Đồ án tốt nghiệp Lớp CTM8 – K47
Đỗ toàn Thắng & Nguyễn hữu Tú
10
CHƯƠNG 2: GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN DÙNG ĐIỆN CỰC ĐỊNH HÌNH
2.1. Nguyên lý gia công tia l
ửa điện
H×nh 2.1
. Nguyªn lý gia c«ng tia löa ®iÖn
Đặt một điện áp một chiều giữa 2 điện cực (một được gọi là dụng cụ và một gọi là phôi -
chi ti
ết). Chúng được nhúng ngập trong 1 dung dịch cách điện đặc biệt (gọi là dung dịch
điện ly). Điện áp này thường nằm trong khoảng 80V đến 200V.
Khi đưa 2 điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách
 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
10
4
V/m) dẫn đến việc iôn hoá dung dịch điện ly và nó trở thành dẫn điện. Tia lửa điện
phóng qua khe hở này và hình thành kênh dẫn điện, nhiệt độ lên đến khoảng 10000
o
C
làm b
ốc hơi vật liệu các điện cực. Áp suất vùng này sẽ cao hơn các vùng khác.
Nguồn điện được ngắt đột ngột làm cho tia lửa điện biến mất. Do sự chênh lệch áp suất
và do dung dịch lạnh từ ngoài tràn vào kênh dẫn điện gây ra tiếng nổ nhỏ và làm hoá rắn
hơi vật liệu th
ành các hạt ô-xít kim loại. Sau đó, dung dịch điện ly được khôi phục trạng
thái cũ của nó: không dẫn điện.
Nguồn điện được cung cấp lại và tia lửa điện lại xuất hiện.
Có thể thấy những điểm mấu chốt của phương pháp gia công tia lửa điện gồm:
Nguồn cung cấp điện áp dạng xung: thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời gian cần

Kết quả: dung dịch điện ly trở nên dẫn điện ở cuối giai đoạn này.
Hình 2.2. Sự hình thành kênh dẫn điện
Đồ án tốt nghiệp Lớp CTM8 – K47
Đỗ toàn Thắng & Nguyễn hữu Tú
12
2.2.2. Giai đoạn 2: phóng điện và làm bốc hơi vật liệu
Hình 2.3. Sự phóng điện qua kênh dẫn điện
Thời gian của giai đoạn này được tính từ khi điện áp bắt đầu giảm đến một trị số xác định
và giữ nguyên cho đến khi giảm về 0V (ngắt nguồn)
Mô tả hiện tượng: dòng điện xuất hiện trong kênh dẫn điện kèm theo sự xuất hiện tia lửa
điện. Tại k
ênh dẫn điện, năng lượng tập trung rất lớn (đạt cỡ 10
5
đến 10
7
W/mm
2
) làm
cho nhi
ệt độ tại đó đạt tới 10000
o
C. Vật liệu của các điện cực tại nơi xuất hiện tia lửa
điện bị bốc hơi bởi nhiệt độ cao. B
ên cạnh đó còn có một lượng nhỏ 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.
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.
2.2.3. Giai đoạn 3: hoá rắn hơi vật liệu và phục hồi
Hình 2.4. Sự phục hồi

Dielectric
Electrode
Workpiece
Pulse
generator
Đồ án tốt nghiệp Lớp CTM8 – K47
Đỗ toàn Thắng & Nguyễn hữu Tú
14
_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
Với các thiết bị gia công EDM khác có cấu tạo tương tự, chỉ có 1 số điểm khác nhau cơ
bản để phù hợp với ứng dụng thực tế của thiết bị đó:
- Yêu cầu về dịch chuyển bàn máy như WEDM
- Loại dung dịch điện ly: trong phay và xung là dầu, còn WEDM là nước
- Loại dụng cụ
- Công suất thiết bị,....
2.2.5. Ưu, nhược điểm
Từ nguyên lý gia công tia lửa điện, có thể thấy những ưu điểm và hạn chế của phương
pháp gia công này:
2.2.5.1. Ưu điểm
Một trong những điểm đặc sắc nhất của quá trình gia công bằng tia lửa điện là không có
l
ực 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

(dụng cụ và phôi), một trường tĩnh điện có cường độ lớn được sinh ra nó gây ra sự tách
các electron từ cực âm A. Các electron được giải phóng này được tăng tốc về phía cực
dương, sau khi đạt được tốc độ đủ lớn các electron này va đập với các phần tử điện môi,
bắn phá các phần tử đó thành các electron và các ion dương. Các electron vừa sinh ra lại
được tăng tốc v
à nó lại đánh bật các electron khác từ các phần tử dung dịch điện môi. Cứ
như vậy, một cột hẹp các phần tử dung dịch điện môi bị ion hoá được sinh ra tại điểm A
nối hai điện cực lại với nhau (sinh ra một dòng thác điện tử, cột phần tử bị ion hoá tăng
lên và có tính dẫn điện mạnh-tia lửa điện). Kết quả là tia lửa điện này là một sóng chèn ép
l
ớn được sinh ra và có nhiệt độ rất lớn tăng lên trên các điện cực (1000012000
0
C). Nhiệt
độ lớn n
ày làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu điện cực, vật liệu nóng chảy bị dòng dung
môi cu
ốn đi và một vết lõm trên hai bề mặt đựơc sinh ra. Ngay lúc đó thì khoảng cách
giữa hai điện cực tại A tăng lên và vị trí tiếp theo có khoảng cách ngắn nhất giữa hai điện
cực là một vị trí khác (ví dụ tại B). Tương tự khi nguồn điện áp đựơc đóng ngắt một lần
nữa, chu kỳ trên được lặp lại, tia lửa điện tiếp theo được sinh ra tại vị trí B. Cứ như vậy
khi máy phát đóng ngắt li
ên tục thì sự phóng tia lửa điện sẽ sản sinh ra một loạt miệng
Đồ án tốt nghiệp Lớp CTM8 – K47
Đỗ toàn Thắng & Nguyễn hữu Tú
16
núi lửa kế tiếp nhau trên toàn bề mặt điện cực. Kết quả là vật liệu được hớt đi một cách
đồng đều tr
ên toàn bề mặt điện cực (phôi).
Bề mặt được gia công tia lửa điện sẽ hình thành do sự tạo nên các “miệng núi lửa” li ti
đó. Nếu năng lượng do phóng tia lửa điện được g

điện tử.
Mật độ điện tử tập trung tới bề mặt cực dương (anôt) cao hơn nhiều lần so với mật độ
ion dương tập trung tới bề mặt cực âm (anôt) trong khi mức độ tăng của d
òng điện rất lớn
trong khoảnh khắc đầu tiên của sự phóng điện. Điều này là nguyên nhân gây ra sự nóng
chảy rất mạnh ở cực dương (canôt) trong chu kỳ này. Dòng ion dương chỉ đạt tới cực âm
(catôt) trong micro giây đầu tiên. Chính các ion dương này gây ra sự nóng chảy v
à bốc
hơi của vật liệu điện cực catôt. Do đó có hiện tượng điện cực bị m
òn.
S
ở dĩ vật liệu lỏng được tống ra khỏi khe hở giữa hai điện cựclà :
Do v
ật liệu điện cực khi tiếp xúc với plasma ở một pha có áp lực cao tới 1kbar và
nhi
ệt độ cực cao tới 10000
0
C trong kênh plasma.
A
B
A
C
A
B
Đồ án tốt nghiệp Lớp CTM8 – K47
Đỗ toàn Thắng & Nguyễn hữu Tú
17
Do sự đột ngột biến mất của kênh plasma khi dòng điện bị ngắt. Ngay tức khắc áp suất
tụt xuống bằng áp suất xung quanh sau khi ngắt dòng điện. Nhưng nhiệt độ của dòng chất
lỏng không tụt nhanh như thế. Điều này gây ra sự nổ và bốc hơi của chất lỏng nóng chảy

i
+
t
o
) (s).
Theo công th
ức trên, hiệu suất được tính cho một quá trình gia công hay một khoảng thời
gian xác định. Thông thường, các hệ điều khiển hiện đại như AGIE, Charmill, Mitsubishi
lấy N=1000.
Năng suất gia công tia lửa điện phụ thuộc v
ào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là các yếu
tố cơ bản sau:
- Khe hở phóng tia lửa điện .
-
Cường độ dòng điện I.
- Tần số xung f.
- Điện dung C.
- Diện tích bề mặt gia công F.
- Chất lượng điện cực và chất lượng điện môi.
-........
2.4.1.1. ảnh hưởng của

:
Đồ án tốt nghiệp Lớp CTM8 – K47
Đỗ toàn Thắng & Nguyễn hữu Tú
18
 ảnh hưởng đến điện áp của tụ đã được tích điện Uc
)1(
1
RC

, cho dù Ie có lớn thì năng lượng tích lũy trong xung điện W
e
(năng lượng tách vật liệu) vẫn nhỏ:
W
e
= U
e
.I
e
.t
e
Dấn đến năng suất cũng thấp.
* Nếu  lớn thì Ue
max
lớn  f nhỏ. Nhưng theo đồ thị trên thì dòng điện Ie cũng nhỏ làm
cho năng suất vẫn thấp. Như vậy, việc chọn 
tối ưu
sao cho sự phóng điện diễn ra đều đặn
để có được một năng suất gia công ph
ù hợp là rất cần thiết.
Công suất gia công: N
e
=

1
0
1
..
1
T

1
: thời gian tích điện
Thay (4) và (5) vào (3), ta được:



1
11
0
1
.).1(
.
T
RC
T
RC
T
Zi
C
dtee
T
IU
N
Đặt
RC
T
C
C
e
U

=
)
1
1
ln(2
2



,gọi là hệ số công suất.
Đồ thị b
ên cho ta mối quan hệ giữa  và a
p
trong gia công tia lửa điện, qua đồ thị đó ta
thấy rằng a
p
đạt max khi  = 0,6  0,8. phải giữ ổn định trong khoảng cách đó. Vậy phải
điều chỉnh khoảng cách điệ
n cực phù hợp với trị số  trên và bộ phận điều khiển
2.4.1.2. Ảnh hưởng của điện dung C
Ta cũng có kết quả theo đồ thị sau. Trong đó chỉ ra rằng điện áp tối ưu U
opt
= 0.7Ui sẽ
đạt được một lượng hớt vật liệ
u lớn nhất đồng thời lượng mòn điện cực là nhỏ nhất.
Khi giữ U
opt
= const, ta thay đổi điện dung C thì được kết quả như hình vẽ. Ta xác định
được điện dung giới hạn C
gh

0
,
T
V
0
F
T
F
gh
Đồ án tốt nghiệp Lớp CTM8 – K47
Đỗ toàn Thắng & Nguyễn hữu Tú
20
2.4.1.3. Ảnh hưởng của điện tích vùng gia công F.
Theo đồ thị bên thì: sau đoạn tăng lên gần như tuyến tính của V
o
thì đến đoạn giảm dần
khi diện tích đạt giá trị tới hạn F
gh
. Điều này do khi đã quá F
gh
thì cũng có nghĩa là vượt
qua dòng điện tới hạn. Việc lấy phoi ra khỏi khe hở điện cực khó khăn hơn. Điều này ảnh
hưởng đến năng suất gia công.
2.4.2. Chất lượng bề mặt
Chất lượng bề mặt là một khái niệm tổng hợp, bao gồm:
+ Độ nhám bề mặt.
+ Vết nứt tế vi trên bề mặt.
+ Các ảnh hưởng nhiệt ở lớp bề mặt.
2.4.2.1 Về độ nhám bề mặt: sau khi gia công bề mặt gia công không hoàn toàn phẳng mà
nó để lại nhưng nhấp nhô, chính là độ nhám bề mặt. Điều này làm giảm đặc tính chống

Trong đó:
Q: là điện tích của tụ
U: là điện áp giữa 2 điện cực.
C: là điện dung của tụ.
Như vậy, thể tích của vết l
õm:
V = K.U
2
.C
Trong đó:
K là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và điều kiện gia công.
Giả sử V tỉ lệ với lập phương của chiều sâu (R) thì:
R
Max
= K
1
.
3
V
= K
2
. U
2/3
.C
1/3
= m.C
1/3
.
T
ừ thực nghiệm ta có mối quan hệ giữa U,C, và R