- 1 -
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lớp vật liệu bề mặt của các chi tiết máy ảnh hưởng lớn đến
khả năng làm việc của nó nhất là với những chi tiết có hình dạng
phức tạp và làm việc trong môi trường chịu tác động của mài mòn,
va đập và nhiệt độ cao như: Bề mặt khuôn dập, bề mặt khuôn ép
nhựa, bề mặt dụng cụ cắt Vì vậy, việc nâng cao chất lượng lớp bề
mặt của các chi tiết máy dạng này luôn luôn được quan tâm và đã
có rất nhiều phương pháp được sử dụng để nâng cao chỉ tiêu kỹ
thuật như: Tôi bề mặt, biến cứng bề mặt, hóa nhiệt luyện, phun
phủ
Một số kết quả nghiên cứu về gia công tia lửa điện đã chỉ
ra rằng: Ở các điều kiện nhất định, trong quá trình gia công dưới
tác dụng của các tia lửa điện vật liệu điện cực bị nóng chảy và bay
hơi đã xâm nhập một lượng đáng kể lên bề mặt phôi [21]. Bề mặt
của thép không gỉ sau khi được gia công bằng phương pháp tia lửa
điện với điện cực Si(silic) đã được phủ một lớp vô định hình với sự
xuất hiện của lượng lớn Si nóng chảy tách ra từ điện cực giúp nâng
cao đáng kể về khả năng chống ăn mòn hóa học và chịu mài mòn
[13]. Các nghiên cứu về sử dụng điện cực thiêu kết từ bột Ti(titan)
trong gia công khuôn đã giúp độ bền của khuôn tăng từ 3 đến 7 lần
[13]. Phương pháp gia công tia lửa điện với việc trộn bột kim loại
hoặc hợp kim thích hợp vào trong dung dịch điện môi đã được thực
hiện và đều tìm thấy vật liệu bột trên bề mặt gia công làm cải thiện
đáng kể chất lượng bề mặt gia công [6, 10, 12]. Từ các nghiên cứu
trên đã mở ra hướng mới cho công nghệ nâng cao chất lượng bề
- 2 -
mặt vật liệu bằng phương pháp gia công tia lửa điện. Trong những
năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu theo hướng ứng dụng phương
pháp gia công tia lửa điện vào việc nâng cao chất lượng bề mặt

2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số (độ nhám,
độ cứng tế vi, cấu trúc tế vi và thành phần hóa học) của lớp bề mặt
khuôn dập cò mổ động cơ RV125 làm bằng thép SKD61 sau khi
gia công bằng phương pháp xung định hình với điện cực Ti trong
dung dịch điện môi là dầu biến thế.
2.2. Mục đích nghiên cứu
1. Xác định mức độ ảnh hưởng của việc sử dụng vật liệu
điện cực titan đến chất lượng bề mặt gia công các khuôn dập được
làm bằng vật liệu SKD61 khi gia công bằng phương pháp xung
định hình với dung dịch điện môi là dầu biến thế.
2. Làm cơ sở để xác định lượng dư gia công cho các
nguyên công tiếp theo.
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về gia công tia lửa điện.
- Xây dựng hệ thống thí nghiệm.
- Tiến hành thí nghiệm.
- 4 -
- Phân tích kết quả.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu thực
nghiệm.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Các phương pháp nâng cao chất lượng bề mặt khi gia công
bằng phương pháp xung định hình hiện nay vẫn đang trong giai
đoạn nghiên cứu thử nghiệm, bởi vậy đề tài sẽ đóng góp một số
kết quả vào hướng nghiên cứu thử nghiệm này.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Việc nghiên cứu được thực hiện với một sản phẩm cụ thể

(lỗ định hình, khuôn rèn, khuôn dập,…) và các chi tiết có độ bền,
độ cứng rất cao (chi tiết máy sử dụng trong ngành hàng không, lò
phản ứng hạt nhân…)[1].
Bề mặt chi tiết được gia công bằng phương pháp EDM có
thể đạt độ nhám thấp: R
a
= 0,63µm khi gia công thô và R
a
= 0,16µm
khi gia công tinh. Thông thường độ chính xác kích thước gia công
vào khoảng 0,01mm. Ở các máy khoan tọa độ sử dụng tia lửa điện
để gia công thì độ chính xác đạt đến 0,0025mm.
Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia
công mà các phương pháp gia công không truyền thống khó hoặc
không thể thực hiện được như: thép đã qua tôi, thép hợp kim khó
gia công, hợp kim cứng.
Mặc dù việc bóc tách vật liệu phôi bằng năng lượng nhiệt
rất lớn, tuy nhiên những ảnh hưởng của nhiệt tác động lên vật liệu
gia công là không lớn. Các vấn đề như: biến dạng, ứng suất cơ học
không xuất hiện trong suốt quá trình gia công do không có sự tiếp
xúc giữa phôi và dụng cụ (điện cực). Điều này rất có lợi trong việc
gia công các chi tiết mỏng làm bằng các vật liệu dòn.
1.5. Các phương pháp gia công tia lửa điện
1.5.1. Phương pháp gia công xung định hình
Phương pháp gia công xung định hình là phương pháp
dùng các điện cực đã được tạo hình sẵn để in hình (âm bản) của nó
lên bề mặt phôi. Phương pháp này được dùng để chế tạo bề mặt các
khuôn có hình dạng phức tạp như: các khuôn ép định hình, khuôn
ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông…
1.5.2. Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện

1.7.4.2. Thời gian ngừng xung t
o
1.7.5. Khe hở phóng điện()
1.7.7. Dung dịch điện môi
1.7.7.1. Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi
- 8 -
1.7.7.2. Các loại chất điện môi
1.7.7.3. Các loại dòng chảy của chất điện môi
1.8. Chất lượng bề mặt gia công tia lửa điện
1.8.1. Cấu trúc mặt cắt ngang lớp bề mặt sau gia công tia lửa
điện
1.8.2. Topography bề mặt
1.9. Các hiện tượng xấu xuất hiện trong gia công tia lửa điện
1.9.1. Hiện tượng hồ quang điện
1.9.2. Hiện tượng ngắn mạch và sụt áp
1.9.3. Hiện tượng xung mạch hở, không có dòng điện
1.9.4. Hiện tượng quá nhiệt của dung dịch điện môi
1.10. Nâng cao chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp
tia lửa điện
1.10.1. Ảnh hưởng của vật liệu điện cực đến chất lượng bề mặt
1.10.2. Ảnh hưởng của môi trường gia công đến chất lượng bề
mặt
1.10.3. Ảnh hưởng của chế độ gia công đến chất lượng bề mặt
1.10.4. Ảnh hưởng phân cực của phôi đến chất lượng bề mặt:
1.10.5. Ảnh hưởng của kích cỡ hạt đến chất lượng bề mặt.
1.10.6. Ảnh hưởng của phương pháp gia công đến chất lượng
bề mặt.
1.11. Kết luận chương 1
1. Phương pháp gia công tia lửa điện là phương pháp gia
công tiên tiến với nhiều đặc điểm ưu việt cho gia công khuôn mẫu.

Vật liệu điện cực dụng cụ là Titan có khối lượng riêng γ =
4,5g/cm
3
, nhiệt độ nóng chảy tương đối cao (1665
o
C), tính chống
ăn mòn rất tốt trong khí quyển và trong nước biển.
2.2.5. Dung dịch điện môi
Dung dịch điện môi là dầu biến thế(dầu
cách điện) UNITRANS OIL của
hãng ELECTROL.
2.2.6. Các thông số công nghệ gia công
TT Thông số Trị số
1 Cường độ dòng điện xung 4,5A
2 Thời gian xung
150µs
3 Thời gian ngừng xung
2µs
4 Dung dịch điện môi Dầu biến thế (ELEC CTROL)
5 Phân cực Thuận: Điện cực (-), Phôi (+)
6 Thời gian gia công 1h35’52”
7 Điện áp khe hở 45V
2.2.7. Thiết bị đo kiểm và kết quả thí nghiệm
1. Máy đo độ nhám
Độ nhám bề mặt gia công (R
a
, R
z
) được đo bằng máy đo
- 11 -

3.1. Hình dáng bề mặt khuôn sau gia công xung định hình.
3.2. Kết quả và thảo luận
3.2.1. Độ nhám và profin bề mặt khuôn
Bảng 3.1. Kết quả đo nhám trên bề mặt khuôn
Mẫu Kết quả R
z
( µm )
Trị số trung bình
R
z
( µm )
R
z1
R
z2
R
z3
(R
z1
+ R
z2
+ R
z3
)/3
1 Vị trí 1 29,2 23,2 28,6 27,0
Vị trí 2 25,4 22,2 27,9 25,1
Vị trí 3
34,
9
33,7 30,2 32,39

phân
tích
TCTV
thấp
Vị trí
phân
tích
TCTV
cao
Hình 3.25. Tổ chức tế vi của
khuôn 1 ở vị trí cao: 500 lần
Hình 3.27. Tổ chức tế vi của khuôn 2 ở vị trí cao: 500 lần
Hình 3.28. Tổ chức tế vi của
khuôn 2 ở vị trí thấp: 500 lần
Hình 3.26. Tổ chức tế vi của khuôn 1 ở vị trí thấp: 500 lần
Hình 3.26. Tổ chức tế vi của
khuôn 1 ở vị trí thấp: 500 lần
Hình 3.27. Tổ chức tế vi của
khuôn 2 ở vị trí cao: 500 lần
- 16 -
Bảng 3.2. Kết quả đo chiều dày lớp biến trắng và lớp chuyển
tiếp, µm
Mẫu/vị trí
Chiều dày lớp biến
trắng (µm)
Chiều dày lớp chuyển
tiếp(µm)
Lần
đo 1
Lần

cách
từ
bề
mặt
mẫu
, µm
Mẫu P1
Mẫu P2 Mẫu P3
Vị trí cao Vị trí thấp Vị trí cao Vị trí thấp Vị trí cao Vị trí thấp
HV HRC HV
HR
C
HV HRC HV
HR
C
HV
HR
C
HV HRC
1 15
464,1 46.1 694,4 59.9 576,7 54.0 397,9 40.6 565,0 53.3 374,7 38.2
2 31
646,0 57.6
720,4
61.0
543.2
51.9
781,1
63.3
553,7

- 18 -
3.2.4. Thành phần hóa học và tổ chức pha của lớp bề mặt khuôn
Bảng 3.4. Kết quả kiểm tra thành phần hóa học của lớp nền theo %
trọng lượng của thép SKD61 tại Viện Khoa học vật liệu Hà Nội.
Tỷ lệ các nguyên tố, %
C Mn Si W Cr Mo V P S Ni Co
0,39 0,46 0,98 - 4,89 1,14 0,82 0,01 0,00018 0,14 0,01
Bảng 3.5. Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 1 (vị trí cao)
Hình 3.31. Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 1 (vị trí cao)
Bảng 3.6 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 1 (vị trí thấp)
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
keV
001
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Counts
CKa
AlKa
SiKa
TiLl
TiLa

Bảng 3.8. Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 2 (vị trí thấp)
Hình 3.34. Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 2 (vị trí thấp)
- 21 -
Bảng 3.9. Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 3 (vị trí cao)
Hình 3.35. Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 3 (vị trí cao)
Bảng 3.10. Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 3 (vị trí thấp)
- 22 -
Hình 3.36. Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 3 (vị trí thấp)
3.3. Kết luận chương 3
- Đã tiến hành khảo sát tương đối toàn diện chất lượng bề mặt
khuôn dập cò mổ động cơ RV125 làm bằng thép SKD61 sau khi gia
công bằng phương pháp xung định hình với điện cực Ti trong dung
dịch điện môi là dầu biến thế.
Hình 3.37. Tổ chức các pha của lớp biến trắng
- 23 -
- Chất lượng bề mặt khuôn dập không có sự thay đổi đáng kể
tại các vị trí khác nhau khảo sát trên bề mặt khuôn.
- Lớp bề mặt thép SKD61 bị thay đổi trong đó:
+ Lớp biến trắng là lớp có cấu trúc tế vi và đặc điểm cơ tính
không có lợi cho quá trình làm việc của khuôn dập nóng.
+ Lớp chuyển tiếp là lớp có các tính chất ảnh hưởng rất tốt
đến khả năng làm việc của vật liệu làm khuôn.
- Sau gia công xung bề mặt có độ nhẵn không cao (cấp 4) và
có lớp biến trắng do đó trước khi sử dụng cần thiết phải có các nguyên
công gia công tinh tiếp theo.
- Vật liệu Titan của điện cực dụng cụ trong quá trình nóng
chảy và bay hơi đã không kết hợp với C bị cracking (bẻ gãy mối liên
kết) trong dầu biến thế để tạo ra tổ chức TiC.
- 24 -
KẾT LUẬN CHUNG

các vật liệu khó gia công, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học
KTCN Thái Nguyên.
[5] Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình, Quy hoạch thực
nghiệm trong kỹ thuật, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2011.
Tiếng Anh
[6] M. L. Jeswani, (1981), “Effect of addition of graphite powder
to kerosene used as a dielectric fluid in electrical discharge
machining”, Wear, (70), 133–139.
[7] M.L. Jeswani, “Electrical discharge machining in distilled
water ”, Wear 72 (1981) 81- 88.
[8] S. Tariq Jilani, P.C. Pandey, “Experimetnal investigations
into the performance of water as dielectric in EDM ”, International
Journal of Machine Tool Design and Research 24 (1984) 31–43.
[9]K. Furutani, K. Shiraki, M. Ohta, “Deposition of lubricant
layer byelectrical discharge machining during finishing process ”,
Seimitsu Kogaku Kaishi/Journal of the Japan Society for Precision
En-gineering 67 (2001) 2042–2047.