Lịch sử hình thành máy cắt dây, máy xung điện(máy EDM)

Sau đây tôi xin giới thiệu với các bạn về lịch sử Máy Cắt Dây cũng như Nguyên lý hoạt động của máy cắt dây

Máy cắt dây EDM ( hay còn gọi là máy wire cut) là một phương pháp gia công bằng tia lửa điện(Electrical Discharge Machine-EDM) được phát triển vào năm 1943 ở Liên Xô bởi hai vợ chồng người Nga tại trường Đại Học Moscow là giáo sư –tiến sĩ B. R. Butinzky và N. I. Lazarenko.

Nguyên tắc của phương pháp này là bắn phá chi tiết để tách vật liệu bằng nguồn năng lượng nhiệt rất lớn 12000°C được sinh ra khi cho hai điện cực gần nhau.

Trong 2 điện cực này, một đóng vai trò là dao(điện cực), một đóng vai trò là phôi trong quá trình gia công.

Trong thập niên 1960 đã có nhiều nghiên cứu sâu rộng về gia công EDM và đã giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến mô hình tính toán quá trình gia công.

Trong thập niên 1970 một cuộc cách mạng thật sự về gia công trên máy cắt dây đã xảy ra nhờ vào việc phát triển các máy phát xung công suất lớn, các loại dây cắt và các phương pháp sục chất điện môi hữu hiệu

Hiện nay, các máy EDM đã được thiết kế khá hoàn chỉnh và quá trình gia công được điều khiển theo chương trình số máy cắt dây cnc.

Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia công tia lửa điện

Trong quá trình gia công, dụng cụ và chi tiết là hai điện cực, trong đó dụng cụ đóng vai trò là dao(catot), chi tiết là anot của một nguồn điện một chiều có tần số 50 – 500kHz, điện áp 50 – 300V và cường độ dòng điện 0,1 – 500A. Hai điện cực này được đặt trong dung dịch cách điện được gọi là chất điện môi. Khi cho hai điện cực tiến lại gần nhau thì giữa chúng có điện trường. Khi điện áp tăng lên thì từ bề mặt cực âm có các điện tử phóng ra, tiếp tục tăng điện áp thì chất điện môi giữa hai điện cực bị ion hóa làm cho chúng trở nên dẫn điện, làm xuất hiện tia lửa điện giữa hai điện cực. Nhiệt độ ở vùng có tia lửa điện lên rất cao, có thể đạt đến 12.000°C, làm nóng chảy, đốt cháy và làm bay hơi phần kim loại trên chi tiết. Trong quá trình phóng điện, xuất hiện sự ion hóa cực mạnh và tạo nên áp lực va đập rất lớn, đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Toàn bộ quá trình trên xảy ra trong thời gian rất ngắn từ 10^-4 đến 10^-7s. Sau đó mạch trở lại trạng thái ban đầu và khi điện áp của tụ được nâng lên đến mức đủ để phóng điện thì quá trình trên lại diễn ra ở điểm có khoảng khoảng cách gần nhất
Phoi của quá trình gia công là các giọt kim loại bị tách ra khỏi các điện cực và đông đặc lại thành những hạt nhỏ hình cầu. Khi các hạt này bị đẩy ra khỏi vùng gia công, khe hở giữa hai điện cực lớn lên, sự phóng điện không còn nữa.

Để đảm bảo quá trình gia công liên tục, người ta điều khiển điện cực dụng cụ đi xuống sao cho khe hở giữa hai điện cực là không đổi và ứng với điện áp nạp vào tụ C.

Hình 1: Máy cắt dây Hình 2: Máy bắn điện

Hiện nay máy gia công tia lửa điện phân thành các loại sau:

Máy gia công xung định hình(máy bắn điện cực) (Die Sinking EDM hay RAM EDM)

Máy này dùng điện cực thỏi giống với bề mặt gia công để tạo ra biên dạng chi tiết giống biên dạng điện cực tại vị trí tiếp xúc

Máy cắt dây (Wire cut EDM)

Dùng điện cực dây là một dây mảnh(thông thường dây 0.1-0.3mm) để chạy theo một biên dạng cho trước

Khoan EDM ( Drill EDM)

Máy lấy mũi taro bị gãy(Broken Tape Remove)

Phạm vi ứng dụng

Hiện nay phương pháp gia công bằng tia lửa điện có các ứng dụng sau:

Gia công các lỗ nhỏ, vật liệu cứng(SKD, Vonfram, Kim Cương…), các chi tiết cần cung R nhỏ…, gia công siêu chính xác với độ chính xác máy lên tới 0.001mm

Chế tạo, phục hồi các khuôn dập đã tôi và các khuôn có độ cứng cao

Lấy các dụng cụ bị gãy và bị kẹt trong chi tiết như mũi khoan, mũi taro, bulong…

Ưu nhược điểm của phương pháp gia công bằng tia lửa điện:

Ưu điểm:

Gia công được các loại vật liệu độ cứng tùy ý
Gia công siêu chính xác với các máy cắt dây có độ chính xác lên tới 0.001mm.
Gia công được các lỗ nhỏ, tỉ lệ chiều dài so với đường kính lỗ lớn
Gia công các chi tiết có cung R nhỏ(Có loại máy cắt dây sử dụng dây 0.005mm)
Điện cực có thể sao chép các hình dạng bất kỳ nên tạo ra các chi tiết có biên dạng tương tự
Do không có lực cơ học trong quá trình gia công nên có thể gia công các chi tiết mềm, dễ vỡ… mà không sợ biến dạng.
Do có dầu trong vùng gia công nên bề mặt được tôi trong dầu