Nghiên cứu phương pháp gia công tia lửa điện thiết kế module đào tạo nguồn nhân lực

Nguyễn văn hải

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học
ngành : công nghệ chế tạo máy

công nghệ chế tạo máy

Nghiên cứu phương pháp gia công tia
lửa điện Thiết kế module đào tạo
nhân lực bậc cao

Nguyễn văn hải

2007 - 2009
Hà Nội
2009

Hà Nội 2009


bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu phương pháp gia công tia lửa

điện Thiết kế module đào tạo
nhân lực bậc cao
ngành : công nghệ chế tạo máy
mà số:23.04.3898
Nguyễn văn hải

Người hướng dẫn khoa học : GS.TS. Trần văn địch

Hà Néi 2009


Mục lục
Trang
Lời nói đầu
Nhiệm vụ
Tóm tắt
Mục lục
CHƯƠNG I

TỔNG QUAN DỰ ÁN ĐÀO TẠO NGUỒN NHÂN LỰC

5

BẬC CAO
I

Dự án đào tạo nguồn nhân lực bậc cao

5

II

Tổng quan về gia công tia lửa điện

6

2.1

Sự xuất hiện của công nghệ

6

2.2

Sự phát triển

7

2.3

Khả năng cơng nghệ

8

2.4

Các hãng cung cấp máy

11

CHƯƠNG II

GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN DÙNG ĐIỆN CỰC ĐỊNH

19

HÌNH
I

Cơ sở cơng nghệ

19

1.1

Bản chất vật lý của q trình phóng tia lửa điện.

19

1.2

Sơ đồ chung của thiết bị gia công

22

1.3

Khả năng công nghệ và phạm vi ứng dụng

24

1.4

Cơ chế tách vật liệu

26

1.5

Năng suất gia công – chất lượng bề mặt khi gia công bằng

28

EDM
II

Điện cực và vật liệu điện cực

34

2.1

Yêu cầu của vật liệu điện cực

34

2.2

Các loại vật liệu điện cực

34


III

Các thông số điều chỉnh

39

3.1

Điện áp đánh lửa Uz

39

3.2

Thời gian trễ đánh lửa td

40

3.3

Điện áp phóng tia lửa điện Ue

40

3.4

Dịng phóng tia lửa điện Ie

40

3.5

Thời gian phóng tia lửa điện te

41

36

Độ kéo dài xung ti

41

3.7

Khoảng cách xung to

41

3.8

Khe hở phóng điện

50

IV

Chất điện môi

43

4.1

Nhiệm vụ của chất điện môi

43

4.2

Các loại chất điện môi và tiêu chuẩn đánh giá chúng

44

4.3

Ảnh hưởng chung của chất điện mơi lên kết quả gia cơng

46

V

Các hình thức gia cơng

47

5.1

Gia cơng xung định hình nhiều giai đoạn

47

5.2

Gia cơng xung định hình với chức năng hành tinh

47

5.3

Đánh bóng bằng xung định hình

50

5.4

Gia cơng xung định hình theo contour

51

CHƯƠNG III

PHƯƠNG PHÁP CẮT DÂY

54

I

Bản chất và nguyên lý của phương pháp WEDM

54


II

Ứng dụng WEDM

55

III

Hệ tọa độ

59

IV

Dây cắt

60

V

Chất điện môi và cách sử dụng

61

VI

Chất lượng bề mặt

62

VII

Sự thoát phoi khi cắt dây

63

VIII

Các sai số profil trong cắt dây

63

IX

Điều khiển liên hệ ngược

65

X

So sánh với các phương pháp gia công khác

65

CHƯƠNG 4

CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH

67

I

Lập trình trên máy cắt dây

67

1.1

Cấu trúc chương trình

67

1.2

Các lệnh nội suy

74

II

Cơ sở lập trình của CNC EDM

91

2.1

Các định nghĩa

91

2.2

Phương pháp lập trình

94

III

Giới thiệu phần mềm

99


IV

Bài tập

V

Thiết kế module đào tạo

102

Kết luận

105

Tài liệu tham khảo

106


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN ĐÀO TẠO NGUỒN
NHÂN LỰC BẬC CAO
I. DỰ ÁN ĐÀO TẠO NGUỒN NHÂN LỰC BẬC CAO
1.1. Giới thiệu
Dự án đào tạo nguồn nhân lực bậc cao của bộ GD&DT nhằm hỗ trợ các trang
thiết bị cho 3 trường đại học là: ĐH BK Hà Nôi, ĐH BK Đà Nẵng và ĐH BK TP
Hồ Chí Minh các trang thiết bị phục vụ giảng dạy và nghiên cứu. Các trang thiết bị
được cung cấp bởi công ty EMCO (là công ty chịu trách nhiệm cung cấp các trang
thiết bị), một số thiết bị như máy đo tọa độ mua của Siemen và các máy EDM của
hãng AgieCharmilles.
Công ty EMCO

Hình1.Cơng ty EMCO
Cơng ty hàng đầu của Áo về dao cụ.
Trụ sở chính đặt tại Hallein, gần Salzburg
Có các chi nhánh tại Đức, Italy và Mỹ.
Thành lập năm 1947.
Hơn 500 lao động.

5

Đã bán hơn 1 tỷ máy trên toàn thế giới.
II. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN
2.1. Sự xuất hiện của một công nghệ
Phương pháp gia công tia lửa điện (Electric Discharge Machining —
EDM) được phát triển vào năm 1943 ở Liên Xô bởi hai vợ chồng người Nga
tại trường Đại học Moscow là Giáo sư - Tiến sĩ Boris Lazarenko và Tiến sĩ
Natalya Lazarenko. Cho đến nay, phương pháp gia công này đã được phổ biến
rộng rãi khắp nơi trên thế giới. Nguyên tắc của phương pháp này là bắn phá
chi tiết để tách vật liệu bằng nguồn năng lượng nhiệt rất lớn được sinh ra khi
cho hai điện cực tiến gần nhau. Trong hai điện cực này, một đóng vai trị là
dao và một đóng vai trị là phơi trong q trình gia cơng.

6


Trong thập niên 1960 đã có nhiều nghiên cứu sâu rộng về gia công EDM
và đã giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến mơ hình tính tốn q trình
gia cơng 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 phương pháp sục chất điện môi hữu hiệu. Hiện
nay, các máy EDM đã được thiết kế khá hồn chỉnh và q trình gia cơng
được điều khiển theo chương trình số.
2.2. Sự phát triển
Các máy đầu tiên của thới kỳ những năm 50-60 của thế kỷ 20 ít tự động
hố và khơng tiện dùng lắm.
Ngày nay, với các thuật toán điều khiển mới, với các hệ thống điều khiển
CNC cho phép gia công đạt năng suất và chất lượng cao mà không cần đến sự
tham gia trực tiếp của con người. Các máy gia công tia lửa điện ngày nay
được đặc trưng bởi mức độ tự động hoá cao.
Các hệ thống điều khiển CNC trên thị trường đã có tiến bộ rất nhiều, đặc

biệt là máy cắt dây.
Các hệ điều khiển CNC trong nhiều năm qua đã có mặt ở các máy xung
định hình, nhưng đã mất nhiều thời gian hơn để có thể tận dụng mọi khả năng
của chúng. Các chuyển động hành tinh và chuyển động theo contour của một
điện cực có hình dáng phức tạp. Ưu điểm của phương pháp này là ở chỗ việc
chế tạo điện cực rẻ hơn và nếu sử dụng điên cực phay thì điều kiện dịng chảy
sẽ tốt hơn và điên cực ăn mòn đều hơn. Một trong những đề tài nghiên cứu
chính đang được thực hiện ở Tây Âu và Nhật Bản là gia công 3 chiều đạt độ
chính xác cao. Tuy nhiên vẫn chưa đạt được kết quả mong muốn.
Sử dụng tối ưu công nghệ gia công tia lửa điện như một kĩ thuật sản xuất
địi hỏi phải áp dụng rất nhiều bí quyết cơng nghệ (Know how). Ngày nay có
khuynh hướng đưa ra nhiều máy thông minh, chọn máy và điều chỉnh nhiều
thông số mà người sử dụng đã đặt từ trước. Điều đó làm giảm bớt các dữ liệu
đầu vào mà người đứng máy phải quan tâm. Khuynh hướng này là mạnh nhất

7


đối với các máy cắt dây, ở đó các thuật toán điều khiển tạo được một lượng
hớt vật liệu tối ưu và làm giảm bớt nguy cơ đứt dây.
Ở các máy xung định hình, nhờ có hệ thống điều khiển CNC nên khơng
cần phải dùng người đứng máy có kinh nghiệm mà vẫn đạt được hiệu quả và
chất lượng gia cơng cao. Điều kiện gia cơng (như sự thốt phoi) thay đổi rất
nhiều trong gia cơng xung định hình, đến mức rất khó phát triển chiến lược
điều khiển tuỳ chọn phù hợp với tất cả các hoàn cảnh. Một số nhà chế tạo máy
(như MITSUBISHI) cung cấp những hệ thống điều khiển liên hệ ngược mà
trong những điều kiện khó khăn nhất (như gia cơng lỗ tịt mà khơng có thoát
phoi cưỡng bức) cũng cho kết quả tốt hơn so với kết quả nhận được do sự điều
chỉnh các thông số của một người đứng máy có kinh nghiệm. Trong mọi
trường hợp, hầu hết các máy đều có mức độ tự động hố cho phép làm việc rất

lâu khơng có người đứng máy, dù rằng không phải luôn luôn trong điều kiện
tối ưu. Cùng với sự xâu dây tự động ở máy cắt dây, sự tách phôi, thay pallet
(thường được cung cấp bởi các hãng chế tạo phụ tùng như hãng EROWA) và
khả năng lập trình thì mức độ tự động tự động hố trong gia cơng tia lửa điện
đã tăng lên rất nhiều.
2.3. Khả năng công nghệ
Bề mặt chi tiết được gia cơng EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia cơng
thơ và Ra = 0,16µm khi gia cơng tinh. Thơng thường độ chính xác gia cơng
vào khoảng 0,01mm. Ở các máy khoan tọa độ EDM độ chính xác gia công đạt
đến 0,0025mm.
Đối với WEDM khi cắt trong dầu thì đạt độ bóng vào độ chính xác cao
hơn khi cắt trong nước. Sau đây là một ví dụ cụ thể khi cắt tungsten carbide
với 4 lần cắt, dây cắt bằng tungsten có đường kính 0,03mm. Độ bóng đạt được
là Rmax = 0,92µm (Ra = 0,12µm). Bề mặt vết cắt nhỏ nhất sau 4 lần cắt là
48µm với độ chính xác biên dạng từ 1,5 – 1,5µm
EDM giúp loại bỏ được khâu xử lý nhiệt đối với các sản phẩm và chi tiết
kim loại và tránh được sự biến dạng do xử lý nhiệt. Công nghệ này đặc biệt
hiệu quả đối với các vật liệu cực cứng, hoặc các chi tiết có hình dạng phức
8


tạp, hoặc hình dạng nhỏ, khác thường, nhiều lỗ, các lỗ khó tiếp cận, các hốc
có hình dạng phức tạp. EDM cũng rất hiệu quả để ứng dụng trong trường hợp
vật liệu rất mỏng. Ví dụ, EDM có thể dùng gia cơng các lỗ trịn nhỏ, hoặc có
hình dạng khơng bình thường, có kích thước khoảng 0,05mm, với tỷ lệ giữa
chiều dài với đường kính là 20:1, và các khía mỏng (0,05-30mm).

9

EDM có thể được ứng dụng để cắt, khoan, tạo khn, dập lỗ. Cơng nghệ
này cũng có thể được dùng để thay thế cho các nguyên công phay, cắt và
khoan bằng cơ khí, cũng như cắt và khoan bằng laser. Tác dụng giảm phế thải
chủ yếu của EDM là không để xảy ra gãy dụng cụ. Nó có vai trị quan trọng
trong những ứng dụng có nhiều nguy cơ gãy dụng cụ.
Cơng nghệ máy tính đã góp phần tinh chỉnh EDM, khiến cho nó trở thành
các cơng cụ tuyệt vời để gia cơng các hình dạng phức tạp hoặc các chi tiết ở
cấp micron hoặc trung bình mà cá quá trình gia cơng và cắt gọt thơng thường
khơng thể nào thực hiện được. Sự hoàn thiện độ phân giải, độ chính xác, chất
lượng của q trình gia cơng EDM chính là chức năng trực tiếp của việc điều
khiển bằng máy tính đối với thiết bị tạo tia lửa điện và hệ thống điều khiển
chuyển động. Các thiết bị EDM hiện đại đều ứng dụng các bộ điều khiển tinh
vi dựa trên logic mờ, có khả năng tích hợp liên tục phản hồi từ quá trình để
duy trì sự điều khiển chính xác quy trình phóng tên lửa điện. Có 2 loại hình
gia cơng EDM thường dùng là khắc khn và dây.
Các đổi mới của công nghệ EDM bao gồm tỷ lệ khử bỏ kim loại cao hơn
và tốc độ cắt lớn hơn. Các hệ thống điều khiển có độ tin cậy cao hơn và các
thiết bị cung cấp điện tinh xảo hơn, trong khi hệ thống truyền động nhanh hơn
và chính xác hơn. EDM dây hiện nay có khả năng tạo ra các bề mặt rất sạch,
với dư lượng nhiệt rất ít.
Các nhà chế tạo máy EDM đang tạo ra tiến bộ lớn trong việc điều khiển
“hình dạng” (shape) của tia lửa, nhờ vậy tăng được tốc độ cắt và hoàn tất bề
mặt tốt hơn. Các cơ cấu để giảm hoặc loại bỏ các ảnh hưởng của chất điện
phân đã được trang bị ở phần lớn các máy EDM dây.
Các hệ thống EDM tự động có tiềm năng giảm thiểu được sai sót của
người vận hành, giúp tăng khả năng dự đốn về thời gian gia cơng, làm cho
sản lượng gia công ổn định hơn và rút ngắn thời gian phân phối công việc. Kỹ
thuật tự động máy được kết hợp với phần mềm CAD/CAM 3D đã có một số
10

ứng dụng để sản xuất điện cực, bao gồm lựa chọn vùng đốt (burn), thiết kế
điện cực và chế tạo các dạng hình học lập thể hoặc phẳng. Những ứng dụng
này kết hợp được việc giảm bớt được thời gian từ khâu thiết kế đến khâu chế
tạo, giúp cho công nghệ EDM rất có hiệu quả đối với các hình dạng khuôn
phức tạp.
2.4. Các hãng cung cấp máy
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng cung cấp máy EDM như Agie,
Charmilles, Agie-Charmilles, Fanuc, Sodick, Mitsubishi, Seibu, Ona, Japax
CHMER, JS EDM, Aristech, Sure first, Accutex, SMK….
Đối với người sử dụng, điều quan trọng là phải xác định các yêu cầu cụ thể
phù hợp với sản phẩm và quy mô sản xuất của mình và sau đó cần phân tích
các tuỳ chọn sẵn có của các hãng sản xuát máy từ mọi góc độ để đưa ra quyết
định đúng đắn nhất trước khi mua máy.
Trong khoảng một thập kỉ gần đây, công nghiệp gia công tia lửa điện EDM
đã thâm nhập vào Việt Nam. Số lượng các cơ sở sản xuất và nghiên cứu ở
nước ta nhập các loại gia công tia lửa điện ngày càng nhiều . Tuy nhiên việc
đào tạo về công nghệ này thực sự chưa được quan tâm ở các trường Đại học
kỹ thuật và các Viện nghiên cứu . Ngày nay máy gia công tia lửa điện xuất
hiện rất nhiều ở Việt Nam. Tại các Viện nghiên cứu và các xưởng gia công đã
sử dụng máy gia công tia lửa điện để gia công các chi tiết phức tạp. Các doanh
nghiệp Cơ khí ở Việt Nam được trang bị các máy gia công EDM, chủ yếu là
trong lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu, chiếm khoảng 20%-50% tùy theo độ phức
tạp về kết cấu của sản phẩm. Một số cơ sở gia cơng khn mẫu có trang bị các
máy EDM ở nước ta như: Xưởng gia công cơ khí trường ĐHBK, cơng ty chế
tạo khn mẫu Trung Việt …
Các hãng máy cắt dây EDM khả phổ biến ở VN là:
- Dòng máy Trung quốc cắt dây dùng lại : Goldsun ...
- Dòng máy cắt dây đồng Đài loan : CHMER, JS EDM, Aristech, Sure
first, Accutex, SMK

11


- Dòng máy cao cấp Sodick, Misubishi, Fanuc, Hitachi... , Agie-Charmilles
(Nhìn chung các hãng máy này đều đã chuyển giao công nghệ sang nước thư
3 để giảm giá thành sản phẩm)

Máy cắt dây hãng Goldsun WEDM made in China

Máy cắt dây đồng SureFirst Đài Loan

12


Máy cắt dây cỡ lớn của Sodick (chiều dầy cắt tới 400mm)
Phân loại máy EDM
Gia cơng EDM có thể được phân loại như sau:
Gia cơng xung định hình EDM (Die Sinking EDM hay Ram-EDM)
Gia công vi EDM (Micro EDM)
Gia công EDM bằng dây cắt (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM)
Khoan EDM (EDM drilling)
Máy lấy mũi tarô bị gãy (Broken Tap Remover)

Máy xung định hình (trái) và máy cắt dây (phải)
Máy EDM dùng điện cực thỏi còn được gọi là máy xung định hình. Điện
cực trên máy này có dạng thỏi được chế tạo sao cho biên dạng của nó giống
13


với bề mặt cần gia cơng. Máy này có thể được điều khiển bằng tay, ZNC hay

CNC. Loại điều khiển bằng tay có độ chính xác kém nên hiện nay ít dùng.
Máy EDM dùng điện cực dây (hay còn gọi là máy cắt dây). Điện cực trên
máy này là một dây mảnh được cuốn liên tục và được chạy theo một biên
dạng cho trước. Loại máy cắt dây EDM truyền thống được điều khiển bằng
tay, kém chính xác. Hiện nay, chủ yếu người ta sử dụng máy cắt dây CNC.

Máy lấy mũi ta rô gãy

Các thông số của các máy thuộc hãng Agie Charmilles của dự án
EMCO

14


Máy điện cực định hình FO 550S
Kiểu máy
Kích thước (Width x Depth x
Height)

FO 550S
3040 x 2830 x 2960

mm

Khối lượng (bỏ qua chất điện mơi)

4500

Kg

Hành trình X,Y,Z

600 x 400 x 450

mm

Độ chính xác

50

nm

Chống va chạm

X,Y,Z,U,V

Hệ thống đo chuyển động

Vùng làm việc
Kiểu thùng chứa

Nhỏ giọt

Kích thước

1220 x 870 x 470

Min/Max lượng điện mơi

145/440

Kích thước bàn máy

750 x 600

mm

Khối lượng Max của điện cực

100

Kg

Khối lượng Max của Phơi

1600

Kg

Kích thước Max của Phơi

1200 x 850 x 400

mm

Bể chứa

820

L

Bộ lọc

8 lớp giấy lọc dày

Điện cực và phôi

Hệ thống điện môi

Máy phát điện
Loại

ISOPULSE

Chất lượng
Độ nhám bề mặt(Ra)

0,1

µm

15


16


Máy cắt dây FI 440CCS
Kiểu máy
Kích thước (Width x Depth x

Height)

FI 440CCS
2600 x 2810 x 2240

mm

Khối lượng (bỏ qua chất điện mơi)

3300

Kg

Hành trình X,Y,Z

550 x 350 x 400

mm

Hành trình U,V

550 x 350

mm

Độ nghiêng dây/chiều cao

± 30°/400

Degree/

mm

Hệ thống đo chuyển động
Độ chính xác

50

Chống va chạm

X,Y,Z,U,V

nm

Vùng làm viêc
Kích thước phơi lớn nhất

1200 x 700 x 400

mm

Khối lượng lớn nhất

1500

Kg

Thể tích điện mơi lớn nhất

1200

L

0.33 - 0.10

mm

Dây cắt
Đường kính dây
Khả năng chống hiệu ứng điện
phân

Gia công thô-tinh

17


18


CHƯƠNG 2: GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN DÙNG ĐIỆN CỰC ĐỊNH
HÌNH
1. CƠ SỞ CƠNG NGHỆ
1.1. Bản chất vật lý của q trình phóng tia lửa điện.

Hình 2.1. Ngun lý gia công tia lửa điện
Đặt một điện áp một chiều giữa 2 điện cực (một được gọi là dụng cụ và một
gọi là phôi - chi tiết). Chúng được nhúng ngập trong 1 dung dịch cách điện
đặc biệt (gọi là dung dịch điện ly). Điện áp này thường nằm trong khoảng 80V
đến 200V.
Khi đưa 2 điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách δ đủ nhỏ thì xảy

ra sự phóng tia lửa điện. Điều này có thể giải thích là do điện trường giữa khe
hở đủ lớn (đạt khoảng 104 V/m) dẫn đến việc iơn hố dung dịch điện ly và nó
trở thành dẫn điện. Tia lửa điện phóng qua khe hở này và hình thành kênh dẫn
điện, nhiệt độ lên đến khoảng 10000oC làm bốc hơi vật liệu các điện cực. Áp
suất vùng này sẽ cao hơn các vùng khác.

19


Nguồn điện được ngắt đột ngột làm cho tia lửa điện biến mất. Do sự chênh
lệch áp suất và do dung dịch lạnh từ ngoài tràn vào kênh dẫn điện gây ra tiếng
nổ nhỏ và làm hoá rắn hơi vật liệu thành các hạt ơ-xít kim loại. Sau đó, dung
dịch điện ly được khơi phục trạng thái cũ của nó: không dẫn điện.
Nguồn điện được cung cấp lại và tia lửa điện lại xuất hiện.
Có thể thấy những điểm mấu chốt của phương pháp gia công tia lửa điện
gồm:
Nguồn cung cấp điện áp dạng xung: thời gian ngắt nguồn điện là khoảng
thời gian cần thiết để dung dịch điện ly có thể khơi phục lại trạng thái khơng
dẫn điện của nó và sẵn sàng cho xung gia cơng tiếp theo. Nếu thời gian này
khơng có hay nhỏ q sẽ làm dung dịch điện ly luôn ở trạng thái dẫn điện.
Điều này làm cho tia lửa điện phát triển thành hồ quang gây hỏng bề mặt chi
tiết và dụng cụ.
Các điện cực làm bằng 2 loại vật liệu khác nhau và được nhúng ngập trong
dung dịch điện ly: dung dịch này có chức năng chính là mơi trường hình thành
kênh dẫn điện.
Giữa các điện cực ln có 1 khe hở nhỏ được gọi là khe hở phóng điện. Khe
hở này cần được đảm bảo trong suốt q trình gia cơng để duy trì sự ổn định
của tia lửa điện.
Quá trình ăn mịn của một xung gia cơng được trải qua 3 giai đoạn: giai đoạn
hình thành kênh dẫn điện, giai đoạn phóng tia lửa điện làm bốc hơi vật liệu và

giai đoạn phục hồi.
Pha 1: Đánh lửa
Các đặc điểm chính của giai đoạn này là:
Giai đoạn này được xác định trong khoảng thời gian khi bắt đầu có điện áp
(cấp bởi nguồn) và kết thúc khi điện áp bắt đầu giảm.
Mô tả hiện tượng: khi điện trường giữa 2 điện cực tăng lên do việc đưa
chúng đến gần nhau làm cho vận tốc của các ion và điện tử tự do (có trong lớp
dung dịch điện ly ở giữa các điện cực) tăng lên và bị hút về phía cực trái dấu.
Trong quá trình di chuyển, chúng va đập với các phân tử trung hoà và làm

20


tách ra các ion và điện tử mới. Cứ như vậy, khi khoảng cách càng nhỏ làm từ
trường và động năng của các ion và điện tử càng lớn dẫn đến hình thành một
dịng chuyển dịch có hướng của ion và điện tử tạo nên dòng điện.
Kết quả: dung dịch điện ly trở nên dẫn điện ở cuối giai đoạn này.

Hình 2.2. Sự hình thành kênh dẫn điện

Pha 2: Sự hình thành kênh phóng điện

Hình 2.3. Sự phóng điện qua kênh dẫn điện
Thời gian của giai đoạn này được tính từ khi điện áp bắt đầu giảm đến một
trị số xác định và giữ nguyên cho đến khi giảm về 0V (ngắt nguồn)
Mơ tả hiện tượng: dịng điện xuất hiện trong kênh dẫn điện kèm theo sự xuất
hiện tia lửa điện. Tại kênh dẫn điện, năng lượng tập trung rất lớn (đạt cỡ 105
đến 107 W/mm2) làm cho nhiệt độ tại đó đạt tới 10000o C. Vật liệu của các
điện cực tại nơi xuất hiện tia lửa điện bị bốc hơi bởi nhiệt độ cao. Bên cạnh đó

21


cịn có một lượng nhỏ vật liệu bị tách khỏi bề mặt các điện cực do sự va đập
của các ion và điện tử lên bề mặt của chúng.
Giai đoạn này chính là giai đoạn có ích trong cả một xung gia cơng: ăn mịn
vật liệu tạo thành hình dáng chi tiết theo yêu cầu.
Pha 3: Nóng chảy và bốc hơi vật liệu

Hình 2.4. Sự phục hồi
Thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời gian của giai đoạn này.
Mô tả hiện tượng: nguồn xung bị ngắt đột ngột, dung dịch điện ly lạnh ở
xung quanh tràn vào gây nên sự thay đổi áp suất đột ngột tạo nên tiếng nổ
nhỏ. Hơi của vật liệu điện cực hoá rắn do việc giảm nhiệt độ đột ngột tạo nên
các hạt ơ-xít kim loại có kích thước nhỏ (cỡ vài trăm micro mét). Các hạt ơ-xít
này khơng dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém (tuỳ vào vật liệu các điện cực).
Kết thúc giai đoạn này, dung dịch điện ly lấy lại trạng thái ban đầu của nó:
khơng dẫn điện.
Một xung gia cơng kết thúc. Các giai đoạn trên được lặp lại cho các xung gia
công kế tiếp theo.
Sau hàng loạt xung gia công có ích, vật liệu của các điện cực bị ăn mòn dần
theo từng lớp. Người ta thường chọn vật liệu dụng cụ có khả năng chịu ăn
mịn hơn (bằng đồng hay graphic) nên chi tiết dần bị ăn mòn nhiều và sẽ mang
hình dáng của dụng cụ.

22


1.2. Sơ đồ chung của thiết bị gia cơng

Electrode

Dielectric
Pulse
generator
Workpiece

Hình 2.5. Mơ hình máy xung tia lửa điện
- NC-controller generator: bộ điều khiển số
- Servo drive: bộ điều khiển động cơ servo
- Machine head: trục chính của máy (thường dùng để gắn dụng cụ). Nó đóng
vai trị là trục Z
- Dielectric tank: thùng chứa dung dịch điện ly (ngập các điện cực)
- Workpiece: phôi – chi tiết cần gia công
- Electrode: dụng cụ
- Dielectric unit: hệ thống thùng và bơm dung dịch điện ly lên thùng chứa
- Machine table: bàn máy có thể di chuyển theo 2 phương X, Y
- Gap: khe hở phóng điện. Khe hở này cần phải được đảm bảo khơng đổi
trong suốt q trình phóng tia lửa điện.
- Dielectric: dung dịch điện ly
- Pulse generator: nguồn cung cấp điện áp công suất một chiều dạng xung
Với các thiết bị gia cơng EDM khác có cấu tạo tương tự, chỉ có 1 số điểm
khác nhau cơ bản để phù hợp với ứng dụng thực tế của thiết bị đó:
- Yêu cầu về dịch chuyển bàn máy như WEDM
23