Gia Công Xung Điện - EDM

1. Gia c«ng xung ®iÖn
( EDM- electrical discharge machining )
Gia c«ng xung ®iÖn (EDM) lµ mét ph−¬ng ph¸p lÊy kim lo¹i
b»ng xung ®iÖn. Mét ®iÖn cùc cã h×nh d¹ng nhÊt ®Þnh (th−êng
lµ ®ång hoÆc graphit) ®−îc dïng ®Ó t¹o ra mét hèc cã h×nh
d¹ng ng−îc víi ®iÖn cùc. Kh«ng cã tiÕp xóc trùc tiÕp gi÷a
®iÖn cùc vµ ph«i. Xung ®iÖn ®i qua dung dÞch ®iÖn m«i
(th−êng lµ dÇu nhÑ),kho¶ng c¸ch gi÷a ®iÖn cùc vµ ph«i ®−îc
®iÒu khiÓn. C¶ ®iÖn cùc vµ ph«i ph¶i cã tÝnh chÊt dÉn ®iÖn.

2. MÆc dï mét vµi m¸y EDM cã kh¶ n¨ng dÞch chuyÓn theo vµi
trôc, m¸y EDM ®¬n gi¶n nhÊt cã mét trôc th¼ng ®øng d−íi sù ®iÒu
khiÓn duy nhÊt cña mét ®éng c¬ servo (H1). DÊu ©m chØ ra r»ng
®iÖn cùc ®−îc nèi ©m. Gi÷a bÒ mÆt dông cô vµ chi tiÕt gia c«ng ph¶i
tån t¹i mét khe hë gäi lµ khe hë ®iÖn cùc δ ( δ ≈ 0.025 ÷ 0.05mm ).
NÕu bµn ®−îc phÐp dÞch chuyÓn kh«ng cã kiÓm so¸t, sÏ cã tiÕp xóc
trùc tiÕp gi÷a ®iÖn cùc vµ ph«i, ®iÒu nµy sÏ g©y ra ng¾n m¹ch. HiÖn
t−îng nµy ®−îc ng¨n chÆn b»ng mét c¬ cÊu servo ë ®ã ®iÖn thÕ
®−îc ®o vµ so s¸nh víi th«ng tin tham chiÕu. NÕu d÷ liÖu lín h¬n
gi¸ trÞ tham chiÕu, bµn tiÕn lªn, nÕu nã nhá h¬n, bµn lïi l¹i. DÞch
chuyÓn cã thÓ thùc hiÖn b»ng mét xi lanh thuû lùc hay mét ®éng c¬
servo dÉn ®éng trùc tiÕp. Khi ph«i ®−îc gia c«ng b»ng mµi mßn
xung, kho¶ng c¸ch gi÷a ®iÖn cùc vµ ph«i t¨ng lªn. §iÖn thÕ t¨ng lªn
vµ bµn tiÕn lªn ®Õn khi ®iÖn thÕ phï hîp víi gi¸ trÞ tham chiÕu. Do
®ã c¬ cÊu servo duy tr× mét khe hë kh«ng ®æi. Sù sãi mßn tiÕp tôc
®Õn khi ®¹t ®−îc chiÒu s©u ®· ®Æt ra. T¹i thêi ®iÓm nµy ®iÖn cùc
®−îc rót ra khái ph«i.

3. Hinh1 . S¬ ®å cña m¸y gia c«ng xung ®iÖn

4. C¬ chÕ t¸ch bá vËt liÖu .
N¨ng l−îng dßng ®iÖn mét chiÒu ®−îc ®Æt vµo mét m¹ch xung
ë ®ã cã thÓ t¹o ra xung vu«ng gÇn ®óng, víi tÇn så F ( F ≈ 200.000 ÷
500.000 Hz ), ®iÖn thÕ cùc V ≈ 30 ÷250V. Mét c¸ch lý t−ëng mçi xung
t¹o ra mét hå quang (tia löa ®iÖn ). Mçi hå quang xuÊt hiÖn n¬i mµ
®iÖn trë nhá nhÊt, th−êng lµ gÇn chç phãng hå quang tr−íc ®ã, t¹o ra
nhiÖt côc bé rÊt lín trªn bÒ mÆt cña ph«i (10.000 ÷20.000oC), lµm kim
lo¹i nãng ch¶y vµ bèc h¬i. HiÖn t−îng trªn diÔn ra liªn tôc vµ ch¹y
kh¾p bÒ mÆt ®iÖn cùc, cuèi cïng khe hë trë nªn ®Òu ®Æn (h×nh 5 ). Do
®ã tuú theo h×nh thï cña Kat«t mµ an«t ®−îc chÐp l¹i h×nh d¹ng gièng
nh− thÕ.
Th«ng th−êng cùc ©m bÞ mßn Ýt h¬n cùc d−¬ng do:
- §éng l−îng g©y ra cña c¸c e lín h¬n nhiÒu so víi c¸c ion.
- Do nhiÖt ph©n cña dung m«i mµ t¹o ra mµng máng c¸c bon b¸m
vµo ©m cùc (c¸c bon cã trong chÊt láng )
Do ®ã cùc ©m th−êng ®−îc nèi víi dông cô.
Sãng vu«ng biÓu diÔn quan hÖ dßng ®iÖn theo thêi gian, lµ mét
th«ng sè kü thuËt th«ng th−êng cña nguån ®iÖn cña EDM. C¸c biÕn lµ
thêi gian nèi m¹ch, thêi gian ng¾t m¹ch vµ dßng ®iÖn ®Ønh (H2).

5. H×nh2. Nh÷ng th«ng sè cña mét xung EDM, Thêi gian
ng¾t m¹ch vµ c−êng ®é dßng ®iÖn ®Ønh x¸c ®Þnh n¨ng
l−îng cña tia löa.

6. H×nh3. Profin cña mét xung EDM. a – thêi gian ion ho¸; b- thêi
gian xung; c – thêi gian khö ion; d – thêi gian nghØ. Hçu hÕt qu¸
tr×nh mßn ®iÖn cùc x¶y ra trong suèt thêi gian ion ho¸

7. H×nh 2 cã tÝnh chÊt tham kh¶o, qu¸ tr×nh phøc t¹p h¬n nhiÒu.
Khi ®iÖn cùc tiÕp cËn ph«i, dung dÞch ®iÖn m«i b¾t ®Çu i«n ho¸ ë
®iÓm tiÕp cËn gÇn nhÊt. §iÖn thÕ r¬i xuèng møc thÊp nhÊt (kho¶ng
35 V) khi dßng ®iÖn b¾t ®Çu ch¹y qua. §©y lµ sù phãng ®iÖn. Nã
xÈy ra ë kho¶ng c¸ch phãng ®iÖn tõ 0,01 ®Õn 0,4 mm. Víi mçi lÇn
phãng ®iÖn vËt liÖu bÞ t¸ch ra khái ph«i do bay h¬i vµ ch¶y, c¸c lç
xuÊt hiÖn trªn ph«i vµ ®iÖn cùc. H×nh 3 cho mét bøc tranh râ h¬n,
nã biÓu diÔn ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn nh− lµ hµm cña thêi gian. Thêi
gian nèi m¹ch ( on – time) cã thÓ ®−îc chia thµnh thêi gian i«n ho¸,
thêi gian phãng ®iÖn vµ thêi gian khö i«n. Sù ng¾t qu·ng cña dßng
®iÖn ( off – time) cho phÐp c¸c h¹t vËt liÖu bÞ t¸ch ra tõ c¸c hè t¹o
ra do xung bÞ ®Èy ®i do dßng ch¶y cña chÊt ®iÖn m«i. Dung dÞch ion
ho¸ ®−îc bá ®i vµ thay b»ng dung dÞch míi. Thêi gian off – time
ph¶i lín h¬n thêi gian khö i«n ®Ó ng¨n sù phãng ®iÖn liªn tôc t¹i
mét ®iÓm. HiÖn t−îng nµy ®−îc biÕt lµ hå quang ®iÖn mét chiÒu.

8. Hinh 5 : Profin bÒ mÆt Hinh : S¬ ®å nguyªn lý EDM

9. Nguån ®iÖn cho EDM ®−îc c¶i
tiÕn tõ m¹ch ®iÖn trë – tô ®iÖn (RC
H×nh 6). GÇn ®©y, cã xu h−íng chuyÓn
sang thiÕt bÞ tranzitor oxit kim lo¹i t¸c
®éng tr−êng. Chóng h÷u Ých ®èi víi c¸c
nguån ®iÖn EDM v× kh¶ n¨ng chuyÓn
m¹ch nhanh ë c«ng suÊt cao. Mét
nguån ®iÖn hiÖn ®¹i cho phÐp ®Æt ®éc
lËp thêi gian on – time vµ off – time.
Ph¹m vi th«ng th−êng lµ 2 ®Õn 1000
micro gi©y. Th−êng toµn bé n¨ng l−îng
cña mét xung ®iÖn tû lÖ víi thÓ tÝch cña
khèi ®å thÞ vu«ng trªn 3 trôc vu«ng gãc
thêi gian, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p. ChØ cã
thêi gian nèi m¹ch ( on – time) tøc lµ
thêi gian sau khi i«n ho¸ lµ ¶nh h−ëng
®Õn viÖc t¸ch bá vËt liÖu (H4). Nh− vËy
®−êng kÝnh cña hè (t¹o ra do mét
xung) tû lÖ víi dßng ®iÖn t¸c ®éng vµ
chiÒu s©u tû lÖ víi thêi gian nèi m¹ch.
H×nh 4 : S¬ ®å 3 kÝch th−íc cña
tia löa xung EDM. N¨ng l−îng
cña tia löa cã hiÖu lùc ®Ó bãc vËt
liÖu tû lÖ víi thêi gian ®ãng m¹ch
hiÖu qu¶, c−êng ®é dßng ®iÖn vµ
®iÖn ¸p ®¸nh löa.

10. H×nh 6. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch phôc håi

11. H×nh 9.8 :¶nh h−ëng cña n¨ng l−îng xung ®Õn tèc ®é
bãc t¸ch vËt liÖu vµ ®é nh¸m bÒ mÆt

12. Thùc nghiÖm cho thÊy tèc ®é t¸ch bá vËt liÖu thay ®æi tõ gÇn nh− 0 ë
chÕ ®é gia c«ng tinh cho ®Õn 410 mm3/ph víi dßng ®iÖn 25 A. Mét
nguån 400A cã thÓ gia c«ng tíi 4350 mm3/ph. CÇn ph¶i chó ý r»ng
gi¸ trÞ t¨ng kh«ng tuyÕn tÝnh. Xung t¹o ra tõ mét nguån ®iÖn tiªu
chuÈn chØ t¹o ra mét tia löa ®iÖn.
N¨ng suÊt t¸ch bá vËt liÖu cã thÓ x¸c ®Þnh qua c«ng thøc.
Q ≈ ( mm3/phut)
ë ®©y : i lµ c−êng ®é dßng ®iÖn ( A )
Tω lµ ®iÓm s«i cña vËt liÖu chi tiÕt gia c«ng ( 0C) .
23
.
1
4
.
).
10
4
(
−
ϖ
T
i
x

13. H×nh 9 : Nh÷ng th«ng sè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh EDM

14. BÒ mÆt gia c«ng b»ng EDM
Topography. EDM cã mét dÊu hiÖu bÒ mÆt riªng biÖt. BÒ mÆt
t−¬ng tù mét bÒ mÆt bÞ b¾n ph¸ víi tÊt c¶ c¸c hè cã cïng kÝch th−íc
(H7). Kh«ng cã kiÓu hay h−íng s¾p xÕp bÒ mÆt nh− c¸c ph−¬ng
ph¸p gia c«ng th«ng th−êng kh¸c. V× kÝch th−íc c¸c hè phô thuéc
vµo n¨ng l−îng tia löa ®iÖn vµ nã thay ®æi nhiÒu. BÒ mÆt gia c«ng
b»ng EDM cã nhÊp nh« Ra tõ 0,2 ®Õn 12,5 μm.
H×nh 7 : Mét bÒ mÆt ®iÓn h×nh sau khi gia c«ng xung ®iÖn. C¸c tham sè
gia c«ng : cùc ®iÖn cùc d−¬ng. Thêi gian nèi m¹ch lµ 58 μgi©y, thêi gian
off-time 32 μm, dßng ®iÖn max 13A. ®iÖn cùc graphit, ph«i thÐp dông cô.
§é nh¸m bÒ mÆt Ra 3,5 μm.
Khi gia c«ng thÐp cã thÓ x¸c
®Þnh gÇn ®óng
Ra ≈ 1.11 Q8.834 (mm)
Q : N¨ng suÊt gia c«ng. mm3/phut

15. C¸c ¶nh h−ëng vÒ tæ chøc kim lo¹i vµ ho¸ häc.
V× hiÖn t−îng t«i rÊt nhanh do chÊt ®iÖn m«i vµ t¸c ®éng t¶n
nhiÖt cña ph«i, líp bÒ mÆt bÞ t¸c ®éng trong qu¸ tr×nh EDM kh¸
máng – nhá h¬n 0,13 mm khi gia c«ng th« vµ 0,01 mm khi gia c«ng
tinh. V× c¸c tiªu chÝ ®Ó ®¸nh gi¸ ®é dµy cña líp nµy (thay ®æi ®é
cøng, øng suÊt d−, c¸c t¸c ®éng vÒ tæ chøc kim lo¹i ), ph−¬ng ph¸p
cÇn ph¶i chØ ra cô thÓ. Líp nµy cã thÓ chia thµnh mét líp gäi lµ líp
bÞ t¸i ®óc vµ mét líp bÞ ¶nh h−ëng nhiÖt. Líp bÞ t¸i ®óc ®−îc ®Æc
tr−ng bëi cÊu tróc bÞ t«i nhanh, trong khi líp bÞ ¶nh h−ëng vÒ nhiÖt
cã cÊu tróc ñ hay bÞ ram. C¸c t¸c ®éng nµy phô thuéc nhiÒu vµo
hîp kim ®−îc gia c«ng. V× mét phÇn lín EDM dïng gia c«ng thÐp
c¸c bon cao ®Ó lµm khu«n dËp vµ ®óc. Líp t¸i ®óc trªn thÐp dông
cô cøng h¬n vËt liÖu nguyªn khèi v× sù h×nh thµnh mactenxit, trong
khi vïng bÞ ¶nh h−ëng nhiÖt mÒm h¬n v× mactenxit bÞ ram.
Nh÷ng l−îng nhá vËt liÖu ®iÖn cùc còng nh− c¸cbon tõ chÊt ®iÖn
m«i cã thÓ l¾ng ®éng trªn bÒ mÆt EDM. Trong tr−êng hîp gia c«ng
thÐp, l−îng c¸cbon d− trªn bÒ mÆt cã thÓ t¹o thªm mactenxit vµ
lµm t¨ng nguy c¬ nøt.

16. H×nh 9.11 : Vïng ¶nh h−ëng nhiÖt cña ph−¬ng ph¸p EDM

17. §iÖn cùc vμ c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng ®iÖn cùc
Chi phÝ ®iÖn cùc th−êng lµ phÇn ®¾t nhÊt trong gia c«ng xung
®iÖn. Chi phÝ vËt liÖu chÕ t¹o, mßn vµ söa ®iÖn cùc ph¶i ®−îc ®¸nh gi¸
cÈn thËn ®Ó x¸c ®Þnh vËt liÖu ®iÖn cùc vµ chÕ ®é m¸y EDM tèt nhÊt.
§iÖn cùc lý t−ëng lµ lo¹i cã tÝnh dÉn ®iÖn cao, dÔ chÕ t¹o vµ cã nhiÖt
®é nãng ch¶y cao, nã ph¶i ®ñ bÒn ®Ó chÞu ®−îc c¸c ph−¬ng ph¸p gia
c«ng th«ng th−êng ®Ó kh«ng bÞ biÕn d¹ng.C¸c cùc dïng cho c¸c kÕt
hîp kh¸c nhau cña cÆp ®iÖn cùc – ph«i ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 1.
B¶ng 1 : Cùc cña ®iÖn cùc ®èi víi nh÷ng cÆp ®iÖn cùc – ph«i kh¸c nhau.
VËt liÖu ph«i
VËt liÖu
®iÖn cùc ThÐp C¸cbitVonfram §ång Nh«m Hîp kim nÒn nikel
Graphit
§ång
Cu –
W
ThÐp
§ång thau
+, -
+
+
+, -
-
-
+, -
+, -
+
-
-
-
-
+
+
+
-
+
+, -
+
+
-
-

18. §é chÝnh x¸c gia c«ng
Dung sai ± 0.05mm cã thÓ dÔ ®¹t ®−îc b»ng ph−¬ng ph¸p
EDM, tuy nhiªn viÖc ®iÒu khiÓn tèt c¸c th«ng sè cña qu¸ tr×nh EDM
cã thÓ ®¹t ®−îc dung sai ± 0.003mm.
Gia c«ng b»ng ph−¬ng ph¸p EDM cã hiÖn t−îng c«n, cã b¸n
kÝnh ë c¸c gãc b»ng khe hë ®¸nh löa vµ c¾t qu¸. §é c«n th«ng
th−êng vµo kho¶ng 0.005 ÷ 0.05mm trªn 10mm chiÒu s©u vµ cã thÓ
®−îc giíi h¹n nÕu sö dông ph−¬ng ph¸p déi hót.
KÝch th−íc c¾t qu¸ phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn gia c«ng (h×nh
9.12). BiÓu ®å nµy ®−îc xem xÐt ®Ó thiÕt kÕ dông cô.

19. H×nh 9.11 : BiÓu ®å c¾t qu¸

20. Mßn .
HÖ sè mßn ®iÖn cùc ®−îc biÓu
diÔn theo mßn mÆt ®Çu, mßn
c¹nh, mßn gãc vµ mßn thÓ
tÝch. C¸c biÓu thøc ®−îc ®Þnh
nghÜa trong h×nh 6. ThuËt ng÷
kh«ng mßn trong EDM ®−îc
¸p dông chung cho tr−êng
hîp ë ®ã tû sè mßn ®iÖn cùc /
ph«i lµ 1 % hay nhá h¬n. Mßn
®Çu tiªn xuÊt hiÖn ë gãc. Do
®ã mßn gãc lµ yÕu tè hay
dïng ®Ó quyÕt ®Þnh khi nµo
mét ®iÖn cùc ph¶i bÞ söa.
H×nh 6. Nh÷ng gi¸ trÞ ®¸nh gi¸ mßn cña
®iÖn cùc EDM
Mßn mÆt ®Çu = d/ Le
Mßn mÆt bªn = d/ Ls
Mßn gãc = d/ Lc
ThÓ tÝch ph«i bÞ bãc ®i
Mßn thÓ tÝch =
ThÓ tÝch ®iÖn cùc bÞ mßn
Tải bản FULL (43 trang): https://bit.ly/3aOQgDv
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

21. VËt liÖu . Trong phÇn tiÕp theo vÒ vËt liÖu ®iÖn cùc, c¸c so s¸nh
chi phÝ ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®Æt chi phÝ cña ®ång b»ng 1. C¸c
chi phÝ vËt liÖu th−êng nhá h¬n chi phÝ chÕ t¹o vµ thêi gian m¸y EDM.
Do ®ã vËt liÖu cã chi phÝ nhá nhÊt kh«ng nhÊt thiÕt cho gi¸ trÞ gia
c«ng tæng nhá nhÊt.
Graphite lµ vËt liÖu ®iÖn cùc hay dïng nhÊt v× tÝnh gia c«ng vµ c¸c
®Æc tÝnh mßn EDM tèt. DÔ khoan c¸c lç nhá b»ng nhau. Nã dÔ chÕ t¹o ë
c¸c kÝch th−íc vµ d¹ng rÊt kh¸c nhau. Cì h¹t graphite EDM th−¬ng
phÈm hiÖn cã tõ 0,001 ®Õn 0,1 mm, ®é bÒn uèn so víi ®ång b»ng1/5, ®é
cøng b»ng 1/2. Gi¸ thµnh t¨ng khi cì h¹t gi¶m, ®é bÒn uèn t¨ng th× ®é
cøng còng t¨ng, hÖ sè chi phÝ so víi ®ång lµ 1,3 ®Õn 24. Nh−îc ®iÓm
cña graphite lµ nã bÈn vµ cÇn cã hÖ thèng hót ch©n kh«ng ë tÊt c¶ c¸c
øng dông nh−ng ®©y lµ viÖc dÔ thùc hiÖn.
§ång cã tÝnh mßn EDM tèt, ®é dÉn ®iÖn tèt vµ kinh tÕ. Nã gia c«ng
kh«ng dÔ nh− graphite hay ®ång thau. Tuy vËy nã ®−îc dïng nhiÒu nh−
graphit, ®Æc biÖt tèt khi gia c«ng c¸c bit vonfram. §ång thÝch hîp cho gia
c«ng tinh Ra 0,5 μm. Chi phÝ cña ®ång ®−îc dïng lµm chuÈn vµ ®−îc
chän b»ng 1. Lùa chän kh¸c lµ hîp kim Cu-0,5 Te. Nã chØ ®¾t h¬n ®ång
mét chót (hÖ sè chi phÝ 1,2) vµ nã dÔ gia c«ng gÇn b»ng ®ång thau.
Tải bản FULL (43 trang): https://bit.ly/3aOQgDv
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

22. §ång – vonfram vμ b¹c vonfram lµ c¸c vËt liÖu ®¾t víi hÖ sè chi phÝ
t−¬ng øng lµ 18 vµ 100, øng dông chñ yÕu cña chóng lµ gia c«ng c¸c khe
s©u ë ®iÒu kiÖn t¶i m¹t gia c«ng kÐm. Thùc tÕ chóng kh«ng ph¶i lµ c¸c
hîp kim. Vonfram lµ bét ®−îc nÐn vµ thiªu kÕt ®−îc trén víi ®ång hay
b¹c. TÝnh gia c«ng trung b×nh, nh−ng v× nã gißn nªn kh«ng rÌn ®−îc sau
khi thiªu kÕt.
§ång – graphit lµ mét graphit ®−îc trén víi ®ång. Nã ®¾t h¬n 1,5 ®Õn 2
lÇn graphit nguyªn chÊt, do ®ã b»ng 5 ®Õn 20 lÇn ®ång. §é bÒn uèn cña
nã cao h¬n graphit cïng cì h¹t, do ®ã nã tèt cho chÕ t¹o ®iÖn cùc cã tiÕt
diÖn máng. TÝnh dÉn ®iÖn ®−îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ nh−ng tÝnh chÞu mßn
c¹nh kh«ng tèt nh− graphit nguyªn chÊt cïng cì h¹t. Nã lµm viÖc tèt khi
gia c«ng c¸cbit vonfram.
§ång thau kh«ng ®¾t vµ dÔ gia c«ng nh−ng chÞu mßn kÐm. Nã th−êng
dïng lµm ®iÖn cùc èng trong c¸c m¸y khoan EDM c¸c lç ®Æc biÖt nhá, n¬i
mµ ®é mßn ®iÖn cùc cao cã thÓ chÊp nhËn ®−îc.
ThÐp kh«ng ph¶i lµ mét vËt liÖu ®iÖn cùc tèt trong øng dông th«ng
th−êng. Nã dïng chñ yÕu ®Ó phï hîp víi c¸c mÆt ph¼ng ph©n khu«n
trong c¸c khu«n cña mét nöa khu«n lµ ®iÖn cùc vµ mét nöa khu«n lµ ph«i.
Vonfram ®−îc dïng trong gia c«ng c¸c lç nhá (<0,2 mm) cho nh÷ng ®iÖn
cùc kh«ng cã c¸c lç ngang.
3430276