Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất và chất lượng khi gia công thép 40x trên máy cắt dây tia lửa điện

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học Bách khoa Hà Nội
......................................................

Luận Văn thạc sỹ khoa học

Nghiên cứu ảnh Hởng của các
thông số Công nghệ đến năng suất và chất lợng
khi gia công thép 40x trên máy cắt dây tia lửa điện

Ngành: Công nghệ chế tạo máy
M Số:

Ngời thực hiện:

Lơng Đình Thành

Ngời hớng dẫn khoa học:

PGS.TS Nguyễn Trọng Bình

Hà Nội 10-2006


Mục lục
Trang bia
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục

Trang

Danh mục các bảng số liệu
Danh mục các đồ thị và hình vẽ
Mở đầu

6

Chơng 1: Tổng quan về gia công tia lửa điện

9

1.1.

Bản chất của quá trình gia công tia lửa điện

9

1.1.1.

Nguyên lý làm việc của máy gia công tia lửa điện

9

1.1.2.

Sự hình thành quá trình phóng điện

11

1.1.3.

Cơ chế của quá trình tách vật liệu

12

1.2.

Đặc điểm của phơng pháp gia công tia lửa điện

13

1.3.

Các yếu tố ảnh hởng của quá trình gia công tia lửa điện

14

1.3.1.

Các đặc tính về điện của quá trình gia công tia lửa điện

14

1.3.2.

ảnh hởng của khe hở phóng điện

18

1.3.3.

ảnh hởng của điện dung C

21

1.3.4.

ảnh hởng của diện tích vùng gia công

22

1.3.5.

ảnh hởng của sự ăn mòn điện cực

23

1.4.

Các hiện tợng không mong muốn xẩy ra khi gia công tia lửa điện

24

1.4.1.

Hiện tợng quang phổ

24

1.4.2.

Ngắn mạch và sụt áp

25

1.4.3.

Xung mạch hở, không có dòng điện

25

1.5.

Các yếu tố không điều khiển đợc trong quá trình gia công

26

1.5.1.

Nhiễu hệ thống

26

1.5.2.

Nhiễu ngẫu nhiên

26

1.6.

Chất lợng bề mặt khi gia công bằng tia lửa điện

27

1.6.1.

Độ nhám bề mặt

27


1.6.2.

Vết nứt tế vi và các ảnh hởng về nhiệt

27

1.7.

Độ chính xác gia công

29

1.8.

Chất điện môi

30

1.8.1.

Nhiệm vụ của chất điện môi

30

1.8.2.

Các loại chất điện môi

32

1.8.3.

Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi

33

1.8.4.

Các loại dòng chảy chất điện môi

35

1.8.5.

Hệ thống lọc chất điện môi

38

Kết luận chơng 1

40

Chơng 2: Gia công tia lửa điện bằng cắt dây

41

2.1.

Máy cắt dây tia lửa điện

41

2.2.

u nhợc điểm của phơng pháp gia công bằng máy cắt dây

42

2.2.1.

Giới thiệu công nghệ gia công khuôn khi cha có máy cắt

42

2.2.2.

Giới thiệu công nghệ gia công khuôn khi sử dụng máy cắt dây

43

2.2.3.

u nhợc điểm của phơng pháp cắt dây

44

2.3.

Điện cực và vật liệu điện cực

45

2.3.1.

Yêu cầu đối với vật liệu điện cực

45

2.3.2.

Các loại dây điện cực

46

2.4.

Sự thoát phoi khi gia công bằng cắt dây

47

2.5.

Các hệ thống điều khiển khi gia công trên máy cắt dây

48

2.5.1.

Dòng phóng tia lửa điện Ie và bớc của dòng điện

48

2.5.2.

Độ kéo dài xung ti

48

2.5.3.

Khoảng cách xung t0

49

2.5.4.

Điện áp đánh lửa Uz

49

2.5.5.

Khe hở phóng điện

49

2.6.

Độ chính xác khi gia công cắt dây

50

2.6.1.

Các sai số của profin trong cắt dây

53

2.7.

Độ nhám bề mặt gia công khi cất dây

55

2.8.

Năng suất gia công bằng cắt dây

57


2.8.1.

Định nghĩa

57

2.8.2.

Các thông số công nghệ ảnh hởng tới năng suất

58

2.9.

Lập trình gia công trên máy cắt dây

59

2.9.1.

Các trục điều khiển và hệ toạ độ

59

2.9.2.

Các chức năng của G

62

2.9.3.

Nhóm lệnh dịch chuyển mã G

68

2.9.4.

Các lệnh dịch chuyển đờng kính G41/G42

70

2.9.5.

Các phép copy dịch chuyển

72

2.9.6.

Các lệnh định vị tự động G110, G111, G112 và G113

74

2.9.7.

Các chức năng M

75

2.9.8 .

Các lệnh cắt côn

77

2.9.9.

Các chuyển động khi cắt dây, góc côn

78

2.10.

Gia công góc lợn

79

Kết luận chơng II

80

Chơng 3: Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số
công nghệ tới năng suất và chất lợng khi gia

81

công thép 40X trên máy cắt dây tia lửa điện

3.1.

ý nghĩa của nội dung nghiên cứu

81

3.2.

Cấu tạo vật liệu 40X

81

3.3.

Xây dựng quy hoạch thực nghiệm

82

3.4.

Điều kiện nghiên thí nghiệm

85

3.5.

Kết quả thí nghiệm

86

3.6.

Xử lý kết quả thực nghiệm

90

Kết luận chơng 3

92

Kết luận chung

93

Tài liệu tham khảo

94


3
Danh mục các bảng số liệu

Bảng

Nội dung của bảng số liệu

Trang

2.1

Tốc độ chạy dao nhanh trên các trục

60

2.2

Lợng chạy dao JOG

61

2.3

Danh mục của G

63

2.4

Bảng danh mục các mã M

66

2.5

Lệnh dịch chuyển

73

3.1

Thành phần hoá học của thép 40X

81

3.2

Các điểm thực nghiệm

84

3.3

Thông số kỹ thuật máy cắt dây GS40B

85

3.4

Bnảg kết quả thí nghiệm

89


4
Danh mục các đồ thị và hình vẽ

Hình

Nội dung của hình vẽ và đồ thị

Trang

1.1

Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện

9

1.2

Nguyên lý gia công tia lửa điện

10

1.3

Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện

10

1.4

ảnh hởng của Ti và t0 tới năng suất gia công

17

1.5

ảnh hởng của khe hở phóng điện tới Ue và Ie

20

1.6

Quan hệ giữa và ap

21

1.7

ảnh hởng của điện dung C

22

1.8

ảnh hởng của diện tích vùng gia công F

22

1.9

Hiện tợng hồ quang

24

1.10 Hiện tợng ngắn mạch và sụt áp

25

1.11 Hiện tợng xung mạch hở

26

1.12 Cấu trúc tế vi và độ cứng tế vi lớp bề mặt

28

1.13 Dòng chảy bên ngoài

36

1.14 Dòng chảy áp lực

36

1.15 Dòng chảy hút

37

1.16 Dòng chảy phối hợp

37

2.1

Sơ đồ máy cắt dây

41

2.2

Động cơ điện

42

2.3

Cối đột lỗ

43

2.4

Các trờng hợp khó khăn đối với dòng chảy đồng trục

47


5

2.5

Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc

54

2.6

Độ chính xác của mạch cắt và rảnh cắt

55

2.7

Khe hở phóng điện trong gia công cắt dây

56

2.8

Các lệnh dịch chuyển đờng kính dây G41/G42

72

3.1

Mô hình quá trình cắt dây vật liệu 40X

82

3.2

Sơ đồ mạch cắt

86

3.3.a Máy cắt dây GS40B

86

3.3.b Màn hình điều khiển máy cắt dây GS40B

86

3.3 c Phần điều chỉnh chế độ gia công chính

87

3.4

Mẫu thí nghiệm

87

3.5

Máy đo độ nhám Ra

88

3.6

Thớc cặp điện tử

88

6

Mở đầu
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của sự phát triển sản phẩm cơ khí
trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc. Cùng với sự cạnh
tranh khốc liệt của các mặt hàng ngoại nhập.Việc nâng cao chất lợng và hạ
giá thành sản phẩm là một nhiệm vụ quan trọng của ngành cơ khí chế tạo
máy. Ngày nay trong sản xuất và đời sống xuất hiện ngày càng nhiều sản
phẩm, chi tiết gia công phức tạp đợc làm từ vật liệu cứng rất khó gia công
cắt gọt. Từ đó đòi hỏi phải phát triển phơng pháp công nghệ gia công mới,
việc ứng dụng CAD/ CAM/ CIM vào thiết kế và chế tạo là cần thiết, trong
đó gia công tia lửa điện là công nghệ đã đợc hiện đại hoá cao, đến mức các
máy gia công tia lửa điện đã đợc chế tạo hàng loạt và đợc trang thiết bị
các hệ thống điều khiển số CNC. Các nớc Tây Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản là
những Trung tâm lớn, phát triển và xuất khẫu nhiều nhất các loại máy này.
ở Việt Nam công nghệ gia công EDM đã thâm nhập vào với số lợng ngày
càng nhiều. Trong khi đó tài liệu hớng dẫn về lĩnh vực này rất còn ít.
Để nâng cao chất lợng sản phẩm và tăng năng suất trong sản xuất
bằng máy cắt dây tia lửa điện, cần phải phân tích các thông số của độ chính
xác và nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc giữa chúng và các yếu tố công
nghệ. Để giải quyết vấn đề này cần thông qua bằng con đờng thực nghiệm.
Với mục đích nghiên cứu sâu hơn về ảnh hởng các thông số công nghệ tới
năng suất gia công cắt dây tia lửa điện tôi đã chọn đề tài:
"Nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ đến năng suất
và chất lợng khi gia công thép 40X trên máy cắt dây tia lửa điện"
Việc tìm ra mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với năng suất
và chất lợng bề mặt là việc làm cần thiết, nhằm đạt đợc năng suất trên cơ


7

sở phải đảm bảo chất lợng, đồng thời phải sữ dụng hợp lý các chế độ gia
công nhằm nâng cao tuổi thọ của máy. Đề tài tập trung nghiên cứu những
nội dung sau:
- Bản chất của phơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện
- ảnh hởng của các thông số công nghệ tới năng suất và chất lợng
bề mặt bằng gia công tia lửa điện trên máy cắt dây.
- Độ chính xác gia công bằng thực nghiệm.
Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Do điều kiện còn hạn chế về thiết bị gia công và các thiết bị sử dụng
trong công việc nghiên cứu, đo kiểm. Vì vậy đề tài tập trung nghiên cứu về
phơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện. Nhằm tìm hiểu các bản chất của
quá trình gia công, từ đó nghiên cứu và đánh giá các thông số ảnh hởng
đến năng suất và chất lợng, để lựa chọn đợc các phơng pháp gia công
hợp lý, xác định chế độ cắt tối u trong một điều kiện cụ thể. Kết quả
nghiên cứu sẽ đợc ứng dụng sản xuất tại Công ty cổ phần công nghiệp
Quang Nam nhằm đa lại năng suất và chất lợng cho Công ty trong quá
trình sản xuất.
Đối tợng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tợng nghiên cứu của đề tài là thiết bị gia công cắt dây tia lửa
điện GS40B do hãng GOLDSUN CO: LTD - CHINA cung cấp cho Công ty
cổ phần công nghiệp Quang Nam. Đối tợng gia công là loại vật liệu
thờng đợc chọn để gia công khuôn dập polyme. Các thông số công nghệ
đợc cài đặt theo các chế độ sẵn có trên thiết bị, các kết quả đợc hiển thị
trên máy tính của thiết bị và đợc kiểm tra tại Phòng quản lý chất lợng của
Công ty.


8

ý nghĩa khoa học của đề tài:
- Xác định ảnh hởng các yếu tố công nghệ của quá trình cắt tới năng suất
và chất lợng trong gia công cắt dây tia lửa điện.
- Xác định đợc chế độ gia công tối u trong gia công cắt dây tia lửa
điện trên thiết bị nghiên cứu.
- Mô hình hoá quá trình gia công đợc rút ra từ kết quả nghiên cứu
thực nghiệm. Từ đó xây dựng đợc mối quan hệ toán học giữa các yếu tố
công nghệ với năng suất và chất lợng gia công.
ý nghĩa thực tiễn:
Các kết quả nghiên cứu sẽ đợc ứng dụng vào thực tiễn sản xuất tại
Công ty cổ phần công nghiệp Quang Nam trong việc chế tạo các khuôn dập
polyme. Với kết quả này sẽ giúp Công ty nâng cao năng suất và chất lợng
sản phẩm đem lại hiệu quả cao trong sản xuất, nhằm giảm giá thành sản
phẩm tăng cờng sức cạnh tranh với các sảm phẩm trên thị trờng.
Trong điều kiện hạn chế về thời gian và trang thiết bị để nghiên cứu,
nên trong luận văn không tránh khỏi những thiếu sót rất mong sự đóng góp
ý kiến của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn chỉnh
hơn.


9

Chơng 1: Tổng quan về gia công tia lửa điện.
1.1. Bản chất của quá trình gia công tia lửa điện.
1.1.1.Nguyên lý làm việc của máy gia công tia lửa điện.
3
2

4

1
a

5

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện
1- Thùng chứa chất điện môi;

2- Khe hở a

3- Điện cực;

4 - chất điện môi;

5 - Phôi

Một điện áp đợc đặt giữa điện cực và phôi không gian giữa 2 điện
cực đợc điền đầy bởi một chất lỏng cách điện gọi là chất điện môi
(Dielectric). Cho điện cực dụng cụ đi xuống tới lúc khoảng cách của điện
cực và dụng cụ a = amin thì xẩy ra hiện tợng phóng tia lửa điện. Một dòng
điện khép kín mạch xuất hiện một cách tức thời.
Khi phóng tia lửa điện, các điện cực không tiếp xúc với nhau. Nếu
chúng chạm vào nhau thì không có tia lửa điện mà xẩy ra một dòng ngắn
mạch, có hại đối với quá trình gia công. Nếu khe hở lớn quá thị lại không
thể xẩy ra sự phóng tia lửa điện, làm giảm năng suất gia công.
Đồ thị hình 1.2 cho thấy diễn biến của điện áp và dòng điện ở một xung.


10

Hình 1.2. Nguyên lý gia công tia lửa điện

Ue

u

U

t

i

te

d

to

t

ti

Ie

tp

Hình 1.3: Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện
Trên đồ thị hình 1-3 :
Ui: Điện áp ban đầu (cha phóng điện) giữa điện cực và phôi
Ue: Điện áp phóng tia lửa điện

te: Thời gian kéo dài xung hay còn gọi là độ kéo dài xung


11

td: Thời gian trễ đánh lửa
t0: Khoảng cách xung
ti: Thời gian kéo dài xung của máy phát xung
tp: Thời gian chu kỳ
ie: Dòng phóng tia lửa điện
Đây là đồ thị biểu diễn quá trình diễn biến của một chu kỳ xung trong gia
công tia lửa điện. ứng với te(độ kéo dài xung) thì khoảng cách a lại tăng lên
dẫn đến lúc kết thúc hiện tợng phóng điện.
- t0 là thời gian ứng với quá trình điện cực đi xuống để a = amin , khi đó diễn
biến quá trình đợc lặp lại nh trên. t0 chính là khoảng cách giữa 2 xung
hay còn gọi là khoảng cách xung.
1.1.2. Sự hình thành quá trình phóng điện. ( hình 1.2)
- Pha 1: Đóng mạch điện đồng thời điện cực di chuyển về phía vật gia công
tới lúc a = amin thì xẩy ra hiện tợng phóng điện. Các điện tử dới tác dụng
của điện trờng sẽ thoát ra từ cực âm (điện cực) chuyển động về phía cực
dơng (vật gia công ). Trong quá trình phóng điện mật độ electron tăng dần
làm tăng cục bộ tính dẫn điện của chất điện môi nằm giữa 2 điện cực
- Pha 2: Trong quá trình phóng điện thì các điện tử chuyển động về phía
cực dơng, các ion + chuyển động về phía cực âm. Quá trình này tạo ra năng
lợng rất lớn làm bốc hơi cục bộ phần dung dịch điện môi nằm giữa 2 điện
cực do đó tạo thành kênh dẫn điện giữa 2 điện cực.
- Pha 3: Kênh dẫn điện có năng lợng rất lớn, đợc gọi là kênh plasma.
Plasma này là một chất khí có lẫn các điện tử và các ion dơng ở điện áp rất
cao (khoảng 1kbar) và nhiệt độ điện cực lớn (10.0000C). Khi kênh plasma
đạt tới trạng thái ổn định thì điện áp giữa 2 điện cực đạt tới điện áp phóng

12

tia lửa điện ổn định Ue . Giá trị của điện áp Ue là một hằng số vật lý phụ
thuộc vào sự phối hợp cặp vật liệu anốt/ catốt.
Ví dụ: Khi dùng điện cực đồng để gia công thép thì Ue= 25 V.
Sự va đập của các điện tử và ion vào các điện cực tạo nên nhiệt độ rất cao
làm nóng chảy và bốc hơi các vật liệu ở các điện cực.
1.1.3. Cơ chế của quá trình tách vật liệu.
Quá trình tách vật liệu phụ thuộc vào năng lợng tách vật liệu. Nếu gọi
năng lợng tách vật liệu là We thì ta có biểu thức sau:
We = Ue . Ie . te
Trong đó: - Ue,: Điện áp trung bình khi phóng điện ( khi tồn tại xung ), Ue là
hằng số phụ thuộc vào vật liệu cặp điện cực / phôi
- Ie: Dòng điện trung bình khi phóng điện.
- te: Thời gian tồn tại xung.
Vì Ue là hằng số phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi nên năng lợng
tách vật liệu we chỉ phụ thuộc vào dòng điện Ie và thời gian xung te.
Dòng điện trong kênh plasma bao gồm:
- Dòng điện tạo ra do các điện tử chuyển động từ cực âm (điện cực) về phía
cực dơng (vật gia công ).
- Dòng điện tạo ra do các ion dơng chuyển động từ cực dơng (vật gia
công) về phía cực âm (điện cực ).
- Do dòng điện tử và ion dơng đều chuyển động về phía các điện cực âm
và dơng tạo nên sự nóng chảy và bốc hơi kim loại của các điện cực dẫn
đến trong quá trình gia công các điện cực (âm và dơng) đều bị mòn.


13

- Do khối lợng của các ion lớn gấp 100 lần khối lợng của các điện tử cho
nên mật độ điện tử tập trung tới bề mặt cực dơng cao hơn nhiều lần so với
mật độ ion dơng tập trung tới bề mặt cực âm trong khi mức độ tăng của
dòng điện rất lớn trong khoảng đầu tiên của sự phóng điện. Điều đó dẫn đến
điện cực dơng (vật gia công) bị nóng chảy và bốc hơi rất mạnh so với cực
âm (điện cực) chính vì vậy phía điện cực dơng (vật gia công hay phôi) bị
mòn rất nhanh so với điện cực âm, từ đó lỗ hình cần gia công đợc hình
thành và có hình dạng của điện cực âm và khoảng cách a giữa hai điện cực
lại tăng dần. Khi khoảng cách a đủ lớn, hiện tợng phóng điện mất đi, xung
bị dập tắt.
- Khi hết chu kỳ xung, dòng giữa hai điện cực mất đi thì dung dịch chất
điện môi ở xung quanh lại tràn vào giữa 2 điện cực đẩy các mùn kim loại
(lơng kim loại của 2 điện cực bị tách ra và bị đốt cháy) ra ngoài khu vực
gia công.
- Sau đó do điện cực tiếp tục đi xuống, khoảng cách a giữa 2 nhấp nhô của
hai điện cực giảm dần tới lúc đạt giá trị a = amin , quá trình phóng điện lại
lặp lại, lúc đó quá trình tách vật liệu lại đợc lặp lại ứng với chu kỳ mới.
Thể tích vật liệu đợc lấy đi phụ thuộc vào điện áp, cờng độ dòng điện và
thời gian gia công.
1.2. Đặc điểm của phơng pháp gia công tia lửa điện,
Gia công tia lửa điện là phơng pháp gia công bằng sự phóng điện ăn mòn
trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện đợc tạo ra do sự phóng điện của 2
điện cực. Nó có các đặc điểm chính sau:


14

- Điện cực (đóng vai trò dụng cụ) lại có độ cứng thấp hơn nhiều lần so
với độ cứng của phôi, Vật liệu phôi là những vật liệu cứng và đã qua nhiệt

luyện nh thép đã tôi, các loại hợp kim cứng. Còn vật liệu điện cực là đồng,
graphit.
- Vật liệu dụng cụ là vật liệu phôi đều phải có tính dẫn điện.
- Khi gia công phải sử dụng một loại chất lỏng điện môi, đó là một
dung dịch không dẫn điện ở điều kiện làm việc bình thờng.
Nguyên lý hớt vật liệu bắt buộc phải theo là vật liệu liệu dẫn điện. Các vật
liệu dẫn điện kém nh gốm và kim cơng cũng có thể gia công đợc. ở kim
cơng ta có thể tổ hợp một lớp các bon dẫn điẹn trên bề mặt phôi.
Các phơng pháp gia công tia lửa điện đợc sử dụng trong công nghiệp là:
- Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình, gọi tắt là phơng
pháp "xung định hình ". Theo đó, điện cực là một hình không gian bất kỳ
mà nó in hình của mình lên phôi tạo thành một lòng khuôn. Phơng pháp
này thờng đợc dùng để chế tạo khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn
ép định hình, khuôn ép nhựa, lỗ không thông ..
- Phơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện: Là phơng pháp dùng một dây
mảnh có đờng kính nhỏ ( 0,1 - 0,3)mm đợc cuốn liên tục và chạy theo
một biên dạng định trớc để tạo thành một vết cắt trên phôi. Phơng pháp
này thờng dùng để gia công các lỗ suốt có biên dạng phức tạp nh lỗ trên
khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo điện cực dùng cho gia công
xung định hình, gia công các đờng gấp khúc, các dỡng kiểm...
1.3. Các yếu tố ảnh hởng tới quá trình gia công tia lửa điện.
1.3.1. Các đặc tính về điện của quá trình gia công tia lửa điện.


15

Dựa vào các đặc tính thời gian của sự phóng tia lửa điện ngời ta có thể
nhận ra các đặc tính về điện. Các đặc tính này chính là các thông số điều
chỉnh quan trọng nhất của quá trình gia công.
Tham số điều khiển về xung nh thời gian, điện áp, dòng điện cũng đóng

vai trò rất quan trọng đến năng suất và đặc biệt đến chất lợng bề mặt gia
công. Các tài liệu nghiên cứu đã đa ra kết luận và trở thành các kiến thức
cơ bản về gia công tia lửa điện, nh điện áp xung Ue các tác động đến lợng
bóc tách vật liệu, là hằng số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực phôi. Dòng điện Ie ảnh hởng lớn nhất đến lợng hớt vật liệu phôi, độ mòn
điện cực và chất lợng bề mặt gia công. Trong mối quan hệ với lợng bóc
tách vật liệu Ie càng lớn thì lợng hớt vật liệu We cũng lớn, độ nhám gia
công càng tăng và độ mòn điện cực càng giảm. Giá trị trung bình Ie có thể
đọc trên bảng điều khiển trong quá trình gia công.
Mỗi máy phát của thiết bị gia công tia lửa điện đều có nhiệm vụ là cung cấp
năng lợng làm việc cần thiết. Trớc đây ngời ta sử dụng các máy phát có
tụ bù nhng loại máy này lại có nhợc điểm là 50% năng lợng tích luỹ
trong điện trở nạp bị biến thành nhiệt, cho nên loại máy này chỉ có hiệu suất
khoảng 50%. Sau này các tụ bù này chỉ còn đợc sử dụng trong các bộ ngắt
xung để thực hiện tối u việc gia công đơn giản.
Hiện nay máy phát hiện đại của một thiết bị gia công tia lửa điện là một
máy phát xung tĩnh, năng lợng đợc điều khiển bằng điện tử nhng không
có yếu tố bù. Nguyên lý tác dụng của máy phát xung tĩnh thực hiện đợc
trớc hết thông qua sự phát triển của transistor mạnh và các sản phẩm điện
tử hiện đại. Máy phát xung tĩnh có u việt lớn ở độ linh hoạt của các thông
số điều chỉnh. Qua đây ta thấy rằng mỗi trờng hợp gia công cần đợc giải


16

quyết theo quan điểm điện cực phải mòn ít nhất và chất lợng gia công là
tối u. Do vậy khi gia công tất cả các thông số phải đợc điều chỉnh hợp lý.
Các thông số gia công bao gồm:
- Điện áp đánh lửa Ui: Đây là điện áp cần thiết để dẫn tới sự phóng tia
lửa điện. Nó đợc cung cấp cho điện cực và phôi khi máy phát đợc đóng
điện, gây ra sự phóng tia lửa điện để đốt cháy vật liệu. Điện áp đánh lửa Ui

càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho phép khe hở phong điện càng
lớn.
- Thời gian trễ phóng tia lửa điện td là khoảng thời gian giữa lúc đóng
điện máy phát và lúc xẩy ra phóng tia lửa điện. Ngay khi đóng máy phát,
cha xẩy ra hiện tợng phóng điện. Điện áp duy trì ở giá trị điện áp đánh
lửa Ui dòng điện vẫn bằng không. Sau một thời gian trễ td mới xẩy ra sự
phóng tia lửa điện. Dòng điện từ không vọt lên giá trị Ie.
- Điện áp phóng tia lửa điện Ue là điện áp trung bình trong suốt thời
gian phóng điện. Ue là hệ số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/
phôi. Ue không điều chỉnh đợc. Khi bắt đầu xẩy ra phóng tia lửa điện thì
điện áp tụt từ Ui xuống đến giá trị Ue .
- Dòng phóng tia lửa điện Ie là giá trị trung bình của dòng điện khi bắt
đầu phóng tia lửa điện đến khi kết thúc phóng điện. Khi bắt đầu phóng tia
lửa điện, dòng điện từ không tăng lên giá trị Ie, kèm theo sự đốt cháy kim
loại. Theo các nghiên cứu trớc đây thì Ie ảnh hởng lớn nhất tới lợng hớt
vật liệu, độ ăn mòn điện cực và đến chất lợng bề mặt gia công. Nhìn chung
Ie càng lớn thì lợng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám gia công lớn, nhng độ
mòn điện cực giảm.


17

- Thời gian phóng tia lửa điện te: Là khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu
phóng tia lửa điện và lúc kết thúc phóng điện, tức thời gian có dòng điện Ie
trong một lần phóng điện.
- Độ kéo dài xung ti: Đây là 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 Id và thời gian phóng tia lửa điện te.
ti = td + te
Độ kéo dài xung ảnh hởng đến nhiều yếu tố quan trọng có liên quan trực

tiếp đến chất lợng và năng suất gia công nh:
Tỷ lệ hớt vật liệu: Thực nghiệm cho thấy khi giữ nguyên dòng điện
Ie và khoảng cách xung t0 và tăng ti thì ban đầu Ww giảm đi, nếu vẫn tiếp
tục tăng ti thì năng lợng phóng điện không còn đợc sử dụng thêm nữa để
hơt đi vật liệu phôi mà nó lại làm tăng nhiệt độ của các điện cực và dung
dịch chất điện môi. Mối quan hệ giữa lợng hớt vật liệu với ti đợc biểu thi
ở hình vẽ 1.6
ti

ti
t0

t0

ti
t0

ti

ti
t0

ti
t0

Hình 1.4 ảnh hởng của ti và t0 tới năng suất gia công
Độ mòn điện cực: Độ mòn điện cực của điện cực sẽ giảm đi khi ti


18

tăng, mà ngay cả sau khi đạt lợng hớt vật liệu cực đại. Nguyên nhân do
mật độ điện tử tập trung ở bề mặt phôi (cực âm) cao hơn nhiều lần so với
mật độ ion dơng tập trung tới bề mặt dụng cụ (cực dơng), trong khi mức
độ tăng của dòng điện lại rất lớn. Đặc biệt là dòng ion dơng chỉ đạt tới cực
(+) trong những às đầu tiên mà thôi. Do vậy mà ngày càng giảm.
Chất lợng bề mặt gia công: Khi tăng ti thì chiều cao nhấp nhô Rmax
cũng tăng do tác dụng của dòng điện đợc duy trì lâu hơn làm cho hàm
lợng hớt vật liệu tăng lên ở một vị trí mà cho Rmax tăng lên.
- Khoảng cách xung t0 là khoảng thời gian giữa 2 lần đóng ngắt của
máy phát giữa 2 chu kỳ phóng tia lửa điện kế tiếp nhau, t0 còn đợc gọi là
độ kéo dài nghỉ của xung. Cùng với tỷ lệ ti/t0, t0 có ảnh hởng rất lớn đến
lợng hớt của vật liệu.
Khoảng cách t0 càng lớn thì lợng hớt vật liệu Vw càng nhỏ và ngợc lại.
Phải điều chỉnh t0 có thể đợc nhằm đạt một lợng hớt vật liệu tối đa.
Nhng ngợc lại khoảng cách xung t0 phải đủ lớn để có đủ thời gian thôi ion
hoá chất điện môi trong khe hở phóng điện. Nhờ đó sẽ tránh đợc lỗi của
quá trình nh tạo sự hồ quang hoặc dòng điện ngắn mạch. Cũng trong thời
gian của khoảng cách xung điện t0, dòng chảy sẽ đẩy các vật liệu đã bị ăn
mòn ra khỏi khe hở phóng điện. Do đó, tuỳ thuộc vào kiểu máy và mục đích
gia công cụ thể mà ngời ta lựa chọn t0, ti phù hợp, thông qua việc lựa chọn
tỷ lệ giữa thời gian xung và thời gian nghỉ ti/t0. Cụ thể nh sau:
+ Khi gia công rất thô chọn: ti/t0 > 10
+ Khi gia công thô chọn: ti/t0 = 10
+ Khi gia công tinh chọn: ti/t0 5 ữ 10


19

+ Khi gia công rất tinh chọn: ti/t0 < 5

1.3.2. ảnh hởng của khe hở phóng điện
Điện áp phóng tia lửa điện đợc xác định theo công sau:
Ti

Ue= Ui (1 -

e RC

)

Trong đó:
+ Ti là thời gian tích điện (giây) của tụ điện
+ Ui là điện áp đánh lửa
+ C là điện dung của tụ điện
Nếu khe hở ( ) nhỏ thì U emaxã nhỏ dẫn đến tần số xung lớn, vì:
f =

1
I
=
RC U eC

Do đó Ue giảm thì f tăng.
Khi tần số f tăng thì thời gian phóng tia lửa điện te giảm.
Mặc dù cơng độ xung Ie có lớn thì năng lợng, bóc tách vật liệu We
vẫn nhỏ do:
We = Ue.Ie.te
Điều đó dẫn đến năng suất gia công thấp.
- Nếu lớn thì Uemax lớn dẫn đến f nhỏ. Theo đồ thị thì dòng điện Ie cũng
nhỏ làm cho năng suất vẫn thấp. Ta chọn

tối u

sao cho sự phóng tia lửa

điện diễn ra đều đặn để có một năng suất gia công phù hợp là rất cần thiết
T

- Công suất gia công:

Nc =

1 1
U e .I .t.dt
T 0


20
T1

T1

Mà:

Uc= Ui(1- e RC ) ; It = IZ .
IZ =

e RC

Ui

R

Trong đó: R là điện trở trong mạch RC
C là điện dung trong mạch RC
T1 là thời gian tích điện

Ue

Ue

t

t
i

Ie

Ie

i

Trờng hợp nhỏ

Trờng hợp lớn

Hình 1. 5. ảnh hởng của khe hở phóng điện tới Ue và Ie
Từ các công thức trên dẫn đến:

U .I
Nc = i Z

Ti

Tl

(1 e



Tl
RC

)e



Tl
RC

dt

0

T

l
U emax
= 1 e RC
Đặt =
Ue

là hệ số điện tích thì ta có


21

N c = U i .I Z .

Trong đó :

ap=

2



2

1
2 ln(
)
1

= U i . I Z .a p

ap là hệ số công suất

1
2 ln(
)
1

ap
0,24
0,20
0,16
0,12
0,08
0,04
0

0,2

0,4

0,6

0,8

1



Hình 1. 6: Quan hệ giữa và ap
Qua đồ thị ta thấy ap đạt gía trị lớn nhất khi = 0,6 - 0,8. Vì vậy phải điều
chỉnh khoảng cách điện cực phù hợp với trị số trong khoảng trên và phải
giữ đợc khe hở phóng điện ổn định.
1.3.3. ảnh hởng của điện dung C.
ảnh hởng của điện dung C đợc biểu hiện bằng biểu đồ sau:

22

v0,f

v0,f
v0
v0
f

Hồ quang

f
Vùng
ngắn mạch

Uop t

Ui

C

Cgh

Hình 1. 7: ảnh hởng của điện dung C

Qua biểu đồ trên ta thấy rằng khi điện áp tối u Uopt= 0,7 Ui thì sẽ đạt đợc
một lợng hớt vật liệu lớn nhất, đồng thời lợng mòn điện cực là nhỏ nhất,
dẫn đến lợng mòn điện cực là nhỏ nhất. Ta giữ cho Uopt = const và thay đổi
điện dung C thì xác định đợc điện dung giới hạn Cgh. Nếu C < Cgh sẽ gây ra
hiện tợng hồ quang làm giảm năng suất gia công.

1.3.4. ảnh hởng của diện tích vùng gia công.
Thể hiện qua đồ thị sau:

V0,

V0


Fgh
Hình 1.8: ảnh hởng của diện tích vùng gia công F

F


23

Trong đó:

F là diện tích gia công
Fgh là diện tích dới hạn
V0 là thể tích vật liệu vùng gia công
độ mòn tơng đối của điện cực

Qua biểu đồ ta thấy khi tăng gần nh tuyến tính của V0 đến khi đạt tới gía
trị dới hạn của diện tích Fgh thì cũng có nghĩa là vợt quá giới hạn của
dòng điện, khi đó việc vận chuyển phoi ra khỏi vùng gia công khó khăn hơn
và làm giảm năng suất gia công.
1.3.5. ảnh hởng của sự ăn mòn điện cực
Gia công tia lửa điện là phơng pháp dùng điện cực âm để hớt đi một lợng
vật liệu trên điện cực dơng (phôi). Cùng với quá trình đó là quá trình điện

cực âm cũng bị hớt đi một lợng vật liệu trên bề mặt do các ion dơng gây
ra. Mặc dù lợng vật liệu bị hớt đi trên điện cực âm là rất nhỏ so với lợng
vật liệu bị hớt trên điện cực dơng nhng khi quá trình gia công diễn ra
trong một khoảng thời gian dài thì kích thớc điện cực cũng bị thay đổi và
do đó sẽ ảnh hởng đến độ chính xác gia công. Nói chung độ mòn của điện
cực phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực - phôi và các thông số điều chỉnh
khác trong quá trình gia công. Ngời ta xác định độ mòn tơng đối của
điện cực bằng công thức sau:
=

Ve
x100%
Vw

Trong đó: + Ve là thể tích vật bị mất ở điện cực
+ Vw là thể tích vật liệu bị mất ở phôi
Độ mòn tơng đối chịu ảnh hởng của các yếu tố sau:
+ Sự phối hợp của cặp vật liệu điện cực phôi.