ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN MẠNH LINH
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VỚI ĐIỆN CỰC
ĐỒNG VÀ DUNG MÔI DẦU
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN – 2013
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN ĐÌNH MÃN
Phản biện 1: ………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………
Phản biện 2: ………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:
…………………………………………………………………………………
Vào hồi:……….giờ…… ngày…….tháng……năm 20….
Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên
và Thư viện Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Gia công bằng tia lửa điện (viết tắt là EDM - Electrical Discharge
Machining) là một trong các phương pháp gia công tiên tiến được sử dụng khá rộng
rãi. Phương pháp này có thể gia công được những chi tiết có hình dáng hình học
phức tạp, được làm từ những vật liệu có độ cứng, độ mài mòn cao mà việc gia công
chúng bằng các phương pháp gia công truyền thống như tiện, phay, mài…là vô
cùng khó khăn, đôi khi không thể gia công được. Phương pháp này thường được
dùng để gia công các chi tiết có độ dày lớn, có hình dáng 3D phức tạp như khuôn mẫu
dụng cụ, khuôn đột, khuôn đùn ép kim loại, các loại cối định hình, hay gia công các lỗ

3.1. Ý nghĩa khoa học
- Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài sẽ
làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình gia công bằng tia
lửa điện.
- Các phương pháp nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công hiện nay vẫn
được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Đề tài sẽ đóng
góp một số kết quả của việc nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằng
phương pháp gia công tia lửa điện.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi gia công các khuôn dập, khuôn ép,
cối dập thuốc,…
4. Nội dung luận văn
Nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan về phương pháp gia công tia lửa điện.
- Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 sau
khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với điện cực đồng và dung
môi dầu. Trên cơ sở đó kiến nghị với nhà sản xuất cò mổ động cơ RV125 được
chế tạo từ thép SKD61 nhằm nâng cao chất lượng bề mặt khuôn.
2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN
1.1. Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện
Gia công tia lửa điện là phương pháp gia công bằng cách phóng điện ăn mòn
trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được tạo ra do sự phóng điện giữa hai điện cực.
1.1.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện
- Điện cực (đóng vai trò là dụng cụ cắt): Có độ cứng thấp hơn nhiều so với
vật liệu phôi. Vật liệu phôi thường là những vật liệu cứng và đã qua nhiệt luyện như
thép đã tôi, các hợp kim cứng. Vật liệu điện cực thường là đồng, grafit…
- Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi đều phải có tính dẫn điện tốt.
- Môi trường gia công: Khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi làm

- Servo drive: Bộ điều khiển động cơ servo.
- Machine head: Trục chính của máy (thường dùng để gắn dụng cụ). Nó đóng
vai trò là trục Z.
- Dielectric tank: Thùng chứa dung dịch điện ly (ngập các điện cực).
- Workpiece: Phôi – chi tiết cần gia công.
- Electrode: Dụng cụ.
- Dielectric unit: Hệ thống thùng và bơm dung dịch điện ly lên thùng chứa.
- Machine table: Bàn máy có thể di chuyển theo 2 phương X, Y.
- Gap: khe hở phóng điện. Khe hở này cần phải được đảm bảo không đổi
trong suốt quá trình phóng tia lửa điện.
- Dielectric: Dung dịch điện ly
- Pulse generator: Nguồn cung cấp điện áp công suất một chiều dạng xung
5
D i e l e c t r i c
E l e c t r o d e
W o r k p i e c e
P u l s e
g e n e r a t o r
2.2. Ưu, nhược điểm của phương pháp gia công xung định hình
2.2.1. Ưu điểm
Một trong những điểm đặc biệt nhất của quá trình gia công bằng tia lửa điện
là không có lực cắt trong quá trình gia công. Không có lực cắt đồng nghĩa với việc
tính toán đồ gá, bàn máy sẽ đơn giản hơn rất nhiều, công suất của động cơ điều
khiển các trục cũng sẽ không cần lớn như trước. Đó cũng là lý do vì sao các hãng
chế tạo máy xung đẩy mạnh nghiên cứu gia công máy phay, máy khoan tia lửa điện
bởi nếu thành công, họ sẽ có thể chế tạo được các chi tiết phức tạp không thua gì
các phương pháp gia công truyền thống mà công suất có thể thấp hơn nhiều.
Chất lượng chi tiết gia công tốt, độ chính xác kích thước và độ nhám bề mặt
không thua kém gì các phương pháp gia công truyền thống.
2.2.2. Nhược điểm

e
2.4.4. Dòng phóng tia lửa điện I
e
2.4.5. Thời gian phóng tia lửa điện t
e
2.4.6. Độ kéo dài xung t
i
2.4.7. Khoảng cách xung t
o
.
7
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61
DÙNG LÀM KHUÔN DẬP CÒ MỔ ĐỘNG CƠ RV125
3.1. Mục đích của thí nghiệm
Thực nghiệm gia công khuôn dập cò mổ động cơ RV125 bằng phương pháp gia
công tia lửa điện với điện cực đồng, dung môi dầu và vật liệu khuôn dập là thép SKD61.
Đánh giá chất lượng bề mặt khuôn sau khi gia công, đây là cơ sở để phân
tích, đưa ra những góp ý, khuyến cáo đối với quy trình công nghệ và lựa chọn vật
liệu điện cực đối với nhà sản xuất.
3.2. Mô tả hệ thống thí nghiệm
3.2.1. Sơ đồ thí nghiệm
Sơ đồ thực hiện thí nghiệm thể hiện trên hình 3.1. Dụng cụ gia công (điện
cực) và Phôi đều được ngâm trong dung dịch điện môi. Quá trình phân cực khi gia
công là phân cực thuận (điện cực phân cực âm(-) – phôi phân cực dương(+) ).
Hình 3.1. Sơ đồ thí nghiệm
8
3.2.2. Máy thí nghiệm
- Máy làm thí nghiệm: Máy xung CNC-EA600L của Hãng JSEDM-JIANN
MECHINERY & ELECTRIC INDUSTRIAL CO.LTD-TAIWAN là máy xung điện

2µs
Dung dịch điện môi Dầu biến thế (ELEC CTROL)
Phân cực Thuận: Điện cực (-), Phôi (+)
Thời gian gia công 1h35’52”
Điện áp khe hở 45V
3.2.7. Quy trình thí nghiệm
- Rèn phôi.
10
- Ủ để khử ứng suất rèn, cho độ cứng đồng đều.
- Phay đạt kích thước mẫu.
- Phay vành biên để thoát kim loại thừa.
- Nhiệt luyện đạt độ cứng 48÷52 HRC.
- Mài chính xác góc nghiêng.
- Gá phôi lên máy, rà thẳng theo mặt nghiêng.
- Lắp điện cực.
- Đặt chế độ xung.
- Xung.
3.2.8. Thiết bị đo kiểm kết quả thí nghiệm
1. Máy đo nhấp nhô bề mặt gia công
máy đo biên dạng kiểu đầu dò tiếp xúc SJ-400 (Hãng MITUTOYO –
JAPAN).
2. Máy kiểm tra độ cứng tế vi
máy đo độ cứng tế vi Indenta Met 1106 (Hãng BUEHLER - USA
3. Máy phân tích các pha (X-ray)
máy nhiễu xạ tia X Siemens D5000( CHLB Đức ).
4. Máy chụp hình thái bề mặt (SEM)
kính hiển vi điện tử quét Jeol 6490 JED2300 (Hãng JEOL - JAPAN).
5. Máy quan sát cấu trúc mặt cắt ngang lớp bề mặt
máy hiển vi quang học Axiovert 40MAT (Hãng CARL ZEISS -
GERMAN).

R
z2
R
z3
(R
z1
+ R
z2
+ R
z3
)/3
1
Vị trí 1 24,4 20,2 20,9 21,83
Vị trí 2 27,4 26,2 27,9 27,17
Vị trí 3 32,3 33,6 31,2 32,37
2
Vị trí 1 23,4 22,3 24,1 23,27
Vị trí 2 28,7 21,1 23,1 24,30
Vị trí 3 30,1 31,1 29,8 30,33
3
Vị trí 1 24,1 23,7 24,5 24.,10
Vị trí 2 27,7 28,3 28,6 2820
Vị trí 3 31,1 34,9 28,1 31,37
b. Ảnh SEM bề mặt gia công
Để nghiên cứu hình dạng bề mặt gia công ta chụp ảnh SEM cho 3 mẫu, mỗi
mẫu chụp ở 2 vị trí khác nhau (hình 3.8) với độ phóng 100x, 1000x.
Hình 3.8. Vị trí chụp ảnh SEM
kết quả như sau:
Ảnh SEM mẫu 1:
13

Hình 3.20. Ảnh SEM bề mặt mẫu 3 vị trí 2
với độ phóng đại 1000X
15
kết quả cho thấy hình dạng bề mặt tại các vị trí khác nhau có đặc điểm tương
tự nhau. Kết quả chỉ ra rằng:
- Bề mặt sau gia công là tập hợp các vết lõm và nhiều hạt hình cầu bám dính
trên bề mặt. Đây là 2 yếu tố tạo ra độ nhẵn bề mặt gia công thấp.
- Đường kính, chiều sâu và sự phân tán của các vết lõm bất kỳ. Nguyên nhân
do tia lửa điện được tạo ra trong quá trình xung là không liên tục và năng lượng của
các tia không đều.
- Trong quá trình xung một phần vật liệu của điện cực, phôi bị nóng chảy và
bay hơi. Đồng thời bị dung dịch điện môi làm nguội nhanh và tạo ra sức căng mặt
ngoài nên hình thành các hạt hình cầu. Và các hạt này không được dung dịch môi
cuốn đi mà lại bám dính trên bề mặt gia công.
- Miệng các vết lõm đều được vê với bán kính cong là do khi tia lửa điện làm
vật liệu nóng chảy, bay hơi cùng lúc đó bị dung dịch điện môi tác dụng đồng thời
vừa làm nguội nhanh và vừa gây ra sức căng bề mặt ngoài.
- Trên bề mặt gia công xuất hiện nhiều vết nứt tế vi với mật độ lớn. Đây là
dạng khuyết tật có ảnh hưởng không tốt đến độ bền mòn và độ bền mỏi của khuôn.
Nguyên nhân xuất hiện các vết tế vi nứt là do khi gia công các tia lửa điện tác động
làm lớp bề mặt phôi bị nung nóng đến nhiệt độ rất cao và được làm nguội với tốc độ
rất nhanh bởi dung dịch điện môi.
3.3.3. Tổ chức tế vi của lớp bề mặt gia công
a. Vị trí phân tích
Sau khi gia công, các mẫu được làm sạch và cắt theo phương pháp tuyến với bề
mặt mặt gia công. Vị trí phân tích tổ chức tế vi được kiểm tra ở hai vị trí như Hình 3.21
16
Hình 3.21. Vị trí phân tích tổ chức tế vi
Vị trí phân tích
TCTV

Thấp 6,09 8,93 18,5 10,87 9,05 9,57
L 3
Cao 10,54 11,55 21,11 8,46 6,21 8,68
Thấp 12,04 16,04 10,99 10,11 12,68 13,84
Bảng 3.9. Sự thay đổi độ cứng (HV) lớp bề mặt theo chiều sâu
TT Khoảng cách
từ bề mặt
Mẫu L1 Mẫu L2 Mẫu L3
19
Hình 5. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu P2 thấp, a) 200x; b) 500x
Hình 3.26. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 3 cao, a) 200X; b) 500X
a
b
Hình 3.27. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 3 thấp, a) 200X; b) 500X
a
b
mẫu, µm
Cao Thấp Cao Thấp Cao Thấp
1
756,6
(11 µm)
453,7
(15 µm)
537,4
(11 µm)
470,7
(15 µm)
396,6
(11 µm)
453,4

cực và phôi bị nóng chảy, bay hơi nhưng không bị dung dịch điện môi cuốn đi
mà lại được làm nguội với tốc độ cao
+ Ở lớp biến trắng xuất hiện các vết nứt tế vi phân bố khá nhiều trên bề mặt và
có chiều sâu xấp xỉ bằng độ dày lớp biến trắng.
+ Độ cứng tế vi của lớp biến trắng HRC = (32,8÷46,1) thấp hơn độ cứng của
các lớp còn lại.
+ Đây 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 trung gian:
20
+ Nằm bên dưới lớp biến trắng, lớp trung gian khó quan sát một cách rõ
dàng, có chiều dày xấp xỉ bằng nhau tại các vị trí gia công khác nhau và nhỏ hơn
lớp biến trắng. Lớp này hình thành là do năng lượng nhiệt của các tia lửa điện làm
cho vật liệu phôi vùng tiếp giáp với lớp biến trắng bị nóng chảy và vùng bên dưới
thì bị chuyển biến pha. Như vậy, thực chất lớp trung gian tồn tại ở dạng hai lớp:
Lớp bị nung đến trạng thái nóng chảy gọi là lớp đúc lại, lớp bị nung đến trạng thái
chuyển biến pha gọi là lớp bị nhiệt luyện
+ Vết nứt tế vi xuất hiện rất ít, chiều sâu nhỏ trên lớp trung gian và chúng
không tồn tại theo phương song song với bề mặt gia công.
+ Độ cứng tế vi của lớp trung gian rất cao HRC = (57,6÷63,3), cao hơn nhiều
so với lớp biến trắng và lớp nền (48÷52HRC).
+ Đây là lớp có ảnh hưởng tốt đến khả năng làm việc của vật liệu làm khuôn.
- Các lớp được khảo sát cho thấy có độ cứng tế vi thay đổi với quy luật
giống nhau (Bảng 3.9).
3.3.4. Thành phần hóa học và tổ chức pha của lớp bề mặt gia công
Kết quả cho thấy:
- Thành phần các nguyên tố trên lớp bề mặt của thép SKD61 sau gia công bằng
tia lửa điện với điện cực bằng đồng trong dung dịch điện môi dầu đã bị thay đổi rất đáng
kể: Xuất hiện của nguyên tố Cu (0,32%) và %C tăng lên rất lớn (8.84% ÷ 15.18%).
- %C tăng lên trên lớp bề mặt là do dầu biến thế đã bị phân tích dưới tác

- Thành phần hóa học của lớp bề mặt: Có sự thay đổi đáng kể so với phôi thép
SKD61 trước khi gia công, với %C tăng lên rất lớn (8.84% ÷ 15.18%) và xuất hiện
nguyên tố Cu (0,32%).
23