Đề tài Thiết kế khuôn chế tạo bánh răng Cycloid ăn khớp trong ứng dụng công nghệ gia công tia lửa điện

C tia lửa điện để tạo hình lòng khuôn. Sau đó sẽ áp dụng công nghệ gia công dập nóng để gia công các bánh răng. Qui trình trên áp dụng cho cả bánh răng chủ động và bị động. Chương 4 Ứng Dụng công nghệ gia công tia lửa điện để gia công khuôn 1. Tổng quan về phương pháp tia lửa điện 1.1. Giới thiệu chung: Trong lịch sử phát triển của mình, nhiệm vụ tìm ra các vật liệu cứng và bền luôn đặt ra đối với ngành cơ khí. Các chi tiết có độ cứng cao cũng có nghĩa là nó có thể hoạt động và cho năng suất cao hơn. Chúng được sử dụng nhiều trong các ngành yêu cầu độ chính xác cao và độ bền cao như: các thiết bị hàng không, các tuabin máy điện, động cơ máy bay, dụng cụ khuôn mẫu. Đồng thời với nhu cầu về vật liệu là nhu cầu về chế tạo. Chế tạo các thiết bị có độ cứng, tuổi bền và độ chính xác cao là một thử thách rất lớn mà các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu để đạt được điều đó. Nhà vật lý người Anh Joseph Priestley (1733 – 1809) là người đầu tiên trong các thí nghiệm của mình đã phát hiện ra khả năng ăn mòn kim loại bởi sự phóng điện. Tiếp nối thành tựu đó, năm 1943, hai vợ chồng nhà khoa học Lazarenko người Nga đã tìm ra cánh cửa dẫn tới công nghệ “gia công tia lửa điện” hay “Electrical Discharge Machining” còn gọi tắt là công nghệ EDM. Công nghệ này sử dụng tia lửa điện để hớt đi một lớp vật liệu mà không phụ thuộc độ cứng của vật liệu đó. Khi các tia lửa điện phóng ra thì một lớp vật liệu trên bề mặt phôi sẽ bị hớt đi bởi quá trình điện nhiệt thông qua sự chảy và bốc hơi của kim loại. Nhưng quá trình gia công còn hết sức phức tạp liên quan đến khoảng cách khe phóng điện, đến thông tin kênh plasma, về sự hình thành của cầu phóng điện giữa hai điện cực Chính những khó khăn đó đã làm cho ứng dụng của công nghệ mới này còn hết sức hạn chế trong công nghệ chế tạo đương thời. Tiếp những năm sau đó sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật đã giúp ích rất nhiều trong việc sử dụng công nghệ trong cuộc sống. Đặc biệt những năm gần đây, với sự phát triển như vũ bão của các công nghệ mới, với sự trợ giúp hết sức đắc lực của máy tính, các hệ điều khiển CNC, các máy tia lửa điện đầu tiên ít tự động và không tiện dụng đã được thay thế bởi các máy gia công tia lửa điện CNC. Đây là nhóm máy đã tỏ rõ được khả năng rất lớn của mình trong điều khiển chính xác quỹ đạo và chất lượng gia công. Chính sự đột phá trong công nghệ này đã giải quyết rất nhiều vấn đề trong thực tiễn và đưa nhóm máy mới này trở thành một trong các công cụ cắt hữu hiệu nhất. 1.2. Nguyên lý và bản chất của quá trình phóng điện 1.2.1. Nguyên lý của quá trình phóng điện Hình 4.1 :Nguyên lý quá trình phóng điện Đặt một điện áp một chiều giữa hai tấm kim loại khác nhau, một được gọi là điện cực và một gọi là chi tiết. Điện áp này thường nằm trong khoảng 80V – 200V. Cả hai tấm kim loại này được đặt trong một dung dịch cách điện đặc biệt, gọi là dung dịch điện môi. Khi đưa hai điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách d 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 104V/mm) dẫn đến ion hóa dung dịch điện môi đó và nó trở thành dung dịch dẫn điện. Khi năng lượng tập trung đủ lớn, một dòng điện hình thành do sự chuyển dịch của các ion và điện tử trong dung dịch điện môi – gọi là kênh dẫn điện – kèm theo sự xuất hiện của các tia lửa điện do hiện tượng ion hóa mãnh liệt của dung dịch điện môi. Nhiệt độ của vùng này lên đến khoảng 10.000oC làm bốc hơi vật liệu các điện cực. Nguồn điện được ngắt đột ngột làm cho tia lửa điện biến mất. Dung dịch lạnh từ ngoài tràn vào kênh dẫn điện do sự chênh lệch áp suất tạo ra tiếng nổ nhỏ và làm hóa rắn hơi vật liệu thành các oxít kim loại. Sau đó nguồn nhiệt được cung cấp lại và các tia lửa điện lại xuất hiện. Có thể thấy những điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện là nguồn cung cấp, vật liệu của điện cực, dung dịch điện môi và khe hở giữa các điện cực. Nguồn cung cấp điện áp dạng xung: Thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời gian cần thiết để dung dịch điện môi có thể khôi phục lại trạng thái không dẫn điện của nó và sẵn sàng cho xung gia công tiếp theo. Nếu thời gian này không có hoặc quá nhỏ sẽ làm dung dịch điện môi luôn ở trạng thái dẫn điện. Điều làm cho tia lửa điện phát triển thành hồ quang gây hỏng bề mặt chi tiết và điện cực. Các điện cực làm bằng hai loại vật liệu dẫn điện khác nhau và được nhúng ngập trong dung dịch điện môi, dung dịch này không dẫn điện ở trạng thái bình thường nhưng có chức năng chính là môi trường hình thành kênh dẫn điện ở điện trường cao. Giữa các điện cực luôn có một khe hở nhỏ được gọi là kênh phóng điện. Khe hở này cần được đảm bảo trong suốt quá trình gia công để duy trì sự ổn định của tia lửa điện. 1.2.2. Bản chất của quá trình phóng điện Giai đoạn 1: Đánh lửa Máy phát điện áp khởi động qua một khe hở ( đóng điện áp máy phát ). Dưới ảnh hưởng của điện trường, từ cực âm (catốt) bắt đầu phát ra các điện tử và chúng bị hút về phía cực dương (anốt). Sự phát điện tử gây ra sự tăng cục bộ tính dẫn điện của điện môi ở khe hở. Các bề mặt của các điện cực không hoàn toàn phẳng. Điện trường sẽ mạnh nhất ở hai điểm gần nhau nhất. Chất điện môi bị ion hóa. Tất cả các phần tử dẫn điện đều hội tụ quanh điểm này trong khoảng không gian ở giữa hai điện cực và chúng tạo nên một cái cầu. Một kênh phóng điện đột nhiên được hình thành ngang qua cầu. Sự phóng điện được bắt đầu Hình 4.2: Giai đoạn đánh lửa Giai đoạn 2:Hình thành kênh phóng điện. Khi điện trường giữa hai điện cực tăng lên do việc đưa chúng đến gần nhau làm cho vận tốc của các ion và các điện tử tự do có trong lớp dung dịch điện môi 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 hòa và làm 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 dòng chuyển dịch có hướng của các ion và điện tử tạo nên dòng điện. Hình 4.3: Giai đoạn hình thành kênh phóng điện Giai đoạn 3: Phóng tia lửa điện làm bốc hơi vật liệu Lõi của bọt hơi bao gồm một kênh plasma. Plasma này là một chất khí có lẫn các điện tử và các ion dương ở áp suất rất cao (khoảng 1Kbar) và nhiệt độ cực lớn (khoảng 10.000oC). Khi kênh plasma này được tạo thành đầy đủ thì điện áp qua khe hở đạt tới mức của điện áp phóng tia lửa điện Uer. Giá trị của điện áp Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc vào sự phối hợp vật liệu anôt và catôt. Chất điện môi giữ kênh plasma và cũng là giữ cho năng lượng có một độ tập trung cục bộ. Sự va chạm của các điện tử lên anôt và các ion dương lên catôt làm nóng chảy và bốc hơi các điện cực. Thời gian của giai đoạn này được tính từ khi điện áp bắt đầu giảm đến một trị số xác định (cuối giai đoạn 1) và được giữ nguyên cho đến khi giảm về 0V (ngắt nguồn). Dòng điện đi qua kênh dẫn điện kèm theo sự xuất hiện của 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 khoảng 10.000oC. Vật liệu của các điện cực tại nơi xuất hiện tia lửa điện bị bốc hơi ở nhiệt độ cao. Bên cạnh đó còn có một lượng 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. Hình 4.4: Giai đoạn phóng tia lửa điện làm bốc hơi vật liệu Giai đoạn này chính là giai đoạn có ích trong cả một xung gia công: Ăn mòn vật liệu tạo thành hình dáng chi tiết theo yêu cầu. Giai đoạn 4: Hóa rắn hơi vật liệu và phục hồi. Nguồn xung bị ngắt đột ngột, dung dịch điện môi ở nhiệt độ thường xung quanh tràn vào gây nên sự thay đổi áp suất đột ngột tạo nên tiếng nổ nhỏ. Hơi của vật liệu của các điện cực bị hóa rắn do việc giảm nhiệt độ đột ngột tạo nên các hạt oxít kim loại có kích thước nhỏ (cỡ vài chục mm). Các hạt oxít này không dẫn điện hoặc dẫn điện kém, rất kém tùy thuộc vào vật liệu các điện cực. Kết thúc giai đoạn này, dung dịch điện môi lấy lại trạng thái ban đầu của nó: Không dẫn điện. Một xung gia công kết thúc. Các giai đoạn trên được lặp lại cho các xung gia công tiếp theo. Trong quá trình gia công tia lửa điện, vật liệu của chi tiết bị mòn dần và sẽ dần có hình dạng là hình dạng của điện cực. Điện cực cũng bị mòn trong quá trình gia công này nên nó thường được làm bằng các loại vật liệu có tính chịu mòn nhiệt cao như: Đồng, Graphit 1.2.3. Cơ cấu tách vật liệu Các đặc tính tách vật liệu phụ thuộc vào năng lượng tách vật liệu. Gọi We là năng lượng tách vật liệu thì ta có: We = Ue.te.Ie Trong đó: Ue, Ie là các giá trị trung bình của dòng tia lửa điện được lấy trong khoảng thời gian xung. Do Ue là hằng số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi nên về thực chất năng lượng tách vật liệu chỉ phụ thuộc vào dòng điện và thời gian xung. Dòng ion dương chỉ đạt tới cực âm trong micro giây đầu tiên. Các ion dương gây ra sự nóng chảy và bốc hơi của vật liệu catôt. Do đó có hiện tượng điện cực bị mòn. Vật liệu điện cực khi tiếp xúc với plasma này ở một pha có áp lực cao tới 1Kbar và nhiệt độ tới 10000oC. Sự biến mất đột ngột của kênh plasma khi dòng điện bị ngắt làm vật liệu bị chảy lỏng. Ngay tức khắc áp suất tụt xuống bắng áp suất xung quanh. Nhưng nhiệt độ chất lỏng lại không tụt xuống nhanh như vậy. Điều này gây ra sự nổ và bốc hơi của chất lỏng. Thời gian sụt của dòng điện là yếu tố quyết định tới độ nhám bề mặt gia công. 1. 3. Các quá trình trong khi gia công tia lửa điện 1.3.1. Quá trình đánh lửa qua khe hở Quá trình đánh lửa qua khe hở diễn ra nhanh, trong khoảng thời gian 10-8-10-7s. Sau khi diễn ra quá trình đánh lửa, khe hở trở thành cột tia lửa điện. Quá trình này bao gồm 2 bước: Ion hóa va đập: Là quá trình ion hóa do nhiệt giữa hai điện cực. Trong vật liệu luôn tồn tại sẵn những hạt mang điện di chuyển tự do. Dưới tác dụng của điện trường những thành phần này bắt đầu chuyển động và có tốc độ nhanh dần đến khi va đập vào điện tử hoặc ion với nguyên tử vật liệu. Lúc này hạt mang điện tích chuyển nhượng một phần năng lượng cho nguyên tử va chạm và giảm tốc độ, tức là động năng chuyển động của các hạt mang điện chuyển thành nhiệt năng trong quá trình đánh lửa. Ở một điện áp nào đó trên điện cực tạo ra trạng thái mà các điện tử có thể chuyển nhượng năng lượng đủ lớn làm phát sinh quá trình ion hóa. Từ nguyên tử, phân tử dung dịch điện phân bị phá huỷ tạo ra một dung dịch điện tử. Quá trình ion hóa tăng theo cấp số nhân làm cho cả khe hở bị ion hóa, khe hở dẫn điện. Quá trình ăn mòn điện: Các điện tử nhận năng lượng, năng lượng làm phát sinh biến đổi pha, phá hủy một số phần của điện cực vật liệu. 1.3.2. Quá trình phát sinh năng lượng trên điện cực Kênh phóng điện gồm 3 vùng: anôt, catôt và vùng phóng điện. Các vùng khác nhau về Gradien điện áp, dạng và tính chất chuyển động các hạt tích điện: + Vùng anôt: Dòng mang các điện tử + Vùng phóng điện: Mang các điện tử, các ion khuếch tán tới catôt + Vùng catôt: Dòng hình thành nhờ 2 dạng: Các ion chuyển dịch tới catôt, điện tử bứt ra khỏi catôt và vùng phóng điện chuyển động ngược chiều. Dòng điện tạo thành mây nhiệt Khe hở giữa các điện cực kéo dài thời gian phóng điện làm giảm mức tiêu hao năng lượng trong quá trình gia công. 1.3.3. Quá trình thủy khí động học trong khe hở Sự đánh thủng chất lỏng dẫn tới việc hình thành kênh phóng điện mỏng manh, sau thời gian ngắn: từ 10-8-10-7s và tăng với tốc độ siêu âm (3000-5000m/s). Dòng điện tăng đến cực đại, kênh phóng điện tiếp tục được nới rộng. Sau khi dòng qua giá trị lớn nhất, sự nới rộng kênh phóng điện kết thúc. Ở giai đoạn này, xung quanh kênh vùng khí được hình thành và nó được nới rộng nhanh. Quá trình liên quan sự hình thành và mở rộng kênh phóng điện. Sự hình thành và chuyển động của vùng khí trong khe hở giữa các điện cực tạo ra kênh phóng điện được hoàn thành cách xa kênh phóng điện bằng va đập của sóng (3-5km/s) Sau khi xung kết thúc áp lực giảm nhanh, nhỏ hơn áp lực khí quyển làm cho vật liệu đã bị nóng chảy quá sôi bùng lên làm kim loại bị pha lỏng bắn ra và tạo thành hố lõm. 1.4. Lượng hớt vật liệu và chất lượng bề mặt khi gia công tia lửa điện Năng lượng phóng tia lửa điện chính là tác nhân chính gây ra hiện tượng hớt vật liệu: We = Ue.Ie.te Từ đó ta thấy các yếu tố tác động đến lượng hớt vậy liệu là Ue, Ie,te và lượng vật liệu bị hớt đi tỷ lệ thuận với các đại lượng trên. Khi phóng tia lửa điện thì tại các điểm nhô cao nhất của phôi gần với điện cực nhất bị ăn mòn. Và quá trình lặp lại đối với các điểm tiếp theo đến khi đạt được kích thước gia công trên toàn bộ bề mặt phôi. Nếu năng lượng phóng điện ở mức phù hợp thì bề mặt gia công sẽ có độ bóng cao. Hình 4.5: Sự phá vỡ các đỉnh nhấp nhô liên tiếp tạo thành sự hớt vật liệu Chất lượng bề mặt khi gia công tia lửa điện Sau quá trình gia công tia lửa điện ta thu được sản phẩm với chất lượng bề mặt bao gồm các chỉ tiêu chính sau: Độ nhám bề mặt: khi gia công thô sẽ có độ nhám lớn, tạo ra bề mặt thô, xù xì. Khi gia công tinh thi bề mặt có độ nhám nhỏ, bề mặt tinh nhẵn. Vết nứt tế vi và các lớp ảnh hưởng nhiệt: thông qua nghiên cứu mặt cắt bề mặt gia công của một mẫu thử ta thấy, cấu trúc các lớp bề mặt phôi và sự thay đổi độ cứng của chúng theo chiều sâu, bao gồm 4 lớp: Hình 4.6: Các vùng ảnh hưởng của bề mặt phôi 1.Lớp trăng: đó là lớp kết tinh lại, cới các vết nứt tế vi do ứng suất dư vì nóng lạnh đột ngột lặp đi lặp lại 2.Lớp bị tôi cứng, với cấu trúc tròn, lớp này có độ cứng tăng vọt ( khoảng 1000 HV) 3.Lớp bị ảnh hưởng nhiệt, do nhiệt độ ở đây đã vượt quá xa nhiệt độ ôstennit trong thời gian ngắn nên độ cứng của lớp này giảm so với lớp trắng (khoảng 800 HV) 4.Lớp không bị ảnh hưởng nhiệt, là lớp dưới cùng, nó trở lại độ cứng thường của vật liệu. 1.5. Các phương pháp gia công tia lửa điện Hiện nay trên thế giới, trong ngành gia công cơ khí có hai phương pháp gia công tia lửa điện chủ yếu, được ứng dụng rộng rãi, đó là: phương pháp gia công tia lửa điện xung định hình (EDM Die Sinking) và phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện (EDM wire cutting). 1.5.1. Phương pháp gia công xung định hình Khái niệm: Đây là phương pháp dùng các điện cực đã được tạo hình sẵn để in hình của nó lên bề mặt phôi. Hình 4.7: sơ đồ gia công tia lủa điện bằng điện cực định hình Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này được dùng để chế tạo các khuôn có bề mặt phức tạp, các khuôn ép định hình, các khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ khuôn không thông Hệ thống máy xung định hình bao gồm: 3 phần chính sau + Phần cơ khí + Hệ thống tủ điện và điện tử điều khiển + Cụm dung dịch điện môi - Phần cơ khí bao gồm: + Khung máy tổng hợp + Thùng chất điện môi cho phôi + Bàn kẹp phôi + Hệ thống lắp đặt điện cực và điện cực + Các bàn trượt và bàn quay để tạo các chuyển động cần thiết - Hệ thông điện, điện tử điều khiển bao gồm: + Máy phát xung + Hệ thống điều khiển quá trình phóng điện + Hệ thống điều khiển CNC Hình 4.8: Sơ đồ của máy phát xung định hình 1.5.2. Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện Khái niệm: Là phương pháp dùng một dây mảnh dẫn điện có đường kính nhỏ cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng định trước để tại thành một vết cắt trên phôi. Hình 4.9: sơ đồ gia công tia lủa điện bằng điện cực dây Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này thường dùng để gia công các lỗ thông suốt có biên dạng phúc tạp như các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp , các công tua phức tạp, các hình dáng 3D đặc biệt Hệ thống máy cắt dây bao gồm: 3 phần chính sau + Phần cơ khí + Hệ thống tủ điện và điện tử điều khiển + Cụm dung dịch điện môi - Phần cơ khí bao gồm: + Khung máy tổng hợp + Thùng chất điện môi cho phôi + Bàn kẹp phôi + Hệ thống định vị và điều chỉnh dây dẫn + Các bàn trượt và bàn quay để tạo các chuyển động cần thiết - Hệ thông điện, điện tử điều khiển bao gồm: + Máy phát xung + Hệ thống điều khiển quá trình phóng điện + Hệ thống điều khiển CNC Hình4.10: Sơ đồ máy cắt dây 1.5.3. Các phương pháp khác Ngoài hai phương pháp gia công chủ yếu trên, ngày nay trên thế giới còn các phương pháp khác sử dụng công nghệ gia công bằng tia lửa điện sau: - Gia công phay tia lửa điện (Milling EDM): là phương pháp sử dụng một điện cực chuẩn, hình trụ để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay. Với phương pháp này, ta có thể gia công các hình dang phức tạp mà không phải chế tạo điện cực phức tạp. - Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MW EDM): là phương pháp cắt dây sử dụng điện cực là dây đường kính nhỏ dưới 10mm. Phương pháp này dùng để gia công các lỗ siêu nhỏ trrên các vật liệu khó gia công ... - Gia công rung siêu âm (Ultrasonic Aided EDM): là phương pháp hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung các điện cực với tần số siêu âm. Rung điện cực giúp nâng cao khả năng công nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia công khi gia công các lỗ siêu nhỏ - Với sự phát triển và ứng dụng ngày càng mạnh mẽ phương pháp gia công tia lửa điện, phương pháp này còn được sử dụng nhiều hơn và còn nhiều phương pháp gia công mới được ra đời và sử dụng nhiều trong thực tế. 2. Các đặc điểm của quá trình gia công tia lửa điện 2.1. Các thông số công nghệ cơ bản. Điện áp đánh lửa Uz: Là điện áp cần thiết để dẫn tới sự phóng tia lửa điện. Nó được cung cấp cho điện cực và phôi khi máy phát được đóng điện, gây ra sự phóng tia lửa điện để đốt cháy vật liệu. Điện áp đánh lửa Uz càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho phép khe hở phóng điện càng lớn. Thời gian trễ đánh lửa td: Là thời gian giữa lúc đóng điện máy phát và lúc xẩy ra phóng tia lửa điện. Khi đóng điện máy phát lúc đầu chưa xảy ra hiện tượng gì. Điện áp duy trì ở giá trị của điện áp đánh lửa Uz, dòng điện vẫn bằng không. Sau một thời gian trễ td mới xảy ra sự phóng tia lửa điện. Dòng điện từ giá trị 0 vượt lên giá trị Ie Điện áp phóng tia lửa điện Ue: Khi bắt đàu phóng thia lửa điện thì điện áp sụt từ Uz tới giá trị Ue. Đây là điện áp trung bình trong suốt quá trình phóng tia lửa điện. Ue là hằng số vật lý phụ thuộc cặp điện cực và phôi. Ue không điều chỉnh được. Dòng phóng tia lửa điện Ie: Là giá trị trung bình của dòng điện từ khi bắt đầu phóng tia lửa điện đến khi ngắt điện. Khi bắt đầu phóng tia lửa điện, dòng điện từ giá trị 0 tăng mạnh đến giá trị Ie, kèm theo sự đốt cháy. Ie ảnh hưởng lớn nhất đến lượng hớt vật liệu, lên độ mòn điện cực và lên chất lượng bề mặt gia công. Nhìn chung Ie càng lớn thì lượng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám gia công càng lớn nhưng độ mòn điện cực giảm. Thời gian phóng tia lửa điện te Là khoảng thời gian giữa lúcbắt đàu phóng tia lửa điện và lúc ngắt điện, tức là thời gian có dòng điện Ie trong một lần phóng điện Thời gian kéo dài xung ti Là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy phát trong cùng một chu kỳ phóng tia lửa điện. Độ kéo dài xung ti là tổng của thời gian trễ đánh lửa Id và thời gian phóng tia lửa điện te: ti = td + te Độ kéo dài xung ảnh hưởng đến: + Tỷ lệ hớt vật liệu + Độ mòn điện cực + Chất lượng bề mặt gia công Hình 4.11: Ảnh hưởng của ti đến lượng hớt vật liệu Hình 4.12: Ảnh hưởng của ti đến độ mòn điện cực Hình 4.13: Ảnh hưởng của ti đến chất lượng bề mặy gia công Khoảng cách xung to Đây là khoảng thời gian giữa 2 lần đóng ngắt của máy phát giữa hai chu kỳ xung kế tiếp nhau. to còn được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung. Phải giữ cho to nhỏ nhất có thể để đạt được lượng hớt vật liệu tối đa. Nhưng khoảng cách xung phải đủ lớn để có đủ thời gian thôi ion hóa chất điện môi trong khe hở phóng điện. Nhờ đó sẽ tránh được các lỗi của quá trình như sự tạo hồ quang hoặc dòng điện ngắn mạch. Cũng trong thời gian của khoảng cách xung to, dòng chảy sẽ đẩy các vật liệu đã bị ăn mòn ra khỏi khe hở phóng điện. Hình 4.14: Ảnh hưởng của khoảng cách xung tới lượng hớt vật liệu Kheo hở phóng điện d: Là khoảng cách giữa hai điện cực mà tại đó phát sinh ra tia lửa điện. Khe hở này luôn được điền đầy bở dung dịch điện môi. Trong suốt quá trình gia công, do việc mòn vật liệu mà khoảng cách này luôn có xu hướng tăng lên làm cho tia lửa điện không ổn định. Để đảm bảo sự ổn định của tia lửa điện thì phải duy trì khe hở ở một giá trị xác định. Quá trình đó được gọi là sự điều chỉnh khe hở phóng điện. Hình 4.15: Ảnh hưởng của khe hở tới lượng hớt vật liệu Hơn nữa khe hở phóng điện còn ảnh hưởng trực tiếp đến Ue và Ie. Đồ thị sau thể hiện mối quan hệ đó: Hình 4.16: Ảnh hưởng của khe hở phóng điện 2.2. Điện môi Chất điện môi có 4 nhiệm vụ chính sau: + Cách điện + Ion hóa + Làm nguội + Vận chuyển 2.2.1. Nhiệm vụ cách điện: Nhiệm vụ chính của điện môi là cách điện giữa điện cực và phôi. Nó phải đảm bảo sự cách ly giữa điện cực và phôi khi khe hở chưa đủ hẹp. Chỉ khoảng cách nhỏ nhất có thể có giữa điện cực và phôi mới cho phép dòng phóng tia lửa điện đi qua. Nếu khe hở nhỏ thì lượng hớt vật liệu và độ chính xác càng tăng. 2.2.2. Nhiệm vụ ion hóa: Chất điện môi phẩi tạo nên những điều kiện tối ưu cho sự phóng điện, nghĩa là nó phải được ion hóa vào thời điểm chuẩn bị phóng điện, nghĩa là có khả năng tạo nên một cầu phóng điện. Điều này giúp cho sụ tập trung năng lượng ở kênh plasma, giúp cho sự hớt vật liệu khi phóng tia lửa điện. Nếu xung bị ngắt thì chất điện môi phải được thôi ion hóa, tạo điều kiện để sự phóng điện tiếp theo xảy ra ở một vị trí khác. Chất điện môi cũng bao trùm kênh phóng điện, nhờ đó có thể đạt đựoc mật độ năng lượng cao, tăng hiệu quả phóng điện. Lượng hớt vật liệu tăng khi khoảng cách xung ngắn. Chất điện môi phải được thôi ion hóa nhanh như có thể được sau xung này. 2.2.3. Nhiệm vụ làm nguội: Ở kênh phóng điện, trong khoảng thời gian cực ngắn ( cỡ phần triệu giây ), nhiệt độ có thể lên tới 10.000oC. Nhiệt xuất hiện ở đây cần phải chuyển đi nếu không độ mòn điện cực sẽ tăng lên. Bề mặt phôi cũng bị hư hại do quá nhiệt. Bản thân chất điện môi cũng không được quá nhiệt. Sự quá nhiệt làm cho chất điện môi dễ bị phân hủy thành khí và cacbon tự do. Khí này đưa đến sụ mở rộng không mong muốn của kênh phóng điện làm giảm lượng hớt vật liệu. Cặn cácbon tăng trên bề mặt điện cực sẽ gây ra sự ngắn mạch. Bởi vậy nhiệm vụ làm nguội là rất quan trọng, nó giúp bảo vệ điện cực, phôi, chất điện môi và tăng lượng hớt vật liệu trong quá trình gia công. 2.2.4. Nhiệm vụ vận chuyển phoi: Nếu chất điện môi bị bẩn sẽ gây ra in hình không chính xác và các khuyết tật của quá trình. Sự bẩn của chất điện môi chủ yếu là do các phân tử bị ăn mòn còn lơ lửng hoặc lắng đọng trong các khe hở phóng điện. Một tỷ lệ quá lớn các phân tử này dẫn đến sự phóng điện thất thường và gây ra sai số in hình, nguy cơ tạo hồ quang và ngắn mạch tăng lên. Khi gia công xung định hình cần có một hệ thống dòng chảy của chất điện môi để vận chuyển các phần tử đã ăn mòn đó đi khỏi khe hở phóng điện và đảm bảo chất điện môi sạch sẽ cho khe hở. Dòng chảy mang theo các phân tử đã bị ăn mòn sẽ đưa tới hệ thống lọc để sau đó lại tiếp tục chất điện môi sạch tới vùng gia công. Để đạt được kết quả gia công tối ưu, một điều tối cần thiết là phải sục rửa tốt vùng khe hở phóng điện bằng cách tạo ra một dòng chảy thường xuyên của chất điện môi. Dòng chảy chất điện môi có ảnh hưởng quyết định đến kết quả gia công. Vì vậy phải tạo ra dòng chảy điện môi để sục rửa làm sạch và tăng hiệu quả làm nguội trong quá trình gia công. Có các phương pháp tạo dòng chảy chất điện môi sau: + Dòng chảy bên ngoài: là phương pháp phổ biến nhất, được áp dụng khi điện cực và phôi không có lỗ khoan cho dùng chảy + Dòng chảy áp lực: là phương pháp dòng chảy rất quan trọng. Chất điện môi được đưa cưỡng bức vào khe hở phóng điện qua các lỗ ở điện cực và phôi + Dòng chảy hút: Chất điện môi đã bẩn được hút ra khỏi khe hở phóng điện qua một lỗ ở điện cực hoặc một lỗ ở phôi. + Dòng chảy phối hợp: Là sự phối hợp của các dòng chảy áp lực và dòng chảy hút sẽ ngăn ngừa các lỗi dòng chảy và các hậu quả xấu của chúng. Trong phương pháp này chất điện môi được dưa cưỡng bức vào một đầu của khe hở phóng điện và hút ra ở đầu kia + Dòng chảy nhắp: là dòng chảy chỉ tác động lên điện cực khi điện cực nâng lên. Dòng chảy nhắp thường được thực hiện khi lòng khuôn sâu, điện cực nhỏ hoặc dùng gia công tinh. Dòng chảy do chuyển động của điện cực: là dòng chảy do chuyển động của điện cực có tác động đối với chất điện môi trong khe hở phóng điện. Khi cắt dây sự thoát phoi là rất cần thiết để lấy đi số phoi từ khe hở và để làm nguội dây. Muốn đạt độ chính xác cao thì phải giữ cho nhiệt độ của phôi và thùng phôi là hằng số. Nhúng chìm phôi trong chất điện môi hoặc phun chất điện môi vào thùng chứa phôi là cần thiết. Các kỹ thuật thoát phoi khác gồm có: + Thổi chiều trục dưới áp lực dòng chảy: chất điện môi được đưa vào khe hở phóng điện qua một bộ dẫn áp lực cao. Ở đây đòi hỏi phỉa có tiếp xúc tốt giữa bộ dây dẫn và phôi để có được áp lực cao tỏng khe hở + Dòng chảy tuần hoàn tự nhiên: sử dụng trong trường hợp phôi được nhấn chìm tỏng chất điện môi Do khi gia công chất điện môi luôn bị tăng thêm các phân tử đã bị ăn mòn nên muốn quá trình ăn mòn hiệu quả ta phải tiến hành làm sạch chất điện môi. Để lọc c