Gia công xung điện
( EDM- electrical discharge machining )

Gia công xung điện (EDM) là một phơng pháp lấy kim loại
bằng xung điện. Một điện cực có hình dạng nhất định (thờng
là đồng hoặc graphit) đợc dùng để tạo ra một hốc có hình
dạng ngợc với điện cực. Không có tiếp xúc trực tiếp giữa
điện cực và phôi. Xung điện đi qua dung dịch điện môi
(thờng là dầu nhẹ),khoảng cách giữa điện cực và phôi đợc
điều khiển. Cả điện cực và phôi phải có tính chất dẫn điện.


Mặc dù một vài máy EDM có khả năng dịch chuyển theo vài
trục, máy EDM đơn giản nhất có một trục thẳng đứng dới sự điều
khiển duy nhất của một động cơ servo (H1). Dấu âm chỉ ra rằng
điện cực đợc nối âm. Giữa bề mặt dụng cụ và chi tiết gia công phải
tồn tại một khe hở gọi là khe hở điện cực ( 0.025 ữ 0.05mm ).
Nếu bàn đợc phép dịch chuyển không có kiểm soát, sẽ có tiếp xúc
trực tiếp giữa điện cực và phôi, điều này sẽ gây ra ngắn mạch. Hiện
tợng này đợc ngăn chặn bằng một cơ cấu servo ở đó điện thế
đợc đo và so sánh với thông tin tham chiếu. Nếu dữ liệu lớn hơn
giá trị tham chiếu, bàn tiến lên, nếu nó nhỏ hơn, bàn lùi lại. Dịch
chuyển cã thĨ thùc hiƯn b»ng mét xi lanh thủ lùc hay một động cơ
servo dẫn động trực tiếp. Khi phôi đợc gia công bằng mài mòn
xung, khoảng cách giữa điện cực và phôi tăng lên. Điện thế tăng lên
và bàn tiến lên đến khi điện thế phù hợp với giá trị tham chiếu. Do
đó cơ cấu servo duy trì một khe hở không đổi. Sự sói mòn tiếp tục
đến khi đạt đợc chiều sâu đà đặt ra. Tại thời điểm này điện cực
đợc rút ra khỏi phôi.

Hinh1 . Sơ đồ của máy gia công xung điện


Cơ chế tách bỏ vật liệu .
Năng lợng dòng điện một chiều đợc đặt vào một mạch xung
ở đó có thể tạo ra xung vuông gần đúng, với tần sồ F ( F 200.000 ữ
500.000 Hz ), điện thế cực V 30 ữ250V. Một cách lý tởng mỗi xung
tạo ra một hồ quang (tia lửa điện ). Mỗi hồ quang xuất hiện nơi mà
điện trở nhỏ nhất, thờng là gần chỗ phóng hồ quang trớc đó, tạo ra
nhiệt cục bộ rất lớn trên bề mặt của phôi (10.000 ữ20.000oC), làm kim
loại nóng chảy và bốc hơi. Hiện tợng trên diễn ra liên tục và chạy
khắp bề mặt điện cực, cuối cùng khe hở trở nên đều đặn (hình 5 ). Do
đó tuỳ theo hình thù của Katôt mà anôt đợc chép lại hình dạng giống
nh thế.
Thông thờng cực âm bị mòn ít hơn cực dơng do:
- Động lợng gây ra của các e lớn hơn nhiều so với các ion.
- Do nhiệt phân của dung môi mà tạo ra màng mỏng các bon bám
vào âm cực (các bon có trong chất lỏng )
Do đó cực âm thờng đợc nối với dụng cụ.
Sóng vuông biểu diễn quan hệ dòng điện theo thời gian, là một
thông số kỹ thuật thông thờng của nguồn điện của EDM. Các biến là
thời gian nối mạch, thời gian ngắt mạch và dòng điện đỉnh (H2).


Hình2. Những thông số của một xung EDM, Thời gian
ngắt mạch và cờng độ dòng điện đỉnh xác định năng
lợng cđa tia lưa.


H×nh3. Profin cđa mét xung EDM. a – thêi gian ion ho¸; b- thêi

gian xung; c – thêi gian khư ion; d thời gian nghỉ. Hỗu hết quá
trình mòn điện cực xảy ra trong suốt thời gian ion hoá


Hình 2 có tính chất tham khảo, quá trình phức tạp hơn nhiều.
Khi điện cực tiếp cận phôi, dung dịch điện môi bắt đầu iôn hoá ở
điểm tiếp cận gần nhất. Điện thế rơi xuống mức thấp nhất (khoảng
35 V) khi dòng điện bắt đầu chạy qua. Đây là sự phóng điện. Nó
xẩy ra ở khoảng cách phóng điện từ 0,01 đến 0,4 mm. Với mỗi lần
phóng điện vật liệu bị tách ra khỏi phôi do bay hơi và chảy, các lỗ
xuất hiện trên phôi và điện cực. Hình 3 cho một bức tranh rõ hơn,
nó biểu diễn điện áp và dòng điện nh là hàm của thời gian. Thời
gian nối mạch ( on time) có thể đợc chia thành thời gian iôn hoá,
thời gian phóng điện và thời gian khử iôn. Sự ngắt quÃng của dòng
điện ( off time) cho phép các hạt vật liệu bị tách ra từ các hố tạo
ra do xung bị đẩy đi do dòng chảy của chất điện môi. Dung dịch ion
hoá đợc bỏ đi và thay bằng dung dịch mới. Thời gian off time
phải lớn hơn thời gian khử iôn để ngăn sự phóng điện liên tục tại
một điểm. Hiện tợng này đợc biết là hồ quang điện một chiều.


Hinh 5 : Profin bề mặt

Hinh : Sơ đồ nguyên lý EDM


Nguồn điện cho EDM đợc cải
tiến từ mạch điện trở tụ điện (RC
Hình 6). Gần đây, có xu hớng chuyển
sang thiết bị tranzitor oxit kim loại tác

động trờng. Chúng hữu ích đối với các
nguồn điện EDM vì khả năng chuyển
mạch nhanh ở công suất cao. Một
nguồn điện hiện đại cho phép đặt độc
lập thời gian on time và off time.
Phạm vi thông thờng là 2 đến 1000
micro giây. Thờng toàn bộ năng lợng
của một xung điện tỷ lệ với thể tích của
khối đồ thị vuông trên 3 trục vuông góc
thời gian, dòng điện và điện áp. Chỉ có
thời gian nối mạch ( on time) tức là
thời gian sau khi iôn hoá là ảnh hởng
đến việc tách bỏ vật liệu (H4). Nh vậy
đờng kính của hố (tạo ra do một
xung) tỷ lệ với dòng điện tác động và
chiều sâu tỷ lệ với thời gian nối mạch.

Hình 4 : Sơ đồ 3 kích thớc của
tia lửa xung EDM. Năng lợng
của tia lửa có hiệu lực để bóc vật
liệu tỷ lệ với thời gian đóng mạch
hiệu quả, cờng độ dòng điện và
điện áp đánh lửa.


Hình 6. Sơ đồ nguyên lý mạch phục hồi


Hình 9.8 :ảnh hởng của năng lợng xung đến tốc độ
bóc tách vật liệu và độ nhám bề mặt



Thực nghiệm cho thấy tốc độ tách bỏ vật liệu thay đổi từ gần nh 0 ở
chế độ gia công tinh cho đến 410 mm3/ph với dòng điện 25 A. Một
nguồn 400A có thể gia công tới 4350 mm3/ph. Cần phải chú ý rằng
giá trị tăng không tuyến tính. Xung tạo ra từ một nguồn điện tiêu
chuẩn chỉ tạo ra một tia lửa điện.
Năng suất tách bỏ vật liệu có thể xác định qua công thức.

Q

4

(4 x10 ).i.T

1.23

( mm3/phut)

ở đây : i là cờng độ dòng điện ( A )
T là điểm sôi của vật liệu chi tiết gia công ( 0C) .


Hình 9 : Những thông số ảnh hởng đến quá tr×nh EDM


Bề mặt gia công bằng EDM
Topography. EDM có một dấu hiệu bề mặt riêng biệt. Bề mặt
tơng tự một bề mặt bị bắn phá với tất cả các hố có cùng kích thớc
(H7). Không có kiểu hay hớng sắp xếp bề mặt nh các phơng

pháp gia công thông thờng khác. Vì kích thớc các hố phụ thuộc
vào năng lợng tia lửa điện và nó thay đổi nhiều. Bề mặt gia công
bằng EDM có nhấp nhô Ra từ 0,2 đến 12,5 m.
Khi gia công thép có thể xác
định gần đúng
Ra 1.11 Q8.834 (mm)
Q : Năng suất gia công. mm3/phut

Hình 7 : Một bề mặt điển hình sau khi gia công xung điện. Các tham số
gia công : cực điện cực dơng. Thời gian nối mạch là 58 giây, thời gian
off-time 32 m, dòng điện max 13A. điện cực graphit, phôi thép dụng cụ.
Độ nhám bề mặt Ra 3,5 m.


Các ảnh hởng về tổ chức kim loại và hoá học.
Vì hiện tợng tôi rất nhanh do chất điện môi và tác động tản
nhiệt của phôi, lớp bề mặt bị tác động trong quá trình EDM khá
mỏng nhỏ hơn 0,13 mm khi gia công thô và 0,01 mm khi gia công
tinh. Vì các tiêu chí để đánh giá độ dày của lớp này (thay đổi độ
cứng, ứng suất d, các tác động về tổ chức kim loại ), phơng pháp
cần phải chỉ ra cụ thể. Lớp này có thể chia thành một lớp gọi là lớp
bị tái đúc và một lớp bị ảnh hởng nhiệt. Lớp bị tái đúc đợc đặc
trng bởi cấu trúc bị tôi nhanh, trong khi lớp bị ảnh hởng về nhiệt
có cấu trúc ủ hay bị ram. Các tác động này phụ thuộc nhiều vào
hợp kim đợc gia công. Vì một phần lớn EDM dùng gia công thép
các bon cao để làm khuôn dập và đúc. Lớp tái đúc trên thép dụng
cụ cứng hơn vật liệu nguyên khối vì sự hình thành mactenxit, trong
khi vùng bị ảnh hởng nhiệt mềm hơn vì mactenxit bị ram.
Những lợng nhỏ vật liệu điện cực cũng nh cácbon từ chất điện
môi có thể lắng động trên bề mặt EDM. Trong trờng hợp gia công

thép, lợng cácbon d trên bề mặt có thể tạo thêm mactenxit và
làm tăng nguy cơ nøt.


Hình 9.11 : Vùng ảnh hởng nhiệt của phơng pháp EDM


Điện cực v các phơng pháp gia công điện cực
Chi phí điện cực thờng là phần đắt nhất trong gia công xung
điện. Chi phí vật liệu chế tạo, mòn và sửa điện cực phải đợc đánh giá
cẩn thận để xác định vật liệu điện cực và chế độ máy EDM tốt nhất.
Điện cực lý tởng là loại có tính dẫn điện cao, dễ chế tạo và có nhiệt
độ nóng chảy cao, nó phải đủ bền để chịu đợc các phơng pháp gia
công thông thờng để không bị biến dạng.Các cực dùng cho các kết
hợp khác nhau của cặp điện cực phôi đợc trình bày trong bảng 1.
Bảng 1 : Cực của điện cực đối với những cặp điện cực phôi khác nhau.
Vật liệu phôi

Vật liệu
điện cực

Thép

CácbitVonfram

Đồng

Nhôm

Hợp kim nền nikel


Graphit

+, -

-

-

+

+, -

§ång

+

+, -

-

+

+

Cu –W

+

+, -


-

+

+

+, -

+

-

-

-

+

-

ThÐp
§ång thau

-


Độ chính xác gia công
Dung sai 0.05mm có thể dễ đạt đợc bằng phơng pháp
EDM, tuy nhiên việc điều khiển tốt các thông số của quá trình EDM

có thể đạt đợc dung sai 0.003mm.
Gia công bằng phơng pháp EDM có hiện tợng côn, có bán
kính ở các góc bằng khe hở đánh lửa và cắt quá. Độ côn thông
thờng vào khoảng 0.005 ữ 0.05mm trên 10mm chiều sâu và có thể
đợc giới hạn nếu sử dụng phơng pháp dội hút.
Kích thớc cắt quá phụ thuộc vào điều kiện gia công (hình
9.12). Biểu đồ này đợc xem xét để thiÕt kÕ dông cô.


Hình 9.11 : Biểu đồ cắt quá


Mòn .
Hệ số mòn điện cực đợc biểu
diễn theo mòn mặt đầu, mòn
cạnh, mòn góc và mòn thể
tích. Các biểu thức đợc định
nghĩa trong hình 6. Thuật ngữ
không mòn trong EDM đợc
áp dụng chung cho trờng
hợp ở đó tỷ số mòn điện cực /
phôi là 1 % hay nhỏ hơn. Mòn
đầu tiên xuất hiện ở góc. Do
đó mòn góc là yếu tố hay Hình 6. Những giá trị đánh giá mòn của
dùng để quyết định khi nào
điện cực EDM
một điện cực phải bị sửa.
Mòn mặt đầu = d/ Le
Ti bn FULL (43 trang): />D phũng: fb.com/TaiHo123doc.net


Mòn mặt bên = d/ Ls
Mòn góc = d/ Lc
Thể tích phôi bị bóc đi
Mòn thể tích =

Thể tích điện cực bị mòn