Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV KHẢO SÁT ĐỘ NHÁM BỀ MẶT SẢN PHẨM, KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN VÀ KÍCH THƯỚC ĐIỆN CỰC SAU KHI XUNG TIA LỬA ĐIỆN BẰNG ĐIỆN CỰC NHÔM A STUDY ON SURFACE ROUGHNESS OF WORKPIECE AND DISCHARGED GAPAND ELECTRODE DIMENSION IN EDM MACHINING BY ALUMINUM ALLOY ELECTRODE PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh1a, TS Trần Văn Khiêm 2b, ThS Trần Quang Huy2c Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Nam Định a sinh.hoangvinh@hust.edu.vn; btranvankhiemspkt@gmail.com; c quanghuy511@gmail.com TÓM TẮT Điện cực dùng xung thông thường đồng đỏ graphit.Tuy nhiên, loại vật liệu thường đắt khó gia công Trong khuôn khổ báo này, tác giả nghiên cứu khảo sát gia công xung tia lửa điện (EDM) điện cực hợp kim nhôm 6061 để đánh giá khả thay hai loại vật liệu điện cực thông dụng Tiêu chí khảo sát độ nhám bề mặt chi tiết sau gia công EDM khe hở phóng điện với thông số đầu vào xem xét cường độ dòng điện I e Từ khóa: gia công tia lửa điện, điện cực nhôm hợp kim, khe hở phóng điện, độ nhám bề mặt ABSTRACT The material of electrode in EDM machining usually are copper and special graphite However, those materials are difficulty on machining and expensive In this paper, the authors study and experiments to find if aluminum alloy 6061 could be used as electrode in EDM machining Discharged gap and surface roughness of workpiece will be defined as a function of machining current I e Keywords: EDM die sinking, aluminum alloy electrode, discharged gap, surface roughness ĐẶT VẤN ĐỀ Đồng đỏ graphite hai loại vật liệu thường dùng làm điện cực gia công xung tia lửa điện (EDM) Tuy nhiên, hai loại vật liệu có giá thành cao khó gia công Với đồng đỏ, tính dẻo cao nên gia công dễ bị gãy dao suất gia công thấp (thường tốc độ cắt 150m/phút, tốc độ dịch dao 1.000mm/phút) Graphite lại loại vật liệu chế tạo với đặc tính đặc biệt để tránh bị vỡ rỗ sau gia công Thiết bị để gia công graphite có yêu cầu cao tốc độ quay trục lớn (thường 40.000 vòng/phút), yêu cầu đảm bảo môi trường bụi không gây hại tới sức khỏe công nhân, độ kín khít máy phải tốt để tránh hạt graphite rơi vào làm mòn chi tiết máy gia công Đã có nhiều nghiên cứu gia công tia lửa điện với loại điện cực đồng đỏ, graphite xác định hiệu suất điện cực đồng, crôm [3], nghiên cứu tính toán thời gian bù mòn điện cực trình phay xung tia lửa điện [6], ảnh hưởng cường độ dòng điện đến độ xác bề mặt chi tiết gia công [2] 502 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Nhôm hợp kim loại vật liệu dễ gia công, có suất gia công cao với tốc độ cắt 200m/phút, lượng dịch dao đạt 2.500mm/phút, giá thành rẻ 25-30% đồng đỏ 10-12% graphite Cũng có số nghiên cứu khả xung EDM điện cực hợp kim nhôm mòn điện cực xung với điện cực nhôm [4], cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết gia công kết hợp xung tia lửa điện với siêu âm [5] Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng cường độ dòng điện xung EDM đến độ xác hình học độ nhám chi tiết sau gia công điện cực hợp kim nhôm 6061 Bảng Thành phần hợp kim nhôm 6061 Hợp kim nhôm Al Mg Si Fe Mn Zn Cu Cr Ti Tạp chất khác 6061 99,8 0,8-1,2 0,40-0,80 0,30 0,10 0,25 0,50-0,30 0,50-0,30 0,15 0,05-0,15 THÍ NGHIỆM 2.1 Điều kiện thí nghiệm Để đánh giá độ xác hình học chi tiết, điện cực 6061 chế tạo hình trụ có đường kính ϕ 10,21-10,28mm Vật liệu chi tiết thép C45 có thành phần vật liệu sau: Bảng Thành phần thép C45 Mn Cr Ni Thép C Si C45 0,45 0,40-0,80 0,70 0,40 0,40 Tạp chất khác 0,05-0,15 Hình Hình dạng phôi thép C45 Phôi thép C45 ban đầu chế tạo hình với mục đích thoát phoi hạn chế tối đa ảnh hưởng phoi đến trình gia công Các điều kiện thí nghiệm: - Vật liệu điện cực: hợp kim nhôm 6061 - Hình dáng kích thước điện cực: trụ tròn - Vật liệu chi tiết: thép C45 - Cường độ dòng điện: Ie khoảng 2,5A đến 15A - Chất điện môi dầu Shell EDM Fluid - Độ sâu gia công: 5mm 503 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Thiết bị thí nghiệm (máy xung EDM EXPRESS Đài Loan) thiết bị đo (SURFTEST SJ-210 Nhật bản) 2Δ = ϕ p – ϕ đc Δ: khe hở phóng điện (mm) ϕ p : đường kính lỗ chi tiết sau xung (mm) ϕ đc : đường kính điện cực sau xung (mm) Hình Công thức tính toán khe hở phóng điện xung EDM 2.2 Kết thí nghiệm STT Bảng Khe hở phóng điện phụ thuộc cường độ dòng điện ϕp ϕ đc Ie 2Δ 2,5 10,45 10,21 0,24 10,56 10,24 0,32 7,5 10,53 10,24 0,29 10 10,54 10,28 0,26 12,5 10,56 10,27 0,29 15 10,58 10,26 0,32 Khoảng cách khe hở GAP 2Δ 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2.5 7.5 10 12.5 15 Cường độ dòng điện xung Hình Khoảng cách khe hở điện cực chi tiết xung Δ đc = φ đctrước xung – φ đc sau xung Δ đc : độ tăng kích thước điện cực (mm) φ đctrước xung : đường kính điện cực trước xung (mm) φ đc sau xung : đường kính điện cực sau xung (mm) 504 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bảng Kích thước điện cực vị trí trước sau xung φ đc sau xung Δ đc φ đc trước xung STT 10,195 10,21 0,015 10,188 10,24 0,052 10,187 10,24 0,053 10,192 10,28 0,088 10,195 10,27 0,075 10,190 10,26 0,070 Kích thước điện cực trước, sau xung φđc trước xung φđc sau xung 10.300 10.280 10.260 10.240 10.220 10.200 10.180 10.160 10.140 Hình Kích thước điện cực trước, sau xung Sự thay đổi kích thước điện cực 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 Hình Độ tăng kích thước điện cực Bảng Ảnh hưởng cường độ dòng điện xung Ie đến độ nhám bề mặt chi tiết 2,5 7,5 10 12,5 15 Ie (A) Ra (µm) 2,54 2,6 2,58 505 2,78 3,03 3,07 Độ nhám bề mặt chi tiết Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 3.5 2.5 1.5 0.5 0 2.5 7.5 10 12.5 15 Cường độ dòng điện xung Hình Ảnh hưởng cường độ dòng điện xung Ie đến độ nhám bề mặt chi tiết 2.3 Đánh giá nhận xét kết Từ đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thông số cường độ dòng điện I e đến khoảng cách khe hở GAP (Hình 3) độ tăng kích thước điện cực gia công xung tia lửa điện (Hình 4, Hình 5), nhận thấy: - Khoảng cách khe hở phóng điện có xu hướng tăng cường độ dòng điện Ie tăng Giải thích cho nhận xét sau: Khi cường độ dòng điện I e giảm lượng kích thước tia bắn phá nhỏ dẫn đến khoảng cách khe hở nhỏ - Kích thước điện cực tăng cường độ dòng điện Ie tăng Đây kết khác với dùng vật liệu đồng đỏ graphite Nguyên nhân nhôm dễ nóng chảy tạo thành miệng núi lửa to hơn, sần sùi có tia lửa điện Hình Sự tăng kích thước điện cực Từ đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thông số cường độ dòng điện I e đến độ nhám bề mặt chi tiết xung (Hình 6), ta thấy: - Độ nhám chi tiết xung tăng cường độ dòng điện Ie tăng Khi cường độ dòng điện Ie nhỏ công suất xung nhỏ, khả công phá bề mặt ion điện tử va đập vào mặt phôi bị giảm Đồng thời, Ie nhỏ nhiệt sinh kênh phóng điện bị giảm xuống làm cho khả ăn mòn bề mặt phôi giảm xuống 506 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Tuy nhiên, giảm độ nhám nhỏ nên đặc tính tốt để sử dụng nhôm hợp kim làm điện cực xung trình gia công sản xuất KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu nêu trên, rút số kết luận: Khi giảm dòng phóng điện I e , khe hở phóng điện giảm, độ nhám bề mặt chi tiết xung giảm Với số điều kiện tăng Ie lại làm tăng kích thước điện cực Hướng phát triển: Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng thành phần % nguyên tố có ảnh hưởng đến trình xung EDM điện cực hợp kim nhôm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Vĩnh Sinh, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Tối ưu hoá trình gia công kim loại máy xung tia lửa điện, 2003 [2] Allen, P and Chen, X Process simulation of micro electro-discharge machining on molybdenum, Journal of Processing Technology, 2007, Vol 186 (3), p 346–355 [3] H.C Tsai, B.H Yan; EDM performance of Cr/Cu-based composite electrodes, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2003, Vol 43 (3), p 245–252 [4] A A Khan, Electrode wear and material removal rate during EDM of aluminum and mild steel using copper and brass electrodes, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2008, Vol 39 (5), p 482-487 [5] Yan Cherng Lin, Surface modification of Al-Zn-Mg aluminum alloy using the combined process of EDM with USM J Mater Process Technol, Journal of Materials Processing Technology, 2001, Vol 115 (3), p 359-366 [6] P Bleys,J.-P Kruth, Real-time Tool Wear Compensation in Milling EDM, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 2002, Vol 51 (1), p 157-160 THÔNG TIN TÁC GIẢ PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh, Trường ĐHBK Hà Nội Email: sinh.hoangvinh@hust.edu.vn, 0962926611 TS Trần Văn Khiêm, Trường ĐHSPKT Nam Định Email: tranvankhiemspkt@gmail.com, 0913290074 ThS Trần Quang Huy, Trường ĐHSPKT Nam Định Email: quanghuy511@gmail.com, 0985367665 507