắt bằng đồng, đường kính dây 0.20 mm, dây cắt dùng một lần.

-

Điện áp nguồn 380/220V, 50 Hz.

-

Đồng hồ so 2109S – 10 Mitutoyo của Nhật với phạm vi đo 1mm, độ chia
0.001mm. Đồng hồ so có sẵn tại Phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật
Cơng nghiệp Thái Ngun.

-

Thước cặp đồng hồ 505 – 683 Mitutoyo của Nhật, phạm vi đo 0 – 150mm,
độ chia 0.02mm. Thước cặp có sẵn tại Phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ
thuật Cơng nghiệp Thái Ngun.

-

Tư duy.

-

Ngơn ngữ.

IV.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cho đề tài này. Trước
tiên, tác giả xác định 3 thơng số để quan tâm: điện áp phóng tia lửa điện (Ue), dòng
phóng tia lửa điện (Ie) và tốc độ dịch chuyển của dây điện cực (vd). Sau đó, tiến
hành các thí nghiệm nhằm xem xét, đánh giá thể tích kim loại được bóc tách và
nhám bề mặt thay đổi như thế nào khi thay đổi một hay nhiều các thơng số đầu vào.

Phương pháp thu thập dữ liệu: Dữ liệu nghiên cứu được đo định lượng từ các thí nghiệm.
V.

Ý nghĩa của đề tài

5.1.

Ý nghĩa khoa học

Đề tài góp phần vào việc tối ưu hóa chế độ cắt khi gia cơng trên máy cắt dây nói
chung và gia cơng thép gió P18 trên máy cắt dây CW-322S nói riêng
5.2.

Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài giúp cho việc lựa chọn chế độ gia cơng khi gia cơng thép gió trên máy cắt
dây được hợp lý hơn, nâng cao hiệu quả khai thác và sử dụng máy cắt dây.
Đạt được năng suất cao mà vẫn đảm bảo được độ chính xác u cầu khi gia cơng
thép gió trên máy cắt dây.

Footer Page 12 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 13 of 126.
- 13-

VI.

Nội dung đề tài
Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, ngồi phần mở đầu, kết luận chung và các

phụ lục luận văn này trình bày nội dung như sau:
Chương 1. Tổng quan về gia cơng tia lửa điện
Nghiên cứu tổng quan về EDM.
Chương 2. Máy cắt dây CW – 322S và các thơng số điều chỉnh trong q trình
gia cơng
- Kết cấu của máy cắt dây CW – 322S, các thơng số điều chỉnh của máy cắt
dây CW – 322S.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ đến q trình cắt.
Chương 3. Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của một số thơng số cơng nghệ
đến độ nhám bề mặt và năng suất gia cơng khi gia cơng lòng khn trên của bộ
khn dập vòng đệm hãm 7 cánh.
- Mơ hình hóa tốn học bài tốn tối ưu hóa chế độ cắt
- Xây dựng phương pháp giải bài tốn tối ưu hóa các thơng số chế độ cắt.
- Ứng dụng tính tốn tối ưu hóa chế độ cắt khi gia cơng lòng khn trên của
bộ khn dập sản phẩm vòng đệm hãm 7 cánh
Chương 4: Kết luận chung và khuyến nghị.

Footer Page 13 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 14 of 126.
- 14-

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN
Năm 1943, thơng qua việc nghiên cứu tuổi bền của các thiết bị đóng điện, hai
vợ chồng người Nga Lazarenko đã tìm ra phương pháp gia cơng bằng tia lửa điện.
Họ sử dụng dòng tia lửa điện để làm một q trình hớt đi một lớp kim loại 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 một 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 hai điện
cực, sự ăn mòn của cả hai điện cực… các nghiên cứu về hiện tượng phóng điện có
những phát triển lớn trong những năm gần đây và đã đưa ra thêm một số phương
pháp gia cơng dùng ngun lý của phương pháp gia cơng tia lửa điện.
1.1. Đặc điểm của phương 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 hai điện
cực [18].
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 hợp kim cứng. Vật liệu điện cực thường là đồng, grafit… [18]
- Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phơi đề phải có tính dẫn điện tốt [18].
- 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 [18].
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 tương đối cao (Ra = 1,6 ÷ 0,8 µm) và độ chính xác cao (IT5) [1, 6, 7, 18].

Footer Page 14 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 15 of 126.
- 15-

1.2. Các phương pháp gia cơng tia lửa điện
Có hai phương pháp gia cơng tia lửa điện chủ yếu được ứng dụng: phương
pháp gia cơng xung định hình và phương pháp gia cơng cắt dây bằng tia lửa điện.
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, lỗ khơng thơng… [18].
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 - 0,3 mm)
cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng định trước để tạo thành một vết cắt trên
phơi. Phương pháp này thường dùng để gia cơng các lỗ suốt có biên dạng phức tạp
như các lỗ trên khn dập, khn ép, khn đúc áp lực, gia cơng các rãnh hẹp… [18].
1.2.3. Các phương pháp khác
Ngồi hai phương pháp gia cơng chủ yếu trên, ngày 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 chể
tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho
điện cực cắt theo chương trình gia cơng [18].
- 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 bành 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 [18].
- 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

Footer Page 15 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 16 of 126.
- 16-

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 các lỗ nhỏ và siêu nhỏ [18].
- 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 [18].
- 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 10.000 vg/ph). Điện cực sử
dụng 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.
- Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM): Là phương pháp cắt dây sử dụng
điện cực Wolfram có đường kính dây nhỏ dưới 10 µm. Phương pháp này dùng để
gia cơng cắt dây các lỗ siêu nhỏ có kích thước từ 0,1 ÷ 1 mm, 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.
1.3. Cơ sở của phương pháp gia cơng tia lửa điện
1.3.1. Bản chất vật lý
Thực chất của phương pháp gia cơng tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi
bề mặt phơi nhờ tia lửa điện [18]. Sơ đồ ngun lý gia cơng bằng tia lửa điện được
mơ tả như hình 1.1 [18]. Q trình tách vật liệu ra khỏi bề mặt phơi cụ thể như sau:

Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý gia cơng tia lửa điện [18]
Một điện áp được đặt vào giữa điện cực và phơi, khơng gian giữa hai điện
cực được điền đầy bằng một chất lỏng cách điện gọi là chất điện mơi (Dielectric).

Footer Page 16 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 17 of 126.
- 17-

Khi hai điện cực tiến lại gần vào nhau đến một khoảng giá trị tới hạn nào đó thì xảy
ra hiện tượng phóng điện, một dòng điện được hình thành giữa hai 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 một lớp vật liệu trên bề mặt phơi tạo thành một vết cắt. Xét cụ thể diễn biến
của một chu kỳ phóng điện diễn ra ở 3 pha như sau:
Pha I: Pha đánh lửa [18]
Máy phát tăng điện áp khởi động qua một khe hở (đóng điện áp máy phát
Ui), 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 lên gây

ra tính dẫn điện cục bộ của dung dịch chất điện mơi tại khe hở giữa hai điện cực. Do
bề mặt của điện cực và phơi khơng hồn tồn bằng phẳng nên điện trường sẽ mạnh
nhất tại hai điểm trên điện cực và phơi có khoảng cách gần nhất. Mặt khác do chất
điện mơi bị ion hóa nên một kênh phóng điện đột nhiên được hình thành và sự
phóng ra tia lửa điện bắt đầu xảy ra.

Hình 1.2. Pha đánh lửa [18]
Pha II: Sự hình thành kênh phóng điện [18]
Ở thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm, số lượng các pha dẫn điện
(các electron và các ion dương) tăng lên rất nhanh và bắt đầu xuất hiện một dòng
điện chạy qua các điện cực. Dòng điện này cung cấp một 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 hai 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.

Footer Page 17 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 18 of 126.
- 18-

Hình 1.3. Sự hình thành kênh phóng điện [18]
Pha III: Sự nóng chảy và bốc hơi vật liệu [18]
Ở trung tâm của vùng bọt khí bao gồm một kênh plasma, plasma này là một
chất khí có lẫn các điện tử và các ion dương ở áp suất cao và nhiệt độ cực lớn (áp
suất khoảng 1 kbar và nhiệt độ khoảng 10.0000C). Khi kênh plasma tới mức tới hạn
(điện áp qua giữa hai điện cực đạt cực đại tới một giá trị của điện áp phóng điện Ue,

Ue là hằng số phụ thuộc vào cặp vật liệu), chất điện mơi giữ kênh plasma và tạo ra
một sự tập trung năng lượng cục bộ, mặt khác sự và chạm của các electron lên phơi
và cá ion dương lên điện cực làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu trên bề mặt phơi và
điện cực. Sau khi diễn ra một xung, máy phát sẽ ngắt dòng điện. Điện áp kênh
phóng điện và áp suất bị ngắt đột ngột cho nên kim loại nóng chảy bị đẩy ra ngồi
và bốc hơi.

Hình 1.4. Sự hình thành và bốc hơi vật liệu [18]
Chu kỳ phóng tia lửa điện để lại các “vết” bóc tách vật liệu có thể tóm tắt
thơng qua các đại lượng điện như sau:

Footer Page 18 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 19 of 126.
- 19-

- Thời gian trễ tđ: Là khoảng thời gian giữa lúc đóng điện máy phát đến lúc
xảy ra phóng tia lửa điện, đây là thời gian cho phép chất điện mơi ion hóa và hình
thành kênh phóng điện.
- Thời gian phóng điện te: Là khoảng thời gian từ lúc bắt đầu phóng tia lửa
điện và lúc ngắt điện (từ một vài đến vài trăm s) phụ thuộc pha II làm kim loại
nóng chảy.
- Độ kéo dài xung ti: 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 thời gian trễ đánh
lửa tđ và thời gian phóng tia lửa điện te. Đây còn là thời gian để chất điện mơi ion
hóa, chuẩn bị cho một chu kỳ phóng điện tiếp theo cho đến khi đạt kích thước gia

cơng u cầu.
- Khoảng cách xung to: Là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy
phát giữa hai chu kỳ xung liên tiếp nhau, to còn được gọi là độ kéo dài nghỉ của
xung. Hình 1.5 thể hiện diễn biến của điện áp và dòng điện trong máy gia cơng tia
lửa điện được sinh ra bởi một máy phát tĩnh trong một xung. Đặc điểm của đồ thị
này cho thấy dòng điện xung bao giờ cũng xuất hiện trễ hơn một khoảng thời gian td
so với thời điểm bắt đầu có điện áp máy phát Ui. Ue và Ie là các giá trị trung bình
của điện áp và dòng điện khi phóng tia lửa điện.

Hình 1.5. Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện [18]

Footer Page 19 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 20 of 126.
- 20-

Trong đó:
te: Thời gian phóng tia lửa điện (µs).
tđ: Thời gian trễ đánh lửa (µs).
ti: Độ kéo dài xung (µs).
t0: khoảng cách xung (µs).
tp: Chu kỳ xung.
Ui: Điện áp máy phát mở (V).
Ue: Điện áp phóng tia lửa điện (V).
Ie: Dòng phóng tia lửa điện (A).
Các nghiên cứu cho thấy tại các vùng lân cận các điện cực, plasma có nhiệt

độ rất cao từ 60000C ÷ 10.0000C. 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 bành trướng của kênh plasma làm cho áp suất trong kênh rất
lớn (có thể lên đến 1 kbar). 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 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 khối lượng của các điện tử nhiều
lần (khoảng 103 lần) nên chúng sẽ tới các catốt chậm hơn các điện tử tại anốt.
Chính sự cơ động này dẫn đến sự ăn mòn rất khác nhau tại hai 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 gia 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 hủy nội lực của các

Footer Page 20 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 21 of 126.
- 21-

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 q trình chuyển đổi năng
lượng nhiệt và cơ thẩm nhiệt
1.3.2. Cơ chế bóc tách vật liệu
Các đặc tính tách vật liệu đầu tiên phụ thuộc vào năng lượng bóc tách vật liệu.
Gọi năng lượng bóc tách vật liệu là We thì ta có đẳng thức 1.1 [18]:
We = Ue.Ie.te

(1.1)

Trong đó Ue và Ie là điện áp và dòng điện trung bình của tia lửa điện được lấy
trong khoảng thời gian phát xung te. Vì Ue là hằng số vật lý phụ thuộc vào cặp vật
liệu điện cực/phơi nên thực chất We chỉ phụ thuộc vào dòng điện và thời gian xung.
Dòng điện tổng cộng trong kênh plasma qua khe hở phóng điện là tổng của
các dòng điện tử chạy tới cực dương (anốt) và dòng các ion dương chạy tới cực âm
(catốt). Do khối lượng của các ion dương lớn hơn nhiều lần so với khối lượng của
các electron cho nên tốc độ của các electron lớn hơn 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 điện do các electron chuyển động về cực dương. Cho nên có thể
bỏ qua dòng điện do sự chuyển động của các ion dương gây ra. Mặt khác do tốc độ
của các electron lớn hơn nhiều lần so với chuyển động của các ion dương nên mật
độ các electron tập trung tại cực dương cao hơn nhiều so với mật độ ion dương tại
cực âm. Trong khi mức độ tăng của dòng điện khi bắt đầu có sự phóng điện là rất
lớn, điều này là ngun nhân gây ra sự nóng chảy mạnh ở cực dương trong chu kỳ
này. Trong khi đó do dòng các ion dương tới cực âm là nhỏ và trong micrơ giây đầu
tiên, các ion dương gây ra sự nóng chảy và bốc hơi vật liệu của catốt gây ra hiện
tượng ăn mòn ở cực âm.
Một lý do quan trọng của sự tách vật liệu ra khỏi phơi là sự đột ngột biến mất
của kênh plasma khi dòng điện bị ngắt. Điều này dẫn đến sự sụt gảm 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 lượng kim loại nóng chảy đó. Tốc độ cắt

dòng điện và mức độ sụt của xung dòng điện sẽ quyết định tốc độ sụt áp suất và sự

Footer Page 21 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 22 of 126.
- 22-

bắt buộc nổ vật liệu chảy lỏng. Thời gian sụt của dòng điện là yếu tố quyết định đối
với độ nhám bề mặt gia cơng [18].
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình gia cơng tia lửa điện
1.4.1. Các đặc tính về điện
Dựa vào các đặc tính thời gian của sự phóng tia lửa điện, người ta có thể
nhận ra các đặc tính về điện. Các đặc tính này là các thơng số điều chỉnh quan trọng
trong q trình gia cơng [18].
- Điện áp đánh tia lửa điện Uz (V): Đây là điện áp cần thiết để có thể dẫn
đến phóng tia lửa điện, điện áp đánh tia lửa điện Uz càng lớn thì phóng điện càng
nhanh và cho phép khe hở phóng điện càng lớn. Điện áp này được cấp cho điện cực
và phơi khi máy phát được đóng điện, gây ra sự phóng tia lửa điện để đốt cháy điện
cực [18].
- Thời gian trễ đánh lửa td (µs): Là khoảng thời gian giữa lúc đóng điện
máy phát và lúc xảy ra phóng tia lửa điện. Khi đóng điện máy phát, lúc đầu chưa
xảy ra hiện tượng gì. Điện áp duy trì ở giá trị điện áp Ui, dòng điện bằng “0”. Sau
thời gian trễ td mới xảy ra hiện tượng phóng điện, dòng điện từ giá trị “0” tăng lên
giá trị Ie [18].
- Điện áp phóng tia lửa điện Ue (V): Là điện áp trung bình trong suốt q
trình phóng điện. Ue là hằng số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phơi. Khi

bắt đầu phóng tia lửa điện thì điện áp ban đầu Ui giảm đến Ue [18].
- Dòng phóng tia lửa điện Ie (A): là giá trị trung bình của dòng điện từ khi
bắt đầu phóng tia lửa điện đến khi ngắt điện. Khi bắt đầu phóng điện, dòng điện
tăng từ 0 đến giá trị Ie kèm theo sự bốc cháy kim loại. Theo các nghiên cứu [1-3, 4,
13], Ie có ảnh hưởng lớn nhất đến ăn mòn vật liệu, độ ăn mòn điện cực và đến chất
lượng bề mặt gia cơng. Khi Ie tăng thì lượng hớt vật liệu tăng và độ nhám gia cơng
lớn và độ ăn mòn điện cực giảm.
- Thời gian phóng tia lửa điện te (µs): Là khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu
phóng tia lửa điện và lúc ngắt điện, tức là thời gian có dòng điện Ie trong một lần
phóng điện.

Footer Page 22 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 23 of 126.
- 23-

- Độ kéo dài xung ti (µs): Là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của
máy phát trong cùng một chu kỳ phóng tia lửa điện. Độ kéo dài xung ti là tổng của
thời gian trễ đánh lửa tđ và thời gian phóng tia lửa điện te [18]:
ti  t d  t e

(1.2)

1.4.2. Các yếu tố khác
Bên cạnh các đặc tính về điện, còn có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến q
trình gia cơng tia lửa điện như tốc độ di chuyển của điện cực, lực căng dây trong gia

cơng cắt dây, sự ăn mòn điện cực…các thơng số phi cơng nghệ như vật liệu gia
cơng, chất điện mơi…
- Tốc độ di chuyển của dây vd (trong gia cơng cắt dây tia lửa điện): Tốc độ di
chuyển của dây vd là vận tốc dây điện cực dịch chuyển dọc theo đường dẫn của dây,
dây được di chuyển liên tục [16]. Khi tốc độ lớn thì q trình gia cơng ổn định hơn,
tốc độ cắt tăng nhẹ.
- Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực: phương pháp gia cơng tia lửa điện là
phương pháp dùng điện cực âm để hớt đi một lượng vật liệu trên điện cực dương
(phơi). Song song với q trình trên là q trình điện cực âm cũng bị hớt đi một
lượng vật liệu trên bề mặt do các ion dương gây ra. Mặc dù lượng vật liệu bị hớt đi
trên điện cực âm là rất nhỏ so với lượng vật liệu bị hớt đi trên điện cực dương
nhưng khi q trình gia cơng diễn ra trong một khoảng thời gian dài thì kích thước
điện cực cũng bị thay đổi và do đó sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác gia cơng. Độ mòn
điện cực phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực-phơi và các thơng số điều chỉnh khác
trong q trình gia cơng. Người ta xác định độ mòn tương đối của điện cực bằng
cơng thức 1.3 [18]:


Ve
.100%
Vw

(1.3)

Trong đó:
 là độ mòn tương đối của điện cực (%)/

Ve là thể tích vật liệu bị mất ở điện cực (mm3).
Vw là thể tích vật liệu bị mất ở phơi (mm3).

Footer Page 23 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 24 of 126.
- 24-

Độ mòn tương đối  chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau:
- Sự phối hợp của cặp vật liệu điện cực - phơi.
- Dòng điện Ie và bước của dòng điện.
- Độ kéo dài xung te và sự đấu cực.
1.5. Lượng hớt vật liệu khi gia cơng tia lửa điện
Lượng hớt vật liệu là thể tích vật liệu được hớt đi trong một đơn vị
thời gian [14, 16]. Lượng hớt vật liệu được xác định theo cơng thức 1.4 [14, 16]:
MRR  Vc .b.h

(1.4)

Trong đó:
MRR là lượng hớt vật liệu (mm3/ph)
Vc là lượng chạy dao (mm/ph)
b là chiều rộng vết cắt (mm), b  ( 2Wg  d )( mm)

Với : Wg là khe hở phóng điện (mm)
d là đường kính dây điện cực (mm).
h là chiều cao của phơi gia cơng (mm)

Theo cơng thức 1.4, khi lượng chạy dao Vc, chiều rộng vết cắt b, chiều cao của phơi

gia cơng h càng lớn thì lượng hớt vật liệu MRR càng lớn.
Từ đẳng thức của năng lượng phóng tia lửa điện:
We = Ue.Ie.te

(1.5)

Trong đó:
We là năng lượng phóng tia lửa điện.
Ue là điện áp phóng tia lửa điện.
Ie là dòng điện phóng tia lửa điện.
Ta thấy rằng, dưới điều kiện bình thường khi Ue, Ie, te, càng lớn thì năng
lượng phóng tia lửa điện càng lớn. Do đó lượng hớt vật liệu càng lớn.
H. Singh, R. Garg đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của một số thơng số cơng
nghệ: thời gian xung Ton, thời gian ngắt xung Toff, lực căng của dây điện cực WT,
tốc độ di chuyển của dây điện cực và dòng phóng tia lửa điện đến lượng hớt vật liệu
khi gia cơng cắt dây tia lửa điện thép làm khn dập nóng H – 11, dây điện cực là

Footer Page 24 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Header Page 25 of 126.
- 25-

CuZn37 có đường kính d=0,25 mm [13]. Kết quả cho thấy dòng phóng tia lửa điện
Ie ảnh hưởng lớn nhất đến lượng hớt vật liệu. Khi Ie tăng thì lượng hớt vật liệu cũng
tăng (Hình 1.6). Thời gian xung Ton và thời gian ngắt xung Toff có ảnh hưởng lớn
đến lượng hớt vật liệu. Khi Ton tăng thì lượng hớt vật liệu tăng, khi Toff tăng thì

lượng hớt vật liệu lại giảm (Hình 1.7, 1.8). Còn lực căng của dây điện cực WT và
tốc độ di chuyển của dây điện cực WF gần như khơng ảnh hưởng đến lượng hớt vật
liệu (Hình 1.9, 1.10).

Hình 1.6. Ảnh hưởng của dòng phóng tia lửa điện đến lượng hớt vật liệu

Hình 1.7. Ảnh hưởng của thời gian xung đến lượng hớt vật liệu

Hình 1.8. Ảnh hưởng của thời gian ngắt xung đến lượng hớt vật liệu

Footer Page 25 of 126.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>