Nghiên cứu thiết kế mô phỏng máy gia công tia lửa điện loại nhỏ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.09 MB, 81 trang )
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học:
PGS.TS PHAN ĐÌNH HUẤN
Cán bộ chấm nhận xét 1:
Cán bộ chấm nhận xét 2:
Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày
tháng
năm 2005
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Tp.HCM, ngày . . . tháng . . . năm 2005
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN THANH SƠN ................................ Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 12 /03 /1974
Nơi sinh: TX Cao Lãnh – Đồng Tháp
Chuyên ngành: Cơ khí chế tạo máy
MSHV: 00403094
I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ - MÔ PHỎNG MÁY GIA
CÔNG TIA LỬA ĐIỆN LOẠI NHỎ
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tìm hiểu, nghiên cứu công nghệ gia công tia lửa điện dạng xung định hình hay
còn gọi là (EDM die sinking)
2. Thiết kế máy gia công tia lửa điện dạng xung định hình
3. Tính toán, mô phỏng sự ảnh hưởng của các thông số gia công đến độ nhám bề
mặt chi tiết
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 17/01/2005
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
: 30/09/2005
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS TS. PHAN ĐÌNH HUẤN
CHỦ NHIỆM NGÀNH
BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày . . . tháng . . . năm 2005
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
¾
Tìm hiểu, nghiên cứu công nghệ gia công tia lửa điện dạng xung định hình
hay còn gọi là (EDM die sinking)
¾
Thiết kế máy gia công tia lửa điện dạng xung định hình
¾ Tính toán, mô phỏng máy EDM (phần cơ và phần điện) phân tích sự ảnh
hưởng của các thông số gia công đến độ nhám bề mặt chi tiết, viết chương trình tính toán
các thông số gia công theo độ nhám yêu cầu
---------oOo-------
LỜI CẢM TẠ
Trước hết, em vô cùng biết ơn về sự quan tâm và
tận tình hướng dẫn của Thầy PGS.TS PHAN ĐÌNH HUẤN
trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Em chân thành cám ơn Quý Thầy, Cô trường Đại học
Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh đặc biệt là Quý Thầy, Cô trong
Khoa Cơ Khí đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báo
trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận văn.
Cuối cùng em xin chân thành cám ơn Quý Thầy, Cô,
Anh, Chị ở Trung tâm bảo dưỡng Công nghiệp đặc biệt là KS
Trương Công Tiển đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình
thực hiện luận vaên.
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
(EDM) dạng xung định hình loại nhỏ có thể tóm tắt như sau:
- Giới thiệu sơ lược về các công trình nghiên cứu, các công ty, tập
đoàn sản xuất máy EDM trên thị trường, bao gồm các thông số kỹ
thuật và hình dạng máy, giá thành của một số máy ngoại, ….. được
trình bày ở chương 1 của luận văn.
- Nghiên cứu về nguyên lý gia công, cơ sở vật lý của quá trình gia
công EDM: quá trình bóc tách kim loại, chất lượng bề mặt gia
công, độ chính xác, và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề
mặt gia công, ….v v.. cụ thể được trình bày ở chương 2
- Phân tích, thiết kế phần động học máy EDM loại nhỏ, được trình
bày ở chương 3
- Nghiên cứu thiết kế bộ phận tạo xung công suất để gia công ứng
với điện áp: 60, 150, 240 volt DC; dòng điện cực đại là 30 Ampe.
Thiết kế hệ thống điều khiển khe hở gia công, mô phỏng kết quả
bằng phần mềm workbench, … được trình bày trong chương 4.
- Chương trình tính các thông số gia công: Ton, Toff, I, …. Theo độ
nhám bề mặt
- Chế tạo mô hình máy gia công EDM để đánh giá chất lượng bề
mặt gia công theo các chế độ khác nhau.
-
Kết luận và hướng phát triển tiếp của đề tài
------oOo-----
Trang - 6 -
Mục lục
MỤC LỤC
----oOo----
Lời nói đầu ………………………………………………………………
8
Chương 1: Tổng quan
1.1 – Một số công trình nghiên cứu về máy EDM
1.1.a – Công ty, viện, trung tâm nghiên cứu EDM trong nước
1.1.b - Các trung tâm, viện nghiên cứu EDM trên thế giới
1.2- Giới thiệu một số máy EDM dạng xung định hình
1.3- Mục tiêu của đề tài
10
11
11
12
18
Chương 2: Nghiên cứu công nghệ gia công EDM
2.1- Cấu tạo tổng quát của máy EDM
2.2- Tính chất vật lý của quá trình gia công
2.3- Mô tả quá trình bóc tách kim loại khi gia công
2.4- Các đặc tính về điện trong quá trình gia công
2.5- Chất lượng bề mặt khi gia công bằng EDM
2.5.a: Độ nhám bề mặt
2.5.b Vết nứt tế vi và các lớp ảnh hưởng nhiệt
2.6- Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gia công
2.7- Độ chính xác khi gia công bằng EDM
2.8- Các vấn đề liên quan đến điện cực
2.9- Các vấn đề liên quan đến dung dịch điện môi
2.10- Khe hở phóng điện
19
20
21
26
27
29
Chương 3:
Thiết kế phần cơ
3.1: Phân tích và chọn phương án thiết kế:
3.2- Tính toán bộ truyền động vitme – đai ốc bi
39
39
3.3- Mang cá dẫn hướng
3.4- Thiết kế thân trên máy
3.5- Thiết kế thân giữa máy
3.6- Thiết kế thân dưới máy
3.7- Tính toán động học liên quan
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
30
31
32
35
38
42
46
48
Trang - 7 -
Chương 4: Phần điện và điều khiển
4.1- Phần điện
4.1.1- Bộ nguồn
4.1.2- Bộ tạo xung
4.1.3- Bộ đóng ngắt dòng điện tử
4.1.4- Hạn chế dòng
4.2- Phần điều khiển
4.2.1- Điều khiển động cơ step
4.2.2 – Điều khiển khe hở phóng điện
Mục lục
51
51
52
58
62
63
Chương 5: Chương trình tính các thông số & mô hình máy
5.1- Khảo sát sự ảnh hưởng các thông số gia công đến độ nhám bề mặt 67
Chương trình tính các thông số
69
5.2 - Phần mô hình cơ khí có mô phỏng quá trình hoạt động bằng chương
trình Pro_Engineering
70
Kết luận và hướng phát triển của đề tài
PHỤ LỤC
73
Chương trình tính RA, RB theo Ton, Toff của bộ phát xung
Các bản vẽ chi tiết của máy EDM
Các thông số, đặc tính của linh kiện điện tử: IC, Transistor được dùng trong
luận văn
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 8 -
chương 1
LỜI NÓI ĐẦU
Do nhu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, việc đầu tư và phát
triển trang thiết bị có công nghệ mới và hiện đại là rất cần thiết. Những năm gần
đây việc đầu tư các thiết bị, máy gia công …… có công nghệ mới và hiện đại ở
nước ta ngày càng nhiều.
Các doanh nghiệp, công ty sản xuất trong nước, đã và đang cạnh tranh
ngày càng khóc liệt để tồn tại và phát triển trong nền kinh tế thị trường, do đó
việc đầu tư máy, thiết bị có công nghệ mới và hiện đại nhầm tăng năng suất và
chất lượng là rất cần thiết. Ví dụ: Trong lónh vực khuôn mẫu, để sản xuất được
sản phẩm có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu thị trường thì việc đầu tư máy gia
công trung tâm, CNC, máy tia lửa điện,…. là không tránh khỏi.
Hiện tại máy, thiết bị có công nghệ hiện đại mà các doanh nghiệp trong
nước đầu tư đều được nhập từ nước ngoài như: Đài Loan, Trung quốc, Nhật hay
EU, … tùy theo mức độ tự động hóa và mức độ hiện đại mà có giá khác nhau.
vậy việc nghiên cứu và chế tạo thiết bị, máy có công nghệ hiện đại để đáp ứng
nhu cầu trong nước là có ý nghóa thực tiễn.
Trong đời sống thực tiễn ngày càng có nhiều sản phẩm hay chi tiết có hình
dáng phức tạp hay được làm từ vật liệu cứng rất khó gia công cắt gọt theo phương
pháp truyền thống. Từ những thực tế đó đòi hỏi phải nghiên cứu và phát triển
những phương pháp gia công mới, trong các phương pháp này có phương pháp gia
công tia lửa điện.
Trong điều kiện thực tế hiện nay của nước ta thì việc nghiên cứu chế tạo
máy gia công tia lửa điện mang một ý nghóa thực tiễn. Trong đề tài chúng tôi tập
trung nghiên cứu “Máy gia công tia lửa điện dạng xung định hình” còn gọi là
EDM die sinking (EDM: Electrical Discharge Machining).
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 9 -
§ CHƯƠNG 1:
chương 1
TỔNG QUAN
Để giải quyết vấn đề gia công thô, bán tinh, hay tinh các chi tiết
được làm bằng vật liệu có độ cứng cao như: thép hợp kim cứng, thép gió hay cần
gia công các hình dạng phức tạp, thì phương pháp gia công bằng tia lửa điện được
ra đời và ngày càng phát triển và hiện đại hóa cũng như mức độ sử dụng ngày
càng phổ thông hơn trong các nhà máy, xưởng sản xuất.
Ở nước ta, hiện tại có nhiều công ty, xưởng sản xuất đã đầu tư máy
gia công tia lửa điện bởi vì tính hiệu quả gia công của nó. Hầu hết các máy tia
lửa điện ở nước ta đều được nhập từ: Nhật Bản, Châu u, Mỹ, Đài Loan, Trung
Quốc,… với sự phát triển của đất nước ngày càng lớn mạnh thì nhu cầu sử dụng
máy gia công tia lửa điện ở nước ta càng nhiều. Do đó việc nghiên cứu và chế
tạo máy gia công tia lửa điện ở nước ta có một ý nghóa thực tiển.
Định nghóa gia công tia lửa điện (EDM): Là qui trình bóc kim loại
ra khỏi chi tiết gia công bởi một quá trình điện nhiệt, thông qua sự nóng chảy và
bóc hơi kim loại cần bóc ra. Năng lượng nhiệt phát ra bởi sự phóng điện gọi là
“gia công tia lửa điện” hay gia công EDM.
Hệ thống gia công EDM có 2 dạng gia công chính:
Máy cắt dây (wire EDM): ở dạng gia công này, điện cực
được làm bằng dây kim loại thường là đồng, molipden, volfram hay các dây có
lớp phủ, có đường kính d= 0.1 – 0.3 mm, dây điện cực được chuyển động tương
đối liên tục đối với phôi theo một hành trình cho trước, từ đó phôi cần gia công
được cắt theo hành trình đó.
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 10 -
chương 1
Hình 1.1: sơ đồ gia công bằng wire EDM
Máy xung định hình (EDM die sinking): dạng này, điện cực là
một hình không gian, sau khi gia công thì chi tiết cần gia công có hình dạng giống
với điện cực hay còn gọi là âm bản của điện cực (Như hình 1.2).
Điện cực
Phôi
Hình cắt của
phôi
Hình 1.2
§ 1. 1 Một số công trình nghiên cứu về máy gia công tia lửa điện
trong nước và quốc tế:
1.1.a Các Viện, Công ty đã và đang nghiên cứu về máy gia công tia lửa
điện trong nước
¾ Công ty SINCO đã nghiên cứu và chế tạo máy gia công tia lửa
điện dạng cắt dây (Wire EDM) và đã thương mại hóa sản phẩm.
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 11 -
chương 1
¾ “Nghiên cứu phương pháp ổn định quá trình gia công xung tia
lửa điện” do Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đăng trên Tạp
chí Khoa học & Công Nghệ các Trường Đại học Kỹ Thuật số
46+47/2004
¾ “Thiết kế chế tạo hệ điều khiển bằng μC cho máy xung tia
lửa điện” đăng trên Tạp chí Khoa học & Công Nghệ các Trường
Đại học Kỹ Thuật số 38+39/2004.
¾ …
1.1.b
Các Viện, Công ty nghiên cứu về máy gia công tia lửa
điện trên thế giới:
¾ Trung tâm nghiên cứu và sản xuất máy không truyền thống của
trường Đại học Nebraska-Lincohn-USA. Đã có các dự án nghiên cứu
như sau:
Nghiên cứu sự ảnh hưởng của sự làm lạnh điện cực đến quá
trình gia công EDM: Công trình chỉ mới nghiên cứu trên máy cắt dây
(wire EDM) kết quả là giảm 30% khả năng đứt điện cực nếu chi tiết
và điện cực được làm lạnh ở 77oK trong 24 giờ. Còn theo phương pháp
EDM die sinking đang nghiên cứu.
Nghiên cứu sự phân bố phóng tia lửa trong die sinking EDM:
mục đích của dự án này là nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số
gia công.
Các hệ thống điều khiển tối ưu: mục đích chính của dự án là
nghiên cứu phát triển các hệ thống điều khiển tối ưu để tăng chất
lượng gia công, tránh hư hỏng và ngắn mạch.
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 12 -
chương 1
¾ “ Mô phỏng và điều khiển hệ thống gia công tia lửa điện” của A
.Yahya và C.D. Manning trường đại học Loughborough, LE11 3TU,
UK.
§ 1. 2. Giới thiệu một số máy EDM được sản xuất trên thế giới:
¾ Công ty MITSUBISHI Electric Corporation –Nhật Bản:
Các model máy EDM như sau: EA8, EA 12, EA 22, EA 30, … có các
thông số kỹ thuật của máy như bảng sau:
EA8
EA12
EA22
EA30
Kích thước bể chứa dung dịch
770x500x250
950x600x350
1100x750x400
1280x850x450
Kích thước chi tiết max (mm)
740x470x150
900x550x250
1050x700x300
1230x800x350
Khối lượng chi tiết max (kg)
550
700
1000
2000
550 x 350
700 x 500
850 x 600
1100 x 750
Hành trình theo trục X (mm)
300
400
500
700
Hành trình theo trục Y (mm)
250
300
400
500
Hành trình theo trục Z (mm)
250
300
350
350
Khối lượng điện cực max (kg)
25
50
100
100
Kích thước của máy (WxDxH)
1460x1717x2000
1740x1860x2265
1985x2200x2375
2170x2635x2495
Trọng lượng của máy (Kg)
1200
1800
4000
5500
Thể tích bể chứa dung dịch (l)
196
340
570
800
Dòng điện gia công max (A)
60
60
100
100
Kích thước bàn máy (mm)
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa ñieän
Trang - 13 -
chương 1
MITSUBISHI NC EDM
Model: EA8
Kích thước gia công (X,Y,Z):
300 x 250 x 250mm
Hình H 1.3 a
MITSUBISHI NC EDM
Model: EA12
Kích thước gia công (X,Y,Z):
400 x 300 x 300mm
Hình H 1.3 b
MITSUBISHI NC EDM
Model: EA22
Kích thước gia công (X,Y,Z):
500 x 400 x 350mm
Hình H1.3 c
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 14 -
chương 1
¾ Công ty JS EDM (JIANN SHENG Machinery & Electric Industrial
Co., Ltd) Đài Loan đã sản xuất các model máy EDM như sau:
Model: NC-F 304N, F 606N, F707N, F 808N, F 909N, …với các thông
số kỹ thuật của máy như bảng sau:
NC F304N
NC F606N
NC F707N
NC F808N
800x500x350
1100x600x400
1550x880x500
1700x1050x700
600x300
700x400
1000x500
1100x700
Hành trình trục X (mm)
300
400
550
800
Hành trình trục Y (mm)
200
300
450
600
Hành trình trục Z (mm)
200
250
300
450
Khối lượng điện cực max (kg)
50
100
250
500
Khối lượng chi tiết max (kg)
500
1500
2000
3000
Trọng lượng của máy (Kg)
1000
1800
3000
5000
1860x1080x2200
2240x1410x2245
2170x3080x2490
1670x1430x2180
20,30,60
30,60,90
60,90,120
90,120
150,200,400
200,400,600
400,600,800
600,800
Độ mòn điện cực (%)
0.25
0.25
0.25
0.25
Độ nhám bề mặt (μmRa)
0.33
0.33
0.33
0.33
Kích thước bể chứa dung dịch
Kích thước bàn máy (mm)
Kích thước của máy (WxDxH)
Dòng điện max (A)
Công suất gia công (mm3/min)
JS EDM
Model: NC-F304N
Kích thước gia công (X,Y,Z):
300 x 200 x 200mm
Hình H1.4 a
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 15 -
chương 1
JS EDM
Model: NC-F606N
Kích thước gia công (X,Y,Z):
400 x 300 x 250mm
Hình H1.4 b
JS EDM
Model: NC-F707N
Kích thước gia công (X,Y,Z):
550 x 450 x 300mm
Hình H1.4 c
¾ Công ty WINNERWAY GOLD SAN CNC MACHINE- TQ đã sản xuất
máy EDM với các model và thông số kỹ thuật như bảng sau:
Model máy: GS-320A, GS 320B, GS 430A, GS 430B, GS 450, GS
540, ….
Các thông số kỹ thuật của các model máy:
GS 320A
GS 320B
GS 430A
GS 450
600 x 300
560 x 300
650 x 350
700 x 420
Hành trình trục X (mm)
300
300
400
450
Hành trình trục Y (mm)
250
250
300
350
Hành trình trục Z (mm)
200
200
200
220
Kích thước bàn máy (mm)
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 16 -
chương 1
Khối lượng điện cực max (kg)
60
60
80
80
Kích thước bể chứa dung dịch
900x800x350
880x500x330
1090x640x360
1050x620x400
1300
1300
1500
1750
Kích thước của máy (LxWxH)
1460x1500x2245
1350x1500x2240
1750x1750x2790
1750x2000x2240
Thể tích bể chứa dung dịch (l)
300
250
400
450
Dòng điện max (A)
60
60
60
60/90
Công suất gia coâng (mm3/min)
400
400
400
400/700
< 0.3%
< 0.3%
< 0.3%
< 0.3%
0.3
0.3
0.3
0.3
90 - 260
90 - 260
90 - 260
90 – 260
160
160
160
160
Trọng lượng của máy (Kg)
Độ mòn điện cực (%)
Độ nhám bề mặt (μmRa)
Output Voltage (VDC)
Trọng lượng tủ điều khiển (kg)
GOLD SAN NC EDM
Model: GS-320a
Kích thước gia công (X,Y,Z):
300 x 250 x 200mm
Hình H1. 5 a
GOLD SAN NC EDM
Model: GS-540
Kích thước gia công (X,Y,Z):
500 x 400 x 250mm
Hình H1. 5 b
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 17 -
chương 1
GOLD SAN NC EDM
Model: GS-320b
Kích thước gia công (X,Y,Z):
300 x 250 x 200mm
Hình H1. 5 c
GOLD SAN NC EDM
Model: GS-430b
Kích thước gia công (X,Y,Z):
400 x 300 x 200mm
Hình H1. 5 d
¾ Ngoài ra còn nhiều tập đoàn, công ty khác từ Mỹ, EU, ..sản xuất máy
EDM như: MAKINO, HITACHI – Japan, …. Tùy theo mức độ tự động hóa
của từng kiểu máy, công suất máy và độ chính xác, … mà có giá khác
nhau ví dụ như:
Máy NC-F606N của hãng JS EDM – Đài Loan hiện nay có giá
khoảng 17,000Usd, Máy model GS 430A của hãng Gold San-Trung Quốc có giá:
12,500 Usd, …. Còn các máy EDM của Mitsubishi, Makino, Hitachi, … thì có
giá cao hơn nhiều ví dụ: máy gia công tia lửa điện EDGE3 của hãng Makino hiện
tại có giá là 150,000 Usd.
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 18 -
chương 1
§ 1. 3. Mục tiêu của đề tài:
Nghiên cứu thiết kế máy gia công tia lửa điện dạng xung
định hình loại nhỏ.
Mô phỏng sự ảnh hưởng của các thông số gia công đến dộ
nhám bề mặt gia công
Gia công một số mẫu trên máy mô hình
Dựa vào các thông số kỹ thuật của các máy đã khảo sát được ở trên,
chúng ta có thể chọn các thông số sơ bộ để thiết kế máy EDM loại nhỏ như sau:
Cường độ đòng điện : I max là 30A
Điện áp nguồn
: Uz = 60, 150, 240 volt
Kích thước bàn máy : 500mmL x 400mmW
Hành trình dịch chuyển của điện cực theo trục z = 200mm
Bể chứa dung dịch :
600 x 500 x 250 mm
Khối lượng cực đại của điện cực:
25 Kg
Khối lượng chi tiết gia công:
60 Kg
------oOo------
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa ñieän
Trang - 19 -
chương 2
§ CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GIA CÔNG EDM
Chương này trình bày:
2.1 Cấu tạo tổng quát của máy gia công tia lửa điện
2.2 Tính chất vật lý của gia công tia lửa điện
2.3 Mô tả quá trình bóc tách kim loại khi gia công
2.4 Chất lượng bề mặt gia công EDM
2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gia công
2.6. Độ chính xác khi tạo hình bằng EDM
2.7 Các vấn đề liên quan đến điện cực
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 20 -
chương 2
2.1 Cấu tạo tổng quát của máy gia công tia lửa điện
Hình H 2.1 .1 Cấu tạo tổng quát của máy EDM
1: Màn hình điều khiển
2: Động cơ tạo chuyển động theo trục z
3: Điện cực
4: Thùng chứa dung dịch điện môi
5: Động cơ tạo chuyển động ngang
6: Động cơ tạo chuyển động dọc
¾ Về cơ bản, máy xung định hình gồm có 3 phần chính:
Phần cơ khí: (khung máy, bàn trượt trục X, trục Y, Trục Z,
bộ phận kẹp phôi, đầu mang điện cực, thùng chứa dung dịch điện môi….)
Hệ thống điện: điều khiển toàn bộ quá trình gia công: tạo
xung, cường độ dòng điện, điều khiển sự di chuyển của điện cực, …
Dung dịch điện môi:
Hình H2.1.2
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 21 -
chương 2
Chú thích:
1. Đầu mang điện cực
2. Điện cực
3. Dung dịch điện môi (cách điện)
4. Bộ phận kẹp phôi
5. Phôi cần gia công
¾ Nguyên lý hoạt động:
Cho điện cực tiến gần đến chi tiết cần gia công và cách một
khoảng a (như hình) nào đó thì giữa chúng phát sinh ra tia lửa điện, tia lửa này
có nhiệt độ rất cao có thể lên đến 10,000oC. Do đó sẽ làm bóc hơi kim loại của
phôi tại vị trí sinh ra tia lửa.
2 .2 Tính chất vật lý của quá trình gia công
Chúng ta xét quá trình tạo tia lửa trong một chu kỳ xung:
Trong chu kỳ xung có hiện tượng trễ dòng (sau một khoảng thời gian td
so với thời điểm bắt đầu có điện áp thì mới xuất hiện dòng điện) như hình
H2.2.1
Hình H2 .2. 1
Đồ thị dòng điện I và điện áp U trong một chu kỳ xung,
Trích từ tài liệu 1 trang 12
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 22 -
chương 2
Chu kỳ xung là Tp = Ti + To
Với Ti , To
như hình H2 .2.1
Ta thấy dòng điện sẽ bị trễ một khoảng Td so với điện áp, thời gian tạo ra
tia lửa điện chính là Te (còn gọi là thời gian làm bóc lớp kim loại gia công) với
giá trị cường độ dòng điện trung bình là Ie.
Năng lượng sinh ra giữa điện cực và chi tiết là:
We = U e . I e .Te
(2.2.1)
Ue : Là giá trị trung bình của điện áp
Te : còn gọi là thời gian kéo dài xung, Ie: Cường độ dòng điện
Ư Ta có thể tóm tắt phần xung cung cấp cho máy gia công tia lửa điện
như hình H2.2.2:
Hình H2.2.2 dạng xung công suất để gia công
Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện:
¾
Vật liệu cần gia công và điện cực phảøi có tính chất dẫn điện
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 23 -
¾
chương 2
Dung dịch điện môi phải là dung dịch không dẫn điện ở điều
kiện bình thường
¾
Điện cực có độ cứng thấp hơn nhiều so với vật liệu gia công,
thí dụ: điện cực đồng, chi tiết gia công là thép gió, thép hợp
kim cứng….
Ta có thể chia quá trình tạo tia lửa của một xung thành 3 giai đoạn:
a. Giai đoạn thứ nhất (đánh lửa): hình H2.2.3
Khi giữa điện cực và phôi có điện áp Ui từ máy phát thì sinh
ra điện trường ở khe hở này, từ đó ở catôt phát sinh ra các điện tử và bị hút về
anốt sự xuất hiện các điện tử làm tăng cục bộ tính dẫn điện của chất điện môi ở
khe hở và bắt đầu hình thành kênh phóng điện.
u
i
u
i
t
Hình H2 .2.3
t
u
i
t
Giai đoạn đánh lửa
b. Giai đoạn 2: Hình thành kênh phóng điện (Hình 2.2.4)
Ngay lúc bắt đầu phóng điện thì điện áp bắt đầu giảm xuống. Số
lượng điện tử và iôn dương tăng lên rất nhiều làm xuất hiện dòng điện giữa chi
tiết và điện cực Ư sinh ra năng lượng cực lớn làm bóc hơi dung dịch điện môi cục
bộ hình thành kênh phóng điện, nhờ độ nhớt của dung dịch điện môi mà làm hạn
chế sự phát triển của kênh này.
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 24 -
u
i
t
u
i
chương 2
t
u
i
t
Hình H2.2.4
c. Giai đoạn 3: Bóc tách kim loại (Hình H2.2.5)
Kênh phóng điện (kênh plasma) này là hỗn hợp chất khí có chứa
điện tử và iôn dương ở áp suất cao khoảng 1Kbar và nhiệt độ lớn (∼10, 000oC),
lúc này điện áp qua khe hở là Ue, và dòng điện là Ie.
Chất điện môi có tác dụng giữ cho năng lượng kênh plasma này tập
trung cục bộ. Các điện tử va chạm lên chi tiết và iôn dương va chạm lên điện cực
làm chi tiết và điện cực nóng chảy và bóc hơi.
Quá trình phóng điện kéo dài từ vài chục μs đến vài trăm μs tuỳ
theo công dụng. Sau thời gian xung Te, đến thời điểm To cho phép chất điện môi
ngưng iôn hóa và đồng thời vận chuyển phoi ra khỏi khe hở.
Sau chu kỳ phóng điện thì cả điện cực và chi tiết đều bị bóc vật
liệu, thường thì vật liệu của cực dương bị bóc ra nhiều hơn vật liệu của cực âm
nên chọn cực dương là chi tiết gia công và điều này còn phụ thuộc vào chế độ
phóng điện, chọn điện cực và vật liệu gia công.
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
Trang - 25 -
u
i
t
u
i
chương 2
t
u
i
t
Hình H2.2.5 quá trình bóc kim loại
Chú thích:
Phoi
Plasma
Có thể tóm tắt như sơ đồ hình H2.2.6 sau:
Hình H2.2.6
Nghiên cứu thiết kế – mô phỏng máy gia công tia lửa điện
