Nghiên cứu mòn biên dạng điện cực và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và hoàn thành luận án tiến sĩ, tác giả luôn nhận đƣợc
sự giúp đỡ, động viên của gia đình, ngƣời thân và sự dạy bảo của các thầy cô giáo
Trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Viện cơ khí - Trƣờng
Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình dạy bảo trong suốt khoá học. Đặc biệt, tác
giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Hoàng Vĩnh Sinh và TS. Trần Văn Khiêm đã
hƣớng dẫn và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án.
Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp tại Trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Nam Định đã động viên, hỗ trợ
và giúp đỡ tác giả trong suốt khoá học.

i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các
kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc tác giả khác công bố.
Hà Nội, ngày
THAY MẶT TẬP THỂ HƢỚNG DẪN

tháng
TÁC GIẢ

TS. Trần Văn Khiêm

Trần Quang Huy

ii

năm


MỤC LỤC
Lời cảm ơn................................................................................................................. i
Lời cam đoan ............................................................................................................ ii
Mục lục .................................................................................................................... iii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ...................................................................... vi
Danh mục các bảng................................................................................................. vii
Danh mục các hình ảnh, hình vẽ, đồ thị .................................................................. vii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................... 1
2. Mục tiêu của luận án ......................................................................................... 2
3. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 2
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 3
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 3
7. Những kết quả khoa học đạt đƣợc và đóng góp mới của luận án ...................... 4
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN ...... 5
1.1 Tổng quan về phƣơng pháp gia công tia lửa điện ............................................ 5
1.1.1 Giới thiệu .................................................................................................. 5
1.1.2 Nguyên lý gia công ................................................................................... 8
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ...................................................... 8
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .............................................................. 8
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc............................................................ 11
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 16
Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÕN ĐIỆN CỰC VÀ CHẤT
LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG VỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO ..................... 17
2.1 Sơ đồ mối quan hệ giữa các đại lƣợng trong quá trình gia công tia lửa điện . 17

2.2 Đại lƣợng đầu vào ......................................................................................... 18
2.2.1 Đại lƣợng hệ thống.................................................................................. 18
2.2.2 Đại lƣợng điều chỉnh ............................................................................... 25
2.3. Đại lƣợng trung gian..................................................................................... 26
2.3.1 Tác động của điện ................................................................................... 28
2.3.2 Tác động của nhiệt .................................................................................. 29
2.3.3 Khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực .................................................. 30
2.4 Đại lƣợng đầu ra ............................................................................................ 30
2.4.1 Mòn điện cực .......................................................................................... 30
2.4.2 Chất lƣợng bề mặt và sự biến đổi cấu trúc .............................................. 33

iii


2.5 Ảnh hƣởng của các đại lƣợng đầu vào đến các đại lƣợng quá trình và đại
lƣợng đầu ra ........................................................................................................ 34
2.5.1 Ảnh hƣởng của các thông số công nghệ .................................................. 34
2.5.2 Ảnh hƣởng của số lƣợng tia lửa điện trong mỗi lần phát xung ................ 35
2.5.3 Ảnh hƣởng của thành phần dung dịch điện môi ...................................... 36
2.5.4 Nghiên cứu điều khiển các điện cực trong EDM..................................... 37
2.5.5 Nghiên cứu điều khiển dạng xung trong EDM ........................................ 38
2.5.6 Nghiên cứu tối ƣu hóa thông số công nghệ trong EDM .......................... 39
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 40
Chƣơng 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM .......................................... 41
3.1 Sơ đồ mô hình thí nghiệm ............................................................................. 41
3.2 Trang thiết bị và vật liệu thí nghiệm .............................................................. 41
3.2.1 Trang thiết bị ........................................................................................... 41
3.2.2. Vật liệu................................................................................................... 45
3.3 Khảo sát lựa chọn điện cực............................................................................ 46
3.3.1 Khảo sát khe hở và độ nhám bề mặt với điện cực hợp kim nhôm 6061 .. 47

3.3.2 Điều kiện thực nghiệm ............................................................................ 47
3.3.3 Khảo sát khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực .................................... 47
3.3.4 Khảo sát độ nhám bề mặt ........................................................................ 50
3.3.5 Kết quả và bàn luận ................................................................................. 50
3.4 Khảo sát khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực và độ nhám bề mặt với điện
cực đồng đỏ ......................................................................................................... 51
3.4.1 Điều kiện thực nghiệm ............................................................................ 51
3.4.2 Khảo sát khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực .................................... 52
3.4.3 Khảo sát độ nhám bề mặt ........................................................................ 53
3.4.4 Kết quả và bàn luận ................................................................................. 53
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 54
CHƢƠNG 4. TỐI ƢU HÓA THEO CHỈ TIÊU GIẢM MÕN ĐIỆN CỰC VÀ
TĂNG CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT .......................................................................... 55
4.1 Phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi .................................................. 56
4.1.1 Giới thiệu phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi ........................... 56
4.1.2 Các bƣớc tiến hành thực nghiệm ............................................................. 56
4.1.3 Cơ sở của phƣơng pháp Taguchi ............................................................. 57
4.2 Thiết kế thực nghiệm Taguchi với điện cực đồng đỏ..................................... 60
4.2.1 Điều kiện thực nghiệm ............................................................................ 60
4.2.2 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến khe hở giữa
bề mặt chi tiết và điện cực khi xung với điện cực đồng đỏ .............................. 60

iv


4.2.3 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề
mặt của chi tiết khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ ............................. 64
4.2.4 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ mòn điện
cực khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ................................................ 67
4.2.5 Tối ƣu hóa đa mục tiêu............................................................................ 69

4.2.6 Ảnh hƣởng của mật độ dòng điện đến độ mòn điện cực và độ nhám bề
mặt chi tiết ....................................................................................................... 74
4.2.7 Ảnh hƣởng của hình dạng điện cực tới mòn điện cực ............................. 78
4.3 Thiết kế thực nghiệm Taguchi với điện cực đồng đỏ mạ crom...................... 81
4.3.1 Điều kiện thực nghiệm ............................................................................ 82
4.3.2 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến khe hở giữa bề
mặt chi tiết và điện cực khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom.. 82
4.3.3 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề
mặt của chi tiết khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom .............. 85
4.3.4 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ mòn điện
cực khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom ................................. 88
4.3.5 Tối ƣu hóa đa mục tiêu............................................................................ 90
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 94
KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 96
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................. 101

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Diễn giải nội dung

Đơn vị

ton

Thời gian phát xung

s

toff

Thời gian ngừng phát xung

s

U0

Điện áp lớn nhất

V

Ue

Điện áp ổn định

V

Id

Cƣờng độ dòng phóng tia lửa điện

A

J

Mật độ dòng điện



Khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực

TWR

Lƣợng mòn điện cực

MRR

Năng suất bóc tách vật liệu

Ra

Độ nhám bề mặt

S/N

Signal to noise

F

Hệ số fisher

DOF

Bậc tự do

PMEDM

Powder Mixed Electrical Discharge

Ký hiệu

A/cm2
mm
g/giờ
mm3/s
m

Machining

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

Trang

Bảng 2.1. Tiết diện tròn nhỏ nhất điện cực có thể dùng trên máy Erosimat C30 ....... 18
Bảng 2.2 Vật liệu làm điện cực .................................................................................. 32
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của máy xung EDM EXPRESS 503 ............................. 42
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị đo SURFTEST SJ-210 ............................... 43
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của cân phân tích MW-P Series .................................... 44
Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật TESA CAPA μ SYSTEM IP54..................................... 45
Bảng 3.5 Thành phần của thép C45 ........................................................................... 45
Bảng 3.6 Thành phần của thép SKD11 ...................................................................... 45
Bảng 3.7 Thành phần đồng đỏ ................................................................................... 46
Bảng 3.8 Thành phần của hợp kim nhôm 6061 ......................................................... 46

Bảng 3.9 Khe hở phụ thuộc cƣờng độ dòng điện ....................................................... 48
Bảng 3.10 Kích thƣớc của điện cực tại cùng một vị trí trƣớc và sau khi xung........... 49
Bảng 3.11 Bảng thông số Ra khi thay đổi cƣờng độ dòng điện khi xung ................... 50
Bảng 3.12 Khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực phụ thuộc cƣờng độ dòng điện .. 52
Bảng 3.13 Bảng thông số Ra khi thay đổi cƣờng độ dòng điện khi xung ................... 53
Bảng 4.1 Tỷ số S/N của các đặc trƣng ....................................................................... 58
Bảng 4.2 Các hệ số và cấp độ (mức) thí nghiệm........................................................ 61
Bảng 4.3 Bậc tự do của ma trận thí nghiệm ............................................................... 61
Bảng 4.4 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi ................................................ 61
Bảng 4.5 Bảng phân tích ANOVA trị số của .......................................................... 62
Bảng 4.6 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến  .......... 62
Bảng 4.7 Các hệ số và cấp độ của chúng trong mô hình thực nghiệm ....................... 65
Bảng 4.8 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi ................................................ 65
Bảng 4.9 Ảnh hƣởng của các tham số đến độ nhám bề mặt ....................................... 66
Bảng 4.10 Các hệ số và cấp độ (mức) thí nghiệm...................................................... 67
Bảng 4.11 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .............................................. 67
Bảng 4.12 Bảng phân tích S/N................................................................................... 68
Bảng 4.13 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến TWR .. 68
Bảng 4.14 Hệ số S/N cho 3 mục tiêu chuẩn hóa ........................................................ 72
Bảng 4.15 Bảng hệ số sai lệch 0,i (k ) ....................................................................... 72
Bảng 4.16 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey ........................................ 73
Bảng 4.17 Cấp quan hệ Grey  0,i .............................................................................. 74

vii


Bảng 4.18 Mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến tỷ số S/N của Grey ..... 74
Bảng 4.19 Khối lƣợng điện cực và phôi .................................................................... 76
Bảng 4.20 Mối quan hệ giữa mòn và mật độ dòng điện............................................. 76
Bảng 4.21 Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với mật độ dòng điện ......................... 77

Bảng 4.22 Diện tích và cạnh của các hình tƣơng ứng ................................................ 79
Bảng 4.23 Bảng quan hệ góc điện cực với lƣợng mòn điện cực ................................ 80
Bảng 4.24 Các hệ số và cấp độ của chúng trong mô hình thực nghiệm ..................... 82
Bảng 4.25 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .............................................. 83
Bảng 4.26 Bảng phân tích ANOVA trị số của  ........................................................ 83
Bảng 4.27 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến  ........ 84
Bảng 4.28 Các hệ số và cấp độ của chúng trong mô hình thực nghiệm ..................... 86
Bảng 4.29 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .............................................. 86
Bảng 4.30 Ảnh hƣởng của các tham số đến độ nhám bề mặt ..................................... 87
Bảng 4.31 Các hệ số và cấp độ (mức) thí nghiệm...................................................... 88
Bảng 4.32 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .............................................. 89
Bảng 4.33 Bảng phân tích S/N................................................................................... 89
Bảng 4.34 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến TWR .. 90
Bảng 4.35 Hệ số S/N cho 3 mục tiêu chuẩn hóa ........................................................ 91
Bảng 4.36 Bảng hệ số sai lệch 0,i (k ) ....................................................................... 91
Bảng 4.37 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey ........................................ 92
Bảng 4.38 Cấp quan hệ Grey  0,i .............................................................................. 93
Bảng 4.39 Mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến tỷ số S/N của Grey ..... 93

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình

Trang

Hình 1.1 Cắt dây tia lửa điện ....................................................................................... 6
Hình 1.2 Xung định hình ............................................................................................ 6
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện .......................................................... 8

Hình 1.4 Thống kê về các phƣơng pháp gia công tia lửa điện .................................. 11
Hình 1.5 Mòn điện cực với hƣớng phun dung dịch điện môi bên cạnh .................... 12
Hình 1.6 Mòn điện cực với hƣớng phun dung dịch điện môi ở giữa ......................... 12
Hình 1.7 Chuyển động của điện cực bám theo hình đa giác ...................................... 13
Hình 1.8 Phƣơng pháp xung có tấm nhựa bảo vệ ..................................................... 13
Hình 1.9 Điện cực sau khi xung với tấm nhựa bảo vệ và không có tấm bảo vệ ......... 13
Hình 1.10 Sơ đồ phóng điện ..................................................................................... 14
Hình 1.11 Mối liên hệ về động học giữa điện cực với phôi ) ..................................... 14
Hình 1.12 Sơ đồ gá đặt phôi trong từ trƣờng ............................................................ 15
Hình 1.13 Sơ đồ quá trình thoát phoi ........................................................................ 15
Hình 2.1 Sơ đồ mối quan hệ phụ thuộc trong quá trình gia công EDM ..................... 17
Hình 2.2 Chiều dài của một thanh điện cực .............................................................. 19
Hình 2.3 Gia công lỗ cụt bằng nhiều điện cực liên tiếp nhau .................................... 20
Hình 2.4 Sự hình thành kênh dẫn điện ...................................................................... 27
Hình 2.5 Sự phóng điện qua kênh dẫn điện .............................................................. 27
Hình 26 Sự phục hồi ................................................................................................. 28
Hình 2.7 Bề mặt chi tiết sau khi gia công tia lửa điện ............................................... 29
Hình 2.8 Mô hình bề mặt của điện cực-chi tiết ......................................................... 29
Hình 2.9 Cặp nhấp nhô bị ăn mòn tạo hố có hình dạng miệng núi lửa ..................... 30
Hình 2.10 Năng suất và độ mòn trung bình của điện cực bằng hợp kim đồng – grafit
trong trƣờng hợp gia công thô trên thép hợp kim Cr-Ni-Mo-V ............... 31
Hình 2.11 Tỉ lệ giữa độ mòn và các vật liệu làm điện cực ........................................ 32
Hình 2.12 Đồ thị phụ thuộc của mòn điện cực và năng suất bóc tách vật liệu vào
thời gian phát xung (a) và thời gian ngừng phát xung (b) ........................ 33
Hình 2.13 Vùng ảnh hƣởng nhiệt của bề mặt phôi .................................................... 34
Hình 2.14 Ảnh hƣởng của thời gian phát xung .......................................................... 35
Hình 2.15 Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện ........................................................ 35
Hình 2.16 Quan hệ giữa MRR với số phần chia của điện cực .................................. 36
Hình 2.17 Ảnh hƣởng của vật liệu chất điện môi đến chất lƣợng lớp bề mặt và hiệu
quả gia công trong EDM ......................................................................... 36

ix


Hình 2.18 Ảnh hƣởng của rung động đến MRR, TWR và Ra ................................... 37
Hình 2.19 Ảnh hƣởng của dạng xung đến công suất gia công .................................. 38
Hình 2.20 Ảnh hƣởng của phƣơng pháp điều khiển chuyển động điện cực đến thời
gian gia công bằng EDM ......................................................................... 38
Hình 2.21 Sự phân bố nghiên cứu về EDM .............................................................. 39
Hình 3.1 Sơ đồ mô hình thí nghiệm ........................................................................... 41
Hình 3.2 Máy xung EDM EXPRESS của Đài Loan .................................................. 42
Hình 3.3 Thiết bị đo SURFTEST SJ-210 của Nhật bản ............................................. 43
Hình 3.4 Cân phân tích MW-P Series ........................................................................ 44
Hình 3.5 Panme TESA CAPA μ SYSTEM IP54 ....................................................... 44
Hình 3.6 Hình dạng của mẫu thí nghiệm ................................................................... 45
Hình 3.7 Công thức tính toán khe hở khi xung EDM ................................................ 48
Hình 3.8 Đồ thị khoảng cách khe hở giữa điện cực và chi tiết xung phụ thuộc vào
cƣờng độ dòng điện .................................................................................. 48
Hình 3.9 Kích thƣớc điện cực trƣớc, sau xung .......................................................... 49
Hình 3.10 Độ tăng kích thƣớc của điện cực ............................................................... 49
Hình 3.11 Đồ thị ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện khi xung đến độ nhám bề mặt
chi tiết....................................................................................................... 50
Hình 3.12 Sự tăng kích thƣớc của điện cực ............................................................... 51
Hình 3.13 Đồ thị khoảng cách khe hở giữa điện cực và chi tiết xung phụ thuộc vào
cƣờng độ dòng điện .................................................................................. 52
Hình 3.14 Đồ thị ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện khi xung đến độ nhám bề mặt
chi tiết....................................................................................................... 53
Hình 4.1 Sơ đồ khối giải bài toán tối ƣu khi xung tia lửa điện................................... 55
Hình 4.2 Điện cực và chi tiết sau khi xung ................................................................ 60
Hình 4.3 Giá trị thực nghiệm xung quanh đƣờng chuẩn ............................................ 63

Hình 4.4 Mức độ ảnh hƣởng của các thông số ........................................................... 63
Hình 4.5 Ảnh đo khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực khi xung với chế độ tối ƣu 64
Hình 4.6 Mức độ ảnh hƣởng của các thông số ........................................................... 69
Hình 4.7 Đồ thị cấp quan hệ Grey ............................................................................. 73
Hình 4.8 Điện cực, chi tiết gia công trƣớc xung ........................................................ 75
Hình 4.9 Điện cực và chi tiết gia công sau xung........................................................ 75
Hình 4.10 Đồ thị mối quan hệ giữa lƣợng mòn điện cực và mật độ dòng điện .......... 77
Hình 4.11 Đồ thị mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với mật độ dòng điện ............... 78
Hình 4.12 Hình dáng hình học điện cực .................................................................... 79
Hình 4.13 Điện cực đồng đỏ với các hình dạng khác nhau ........................................ 79
x


Hình 4.14 Hình dáng hình học phôi ........................................................................... 80
Hình 4.15 Hình dáng hình học điện cực, phôi sau thí nghiệm ................................... 80
Hình 4.16 Lƣợng mòn tƣơng đối theo góc điện cực .................................................. 81
Hình 4.17 Giá trị thực nghiệm xung quanh đƣờng chuẩn .......................................... 84
Hình 4.18 Mức độ ảnh hƣởng của các thông số ......................................................... 85
Hình 4.19 Chiều dày lớp trắng và lớp tôi cứng của chi tiết sau xung......................... 88
Hình 4.20 Đồ thị cấp quan hệ Grey ........................................................................... 92

xi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phƣơng pháp gia công tia lửa điện là một trong những phƣơng pháp gia công
phi truyền thống đang đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay. Phƣơng pháp này đang thể
hiện đƣợc khả năng ƣu việt khi gia công các vật liệu sau nhiệt luyện [1].
Trong quá trình gia công không xuất hiện lực cắt, rung động khi cắt, tiếng ồn

cũng nhỏ hơn so với các phƣơng pháp gia công cắt gọt thông thƣờng. Đặc biệt
không xuất hiện ứng suất cơ học sau khi gia công. Tuy nhiên vẫn tồn tại một ứng
suất dƣ trên bề mặt gây ra các vết nứt tế vi ở lớp trắng [1,2,13].
Phƣơng pháp gia công tia lửa điện có một số hạn chế đó là: tốc độ bóc tách
vật liệu thấp, chất lƣợng bề mặt sau khi gia công thƣờng không cao và đặc biệt xảy
ra mòn điện cực trong quá trình gia công khiến hình dáng hình học của sản phẩm bị
thay đổi [9]. Do đó, các sản phẩm gia công bằng phƣơng pháp gia công xung tia lửa
điện (EDM) thƣờng có giá thành cao [1,3].
Nhằm cải thiện các vấn đề này các nhà khoa học đã thực hiện nhiều nghiên
cứu để nâng cao các tiêu chí về chất lƣợng, kỹ thuật, kinh tế của phƣơng pháp gia
công EDM nhƣ tối ƣu hóa thông số công nghệ đầu vào, chọn cặp vật liệu giữa điện
cực và phôi, trộn thêm các bột dẫn vào dung dịch điện môi và nghiên cứu về mòn
điện cực [3,4,10,13]
Trong các hƣớng nghiên cứu nhƣ đã nêu ở trên, nghiên cứu về mòn điện cực
nhằm dự báo đƣợc thời điểm mòn và lƣợng mòn là một hƣớng nghiên cứu đạt đƣợc
nhiều triển vọng [9].
Các máy gia công tia lửa điện (cắt dây, xung định hình) đang đƣợc sử dụng
rộng rãi tại các xƣởng gia công cơ khí của nƣớc ta. Tuy nhiên, khi vận hành gia
công chỉ thực hiện theo hƣớng dẫn sử dụng hoặc theo kinh nghiệm vận hành của
ngƣời thợ dẫn đến không đạt đƣợc năng suất cũng nhƣ chất lƣợng mong muốn.
Công nghệ gia công tia lửa điện có nhiều thông số công nghệ đầu vào, dải thay đổi
của các thông số này rộng. Do đó việc gia công theo kinh nghiệm thƣờng không đạt
hiệu quả cao và có tính ổn định thấp [46,48].
Để khai thác ổn định đƣợc công nghệ gia công EDM nâng cao các chỉ tiêu về
kinh tế, kỹ thuật trong quá trình gia công tia lửa điện rất cần các nghiên cứu chuyên
sâu nhằm cải thiện hiệu quả của quá trình gia công [50,52].
Các nghiên cứu về lựa chọn cặp vật liệu phù hợp khi gia công xung định
hình cho kết quả khả quan với từng mục tiêu đặt ra tại từng thời điểm. Gia công tia
lửa điện là một quá trình gia công với thời gian khá dài. Vì vậy hƣớng nghiên cứu

1


nhằm nâng cao năng suất, chất lƣợng của phƣơng pháp gia công hiện đang rất đƣợc
quan tâm [8, 10, 11, 30, 31, 32].
Mòn điện cực là một trong những vấn đề lớn trong quá trình xung tia lửa
điện EDM. Mòn điện cực ảnh hƣởng trực tiếp đến độ chính xác của chi tiết gia
công. Do đó rất cần những nghiên cứu để xác định đƣợc lƣợng mòn trong quá trình
gia công. Kết quả nghiên cứu trƣớc đó chỉ ra rất nhiều yếu công nghệ ảnh hƣởng
đến độ mòn của điện cực [9,13,37,41].
Mòn điện cực đƣợc nghiên cứu theo nhiều hƣớng khác nhau nhƣ: mòn hình
dáng hình học của điện cực, mòn điện cực theo khối lƣợng… khi thay đổi yếu tố
công nghệ đầu vào đều ảnh hƣởng đến độ mòn điện cực có thể kể đến nhƣ: Ảnh
hƣởng của thời gian phóng xung, thời gian ngừng phóng xung, ảnh hƣởng của điện
áp đầu vào, ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện đầu vào, ảnh hƣởng của chất lƣợng
dầu xung, ảnh hƣởng của hƣớng phun dầu và ảnh hƣởng của các chất trộn thêm
trong quá trình xung [8,13,41,43]. Các hƣớng nghiên cứu nêu trên đều tập trung vào
một vài yếu tố đầu vào cơ bản. Bên cạnh đó cũng chƣa thấy nghiên cứu đề cập đến
ảnh hƣởng của mật độ dòng điện đến độ mòn của điện cực.
Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng bề mặt gia công trong xung tia lửa điện là
lĩnh vực phức tạp bởi các yếu tố công nghệ đầu vào là khá nhiều, và ảnh hƣởng của
chúng đến các tiêu chí tối ƣu là rất khác nhau [38].
Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu mòn biên dạng
điện cực và chất lƣợng bề mặt gia công bằng phƣơng pháp xung tia lửa điện” làm đề
tài luận án tiến sỹ.

2. Mục tiêu của luận án
Đánh giá đƣợc mòn biên dạng của điện cực và chất lƣợng bề mặt của chi tiết
khi gia công bằng phƣơng pháp xung tia lửa điện, tìm ra chế độ công nghệ tối ƣu để
đạt lƣợng mòn điện cực, độ nhám bề mặt gia công nhỏ nhất.

3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về phƣơng pháp xung tia lửa điện;
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn điện cực và chất lƣợng bề mặt với các
thông số công nghệ;
- Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm về ảnh hƣởng của cƣờng độ
dòng điện, thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung đến mòn điện cực, độ
nhám bề mặt gia công;

2


- Tối ƣu hóa các thông số công nghệ theo từng chỉ tiêu mòn điện cực, độ
nhám bề mặt của chi tiết và khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực, sau đó tối ƣu
hóa đa mục tiêu;
- Nghiên cứu biện pháp để giảm độ mòn điện cực bằng cách lựa chọn vật liệu
và biên dạng điện cực phù hợp, giảm độ nhám bề mặt chi tiết và giảm khe hở giữa
bề mặt chi tiết và điện cực.

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
- Mòn điện cực đồng đỏ và điện cực đồng đỏ mạ crom.
- Độ nhám bề mặt chi tiết với vật liệu thép SKD11;
- Khe hở giữa bề mặt chi tiết gia công và bề mặt điện cực khi xung với cặp
nhôm – C45, đồng đỏ - SKD11 và đồng đỏ mạ crom – SKD11.
Phạm vi nghiên cứu:
Trong công trình này chất lƣợng bề mặt chi tiết chỉ đánh giá bởi hai thông số
bao gồm độ nhám bề mặt và chiều dày lớp ảnh tôi cứng. Đƣờng kính điện cực từ 10
đến 20 mm, vật liệu điện cực là kim loại.

5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, kế thừa kết quả nghiên cứu của các công trình
đã công bố
- Nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng mô hình về mòn điện cực và chất
lƣợng bề mặt chi tiết gia công trên máy xung tia lửa điện.
- Nghiên cứu phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi để đánh giá ảnh
hƣởng của các thông số, tối ƣu đơn mục tiêu và đa mục tiêu.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Đề tài nhằm làm rõ ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện,
thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung đến độ mòn của điện cực và chất
lƣợng bề mặt của một số loại thép làm khuôn đƣợc gia công bằng phƣơng pháp
xung định hình, giúp các nhà công nghệ lựa chọn đƣợc chế độ gia công tối ƣu khi
gia công trên máy xung định hình.
- Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu để giảm mòn điện cực sẽ giúp
các nhà sản xuất tiết kiệm đƣợc chi phí, các kết quả nghiên cứu giảm độ nhám bề

3


mặt và khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực sẽ góp phần làm tăng chất lƣợng của
sản phẩm.

7. Những kết quả khoa học đạt đƣợc và đóng góp mới của luận án
- Đã xây dựng đƣợc mô hình thực nghiệm về nghiên cứu ảnh hƣởng của một
số thông số công nghệ đến mòn khi sử dụng các loại điện cực nhôm, điện cực đồng
đỏ và điện cực đồng đỏ mạ crom;
- Đã nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hƣởng của biên dạng điện cực đến
lƣợng mòn giúp nhà công nghệ lựa chọn biên dạng phù hợp khi gia công;
- Đã xây dựng mô hình độ nhám bề mặt phụ thuộc vào các thông số công

nghệ đầu vào;
- Xác định đƣợc bộ thông số tối ƣu đơn mục tiêu về độ mòn, độ nhám bề mặt
và khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực cũng nhƣ xác định đƣợc bộ thông số tối
ƣu đa mục tiêu;
- Đề xuất giảm độ mòn và tăng chất lƣợng bề mặt bằng mạ thêm crom vào
điện cực đồng đỏ.

4


Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG
TIA LỬA ĐIỆN
1.1 Tổng quan về phƣơng pháp gia công tia lửa điện
1.1.1 Giới thiệu
Phƣơng pháp gia công tia lửa điện (EDM) đƣợc phát triển vào năm 1943 ở Liên
Xô bởi hai vợ chồng ngƣời Nga tại trƣờng Đại học Moscow là Giáo sƣ - Tiến sĩ Boris
Lazarenko và Tiến sĩ Natalya Lazarenko. Cho đến nay, phƣơng pháp gia công này đã
đƣợc sử dụng phổ biến rộng rãi trên thế giới. Nguyên tắc của phƣơng pháp này là bắn
phá chi tiết để tách vật liệu bằng nguồn năng lƣợng nhiệt rất lớn đƣợc sinh ra khi cho hai
điện cực tiến gần nhau. Trong hai điện cực này, một điện cực đóng vai trò là dao và một
điện cực đóng vai trò là phôi trong quá trình gia công [1, 27,46].
Trong thập niên 1960 đã có nhiều nghiên cứu sâu rộng về gia công EDM và
đã giải quyết đƣợc nhiều vấn đề liên quan đến mô hình tính toán quá trình gia công
EDM. Trong thập niên 1970 đã xảy ra cuộc cách mạng về gia công trên máy cắt dây
EDM nhờ vào việc phát triển các máy phát xung công suất lớn, các loại dây cắt và
các phƣơng pháp sục chất điện môi hữu hiệu. Hiện nay, các máy EDM đã đƣợc thiết
kế khá hoàn chỉnh và quá trình gia công đƣợc điều khiển theo chƣơng trình số. Với
các thuật toán điều khiển mới, các hệ thống điều khiển CNC cho phép gia công đạt
năng suất và chất lƣợng cao. Các máy gia công tia lửa điện ngày nay đƣợc đặc trƣng
bởi mức độ tự động hóa cao. Các hệ điều khiển CNC trên thị trƣờng hiện nay đã có

những bƣớc tiến vƣợt bậc và rất phổ biến. Với sự cải tiến liên tục, máy EDM đã trở
nên ổn định với việc vận hành của máy đã đƣợc giám sát bởi hệ thống điều khiển
thích nghi và EDM đã đƣợc sử dụng rộng rãi ở các công ty, tập đoàn trên thế giới
nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
Phƣơng pháp EDM đƣợc ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gia
công cơ khí. Có hai phƣơng pháp gia công tia lửa điện chủ yếu là xung định hình và
cắt dây tia lửa điện. Cả hai phƣơng pháp trên đƣợc ứng dụng rộng rãi và đã có
những đóng góp đáng kể cho sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại.
Ngoài ra còn một số phƣơng pháp khác đang trong quá trình nghiên cứu phát triển
hoặc chuyên dùng cho chế tạo các sản phẩm đặc chủng [4, 16, 45].
Có hai phƣơng pháp công nghệ gia công tia lửa điện đƣợc sử dụng rộng rãi
hiện nay là: gia công xung tia lửa điện hay còn gọi là xung định hình với từ gọi tắt
tiếng Anh là “EDM- Die sinking” và gia công cắt đây tia lửa điện với từ gọi tắt
tiếng Anh là “EDM- Wire cutting”.
Cắt dây tia lửa điện là phƣơng pháp dùng một dây dẫn điện có đƣờng kính
nhỏ (0,1 đến 0,3 mm) cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng định trƣớc để tạo
5


thành một vết cắt trên phôi. Phƣơng pháp này thƣờng dùng để gia công các lỗ suốt
có biên dạng phức tạp nhƣ các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế
tạo các điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp
khúc, các dƣỡng kiểm v.v.

Hình 1.1 Cắt dây tia lửa điện (Nguồn: [1])
Xung định hình là phƣơng pháp dùng các điện cực đã đƣợc tạo hình sẵn để in
hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi. Phƣơng pháp này đƣợc dùng để chế tạo
khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp
lực, lỗ không thông v.v.

Hình 1.2 Xung định hình (Nguồn: [1])
Nền khoa học kỹ thuật ngày càng hiện đại thì phƣơng pháp gia công tia lửa
điện càng đƣợc áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Cho đến thời điểm
này ngoài hai phƣơng pháp gia công tia lửa điện nêu trên còn nhiều phƣơng pháp
gia công tia lửa điện có thể kể ra nhƣ:
Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM): Là phƣơng pháp sử dụng
một điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay.
6


Sử dụng phƣơng pháp này để gia công các hình dáng phức tạp do không phải chể
tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho
điện cực cắt theo chƣơng trình gia công.
Phủ bằng tia lửa điện (EDD): Là phƣơng 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 quá trình này, bánh mài phải có tính dẫn điện, bánh mài kim
cƣơng liên kết kim loại thƣờng đƣợc làm theo phƣơng pháp này. Điện áp xung đƣợc
đặt vào giữa điện cực và bành mài, trong quá trình mài, tia lửa điện sinh ra sẽ bóc
tách các cạnh sắc trên bánh mài. Quá trình này cũng đƣợc sử dụng để chế tạo bánh
mài có hình dạng đặc biệt.
Gia công EDM trợ giúp của siêu âm (Ultrasonic Aided EDM): Là phƣơng
pháp hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung điện cực dụng cụ với tần số
rung bằng tần số siêu âm. Rung điện cực với tần số siêu âm giúp nâng cao khả năng
công nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia công các lỗ nhỏ và siêu nhỏ.
Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding- AEDG): Là phƣơng
pháp gia công trong đó vật liệu đƣợc bóc tách nhờ tác dụng kết hợp của ăn mòn tia
lửa điện và ăn mòn cơ khí.
EDM thƣờng 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 thƣờng không hiệu quả hoặc không đáp ứng đƣợc.

So với các phƣơng pháp gia công truyền thống thì EDM có những ƣu 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 phƣơng
pháp; năng lƣợng nhiệt đƣợc sử dụng để bóc tách vật liệu phôi nhƣng lƣợng nhiệt
truyền vào chi tiết gia công là không lớn nên ít gây biến dạng nhiệt cho chi tiết gia
công; bề mặt phôi sau EDM không có các vết cào xƣớc mà là tập hợp của các vết
lõm nhỏ phân bố ngẫu nhiên nên giúp lƣu giữ dầu bôi trơn tốt hơn và tăng độ bền
mỏi của chi tiết khi làm việc; có khả năng gia công đƣợc các bề mặt có kích thƣớc
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 nhƣợc điểm nhƣ: Chỉ gia công đƣợc các loại
vật liệu dẫn điện; năng suất và chất lƣợng 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 tƣợng quá cắt và mòn điện cực làm ảnh hƣởng không tốt đến độ chính
xác gia công; khó xác định chính xác khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực và các
thông số công nghệ tối ƣu.

7


1.1.2 Nguyên lý gia công

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện (Nguồn: [1])
Nguyên lý gia công của EDM là chuyển đổi năng lƣợng điện thành năng
lƣợng 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)
ngâm trong dung dịch điện môi nhƣ trên hình 1.3. Tại khe hở nhỏ nhất giữa dụng cụ
và chi tiết gia công, một điện áp cao đƣợc 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 đƣợc nạp điện từ nguồn thông qua một cuộn cảm và tia lửa điện tiếp theo lại
đƣợc hình thành. 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 [24,27,40].

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Gia công tia lửa điện ngày càng đƣợc áp dụng nhiều trong gia công sản xuất
các sản phẩm cơ khí, đặc biệt là đối với các sản phẩm khuôn mẫu. Hầu hết các
xƣởng gia công khuôn mẫu đều xuất hiện máy gia công tia lửa điện. Gia công tia
lửa điện đang vƣơn lên thành một trong số những phƣơng pháp gia công cơ khí ƣa
chuộng hiện nay. Có thể đƣa ra một số ví dụ tiêu biểu nhƣ: Công ty TNHH khuôn
mẫu Hà Nội là một trong những cơ sở gia công khuôn mẫu hàng đầu tại Việt Nam,
thiết bị dùng để gia công cơ khí của họ có tới 1/3 là các thiết bị gia công tia lửa
điện. Công ty trách nhiệm hữu hạn CNS AMURA PRECISION là công ty liên
doanh giữa Việt Nam, Nhật Bản và Anh là một trong những công ty lớn tại thành
phố Hồ Chí Minh. Tổng số máy gia công EDM của họ chiếm đến gần 50% số máy
móc gia công cơ khí.

8


Tuy gia công xung tia lửa điện ngày càng phát triển tại Việt Nam nhƣng hầu
hết các công ty với máy móc thiết bị không hiện đại, và hầu hết mọi sản phẩm đều
đƣợc gia công dựa trên kinh nghiệm. Các nghiên cứu để tối ƣu quy trình công trình
công nghệ trên các thiết bị này gần nhƣ rất ít hoặc chƣa có.
Qua khảo sát thấy rằng, tại Việt Nam đã có một số đề tài nghiên cứu liên
quan đến phƣơng pháp gia công xung tia lửa điện. Trong công trình nghiên cứu [5,
9] có đề cập đến vấn đề ứng suất dƣ có ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng bề mặt

của chi tiết sau gia công. Các nghiên cứu về ứng suất dƣ trên bề mặt chi tiết đã
chứng minh đƣợc sự tồn tại của ứng suất dƣ sau khi gia công EDM. Công trình đã
đi sâu nghiên cứu các đồ thị thực nghiệm và đã giải thích đƣợc các hiện tƣợng xảy
ra trên bề mặt chi tiết sau khi gia công và ảnh hƣởng của chúng đến ứng suất dƣ.
Lớp trắng là nơi tồn tại ứng suất dƣ lớn nhất vì có các vết nứt tế vi và vì có các cấu
trúc khác nhƣ mactensit (do vật liệu nền bị đốt nóng và làm lạnh đột ngột), các bít
(do cácbon từ dung dịch điện môi kết hợp với kim loại của chi tiết ở nhiệt độ cao).
Bề dày của lớp trắng (hay bề dày tồn tại ứng suất dƣ có trị số lớn) thay đổi theo
từng phƣơng pháp gia công (tăng dần từ cắt dây, xung định hình và cuối cùng là
phay EDM) và thay đổi theo chế độ gia công (gia công càng thô - ti (thời gian kéo
dài xung công suất) và Ie (cƣờng độ dòng điện khi phóng tia lửa điện ổn định) càng
lớn - thì bề dày lớp trắng càng lớn).
Ngoài ra, tác giả cũng đề xuất một phƣơng pháp giảm mòn điện cực đã chứng
minh hiệu quả của phƣơng pháp này. Việc sử dụng cuộn cảm mắc nối tiếp trong mạch
phát xung công suất đƣợc áp dụng trong mô đun điều khiển BK01A dùng cho máy xung
định hình EDM và đã cho các kết quả tốt: cải thiện rõ rệt độ mòn tƣơng đối. Tác giả cũng
đã làm thực nghiệm và tìm ra đƣợc một công thức xác định độ mòn dựa vào 3 thông số
công nghệ chính là ti, Ie và N (số vòng dây cuộn cảm).
Trong các công trình nghiên cứu [8, 44] đƣa ra phƣơng pháp thực nghiệm để
nghiên cứu ảnh hƣởng của cƣờng 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 lƣợng bề
mặt thép làm khuôn đƣợc gia công bằng phƣơng pháp xung định hình có trộn bột Ti
trong dung dịch điện môi theo các chỉ tiêu năng suất bóc tách vật liệu, lƣợng mòn
điện cực, chất lƣợng bề mặt gia công, nghiên cứu này chỉ ra rằng:
Biện pháp trộn bột Titan vào dung dịch điện môi đã nâng cao năng suất và
chất lƣợng bề mặt gia công của phƣơng pháp gia công bằng tia lửa điện (EDM). Kết
quả so sánh khi gia công thép SKD61 bằng EDM sử dụng bột Titan với không sử
dụng bột cho thấy năng suất bóc tách vật liệu tăng, lƣợng mòn điện cực giảm, độ
nhám bề mặt gia công giảm, độ cứng lớp bề mặt gia công tăng, số lƣợng và kích
thƣớc của các nứt tế vi trên bề mặt gia công nhỏ hơn. Số lƣợng các vết lõm tăng lên

nhƣng đƣờng kính và chiều sâu giảm xuống, các vết lõm phân bố đều hơn. Chiều
9


dày lớp trắng đồng đều hơn và đặc biệt là giảm mạnh với điện cực graphite. Cơ tính
của lớp bề mặt đƣợc nâng cao do: Các nguyên tố Cu (từ điện cực), Ti (từ bột) xâm
nhập vào lớp trắng với hàm lƣợng tƣơng đối lớn (nhƣng chƣa chỉ rõ đƣợc tổ chức
của cacbit Titan); hàm lƣợng C trong lớp trắng giảm xuống. Với điện cực Gr: Năng
suất và chất lƣợng lớp bề mặt gia công tăng lên, lƣợng mòn điện cực giảm xuống đã
mở ra triển vọng sử dụng loại điện cực này trong gia công tinh bằng EDM.
Khi nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số đến các chỉ tiêu năng suất và
chất lƣợng bề mặt gia công bằng EDM sử dụng bột Titan, tác giả đã chỉ ra rằng:
Năng suất bóc tách vật liệu bị ảnh hƣởng mạnh bởi vật liệu điện cực, thời gian phát
xung, cƣờng độ dòng điện, sự phân cực điện cực, thời gian ngừng phát xung và
nồng độ bột. Tất cả các thông số đƣợc khảo sát đều có ảnh hƣởng mạnh đến lƣợng
mòn điện cực. Độ nhám bề mặt gia công bị ảnh hƣởng mạnh bởi vật liệu điện cực,
sự phân cực điện cực, thời gian phát xung và cƣờng độ dòng điện.
Trong công trình nghiên cứu [11] đƣa ra phƣơng pháp thực nghiệm để
nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số công nghệ EDM, nồng độ bột Cacbít
vonfram trộn trong dung môi cách điện đến độ nhám bề mặt của chi tiết sau gia
công bằng phƣơng pháp trộn bột có tính dẫn điện vào trong dung môi cách điện
(PMEDM). Đánh giá so sánh ảnh hƣởng của các thông số công nghệ gia công EDM
tới độ nhám bề mặt khi có sự tham gia của bột Cacbít vonfram so với gia công
EDM thông thƣờng. Sau đó, tác giả đã nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hƣởng của
các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột Cacbít vonfram trộn trong dung môi
cách điện tới sự xâm nhập vonfram vào bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt. Đánh giá so
sánh độ cứng tế vi bề mặt khi có sự tham gia của bột - PMEDM so với EDM thông
thƣờng tại cùng thông số công nghệ EDM. Các kết quả cụ thể của công trình [11]
đƣa ra nhƣ sau:
Khi trộn bột hợp kim Cacbít vonfram với các dải nồng độ 20g/l; 40g/l; 60g/l

vào dung môi dầu cách điện, kết quả thực nghiệm cho thấy: Độ nhám bề mặt của
phƣơng pháp PMEDM thay đổi tốt hơn (giảm) so với độ nhám bề mặt của phƣơng
pháp EDM trong cùng chế độ thông số công nghệ EDM. Khi nồng độ bột thay đổi
từ 20g/l; 40g/l; 60g/l thì độ nhám bề mặt giảm dần, nghĩa là quan hệ giữa nồng độ
bột và độ nhám bề mặt tỉ nghịch với nhau. Tác giả cũng đã xác định đƣợc mối quan
hệ giữa độ nhám bề mặt với các thông số đầu vào nhƣ : Dòng phóng tia lửa điện,
thời gian phát xung, nồng độ bột theo công thức hồi quy.
Tại các chế độ thực nghiệm hầu hết đều có sự xâm nhập của Vonfram vào bề
mặt. Ở những chế độ có dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung nhỏ,
hàm lƣợng Vonfram xâm nhập vào bề mặt lớn hơn so với những chế độ có dòng
phóng tia lửa điện lớn và thời gian phát xung lớn trong vùng khảo sát khi nồng độ
bột tăng. Xác định đƣợc mối quan hệ giữa hàm lƣợng Vonfram xâm nhập vào bề
10


mặt với các thông số đầu vào nhƣ : Dòng phóng tia lửa điện, thời gian phát xung,
nồng độ bột theo công thức hồi quy.
Độ cứng tế vi lớp bề mặt đƣợc gia công bằng phƣơng pháp PMEDM hầu hết
cao hơn so với độ cứng tế vi lớp bề mặt đƣợc gia công bằng phƣơng pháp EDM tại
cùng chế độ công nghệ. Tại chế độ dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung
nhỏ thƣờng có độ cứng cao hơn so với dòng phóng tia lửa điện lớn và thời gian phát
xung lớn trong các dải nồng độ đƣợc khảo sát. Xác đinh đƣợc mối quan hệ giữa độ
cứng tế vi bề mặt với các thông số đầu vào nhƣ: Dòng phóng tia lửa điện, thời gian
phát xung, nồng độ bột theo công thức hồi quy. Thông qua việc phân tích này, tác giả
đã lựa chọn vùng thông số công nghệ EDM và nồng độ bột trong vùng khảo sát phù
hợp để làm nghiên cứu thực nghiệm. Trong vùng các thông số công nghệ EDM và
nồng độ bột đƣợc khảo sát ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt,
thông qua thực nghiệm đã chứng minh đƣợc độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt
của phƣơng pháp có trộn bột Cabít vonfram (PMEDM) cải thiện tốt hơn so với bề mặt
gia công bằng phƣơng pháp EDM trên nền vật liệu thép SKD61.

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Xung tia lửa điện đƣợc phát triển rộng dãi trên thế giới bởi những tính ƣu
việt mà phƣơng pháp gia công này mang lại. Có rất nhiều những nghiên cứu của các
nhà khoa học xoay quanh vấn đề xung tia lửa điện. Trong công trình [12], tác giả
Abbas G. N. M chỉ ra rằng phƣơng pháp xung tia lửa điện chiếm 34% trong tổng số
các phƣơng pháp gia công tia lửa điện nhƣ hình 1.4.

Hình 1.4 Thống kê về các phương pháp gia công tia lửa điện (Nguồn: [12])
Trong công trình nghiên cứu [52], tác giả Sharma S. có đề cập đến vấn đề
mòn điện cực khi xung. Trong nghiên cứu ông có đề cập đến quá trình phóng tia lửa
điện dẫn đến ăn mòn điện cực khi xung. Công trình giải quyết đƣợc vấn đề khi thay
11


đổi chiều sâu của điện cực độ mòn tăng và ông đƣa ra đƣợc công thức tính với điện
cực đồng.
Trong nghiên cứu [20,21,22,25] các tác giả có trộn bột Ti, Mo vào trong
dung dịch chất điện môi, làm cho phân tử Ti, Mo khuếch tán vào bề mặt chi tiết gia
công nhằm cải thiện chất lƣợng bề mặt, năng suất gia công. Trong công trình
[28,35] trộn bột W vào trong dung dịch điện môi làm tăng độ cứng bề mặt nhƣng
cũng làm tăng độ nhám bề mặt.
Nghiên cứu của Ali Ozgedik đề cập tới ảnh hƣởng của dung dịch điện môi
tới độ mòn của điện cực. Tác giả đã quan tâm đến các hƣớng phun dung dịch điện
môi thƣờng dùng để thực hiện các nghiên cứu. Kết quả của nghiên cứu cho ta thấy
ảnh hƣởng của hƣớng phun dung dịch điện môi đến độ mòn điện cực [13].

Hình 1.5 Mòn điện cực với hướng phun dung dịch điện môi bên cạnh (Nguồn: [13])
Với sơ đồ nhƣ hình 1.5 có thể thấy rằng vị trí trực tiếp bị phun dòng chất điện môi
sẽ chịu mòn lớn hơn dẫn đến hiện tƣợng mòn không đều, để khắc phục hiện tƣợng này
có thể điều chỉnh hƣớng phun dung dịch điện môi ở giữa nhƣ hình 1.6.

Hình 1.6 Mòn điện cực với hướng phun dung dịch điện môi ở giữa (Nguồn: [13])
Tác giả Y. Ziada trong công trình nghiên cứu [59] đã phân tích về mòn tại
các góc với điện cực là hình đa giác. Tác giả cho thêm chuyển động quay của điện
cực nhằm giảm ảnh hƣởng của độ mòn tại các góc và kết quả thu đƣợc là vẫn có sự
ăn mòn không đồng đều trên chi tiết gia công.
12


Hình 1.7 Chuyển động của điện cực bám theo hình đa giác (Nguồn: [59])
Đối với nghiên cứu của tác giả Yin Qingfeng [60], ông lại đƣa ra ảnh hƣởng
từ sự ăn mòn của bề mặt điện cực khi hạn chế quá trình ăn mòn của các mặt bên
bằng cách đƣa vào các tấm nhựa bảo vệ nhƣ hình 1.8.

Hình 1.8 Phương pháp xung có tấm nhựa bảo vệ (Nguồn: [60])
Đây cũng là phƣơng án tích cực nhằm giảm sự ăn mòn tại các góc của điện
cực và đặc biệt hạn chế tối đa quá trình đốt cháy bề mặt không mong muốn.

Hình 1.9 Điện cực sau khi xung với tấm nhựa bảo vệ và không có tấm bảo vệ
(Nguồn: [60])
Tuy vậy phƣơng pháp này vẫn bị hạn chế khi biên dạng của điện cực quá
phức tạp và bề mặt phát xung không phải là mặt phẳng.
Trong công trình [62] đề cập đến mòn hình dáng hình học khi gia công phay
EDM trong nghiên cứu này tác giã đã cố định chiều dài của điện cực và xác định
đƣợc lƣợng mòn theo thời gian, đƣa ra đƣợc sơ đồ của quá trình gia công tia lửa
điện nhƣ theo hình 1.11.

13

Hình 1.10 Sơ đồ phóng điện (Nguồn: [62])
Từ đó xây dựng đƣợc phƣơng trình mòn của điện cực theo thời gian để xây
dựng phƣơng án bù điện cực theo chiều dài nhƣ hình 1.12.

Hình 1.11 Mối liên hệ về động học giữa điện cực với phôi (Nguồn: [62])
Trong công trình nghiên cứu [63] nghiên cứu về gia công tia lửa điện với
điện cực quay và chi tiết gia cộng đƣợc đặt trong từ trƣờng. Kết quả nghiên cứu cho
14