Điện - Điện tử - Chương 4: Gia công điện

66 trang vanle 3100

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Điện - Điện tử - Chương 4: Gia công điện", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

dien_dien_tu_chuong_4_gia_cong_dien.doc

Nội dung text: Điện - Điện tử - Chương 4: Gia công điện

Gia cơng điện 128
CHƯƠNG 4 GIA CƠNG ĐIỆN 4.1. GIA CƠNG ĐIỆN HĨA 4.1.1 Mơ tả chung về nguyên lý gia cơng. a. Nguyên lý gia cơng. Phương pháp gia cơng điện hố (Electric Chemical Machining - ECM) dựa trên cơ sở định luật điện phân của Faraday. Quá trình gia cơng điện hĩa là một quá trình hịa tan anod điện hĩa, trong đĩ một dịng điện một chiều cĩ cường độ cao và điện áp thấp chạy qua giữa chi tiết (được nối với cực dương) và dụng cụ điện cực (nối với cực âm của nguồn). Hai điện cực đều được đặt trong bể dung dịch điện phân. Tại bề mặt anod, kim loại được hịa tan vào các ion kim loại và chi tiết sẽ được sao chép hình dạng của dụng cụ điện cực. Chất điện phân luơn luơn chảy qua khe hở điện cực với vận tốc cao (thường lớn hơn 5m/s) Khi đĩng mạch điện và các điều kiện điện phân được chọn hợp lý, dịng điện đi qua bể cĩ tác dụng làm hịa tan kim loại ở anod với một lượng được xác định theo định luật Faraday. Trong khi gia cơng, thơng thường điện cực được cho tiến về phía chi tiết (anod) nhưng luơn đảm bảo tồn tại một khe hở nhỏ. Quá trình điện phân kéo theo sự hịa tan anod và thốt khí hydro ở catod. Lượng chất kết tủa hoặc hịa tan do điện phân tỷ lệ với lượng điện chạy qua. Lượng các vật chất kết tủa hoặc hịa tan bằng lượng điện tương đương, tỷ lệ với thành phần hĩa trị của chúng (với hợp kim cĩ nhiều nguyên tố khác nhau). Biểu thức của định luật 1: m = F / Kit (4.1) Trong đĩ: m: lượng kim loại hịa tan (g). I: cường độ dịng điện (ampe). t: thời gian (giờ). F: hằng số Faraday lượng điện cần thiết để hịa tan 1 đương lượng gam của kim loại, F = 96496 colomb. K: đương lượng điện hố tức khối lượng của chất (tính bằng mg) được giải phĩng khi cĩ một điện lượng 1 coulomb đi qua dung dịch điện phân. Định luật Faraday 2 Các đương lượng điện hố tỷ lệ với đương lượng gam của các chất được giải phĩng trong quá trình điện phân. Đương lượng gam bằng tỷ số giữa trọng lượng nguyên tử A và hĩa trị n. Vậy: K = (1 / F). (A/n) (4.2) Đơn vị: K = g/A. s; g/a. ph = mm3/A.s; mm/A.s. 129
Cơng thức của định luật hợp nhất: m = (1 / F). (A/n) . It = KIt (4.3) Trong thực tế, khi gia cơng kim loại khơng tinh khiết hoặc hợp kim của chúng gồm nhiều nguyên tố khác nhau (ví dụ thép hợp kim) thì đương lượng điện hố của chúng được xác định một cách tương đối theo các thành phần hợp kim như sau: 100 K (g/A.s) (4.4) thép P P P 1 2 n K1 K2 Kn Trong đĩ: P1, P2, Pn là thành phần hợp kim trong kim loại, tính theo phần trăm trọng lượng. K1, K2, Kn là đương lượng điện hố của mỗi thành phần hợp kim trong kim loại. Theo định luật Faraday phương pháp gia cơng điện hố được thực hiện như sau: Nếu dùng catod làm khuơn cĩ hình dáng gần giống với hình dáng của chi tiết cần gia cơng thì ở bề mặt gần nhất với catod sự hịa tan anod diễn ra mạnh nhất. Lý do là điện trở suất của dung dịch điện phân lớn hơn của kim loại. Như vậy dịng điện tập trung vào khoảng cách điện cực nhỏ nhất tức là ở đây cĩ dịng điện lớn nhất, bằng cách đĩ cực catod dần dần ăn vào anod. Bơm sẽ bơm chất điện phân (xuyên qua khe hở gia cơng) ở vận tốc cao (5– 50m/s) đẩy kim loại hịa tan, khí và hơi nĩng ra khỏi khe hở gia cơng. Gia cơng điện hĩa là một phương pháp gia cơng mới và cĩ một số ưu điểm mà các phương pháp gia cơng truyền thống khơng thể cĩ. Độ chính xác gia cơng và tốc độ hớt kim loại cao với mật độ dịng rất lớn từ 10 – 100 A/cm2 nhưng điện áp khá thấp (8 – 30V). Phải luơn đảm bảo một khe hở nhỏ trong suốt quá trình gia cơng (khoảng 0,1 mm), bằng cách cho điện cực dụng cụ tiến về phía bề mặt anod với vận tốc khoảng 0,1 – 20 mm/ph. Giá trị dịng điện sử dụng trong gia cơng điện hĩa phụ thuộc vào các thơng số và kích thước của bề mặt chi tiết cần gia cơng. Trên hình 4.1 là sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia cơng điện hĩa. Chạy dao đều P vào vàovào Bảo vệ ngắn mạch vào Trao đổi nhiệt Bàn máy Cách điện P ra Lọc vàovào vào Bơm Van Nguồn 1 chiều từ 2-30V chặn Chất điện Chi tiết130 phân Cặn
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia cơng điện hĩa. Hình 4.2. Mơ tả quá trình cắt trong gia cơng điện hĩa. Các oxit trên mặt anod cĩ tác dụng hạn chế quá trình gia cơng, hiện tượng này xảy ra đối với hầu hết kim loại dùng trong cơng nghiệp, nĩ phụ thuộc vào mật độ dịng điện, nhiệt độ và thành phần chất điện phân. Quá trình hạn chế này cĩ thể dùng tốc độ dịng chảy lớn của dung dịch điện phân để ngăn cản. Tốc độ đẩy tới của điện cực phải thích hợp với lượng vật liệu lấy đi. Vật liệu được lấy đi trong quá trình gia cơng được xác định theo định luật Faraday: 60AI V (cm3/phút) (4.5) D 96500. n Trong đĩ: VD: năng suất lấy nguyên liệu. A: khối lượng nguyên tử. n : hĩa trị của anod. I: cường độ dịng điện. : tỷ trọng (g/cm3). Lưu ý: đối thép hợp kim thì chỉ tính gần đúng. Những đặc trưng gia cơng của quá trình gia cơng điện hĩa: - Tốc độ gia cơng khơng phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu gia cơng mà chỉ phụ thuộc vào bản chất vật liệu gia cơng. - Độ chính xác gia cơng phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của - Độ nhám bề mặt tốt (với kim loại thơng thường), Ra = 0,1 – 2,5mm. - Mức tiêu thụ điện áp tương đối cao (khoảng 200 – 600 J/mm3) và phụ thuộc vào tính điện hĩa của vật liệu gia cơng. b. Quá trình ECM lý tưởng. Mơ hình gia cơng điện hĩa đơn giản nhất, thường gọi là quá trình ECM lý tưởng, cĩ các đặc điểm sau: - Định luật Ohm được áp dụng trong tồn bộ khe hở trên bề mặt của điện cực. - Tính dẫn điện của mơi trường trong khe hở điện cực là hằng số cả về thời gian lẫn khơng gian. 131
- Tại mỗi điện cực, điện thế luơn cố định trên tồn bộ chu vi bề mặt và trong suốt thời gian gia cơng. - Mật độ dịng điện cho việc hịa tan anod luơn bằng nhau tại mọi điểm trên bề mặt chi tiết gia cơng. c. Quá trình ECM khơng lý tưởng. Tuy nhiên, trong thực tế quá trình gia cơng điện hĩa khơng bao giờ lý tưởng. Do tốc độ hớt kim loại phân tán trên bề mặt chi tiết cĩ hình dạng khác nhau thì khác nhau (dịng điện của phương pháp gia điện hĩa trong thực tế thì tỉ lệ nghịch với kích thước lỗ trống) và những bề mặt cĩ hình dạng khác nhau này là do việc thiết mẫu đúc. Hydro thốt ra từ điện cực dụng cụ tạo thành một lớp cĩ hai pha (gồm bọt khí hydro và chất điện phân), khi đạt tới một điều kiện nhất định lớp này cĩ thể lấp đầy tồn bộ lỗ trống gia cơng. Khi gia cơng điện hĩa những chi tiết lớn, kéo theo sự mở rộng của khe hở điện cực, do vậy, bọt khí phát sinh tại dụng cụ điện cĩ thể lan ra khỏi bề mặt gia cơng và chúng hịa trộn với dung dịch điện phân. Nếu quá trình này kéo dài, cĩ thể làm giảm bền dung dịch điện phân trong khe hở gia cơng, phát sinh va đập và cuối cùng quá trình gia cơng sẽ bị ngừng lại. Dịng điện đi qua dung dịch điện phân làm phát sinh nhiệt lượng. Mơi trường gần catod sẽ mất dần tính dẫn điện do nhiệt tăng lên. 4.1.2. Dụng cụ và dung dịch điện phân. a. Điện cực dụng cụ (anod). Vật liệu chế tạo dung cụ - Điện cực chế tạo dụng cụ phải cĩ tính dẫn điện cao, độ bền chống rỉ tốt. Ví dụ: đồng thau, thép khơng rỉ, thép chịu nhiệt, hợp kim titan, grafit - Thép khơng rỉ dùng làm dụng cụ để gia cơng cách tuốc bin thủy điện, máy nén khí, các khuơn dậy. - Hợp kim dùng làm các ống vỏ mỏng dể làm dụng cụ mở lỗ sâu. - Grafit dùng để làm dụng cụ dạng đĩa quay trịn trong sản suất đơn chiết hay loạt nhỏ. Phương pháp tạo hình các điện cực dụng cụ. Để tạo biên dạng các dụng cụ ta dùng các phương pháp sau đây: - Gia cơng cắt gọt. - Đúc chính xác. - Dập. - Mạ chất dẻo, phun kim loại Đối với dụng cụ định hình biên dạng của chúng cĩ khác với biên dạng của chi tiết gia cơng, do đĩ để tăng độ chính xác của dụng cụ phải thiết kế biên dạng theo phương pháp đồ thị và phương pháp giải tích (thiết kế dao tiện định hình). 132
Việc chọn các thơng số hình học và sự phân bố các khe, các lổ trên bề mặt làm việc của dụng cụ cần phải xác định bằng kinh nghiệm sao cho dịng chảy của dung dịch điện phân vào vùng gia cơng thuận lợi, khơng bị rẽ dịng. Một số điện cực thường dùng: Hình 4.3. Một số điện cực thường dùng. Phủ chất cách điện tại những bề mặt khơng làm việc của dụng cụ. Mục đích của việc làm này là nhằm bảo đảm cho quá trình hịa tan anod tại các điểm cần thiết được tốt, bảo đảm cơ tính cao, cách điện tốt, chịu nhiệt và chịu ẩm vì chiều dày lớp phủ rất mỏng (0,02 - 5mm). Độ nhấp nhơ bề mặt làm việc của dụng cụ cĩ Ra 1,6m. Trên bảng 4.1 là một số thơng số của các vật liệu dùng làm điện cực. Bảng 4.1. Một số thơng số của vật liệu dùng làm điện cực. Vật liệu dụng Chất cách điện Chiều dày lớp Ứng dụng cụ phủ (mm) Đồng thau Men silicat 0,15  0,2 Gia cơng các lỗ mặt định Thép khơng rỉ hình Polypropylen 0,3  0,35 Tẩy bavia, gia cơng các Keo epơxy 0,1  0,3 mặt định hình, các lỗ cĩ Notacryl 0,2  0,5 đường kính lớn Nhựa polyurêtan 0,1  0,2 Tẩy bavia, gia cơng các bề Caprolon 0,1  0,2 mặt cĩ kích thước lớn Cao su tectolit 0,5  5 Ebonit 0,5  5 Thép khơng rỉ, Men sứ 0,03  0,08 Mở rộng các lỗ, rãnh hẹp, hợp kim titan, lỗ định hình và lỗ sâu hợp kim chịu Keo epơxy 0,1  0,4 Mở rộng lỗ sâu nhiệt Nhũ tương 0,02  0,05 Mở rộng lỗ đường kính Teflon 0,08  0,2 nhỏ Polyclovinyl 0,08  0,2 b. Dung dịch điện phân. 133
Tác dụng của dung dịch điện phân. Vai trị quan trọng của dung dịch điện phân là tạo sự di chuyển các ion giữa anod và catod. Ngồi ra các ion của dung dịch điện phân cịn tham gia tích cực vào các phản ứng điện cực. Dung dịch điện phân sử dụng để hịa tan kim loại của chi tiết (anod) do đĩ thành phần của nĩ phải chọn đúng để tránh khả năng tạo các chất khơng hịa tan, gây ra sự trơ hĩa bề mặt của chi tiết. Vì vậy sự tồn tại của các ion hoặc nhĩm ion trong dung dịch điện phân phụ thuộc vào các tính chất của nĩ. Phản ứng điện cực xảy ra ở catod vì vậy cần phải nghiên cứu sự phĩng các ion đã nạp điện, chúng khơng được kiềm chế quá trình hịa tan anod. Trên catod khơng cĩ sự kết tủa các ion kim loại cĩ trong dung dịch điện phân vì nĩ làm thay đổi hình dáng của catod và gây ra sai số hình dáng chi tiết. Do đĩ các cation của dung dịch điện phân khơng được là kim loại vì chúng tạo điều kiện cho sự kết tủa trên dụng cụ (cĩ vật liệu là thép hoặc đồng ). Thơng thường các cation là hydro, kiềm như natri, kali, Tính chất của dung dịch điện phân. - Khi gia cơng điện hĩa mật độ dịng điện phải ổn định để tránh sự thất thốt về năng lượng. Các dung dịch điện phân phải cĩ tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao đồng thời nhiệt độ sơi của chúng phải cao để tránh bị sơi khi gia cơng. - Tính dẫn điện, dẫn nhiệt của dung dịch điện phân đều rất thấp so với kim loại do điện trở của dung dịch điện phân cao, vì vậy mật độ dịng phải cao. - Dung dịch điện phân sẽ bị đốt nĩng dẫn đến sự phân cực các điện cực nên càng đốt nĩng thêm dung dịch điện phân. - Độ nhớt của dung dịch điện phân thấp sẽ làm cho sự di chuyển của các ion cao hơn do đĩ nâng cao tính dẫn điện của dung dịch điện phân. Bảng 4.2. Các tính chất của dung dịch điện phân thường dùng. Dung Độ Tỷ Độ dẫn Nhiệt Tính dẫn Độ Độ Độ hịa dịch điện đậm trọng điện dung nhiệt nhớt nhớt tan phân đặc (g/cm3) (104.- (cal/grad (Kcal/m. động động hydro theo 1.cm-1) ) g.grad) học học theo thể trọng (cts) (.s/m2) tích (g) lượng Clorua - 5 1,034 372 0,945 1,05 0,085 1,5 natri 10 5 1211 0,901 0,507 1,11 0,190 1,2 NaCl 15 1,070 1642 0,865 1,17 0,30 1,1 20 7 1957 0,497 1,34 0,535 0,9 1,108 7 1,147 Natri 10 0,067 782 0,195 0,508 1,02 1,09 1,4 cacbonat 20 4 1303 0,885 0,499 1,10 1,26 1,2 NaCo3 0,142 6 NaSO4 15 0,140 886 0,940 0,516 1,54 1,76 1,0 6 134
HCl 2 1,01 1720 0,965 0,500 1,7 5 1,025 3948 0,920 0,470 1,05 1,08 1,6 H2SO4 2 1,015 1089 0,985 0,505 5 1,035 2085 0,951 0,490 0,98 1,01 NaOH 5 1,055 1935 0,937 0,527 1,27 1,34 1,2 10 1,110 3093 0,907 0,539. 1,68 1,86 0,9 Một số dung dịch điện phân thường dùng cho thép và hợp kim cứng. Do thành phần của thép và hợp kim cứng cĩ nhiều yếu tố khác nhau do đĩ khơng thể cĩ dung dịch điện phân chung cho tất cả các loại vật liệu, vì vậy đối với mỗi loại vật liệu ta cần phải tính tốn và chọn lựa loại dung dịch điện phân thích hợp. Trong thực tế đối với mỗi nhĩm vật liệu (ví dụ: thép trên cơ sở Fe, Ni ) ta cĩ thể dùng một loại dung dịch điện phân. Thép trên cơ sở Fe: trong quá trình gia cơng thép trên cơ sở Fe bằng phương pháp điện hĩa ở anod thốt ra rất nhiều ơxy, do vậy khi cĩ điện thế thấp sẽ thấy xuất hiện các oxit và quá trình hịa tan anod bị chậm lại. Để tránh sự trơ hĩa các anod, hiệu quả nhất người ta dùng các clorua làm dung 2+ 3+ dịch điện phân. Ví dụ: clorua natri để tạo FeCl2 (đối với Fe ) và FeCl3 (đối vớ Fe ). Vì vậy clorua natri là thành phần cơ bản dùng để gia cơng thép nhĩm Fe và Ni, ngồi ra cĩ thể dùng clorua kali nĩ làm tăng tính dẫn điện của dung dịch điện phân nhưng rất đắt. Qua thí nghiệm với thép cĩ 0,2% C cho thấy rằng nếu ta thêm 310% NaClvà 6% H2SO4 vào dung dịch điện phân thì tốc độ hớt kim loại sẽ tăng (FeSO 4 và Fe2SO4 tăng nhanh nhất là đối với Fe 2+ nhưng độ bĩng thấp 4m). Nếu dùng HCl 12% trong dung dịch điện phân, tốc độ hịa tan anod tương đương với H2SO4 nhưng độ nhấp nhơ 2m. Hợp kim trên cơ sở Ni. Đối với loại hợp kim Cr-Ni cĩ thể dùng dung dịch 6% H 2SO4 và 310% NaCl, độ nhấp nhơ đạt 3,5m trong khi đĩ đối với thép C là 4m. Kết quả tương tự khi dùng HCl. Nếu dùng dung dịch điện Nitrit kali 15% NaCl 610%, clorua amơn (NH 4Cl) 310% độ nhấp nhơ cĩ thể đạt thấp nhất 2m. Nếu dùng 4% NaCl + 6% NaSO4 độ nhấp nhơ sẽ cao. Nếu dùng Nitrat natri (NaNO3) pha với NaCl đúng tỉ lệ thích hợp thì bề mặt gia cơng sẽ bằng phẳng, tại các mép khơng bị lồi lõm. Hợp kim Titan. Các chi tiết khi gia cơng điện hĩa trên bề mặt hình thành một lớp màng oxit mỏng, nĩ cản trở việc hịa tan anod. Để phá hủy lớp rỉ này cĩ thể dùng dung dịch điện phân clorua ở điện áp U = 12V hoặc bằng dung dịch brơmua và iốt với điện thế thấp. Để gia cơng titan cần cĩ điện áp tương đối cao U = 40V nhưng với điện thế này sẽ xảy ra sự phĩng tia lửa điện do đĩ bề mặt nhấp nhơ cao. Dung dịch điện phân cĩ NaCl và HCl, điện áp thấp, độ nhám tốt hơn nhưng xuất hiện điểm rỉ. 135
Hợp kim Vonfram (dùng để chế tạo khuơn dập và dụng cụ cắt): Dung dịch điện phân kiềm mạnh sẽ hịa tan WC, thường là sút NaOH hoặc cacbonat natri NaCO3, coban sẽ bị hịa tan trong dung dịch điện phân gốc amin như trietanolamin hoặc ete của axit tactrit COOH-CHOH-COOH tạo thành CoCl 2 (CoCl2, H2O) clorua coban để đạt độ nhấp nhơ Ra = 0,25m. Nên dùng dung dịch điện phân: 197 g/l trietanolamin. 50 g/l NaOH. 100 g/l NaCl. Tạo ra WCl2, WCl3 (clorua vonfram). Molypđen: Ở dạng cation, molypđen khơng tạo thành mối bền vững nhưnh oxit molypđen hịa tan trong kiềm tạo thành các molypđat. Để gia cơng molypđen thường dùng dung dịch điện phân như: 150g/l NaOH. Thời gian sử dụng dung dịch điện phân Trong quá trình gia cơng điện hĩa dung dịch điện phân dần dần sẽ bị thay đổi thành phần, khí H 2 bốc hơi làm cho tính dẫn điện kém đi, độ pH tăng tức tính kiềm tăng. Mặt khác do sự hình thành kết tủa làm tăng độ nhớt và giảm sự hịa tan anod, tất cả các thay đổi này sẽ rút ngắn thời gian sử dụng dung dịch điện phân. Vì vậy nên sử dụng phân theo định kỳ và cĩ các biện pháp xử lý dung dịch điện để tiếp tục sử dụng. Các phương pháp xử lý khơi phục dung dịch điện phân. - Làm sạch bằng cách lọc các chất kết tủa, các chất khơng hịa tan vì chúng cản trở quá trình gia cơng. - Dùng phương pháp ly tâm để loại các chất khơng hịa tan. 136
Hình 4.4. ườ đượ ử ụ 4.1.3. Các thơng số Cácvà khả máy gianăng cơng cơng ECM nghệ. th ng c s d ng. trên thế giới. a. Năng suất gia cơng. Năng suất gia cơng được tính bằng lượng nguyên liệu được lấy đi trong một 3 đơn vị thời gian (V D, cm /phút), tỉ lệ thuận với cường độ dịng điện, như đã xác định bằng định luật Faraday. Tốc độ tiến e của điện cực cũng được coi là năng suất (cm/phút). e = K.I/F = K.s (cm/phút). (4.6) Trong đĩ: F: diện tích bề mặt của catod (cm2). S: mật độ dịng điện (A/cm2). Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất bao gồm: Tốc độ tiến của dụng cụ Dựa trên định luật Faraday cĩ thể viết: A.60 K (cm3/phút.A) (4.7) n. .96500 Với: thép K= 2 - 2,2 mm2/phút.A Hình 4.5 cho thấy quan hệ giữa tốc độ tiến dụng cụ và mật độ dịng điện. e (cm/ph) 2,0 1,5 1,0 0,5 s (A/cm3) 0 100 200 300 400 500 Hình 4.5. Quan hệ giữa tốc độ tiến của dụng cụ và mật độ dịng điện. Đồ thị trên hình 4.5 cĩ thể áp dụng trong gia cơng thép và thép hợp kim. Điện áp Định luật Ohm cũng áp dụng với dung dịch điện phân. X .F U I U ( A)  R 137
Trong đĩ: X: điện dẫn xuất, tức là khả năng dẫn điện của(4.8) một khối dung dịch mỗi cạnh bằng 1cm (1/.cm). F: bề mặt làm việc của điện cực (cm2). : khoảng cách điện cực (cm). Thế vào (4.6) cĩ: E = K.X/.U (cm/ph) (4.9) Vậy năng suất tỉ lệ thuận với điện áp, nếu khoảng cách điện cực khơng đổi. Khi gia cơng lỗ rỗng cĩ tiết diện khác nhau, điện áp và khoảng cách điện cực đã được điều chỉnh trước, nếu mật độ dịng điện khơng đổi thì cường độ dịng điện tất nhiên phải thay đổi. Khả năng dẫn điện của dung dịch điện phân. Dịng điện đi qua dung dịch điện phân sẽ sinh nhiệt và làm tăng nhiệt độ của chất điện phân, do đĩ khả năng dẫn điện tăng, năng suất cũng tăng theo (hình 4.6). X (1/.cm) Nồng độ 0,7 25% 0,6 20% 0,5 0,4 15% 0,3 10% 0,2 5% 0,1 t (oC) 0 20 40 60 80 100 Hình 4.6. Quan hệ giữa khả năng dẫn điện của dung dịch (X) và nhiệt độ (t). Khả năng dẫn điện của dung dịch điện phân (X) biến đổi theo nhiệt độ với nồng độ muối NaCl khác nhau. Cần phải hạn chế sự phát nhiệt này bằng cách làm mát dung dịch điện phân và cho dung dịch lưu thơng nhanh hơn. Cáng tăng tốc độ dịng chảy thì càng tăng mật độ dịng điện, nhưng hydro được tách ra từ dung dịch, đẩ dung dịch ra khỏi khe hở điện cực, do đĩ mật độ dịng điện chỉ cĩ thể tăng lên đến một giá trị nào đĩ phụ thuộc vào điện áp (hình 4.7). 138
s (A/cm3) 100 11,16 V 80 9,94 V 60 9,6 V 40 20 q (l/ph) 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 Hình 4.7. Quan hệ giữa mật độ dịng điện (s) và lưu điện (q) của dung dịch (l/ph). Các yếu tố khác. Ap suất trong dung dịch điện phân phụ thuộc vào bề mặt làm việc của điện cực, khe hở điện cực và hệ thống lưu thơng dung dịch. Chất lượng của dung dịch điện phân cũng đĩng vai trị quan trọng. Người ta dùng dung dịch muối cĩ tính acid, kiềm hoặc trung tính. Dùng dung dịch trung tính thì cĩ lợi hơn vì khơng cần phải bảo vệ thiết bị chống ăn mịn. Gia cơng lỗ nhỏ thì dùng dung dịch cĩ tính acid, khoan lỗ lớn thì dùng dung dịch muối (NaCl). Phoi được lấy ra cũng gây nhiễu cho quá trình gia cơng. Do đĩ cần dùng bể chứa và thường xuyên làm sạch(lượng sắt tối đa trong dung dịch điện phân là 1%). Cĩ thể lọc hoặc dùng ly tâm để gạn ra. Ở phân xưởng lớn thì cứ 8 giờ thì phải thay dung dịch điện phân. Nguyên liệu của điện cực khơng đĩng vai trị quan trọng. Điều quan trọng là phải dẫn điện tốt và chống ăn mịn trong dung dịch acid. Thơng thường dùng vật liệu bằng đồng hoặc vật liệu khơng rỉ. b. Độ chính xác gia cơng. Trong quá trình gia cơng, giữa chi tiết gia cơng và mặt đầu của điện cực tồn tại khe hở (h). Trong trường hợp khoan lỗ cụt, thì khe hở mặt đầu ảnh hưởng đến độ chính xác và độ sâu của lỗ. Với tốc độ tiến khơng đổi của điện cực thì khe hở là hàm số của điện áp: h = k.x/e.U (4.10) Trong thực tế quan hệ của chúng được thể hiện theo hình 4.8. 139
h (mm) e =0,32 mm/ph 0,4 0,3 e =0,5 mm/ph 0,2 e =1 mm/ph 0,1 e =2 mm/ph 0 U (V) 5 10 15 20 Hình 4.8. Quan hệ giữa điện áp và khe hở mặt đầu ( h) của điện cực với tốc độ tiến của điện cực (e) khác nhau (vật liệu gia cơng là thép C45, K = 2,2 mm3/A.ph). Cĩ thể thấy rằng đồ thị khơng phải là đường thẳng do ảnh hưởng của những yếu tố khác (như dịng chảy). Cĩ thể rút ra kết luận rằng, bằng cách nâng tốc độ tiến điện cực thì cĩ thể giảm sai số của khe hở, tức là giảm sai số gia cơng, thậm chí cĩ thể nâng điện áp để làm khe hở trở nên khơng đổi. Dịng điện khơng những chỉ đi qua khe hở mặt đầu, mà cịn ở khe hở giữa thành trong của lỗ và mặt bao qanh điện cực. Ở khe hở này thì tác dụng điện hĩa xảy ra chậm hơn. Tốc độ hịa tan tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa các bề mặt của điện cực. Do đĩ trường hợp gia cơng lỗ bằng điện cực hình trụ thì đường sinh của lổ cĩ dạng parabol (4.9). e e: tốc độ tiến dụng cụ.  : khe hở điện cực. h h: khe hở mặt đầu h Hình 4.9. Hình dạng của lỗ gia cơng bằng điện hĩa. Kích thước của khe hở trên sẽ là hàm số của độ sâu lỗ như trình bày trên hình 4.10. 140
 (mm) 4 e=0,6 m/ph 3 e=1 : cách điện e=2 2 :khơng cách điện e=3 1 0 h (mm) 2 4 6 8 10 12 14 Hình 4.10. Quan hệ giữa khe hở điện cực và độ sâu lỗ (h) với các tốc độ tiến dụng cụ (e) khác nhau. Nguyên liệu gia cơng: thép C45, K= 2,2mm3/A.phút, dung dịch NaCl, 3 X28 = 80.10 cm, U = 17 V. Từ đồ thị trên, nhận thấy rằng nếu tăng tốc độ tiến điện cực thì cĩ thể giảm sai số hình dáng. Sai số hình dáng cĩ thể hạn chế bằng cách tạo hình điện cực một cách phù hợp. Nếu bọc cách điện ở chung quanh cho đến cạnh của mặt đầu, thì cĩ thể ngăn chặn sự hịa tan ở mặt bên, lỗ sẽ cĩ đường sinh song song. Hình dạng phổ biến như trên hình 4.9, trong đĩ đường kính ngồi của ống nhựa cách điện phải nhỏ để khơng cản trở sự lưu thơng của dung dịch. Bán kính vê trịn chu vi ngồi của mặt đầu là 0,13 – 0,18 mm. c (-) b e a: chi tiết. a (+) d b: dung dịch điện phân. c: điện cực. d: lớp cách điện. e: hướng tiến điện cực. 5R 1,7R Hình 4.11. Hình dạng lỗ được gia cơng điện hĩa bằng điện cực bọc cách điện mặt bao quanh. Mặt đáy của lỗ khơng bao giờ bằng phẳng mà cĩ ụ nổi lên, nếu muốn làm nhẵn cần cĩ một bước gia cơng riêng. Trong trường hợp gia cơng lỗ cĩ tiết diện thay đổi, thì khơng dùng điện cực cĩ bọc cách điện. Ở đây khoảng cách điện cực phụ thuộc rất nhiều vào các thơng số hình học và các thơng số khác, do đĩ trong thực tế khơng thể chuẩn bị trước một điện cực được tạo hình theo đúng kích thước và hình dáng của lỗ cần được gia cơng, mà phải tạo hình điện cực bằng thực nghiệm. Phương pháp này khá tốn kém, nên chỉ trong sản 141
xuất hàng loạt thì mới cĩ hiệu quả kinh tế. Điện cực khơng mịn, cĩ thể dùng để gia cơng nhiều lần, độ chính xác của lỗ cĩ thể bảo đảm đạt được 0,02 mm. Muốn đảm bảo độ chính xác kích thước cao, thơng thường phải lọc sạch dung dịch điện phân trong quá trình gia cơng. c. Chất lượng bề mặt. Độ nhám bề mặt khi gia cơng bằng điện hĩa được hình thành rất tốt, đặc biệt là thép austenit. Với thép cacbon thì bề mặt thơ hơn (R max = 5 10 m). Bề mặt sau khi gia cơng cĩ thể đánh bĩng đạt R max <1m với thép khơng rỉ, chịu nhiệt và chịu mài mịn. Vật liệu sau khi gia cơng vẫn giữ được tính chất của nĩ, khơng cĩ sự thay đổi trong cấu trúc, khơng cĩ ứng suất dư và biến cứng bề mặt. Khi nâng cao năng suất thì độ nhám và độ chính xác cũng tăng theo. Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: - Độ hạt của các tinh thể kim loại. - Mật độ dịng điện. - Khe hở mặt đầu. - Thành phần dung dịch điện phân. 4.1.4. Đặc điểm, kỹ thuật an tồn và phạm vi ứng dụng trong gia cơng điện hĩa. a. Ưu, nhược điểm. Ưu điểm. - Do khơng phải là một quá trình gia cơng cơ nên phương pháp gia cơng điện hĩa cĩ một số ưu điểm như: + Cĩ thể gia cơng trên bất cứ loại máy nào. + Tốc độ hớt kim loại khơng phụ thuộc vào độ cứng, độ bền và các thuộc tính khác của vật liệu cần gia cơng. + Vật liệu làm dụng cụ điện cực khơng cần cĩ độ cứng cao hơn vật liệu của chi tiết gia cơng. - Do khơng cĩ sự tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết nên gia cơng điện hĩa cĩ thể gia cơng các vật liệu mỏng, dễ biến dạng, giịn mà khơng gây rạn nứt lớp bề mặt. - Do hình dạng chi tiết được quyết định bởi hình dạng của điện cực dụng cụ nên cĩ thể gia cơng chi tiết cĩ hình dạng phức tạp một cách dễ dàng. Nhược điểm. - Đắt tiền và chiếm nhiều diện tích nhà xưởng cho việc gia cơng. - Dung dịch điện phân sẽ ăn mịn các thiết bị khác. - Ơ nhiễm mơi trường là một vấn đề rất quan trọng trong gia cơng điện hĩa do phát sinh chất thải. - Dễ phát nổ do sự tích tụ khí hydro. - Cơng nhân phải được bảo hộ một cách khắt khe để tránh bị nhiễm độc. - Cần cĩ khu nhà xưởng riêng biệt dành cho gia cơng điện hĩa. b. An tồn trong gia cơng điện hĩa. 142
Cả trong lý thuyết và thực nghiệm đều cho thấy rằng gia cơng kim loại bằng phương pháp điện hĩa là sự kết hợp của các nhân tố nguy hiểm sau đây: - Hiệu ứng của khí độc và khí arosol, sản phẩm của quá trình gia cơng điện hĩa. - Tác động hĩa học bởi dung dịch điện phân. - Nguy hiểm về điện (điện giật). - Dễ phát cháy trong trường hợp ngắn mạch giữa hai dây âm, dương. - Những nhân tố cơ khí. - Mối nguy hiểm về nổ khí. - Hiệu ứng trường điện từ. Khí độc và khí arosol phát sinh trong quá trình điện hĩa, khi hít vào, cĩ thể là nguyên nhân gây tổn hại mãnh liệt đến các cơ quan nội tạng. Ngồi ra chúng cịn làm nhiễm độc và gây ra sự cáu gắt cho cơng nhân. Để tránh những điều này, cần tuân thủ theo các biện pháp sau: - Phải trang bị cho cơng nhân các thiết bị bảo hộ để khơng gặp những trường hợp cĩ hại đến sức khỏe. Đặc biệt, máy gia cơng điện hĩa phải được đặt trong phịng riêng và cơ lập, cĩ thiết bị phân tích khí hydro được đặt ở nơi thuận lợi nhất để kịp thời báo hiệu khi sự tập trung hydro lên quá cao, dẫn đến việc nổ khí. - Thường xuyên kiểm tra thiết bị phân tích khí, hệ thống thơng hơi, hệ thống dẫn khí và các khĩa liên hợp. - Khí độc phải được rút ra ngay từ nơi phát sinh. Khoảng 98% khơng khí sẽ luân chuyển nhờ hệ thống thơng hơi, được hỗ trợ thêm từ các quạt giĩ. - Lắp đặt thiết bị bảo vệ quá tải. Thiết bị này sẽ tự động ngắt dịng điện gia cơng trong trường hợp xảy ra sự quá tải. - Trang bị cho cơng nhân thiết bị bảo hộ để chống lại hiệu ứng trường điện từ. - Chuẩn bị dung dịch điện phân trong một phịng riêng cĩ lắp đặt hệ thống thơng hơi. Ngồi ra, gia cơng điện hĩa cịn phát sinh ra một lượng lớn chất thải. Qua quá trình nghiên cứu người ta nhận biết được chất thải là sự pha trộn của oxit và hydroxit của vật liệu gia cơng được tích tụ trong khi hịa tan kim loại c. Phạm vi ứng dụng. Với các đặc điểm như vậy, gia cơng điện hĩa được ứng dụng trong việc gia cơng các vật liệu cứng, khĩ cắt gọt. Ưng dụng rộng rãi của phương pháp này là khoan lỗ sâu (thơng hoặc khơng thơng) và khoan lỗ nhỏ (d = 0,05 – 0,3 mm) đạt R a = 0,03 m. Ngồi ra phương pháp này cịn được ứng dụng để gia cơng rãnh then, then hoa, các chi tiết định hình khơng gian phức tạp với độ chính xác cao. Trên hình 4.10 là một số chi tiết gia cơng bằng phương pháp điện hĩa. 143 Trước Sau
Hình 4.4 Hình 4.12. Một số chi tiết trước và sau khi gia cơng điện hĩa. Phổ biến nhất là dùng phương pháp này để gia cơng tạo hình kgơng gian phức tạp bằng thép chịu nhiệt, chịu mài mịn và thép khơng rỉ. Ví dụ đặc trưng là gia cơng cánh tuabin. d c a: cánh tuabin. b: điện cực gia cơng. b (-) b (-) c: vỏ nhựa. d: ống dẫn dung dịch điện phân. v a (+) v Hình 4.13. Gia cơng cánhe tuabin trên máy chuyên dùng điện hĩa. Cánh tuabin rèn bằng thép chịu nhiệt, kích thước 292 x 100 mm. Hai điện cực gia cơng với tốc độ tiến e = 0,18 mm/phút, cùng tiến đồng thời, và việc gia cơng chỉ mất từ 5  10 phút. Trên máy mài thì thao tác này phải mất gần 1 giờ. Một trường hợp đặc biệt là: điện cực gia cơng là một ống được uốn theo qui định và tiến theo một hướng nhất định, dùng để tạo hình mà khơng cần làm mịn hết cả khoảng thể tích vật liệu cần lấy đi (hình 4.12). Điện cực là một ống cĩ xẽ rãnh (hình 4.14). e m e: điện cực bằng ống cĩ xẻ rãnh. m: chi tiết. Hình 4.14. Lấy phoi bằng cách xoi thủng. 144
Phương pháp này cĩ thể gia cơng một cách chính xác những vật quay đối xứng (chi tiết quay hoặc điện cực quay), phương pháp này gọi là tiện mài bĩng, rất thích hợp để gia cơng van hình cầu, các rãnh vành khăn, v.v e a (+) c (-) Hình 4.15. Điện cực ống để xoi thủng. e. tốc độ tiến điện cực. a. vật gia cơng. c. điện cực ống cĩ xẽ rãnh. 145
Một số sản phẩm được gia cơng điện hĩa: 4.2. GIA CƠNG ĐIỆN CƠ HĨA. 4.2.1. Đánh bĩngHình điện 4.16. hĩa.Một số sản phẩm của gia cơng điện hĩa. a. Nguyên lý gia cơng. Đánh bĩng điện hĩa là phương pháp bổ sung cho gia cơng điện hĩa. Nguyên lý hoạt động của phương pháp này giống như gia cơng điện hĩa nhưng điện cực khơng chuyển động trong quá trình gia cơng. Mật độ của dịng điện thấp hơn và tốc độ di chuyển của chất điện phân thấp hơn nhiều, tốc độ bĩc vật liệu cũng giảm, chất lượng bề mặt cũng tốt hơn. 146
b c a Hình 4.17. Sơ đồ nguyên lý gia cơng bằng đánh bĩng điện hĩa. a. Vật gia cơng (anod). b. Catod. c. Dung dịch điện phân. Trong phương pháp đánh bĩng điện hĩa chi tiết gia cơng (anod) và điện cực dụng cụ (catod) được nhúng vào dung dịch một cách độc lập nhau. Khi cĩ dịng điện đi qua thì sự hịa tan anod bắt đầu, dịng điện tập trung ở những điểm nổi nhơ lên, cịn chỗ lõm là màng mỏng từ dung dịch điện phân tách ra. Bề mặt gồ ghề dần dần được làm mất đi và trở nên nhẵn bĩng. Trên hình 4.18 trình bày các cách pha trong quá trình đánh bĩng điện hĩa. a b c Hình 4.18. Quá trình làm nhẵn bĩng trong phương pháp đánh bĩng điện hĩa. b. Các thơng số cơng nghệ. Ba thơng số ảnh hưởng đến quá trình đánh bĩng điện hĩa đĩ là: - Mật độ dịng điện trên bề mặt được đánh bĩng. - Nhiệt độ của dung dịch điện phân ở gần phần chi tiết gia cơng. - Thời gian đánh bĩng. 147
3 v (mm/ph) VD/F (g/dm .ph) 2,8 0,56 2,4 0,48 1,6 0,32 0,8 0,16 20 40 60 80 100 120 S (A/cm2) Hình 4.19. Anh hưởng của mật độ dịng điện đối với lượng nguyên liệu lấy đi. Hình 4.19 trình bày ảnh hưởng của mật độ dịng điện đối với lượng nguyên liệu đã lấy đi từ bề mặt được đánh bĩng. Cĩ thể nhận thấy rằng khi mật độ dịng điện quá lớn thì đồ thị giảm xuống, như vậy khơng nên gia cơng với mức độ dịng điện lớn đến mức đĩ. Nhiệt độ càng cao thì lượng phoi càng lớn (hình 4.20). v (mm/ph) 3 VD/F (g/dm .ph) 2,8 0,56 2,4 0,48 1,6 0,32 0,8 0,16 20 40 60 80 100 120 ToC Hình 4.20. Anh hưởng của nhiệt độ (t) dung dịch điện phân đến tốc độ lấy phoi (v) và cơng suất lấy phoi trung bình (VD/F). Trên hình 4.21 cĩ thể nhận thấy, để đạt được các độ bĩng khác nhau (bĩng nhống, bĩng vừa và bĩng đục) thì cần phải gia cơng với nhiệt độ và mật độ dịng điện trong phạm vi bao nhiêu. 148
ToC 100 1 75 2 50 25 3 S (A/dm2) Hình 4.21. Sự hình thành bề mặt được25 mài50 bĩng đạt75 các độ100 bĩng khác nhau, với mật độ dịng điện và nhiệt độ tương ứng với nhau: 1. bĩng nhống. 2. bĩng vừa. 3. bĩng đục. Cĩ thể kết luận rằng , độ bĩng nhống cĩ thể đạt được với độ phoi lớn, cĩ nghĩa là với mật độ dịng điện lớn và nhiệt độ cao. Lượng phoi tăng tỷ lệ thuận với thời gian. G (g/dm2) 50 1 40 1: 100A/dm2. 30 2: 50A/dm2. 2 3: 25A/dm2. 20 4: 5A/dm2. 3 10 4 T (ph) 20 40 60 80 100 120 Hình 5.22. Lượng phoi và thời gian đánh bĩng. Ngồi các yếu tố trên, cịn cĩ những yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình gia cơng như: vật liệu của vật cần được đánh bĩng, thành phần dung dịch điện phân, điện áp giữa anod và catod. c. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng. Đặc điểm Đánh bĩng điện phân khơng ứng dụng để sửa chữa các bề mặt quá gồ ghề. Độ gồ ghề được giảm nhiều lắm cũng chỉ 3 – 4 cấp (hình 4.23) h (m) 70 60 50 149 40 30 20 10 Rmax (m) 1 2 3 4 5 6
Hình 4.23. Sự biến đổi của độ gồ ghề (Rmax) và bề dày (h) của lớp vật liệu đã lấy đi. Đánh bĩng bằng điện phân bề mặt thơ dù cĩ tiến hành trong thời gian dài cũng khơng làm mất đi những vết rạn nhỏ li ti và những nhấp nhơ trên đĩ. Nấu sau khi đánh bĩng bằng phương pháp thơng thường mà tiến hành đánh bĩng bằng điện phân thì bề mặt cĩ khả năng chịu ăn mịn tốt và cĩ hiệu suất chịu mỏi tốt, hệ số ma sát giảm mà khơng gây tác hại nào trên bề mặt. Cĩ thể dùng phương pháp quang học (phản chiếu và giao thoa) để kiểm tra độ bĩng. Để cĩ thể gia cơng đánh bĩng bằng điện phân, bề mặt phải thật sạch, khơng cĩ dầu mỡ, và chỉ như vậy mới gia cơng được. Phương pháp đánh bĩng bằng điện phân tiến hành theo quy trình như sau: - Làm sạch mỡ vật gia cơng bằng các chất hịa tan mỡ. - Làm khơ. - Phủ bằng nhựa perclorvinil trên các phần bề mặt khơng phải đánh bĩng. - Làm sạch mỡ lần nữa trên phần bề mặt đánh bĩng. - Đánh bĩng bằng điện phân. - Rửa dung dịch điện phân cịn dư trên vật gia cơng bằng dung dịch trung hịa. - Rửa bằng nước lạnh. - Làm trung hịa trong dung dịch 3% Natricacbonat Na2CO3. - Rửa bằng nước nĩng đang chảy. Lấy vật gia cơng xong ra khỏi dung dịch trong khi vẫn cịn điện áp, nếu khơng bề mặt sẽ bị đen. Khoảng cách giữa vật gia cơng và điện cực là khá lớn. sự hịa tan nguyên liệu xảy ra trên mọi điểm của bề mặt, nhưng ở trên cạnh thì nhiều hơn. Cực catod cần cĩ hình dạng sao cho điện trường phân bố đồng nhất. Vật liệu điện cực catod thường là chì. Ưu điểm. Năng suất đánh bĩng bằng 3 – 4 lần so với đánh bĩng bình thường. Ưu điểm, cũng như tính chất của phương pháp đánh bĩng bằng điện phân cĩ thể tĩm tắt dưới đây: - Độ bĩng bề mặt rất tốt. - Cĩ thể đánh bĩng mặt trong và mặt ngồi bất kỳ hình dạng nào. 150
- Năng suất gia cơng tăng mà khơng địi hỏi nhiều lao động bằng tay. - Thiết bị gia cơng rẻ và đơn giản. - Chất lượng bề mặt được cải thiện hơn. Nhược điểm. - Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào sự đồng nhất của vật liệu. - Khĩ giữ được đúng kích thước và hình dạng cũ. - Tuổi thọ của dung dịch điện phân cĩ hạn. - Chỉ áp dụng được với bề mặt khơng quá gồ ghề. Phạm vi ứng dụng. Với phương pháp đánh bĩng bằng điện phân, cĩ thể đánh bĩng các vật liệu bằng thép cacbon, thép hợp kim, đồng, đồng thau, thiếc, nhơm, niken .v.v tất nhiên với các dung dịch điện phân khác nhau. Để đánh bĩng thép thì dùng dung dịch 65% acid photphorit, 15% acid nitric, 6% carbit crơm và 14% nước. Thơng thường dùng dung dịch cĩ nồng độ đậm. Sau khi đã thành thạo, hiểu kỹ các tính chất của dung dịch thì hãy dùng dung dịch đĩ. Khi dùng thử dung dịch thì cho dẫn qua dung dịch một dịng điện 12 A.giờ/lít. Nhiệt độ tối ưu của dung dịch là 70 oC, để đánh bĩng 1dm2 thì dùng 1 lít dung dịch qua 6 giờ, sau đĩ bổ sung để phục hồi dung dịch. Trên hình 4.24 cĩ thể thấy điện cực catod và chi tiết cĩ dạng mặt phẳng. A Hình 4.24. Cách đặt điện cực khi đánh bĩng mặt phẳng. a. catod. b. vật gia cơng. Hình 4.25. Đánh bĩng mặt trong chi tiết. 151
Cĩ thể gia cơng hàng loạt những vật nhỏ, tốc độ của băng chuyền cĩ thể điều chỉnh sao cho thời gian đã quan dung dịch phù hợp với thời gian gia cơng (hình 4.26) e c b a d Hình 4.26. Gia cơng chi tiết nhỏ trên băng chuyền. a. bể dung dịch b. băng chuyền c. vật gia cơng d.dung dịch điện phân e. mâm cặp chi tiết gia cơng Đánh bĩng mặt trụ ngồi tiến hành theo các cách trình bày trên hình 4.27. + + 4 2 1 3 3 Hình 4.27. Cách đặt điện cực khi gia cơng mặt trụ ngồi, và các trường hợp hư hỏng. a. Vật gia cơng b. điện cực ống c. hư hỏng d. điện cực dạng vành khăn Cả ba trường hợp, sự phân bố điện trường đều khơng hồn tồn đồng nhất, do đĩ vật gia cơng bị biến dạng. Tốc độ lấy phoi là 3 – 10 m/phút. Các thơng số cơng nghệ được giới thiệu trên bảng 4.1 áp dụng đối với một số vật liệu. Bảng 4.1. Thơng số cơng nghệ đánh bĩng bằng điện phân. Vật liệu Điện áp Mật dộ dịng điện Thời gian đánh bĩng (V) (A/dm2) (phút) Ni 15,68 6 50 6 CrNi 26,68 6 50 6 – 8 CrNi 45,68 6 60 7 CrV 150 17 70 8 - 10 4.2.2. Gia cơng lỗ điện hĩa. Gia cơng lỗ điện hĩa là ứng dụng của phương pháp gia cơng điện hĩa trong việc khoan những lỗ rất nhỏ bằng cách sử dụng dịng điện cĩ điện áp cao và dung dịch điện phân axit. Dụng cụ như là một đầu thủy tinh cĩ điện cực bên trong. Người ta 152
cĩ thể sử dụng một ống thủy tinh cĩ nhiều nhánh để gia cơng cùng một lúc 50 lỗ. Cơng nghệ này được phát triển để khoan các lỗ làm mát trong cánh tua bin của động cơ phản lực. Các lỗ khơng chịu ứng suất này cĩ đường kính từ 0,1  0,76mm (0,004  0,030 inch) với tỷ lệ giữa chiều sâu và đường kính lỗ là 50 : 1, thơng thường được làm bằng hợp kim niken cobalt. Axit được dùng để kim loại hịa tan vào dung dịch. Phương pháp gia cơng này cĩ thể sử dụng được để khoan các lỗ định hình làm bằng kim loại khĩ gia cơng, dẫn điện. Với các lỗ cĩ chiều sâu đến 610mm và đường kính từ 0,5  1,27 mm thì cĩ thể gia cơng bằng phương pháp này. Phương pháp này cĩ đặc điểm là dùng điện áp 1 chiều thấp từ 5  10 volt và các điện cực đặc biệt, là những ống dài, thẳng, kháng axit, được bọc bên ngồi bằng lớp men cách điện. Dịng axit được tăng áp đi qua ống và trở về qua khe hở ( 0,025  0,05mm) nằm giữa thành ống và thành của lỗ. 4.2.3. Mài điện hĩa. a. Bản chất. Sự phối hợp phương pháp gia cơng điện hĩa và tác dụng của vật liệu mài đá mài được áp dụng rộng rãi và rất cĩ hiệu quả. Bản chất cơ bản của phương pháp này là dùng vật liệu mài để hớt đi lớp màng trơ sản phẩm của sự hịa tan anod, để tiếp tục phát huy tác dụng điện hĩa, nhằm nâng cao năng suất và chất lượng gia cơng. Phương pháp mài bằng điện hĩa thực tế được phát triển từ phương pháp mài lưỡi dao bằng cơ chế anod, chủ yếu để mài các dụng cụ bằng hợp kim cứng. b. Nguyên lý gia cơng. Hình 4.25 trình bày sơ đồ nguyên lý của phương pháp mài bĩng điện hĩa E B M L Hình 4.28. Sơ đồ nguyên lý mài bằng điện phân M: vật gia cơng E: đĩa mài L: trục cách điện B: Vịi phun dung dịch điện phân Nối vật gia cơng vào cực dương của mạch dịng điện 1 chiều, cịn dụng cụ mài thì nối vào cực âm, dùng vịi phun để phun dung dịch điện phân vào khe hở. Do tác dụng của dịng điện hiện tượng hịa tan anod diễn ra. Tác dụng cọ xát của những hạt mài của dĩa mài ngăn cản quá trình tự kiềm chế của anod. Đĩa mài là một đá mài hình vành khăn dẫn điện, cĩ gắn những hạt kim cương, hoặc cacbit silic cơ ranh đơng (hình 4.29). 153
5 1 2 3 4 Hình 4.30. Quá trình lấy phoi khi mài bằng điện phân. 1. Hạt mài. 2. Chất kết dính. 3. Bề mắt hợp kim cứng. 4. Màng mỏng anod. 5. Dung dịch điện phân. Những hạt mài cĩ hai nhiệm vụ song hành. Một mặt chúng là những hạt cách điện, và quyết định kích thước của khe hở (0,02 – 0,08mm), đảm bảo sự lưu thơng của dung dịch điện phân và loại trừ khả năng bị ngắt mạch; mặt khác chúng đẩy ra khỏi dung dịch điện phân lượng vật liệu đã bị bĩc đi và lớp cịn bám trên vật gia cơng. Sự lấy phoi là kết quả của quá trình điện hĩa, và tác dụng mài bĩng ở đây chưa phải là tác dụng quyết định. Phương pháp mài bằng điện phân chủ yếu sử dụng để mài sắc hợp kim cứng. Hợp kim cứng là một hỗn hợp khơng đồng nhất, mà các thành phần cĩ trạng thái khác nhau đối với quá trình điện hĩa chất coban hịa tan và cho ra 2 electron Co – 2e- = Co++ (4.10) Các loại cacbit kim loại (WC, TiC) trước tiên hịa tan thành axit kim loại và chỉ sau đĩ mới hịa tan từ anod. - WC + 4H2O – 8e = WO3 + CO + 4H2 (4.11) - TiC + 3H2O – 6e = TiO2 + CO + 3H2 (4.12) Tốc độ hịa tan của ba thành phần chính này khác nhau. Từ hình 4.30 cĩ thể thấy rằng coban hịa tan mạnh nhất, cịn TiC thì hịa tan chậm nhất. Mức độ tan (mg/h) 10000 1 1000 2 a: Co. 3 b: WC. 100 c: TiC. 10 U (V) 2 4 6 Hình 4.30. Quan hệ giữa tốc độ hịa tan của các thành phần trong hợp kim cứng với điện áp. Cần cĩ nguồn điện đặc biệt vì sự dao động của điện áp và dịng điện ảnh hưởng rất lớn đến quá trình mài. Điện áp và cường độ dịng điện khơng được vượt quá trị số cực đại của điện áp và cường độ dịng điện. Như hình 4.31 cho thấy cần phải thay đổi như thế nào các thơng số cơng nghệ khi tăng bề mặt gia cơng. 154
U (V) Tăng bề mặt Hiệu điện thế gia cơng khơng đổi Dịng giới hạn I (A) Vùng điều chỉnh điện áp Hình 4.31. Đặc tính dịng điện – điện áp của quá trình mài bằng điện phân. Dùng 1 loại máy phát đặc biệt, với hệ thống phản hồi sự biến đổi điện áp và dịng điện để máy cĩ thể tự điều chỉnh (hình 4.32). T E S R Hình 4.32. Sơ đồ máy phát dùng cho mài bằng điện phân. T: Máy biến thế. E: Chỉnh lưu. R: Bộ phận điều chỉnh. S: Các phần tử làm bằng phẳng sĩng nhấp nhơ. c. Thơng số cơng nghệ của mài bĩng bằng điện phân. Thơng số cơng nghệ của phương pháp mài bằng điện phân mang tính chất một phần là điện, một phần là hĩa học, và một phần là cơ học, vì phương pháp này chịu tác động tổng hợp của ba mặt nêu trên. Các thơng số quan trọng nhất là: cường độ dịng điện, điện áp, thành phần và thơng số dịng chảy của dung dịch điện phân, bề mặt gia cơng, đĩa mài, áp suất bề mặt và tốc độ quay của đĩa mài. Năng suất mài. Năng suất lấy phoi chủ yếu phụ thuộc vào cường độ dịng điện và mật độ dịng điện (hình 4.33). 2 VD/F (mm/cm ) 300 200 100 s (A/cm2) 50 100 150 200 155
Hình 4.33. Sự phụ thuộc của cơng suất lấy phoi trung bình vào mật độ dịng điện. (Đĩa mài cĩ hạt kim cương; n = 3450 vịng/phút; vật liệu: thép đã tơi HRC 62 – 63; áp lực mài 5,5 kp/cm2; điện phân: 1,2 l/phút) Trong khoảng thay đổi của mật độ dịng điện từ 0  150 A/cm 2 thì năng suất tăng gần tuyến tính. Trên đĩ do tác dụng kiềm chế nên tốc độ tăng giảm. Trong thực tế khi mật độ dịng điện > 150 A/cm2 thì cũng nên gia cơng với cơng suất cỡ này. Mật độ dịng điện cịn phụ thuộc vào các thơng số khác. hình 4.34 biểu diễn quan hệ điện áp – mật độ dịng điện, cho thấy ở U = 0V thì s đạt trị số tối ưu. s (A/cm2) 150 100 50 5 10 15 20 U (V) Hình 3.34. Quan hệ giữa điện áp (U) và mật độ dịng điện (s) khi mài hợp kim cứng cũng bằng đĩa mài kim cương, áp lực mài 9,5 kp/cm2. Trường hợp gia cơng hợp kim cứng thì cĩ hiện tượng kiềm chế và mật độ dịng điện ở điện áp lớn, cịn ở thép thì khơng cĩ hiện tượng kiềm chế và quan hệ gần tuyến tính (hình 4.35). s (A/cm2) 1 150 100 2 50 3 5 10 15 20 U (V) Hình 4.35. Quan hệ giữa điện áp (U) và mật độ dịng điện (s) trường hợp mài thép 1,2,3 ứng với nồng độ khác nhau của dung dịch. Vật liệu là thép tơi HRC 62 – 63; đá mài kim cương n= 3540 v/ph; áp lực mài 5,5 kp/cm2 Năng suất gia cơng cũng phụ thuộc vào thành phần dung dịch: vì nĩ cĩ vai trị lớn đến sự hịa tan anod trong trường hợp gia cơng hợp kim cứng. Điều kiện quan trọng đối với dung dịch là khả năng dẫn điện tốt, khả năng hịa tan các chất phát sinh từ phản ứng và ít cĩ tác dụng ăn mịn. Để được như vậy đã cĩ cách pha chế với các thành phần phức tạp, mà chủ yếu là các muối nitrat, photphat, crơmat, nitric và axit borit. Trên hình 4.36 cĩ thể thấy ngồi nồng độ dung dịch cịn cĩ các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến năng suất, vì rằng mật độ dịng điện cĩ trị số tối ưu trong quan hệ với các yếu tố đĩ. Khơng nên dùng nồng độ cao quá, vì rằng nĩ sẽ bão hịa nhanh chĩng với tốc độ chảy lớn, và như vậy làm giảm hiệu suất. 156
Cĩ thể làm chậm quá trình bão hịa bằng cách tăng tốc độ quay của đĩa mài. trong quá trình gia cơng, cĩ thể kiểm tra nồng độ bằng cách đo tỉ trọng. 157
Tỉ trọng (g/cm2) 2 Mật độ dịng điện (A/cm ) 1,075 (g/l) 150 1 1,05 100 2 1,025 50 Nồng độ (g/l) 25 50 75 100 Hình 4.36. Quan hệ giữa mật độ dịng điện và nồng độ dung dịch. 1. Tỉ trọng của dung dịch. 2. Mật độ dịng điện (đĩa mài kim cương; vật liệu là hợp kim cứng; áp lực mài 9,5 kp/cm2; điện áp 20V). Chất lượng của đĩa mài cũng ảnh hưởng đến năng suất: thích hợp nhất là đĩa mài kim cương. Ơ lớp dưới thì gắn hạt bằng vật liệu khác (SiC) đề phịng khi hạt kim cương bị mịn thì khơng sinh ra ngắn mạch. Vật liệu chính của đĩa mài cũng quan trọng. Trên hình 4.37 cĩ thể thấy ảnh hưởng của đĩa mài đối với các loại hạt mài khác nhau đến năng suất mài. Kim loại gốm tốt hơn đồng thau. 3 2 VD/F (mm /ph.cm ) 2 (A/cm150 ) 1 3 100 2 50 4 s (A/cm2) Hình 4.37. Năng suất lấy 20phoi của40 các đĩa60 mài với80 các100 hạt mài khác nhau trong hàm số của mật độ dịng điện. 1. Kim loại gốm 15 Kg/cm2; 2. Kim loại gốm 7 kg/cm2 3. Đồng thau 15 kg/cm2; 4. Đồng thau 7 kg/cm2. Trên hình 4.38 ta thấy năng suất lấy phoi tăng tuyến tính với áp lực mài. 158
3 VD (mm /ph) 300 : Năng suất F= 2,43cm2 F= 1,62cm2 chung 200 F= 0,81cm2 100 2 2 4 6 8 10 12 P (KP/cm ) Hình 5.38. Năng suất lấy phoi (VD) với áp lực mài (p) (đĩa mài bằng đồng thau đính hạt kim cương; vật liệu là hợp kim cứng, dung dịch điện phân NaNO3 – NaNO2). Đường vẽ nét đứt chỉ vật liệu tách ra của quá trình điện phân với bề mặt mài F như nhau, khoảng cách giữa đường liền nét và đường đứt nét là đặc trưng của cơng suất mài, như trên đồ thị, năng suất tăng mạnh với áp lực mài và độ mài mịn của đĩa mài cũng tăng. Tốc độ quay của đĩa mài: cũng là thơng số quan trọng. Hình 4.39 cho thấy mật độ dịng điện cĩ trị số tối ưu ở tốc độ 25 – 30 m/giây. Với tốc độ đĩa lớn hơn, do sự hình thành của màng mỏng anod, năng suất giảm. s (A/cm2) 100 50 v (m/s) 10 20 30 40 Hình 4.39. Quan hệ giữa tốc độ quay của đĩa mài và mật độ dịng điện. (vật liệu là hợp kim cứng; đĩa mài kim cương; áp lực mài 2,3 kp/cm2; điện áp 10 V). Điện tích bề mặt được gia cơng tăng thì năng suất giảm, với cường độ dịng điện khơng đổi (hình 4.40). 2 VD (cm /ph) 25 20 15 10 1 2 F 2 100 200 300 400 500 (mm ) Hình 4.40. Quan hệ giữa năng suất lấy phoi (VD) và diện tích bề mặt được gia cơng (F). 1. Mài bằng điện phân. 2. Mài thơng thường. Độ chính xác về hình dáng và kích thước: 159
Độ chính xác về hình dáng hồn tồn phụ thuộc vào độ chính xác của đĩa mài. thơng thường người ta áp chặt vật gia cơng vào mặt của đầu đĩa, nhờ cĩ bàn tọa độ mà cĩ thể làm chuyển động vật gia cơng, và đảm bảo độ chính xác gia cơng là 0,01 mm. Các thơng số về chất lượng của bề mặt được mài: độ bĩng của bề mặt khi mài bằng điện phân rất tốt. Hiện tượng điện hĩa đĩng vai trị chính yếu, dịng điện đĩ trên bề mặt gia cơng khơng cĩ những đường gân nằm theo hướng tiến của điện cực gia cơng. Các hạt trên bề mặt vẫn cịn nguyên. Độ bĩng rất ít phụ thuộc vào độ lớn của hạt mài (hình 4.41). Độ nhám Rmax (m) 3 1 2 1 2 Độ lớn hạt mài (m) 100 200 300 Hình 4.42. Sự thay đổi của độ bĩng bề mặt với cỡ hạt mài. 1. Mài thơng thường . 2. Mài bằng điện phân. Các thơng số khác của lớp bề mặt giống như trường hợp gia cơng điện hĩa. Ơ đây khơng tốn hao nhiệt nhiều, cũng khơng cĩ biến đổi trong cấu trúc tế vi và cũng khơng cĩ hiện tượng hĩa cứng bề mặt và cũng như khơng cĩ ứng suất dư bên trong. Do khơng cĩ ứng suất dư nên điều này rất thuận lợi cho việc gia cơng hợp kim cứng, cĩ thể tránh được hiện tượng rạn nứt khi mài. d. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng. + Đặc điểm: Các nguyên cơng ứng dụng phương pháp cơ điện hĩa cho trong bảng sau: Bảng 4.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của phương pháp gia cơng cơ điện hĩa. Chỉ tiêu kỹ thuật gia cơng của quá trình Dạng gia cơng Dụng cụ Tốc độ hớt kim loại Độ Độ mịn tương đối mm3/ph m/ph Nhám của dụng cụ (Ra) (%) Mài điện hĩa Đá mài kim cương 2000 - 0,16 0,1 – 0,2 kim cương chất dính kết kim loại Mài điện hĩa Đá graphit đá kết dính 120 - 0,16 20 – 40 kim loại 4000 - 0,16 0,05 – 0,1 Mài khơn điện Thanh mài dính kết - 20 11 10 – 20 hĩa kim loại Mài siêu tinh Thanh dẫn điện - 10 0,09 10 – 20 Đánh bĩng Huyền phù cĩ hạt mài - 10 0,09 - điện min hĩa bằng hạt 160
mài Đánh bĩng Hạt mài (dạng cục) - 20 1,25 0 điện hĩa quay hạt mài Năng suất của mài bằng phương pháp mài điện hĩa hạt mài khơng phụ thuộc vào vật liệu mài. Nhưng phụ thuộc vào nồng độ và độ hạt của hạt mài. Nồng độ hạt mài trong đá mài cĩ ảnh hưởng đến tính chất dẫn điện của đá mài. Cịn độ hạt của hạt mài tăng thì năng suất tăng. Khi độ hạt khoảng M10 – M16, năng suất đạt được là cao nhất và độ nhẵn bĩng cĩ thể đạt 8. Tĩm lại: Đặc điểm chung của phương pháp mài bằng điện hĩa hạt mài là: - Năng suất thấp hơn so với mài bằng điện hĩa kim cương. - Độ nhám tốt. - Đá mịn tương đối nhiều, trung bình khoảng 10 – 15% thể tích kim loại bị đi khỏi vật gia cơng. - Mật độ dịng điện trên bề mặt gia cơng thấp và khơng cĩ sự tiếp xúc của kim loại với nhau do đĩ ít bị đốt nĩng và bị cháy. - Điện thế thấp. + Phạm vi ứng dụng: Phương pháp mài bằng điện phân chủ yếu mài sắc các vật liệu bằng hợp kim cứng, thỉnh thoảng ứng dụng trong mài mặt đầu, mặt phẳng hoặc mặt bao quanh cĩ vật liệu bằng vật liệu cắt gọt. Gần đây đã thử nghiệm thành cơng việc mài khuơn trụ trong mài điện phân. Năng suất mài điện phân hợp kim cứng cao hơn nhiều lần so với mài thơng thường. Ưu thế rõ ràng mài bằng điện phân thể hiện trên cả hai phương diện độ bĩng và năng suất. Tuy nhiên mài điện phân cũng cĩ nhược điểm là thiết bị đắt tiền hơn, tuy nhìn tổng hợp thì ưu điểm vẫn trội hơn. Đây là phương pháp tiên tiến hàng đầu để mài sắc hợp kim cứng.  Mài điện hĩa bằng đá kim cương. 1. Các đặc tính Gia cơng bằng phương pháp điện hĩa kim cương cĩ thể dùng mài phẳng, mài trịn và mài dao. Những thơng số cơng nghệ cơ bản của quá trình mài điện hĩa kim cương phụ thuộc vào những điều kiện hồn tồn cơ khí khi cắt gọt của những hạt kim cương và những thơng số gia cơng bằng điện hĩa. Đá mài khi gia cơng bằng phương pháp điện hĩa kim cương thường sử dụng cĩ độ dẫn điện cao nên chất kết dính phải bằng kim loại hoặc những đĩa kim loại trên đĩ mang những hạt kim cương. Thành phần và cơng nghệ chế tạo chất dính kết ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhẵn bĩng bề mặt và năng suất gia cơng. Tốt nhất là dùng đá mài cĩ thân kim loại và chất kết dính là kim loại sứ cĩ độ cứng trung bình mà thành phần của nĩ bao gồm: Cu. 161
Pp, sứ và một số chất khác. Điện trở của nĩ khoảng 5.10 -4 và nhỏ hơn 10 lần so với chất kết dính kim loại (Cu). Anh hưởng đến chất lượng bề mặt và năng suất gia cơng cịn phải kể đến độ hạt và nồng độ hạt của hạt kim cương. thực nghiệm chứng tỏ rằng sử dụng cĩ hiệu quả nhất là loại đá cĩ chất kết dính bằng kim loại, độ hạt M10 – M12, nồng độ 100%. Với nồng độ như vậy hạt kim cương khoảng 20 – 25% diện tích mặt làm việc của đá khi mài mặt dụng cụ, nồng độ hạt kim cương tăng lên. Chất điện phân dùng khi mài điện hĩa kim cương là dung dịch NaNO3 và NaNO2. Khi mài hợp kim cứng tốt nên dùng dung dịch 2 – 3% NaNO 3 và 0,2 – 0,3 NaNO2. Sự cĩ mặt của NaNO2 cĩ tác dụng rất lớn trong việc chống gỉ bề mặt gia cơng. Năng suất và độ mịn của đá phụ thuộc vào áp suất của đá lên mặt gia cơng. Khi tăng áp suất của đá lên vật gia cơng P, cơng cơ học tăng lên và do đĩ tăng lượng kim loại được mài mịn bằng cắt gọt, nhưng lại khĩ bĩc đi kim loại ra khỏi điện cực dương. Vì vậy mật độ dịng điện cố định thì lượng kim loại được bĩc đi nhờ tác dụng của điện hĩa giảm xuống mà lúc đĩ đá mịn rất nhanh. Khi P nhỏ ( 4 kg/cm2) kim loại bị bĩc ra khỏi điện cực dương chủ yếu là do tác dụng điện hịa tan nên độ mịn của đá giảm đi 10 – 20 lần so với mài kim cương thơng thường. Ap suất của đá lên vật gia cơng cĩ hiệu quả kinh tế nhất, nghĩa là cĩ năng suất cao mà đá lại mịn ít nhất, vào khoảng 4  6 kg/cm2. Hiệu quả của quá trình gia cơng cịn cao hơn nhiều nếu điều kiện phun dung dịch chất điện phân vào vùng đang gia cơng đảm bảo đủ, liên tục và tốt hơn, do đĩ đá được chế tạo cĩ những rãnh li tâm hoặc lỗ cho phép đưa dung dịch chất điện phân vào tận vùng giữa 2 điện cực. Nếu cung cấp chất điện phân đủ để đảm bảo nâng cao mật độ dịng điện đến 150 – 200 A/cm2 thì năng suất thì năng suất mài điện hĩa kim cương tăng từ 4 – 6 lần so với năng suất mài kim cương thơng thường. Năng suất bĩc kim loại ra khỏi điện cực dương phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc đá. Nếu tốc độ của đá tăng từ khoảng 2 – 10 m/s lên khoảng 20 – 25 m/s thì tốc độ bĩc kim loại tăng từ 1,4 – 1,6 lần. Nhưng nếu tiếp tục tăng vận tốc đá lên nữa thì khơng thấy cĩ hiệu quả gì hơn, trái lại nĩ cịn cản trở việc đưa dung dịch chất điện phân vào vùng giữa hai điện cực. Bởi vậy mài mịn đá kim cương chỉ dùng với vận tốc đá khoảng 23–28 m/s. Năng suất cao từ 100 – 1000 mm3/phút với mật độ dịng điện từ 0 – 500 A/cm2. Độ nhẵn bĩng bề mặt gia cơng cĩ thể đạt được khi sử dụng phương pháp mài bằng điện hĩa kim cương tới 10 - 11 nên hiện nay được dùng nhiều để mài dao, cĩ thể tăng năng suất 2 – 3 lần, đồng thời tuổi bền của dao và hình dáng hình học tế vi của lưỡi cắt tốt hơn. Nếu dao phay hợp kim cứng được mài bằng điện hĩa kim cương thì khối lượng lao động của nguyên cơng này giảm đi hai lần và tổn hao đá mài kim cương giảm ba lần. Đá mịn khơng đáng kể với diện tích nhỏ từ 0,7 – 0,9% cùng với chất kết dính, với diện tích lớn độ mịn của đá 0,1 – 0,2% trong đĩ 0,01 – 0,07 mg kim cương / gam kim loại. Năng suất khơng phụ thuộc vào độ xốp của đá nhưng độ hạt sẽ ảnh hưởng lớn đến năng suất. 162
Độ chính xác cao nhờ đá lâu mịn. Phương pháp này được áp dụng cĩ hiệu quả để mài hợp kim cao và dẫn điện thấp, khi mài dụng cụ cắt bằng hợp kim cao, năng suất mài tăng 1,5 lần, tuổi bền của dụng cụ tăng 2 – 3 lần so với mài bằng đá kim cương. với một viên kim cương chỉ mài được 2500 dao, nhưng mài bằng điện hĩa cĩ thể mài đến 25 000 dao. 2. Anh hưởng của các đặc tính đá kim cương. Để thực hiện mài điện hĩa, nhất thiết viên đá phải cĩ chất dính kết dẫn điện graphit, bột kim loại và thân đá là kim loại (nhơm). a. Độ hạt. Độ hạt xác định khoảng cách khe hở giữa hai điện cực, do đĩ nĩ ảnh hưởng lớn đến tác dụng điện hĩa của quá trình vì nếu khe hở thay đổi thì điện trở của mạch sẽ thay đổi. Nhưng khi chọn độ hạt của đá, khơng chỉ khoảng cách của hai khe hở giữa hai điện cực, mà độ hở cũng ảnh hưởng rất lớn đến năng suất và độ bĩng vì khi mài với đá cĩ độ hạt lớn thì năng suất tăng nhưng độ bĩng giảm. Ta nhận thấy rằng khi mài điện hĩa độ bĩng bề mặt thấp hơn một cấp (R a =0,63 – 0,32) soi khi mài thường (Ra = 0,32 – 0,16). b. Mật độ kim cương. Đá mài kim cương thường được chế tạo với mật độ : 25%, 50%, 100%, 150%, 200%. Mật độ càng tăng thì lượng kim cương trong đá càng nhiều. Mật độ hợp lý nhất là 100% cĩ lợi về kinh tế cũng như tăng năng suất và độ bĩng. Khi mài điện hĩa U = 6V độ bĩng gần như khơng đổi khi ta tăng mật độ từ 50% - 150%. Nhưng ở 200% độ bĩng cĩ tăng lên đơi chút. Điều này giải thích rằng khi mật độ thấp, trong quá trình mài cĩ chất kết dính tham gia mài, nĩ miết phẳng các đỉnh nhấp nhơ cao nhất (đối với mài thường). Nhưng khi mài điện hĩa chất kết dính tiếp xúc với bề mặt gia cơng gây ra hiện tượng phát tia lửa do chất kết dính là bột kim loại dẫn điện tốt, vì vậy độ bĩng xấu đi. Khi tăng mật độ lên 200%, ta hạn chế độ tiếp xúc của chất dính kết với bề mặt gia cơng, do đĩ độ bĩng tốt hơn. c. Chất kết dính. Chất dính kết ngồi tác dụng giữ chặt hạt kim cương trong đá, nĩ cịn cĩ tác dụng dẫn điện khi mài điện hĩa. Nĩ ảnh hưởng đến điện trở của mạch,. Thường chất dính kết đá gồm: 50% Fe, 8% Cu, 17% Ag, 4% Al, 7% Zn, 14% Al2O3. 3. Dung dịch điện phân. Dung dịch điện phân phải đảm bảo tính chất sau: Chống gỉ: nitrit nattri NaNO2, sođa, nitrit kali. - Dẫn điện cao: vì độ dẫn điện cao thì mật độ dịng điện sẽ tăng - Độ pH cao. - Hịa tan tốt vật liệu để đẩy mạnh quá trình điện hĩa. 4. Anh hưởng của chế độ gia cơng cơ. - Anh hưởng của chế độ chạy dao ngang Sng Sng = 0.01, 0.02, 0.04, 0.06 (mm/htk) - Khi tăng Sng độ bĩng sẽ giảm từ 7 - 8. - Anh hưởng của lượng dao chạy dọc Sd: 163
Sd = 0.5, 1.2, 4 (mm/ph) - Khi tăng Sd độ nhám từ Ra = 0,63- 0,32. - Anh hưởng của tốc độ đá Vđ: Tốc độ đá tăng từ Vđ = 15 – 40 (mm/s) thì độ nhám tăng từ Ra = 0,63- 0,32 Sau khi mài nếu ta tiếp tục cho chạy thêm một số hành trình, độ bĩng bề mặt sẽ tăng lên một cấp, mặt khác độ cứng tế vi bề mặt cĩ thể tăng đến 15%, điều này làm tăng tuổi thọ của chi tiết. Tĩm lại: gia cơng bằng phương pháp điện hĩa kim cương cĩ nhiều ưu điểm như năng suất cao, độ chính xác và chất lượng bề mặt tốt. Nhưng điểm đĩ ngày càng làm cho phương pháp gia cơng này được sữ dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy và dụng cụ cắt. 4.2.4. Mài khơn điện hĩa. Mài khơn điện hĩa là sự kết hợp chức năng mài của hạt mài với tác dụng điện hĩa. Mặc dù giá thành cao, nhưng phương pháp này nhanh gấp năm lần phương pháp mài khơn truyền thống, và được sử dụng chủ yếu trong việc gia cơng hồn tất bề mặt trong của xy lanh. 4.2.5. Làm sạch bavia điện hĩa. Làm sạch bavia điện hĩa là một ứng dụng của phương pháp gia cơng điện hĩa trong việc tác kim loại trong các mép hay gĩc của chi tiết bằng cách hịa tan anod. Sơ đồ bố trí của phương pháp làm sạch bavia điện hĩa được trình bày trên hình 4.39. Phương pháp điện phân rất thích hợp cho việc đánh bĩng bavia các chi tiết cĩ hình dạng phức tạp. Cĩ 2 cách: Đánh bavia trong bể điện phân: Cách này giống đánh bĩng điện hĩa . Lợi dụng hiện tượng điện trường tập trung ở những cạnh gĩc, ở đây mật độ dịng điện lớn nhất và như vậy vật liệu được lấy đi nhiều nhất, nhanh nhất, nên bavia được đánh sạch nhanh chĩng. Bavia ở những bề mặt khơng bị che lấp cũng bị lấy đi, nhưng ở mức độ nhỏ hơn nhiều. Với bavia cao từ 0,2 – 0,3 mm thì cĩ thể tẩy hàng loạt, năng suất cao. Ưu điểm nổi bật là cĩ thể tẩy bavia trên bề mặt phức tạp cĩ hình dạng bất kỳ. Dụng cụ (catod) Chi tiết (anod) Dung dịch điện phân Bavia Dịng dung dịch điện phân Vách cách điện Hình 4.42. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp làm sạch bavia điện hĩa. Đánh bavia trên thành phẩm. Cách này cĩ năng suất cao hơn 3  4 lần so với cách tẩy baia trong bể điện phân. Điện cực dùng làm dụng cụ tẩy bavia được nối vào cực âm, với hình dáng được 164
cấu tạo sao cho khi đặt nĩ dọc theo bavia thì sẽ tạo ra một khe hở nhỏ. Dung dịch điện phân được phun qua khe hở với tốc độ chảy lớn, làm mất bavia một cách nhanh chĩng. 165
A B 1. Dụng cụ tẩy 1 4 bavia. 2. Bánh răng. 3. Đệm. 4. Dịng chảy điện phân. 2 3 Hình 4.43. Sơ đồ làm sạch bavia. A. Tẩy bavia trên răng. B. Tẩy bavia trên bề mặt bánh răng. Cách thứ hai này phức tạp hơn cách thứ nhất, phải 3  4 năm mới thu hồi được vốn mua thiết bị. Ở gần các cạnh đã tẩy bavia thấy cĩ màu sẫm do ở đĩ bị oxit hĩa, nhưng tính chất bề mặt khơng bị ảnh hưởng gì do đĩ khơng cần thiết phải tẩy đi. Cả hai cách tẩy bavia đều cĩ thể ứng dụng rộng rãi trong sản xuất tự động hĩa. 4.2.6. Phương hướng phát triển. - Cần chọn đúng điều kiện và chế độ gia cơng cho từng loại vật liệu để đạt kết quả tối ưu. - Cần giải quyết tốt một số khĩ khăn về kỹ thuật như: lưu lượng chất điện phân lớn, tỏa nhiệt tốt. - Cần phải giữ hydro trong bể dung dịch điện phân vì sau khi hớt 1 kg kim 3 loại cĩ 0,5 m H2 thốt ra. - Khi gia cơng chi tiết cĩ hình dáng phức tạp, tại từng điểm khác nhau của tiết diện, mật độ dịng điện khác nhau tương ứng với khoảng cách giữa hai điện cực tại đĩ, vì vậy phải xác định khoảng cách giữa hai điện cực tại từng điểm của prơphin để đảm bào hình dáng của chi tiết sau khi gia cơng xong. - Phải chọn thành phần và tính chất vật lý của dung dịch điện phân sao cho: dễ hịa tan, dễ kết hợp với kim loại gia cơng tạo thành hợp chất dễ tách ra khỏi vật liệu gia cơng. - Phải tạo một dịng điện cần thiết chạy trong mạch và phải đặt vào đĩ một điện thế nhằm khắc phục hiện tượng phân cực và điện áp rơi trên trở kháng chất điện phân, đồng thời tạo ra dịng điện phân cĩ vận tốc và áp lực nhất định để phá màng thụ động để quá trình hồ tan cực dương luơn ổn định. - Hiện nay gia cơng điện hĩa cĩ hai phương pháp: + Điện cực dụng cụ cố định: dẫn đến khoảng cách giữa hai điểm tương ứng sẽ xa dần => cường độ dịng điện giảm => chất lượng bề mặt giảm. + Điện cực dụng cụ di chuyển: khắc phục được nhược điểm trên. Dụng cụ điện cực di chuyển sao cho tốc độ di chuyển cực dụng cụ theo hướng hịa tan vật liệu bằng tốc độ hịa tan vật liệu ở điện cực dương => khoảng cách hai điểm tương ứng sẽ khơng đổi, vận tốc hịa tan vật liệu là hằng số => chất lượng bề mặt tăng. 166
4.3. GIA CƠNG ĐIỆN TIẾP XÚC. 4.3.1. Nguyên lý gia cơng. a. Nguyên lý. Trong quá trình gia cơng điện tiếp xúc, phơi và dụng cụ được nối với hai cực của một nguồn điện (cĩ thể là nguồn 1 chiều hoặc là nguồn xoay chiều). Khi đĩ sự tiếp xúc giữa phơi và dụng cụ là sự tiếp xúc giữa hai điện cực. Do điện trở vùng tiếp xúc lớn, đồng thời do cĩ sự phĩng điện, tại vùng tiếp xúc sẽ phát sinh một nhiệt lượng rất lớn làm nĩng chảy bề mặt cần gia cơng. Khi đĩ dụng cụ cắt chỉ cần tác dụng một lực cơ học nhỏ để bĩc lớp kim loại, nhờ vậy sự gia cơng kim loại được dễ dàng và đạt năng suất cao, nhất là với các vật liệu khĩ gia cơng như thép chịu nhiệt, hợp kim cứng Hình 4.44. Nguyên lý gia cơng điện tiếp xúc. b. Nhiệt lượng phát sinh tại bề mặt tiếp xúc. Nhiệt lượng phát sinh tại bề mặt tiếp xúc gồm hai thành phần: - Thành phần do sự tăng điện trở và phĩng điện, ký hiệu là Q1. - Thành phần do ma sát giữ chi tiết và dụng cụ ký hiệu là Q2. Xác định Q1 Theo định luật Joule – Lenx: 2 Q1 = RI t Trong đĩ: I: cường độ dịng điện. t: thời gian dịng điện chạy qua. R: điện trở tiếp xúc. Điện trở tiếp xúc R là tổng của 3 thành phần sau: Điện trở tiếp xúc của chi tiết gia cơng bị biến dạng dẻo, ký hiệu R1: R 1 1 F 4 . . d 1: điện trở xuất của chi tiết F: lực tác dụng lên tiếp điểm; F > .a2.HB a: là bán kính tiếp xúc HB: độ cứng Brinel của vật liệu d: ứng suất dập của chi tiết. 167
Điện trở của dụng cụ cắt khơng biến dạng dẻo, kí hiệu là R2: R 2 2 3 F . r 4 .k . E k: hệ số. k = 0,9  1,1 chọn tuỳ thuộc sự tiếp xúc giữa 2 mặt cầu hay giữa mặt cầu với mặt phẳng. E: mơ đun dàn hồi của dụng cụ cắt. r: bán kính cong của dụng cụ. Điện trở tiếp xúc mơi trường, ký hiệu R 3, do các bề mặt bị bẩn hay bị oxy hĩa. Điện trở này được xác định theo thực nghiệm tại thời điểm và mơi trường làm việc. Điện trở R xác định trên khơng phải là một giá trị cố định mà nĩ phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của vật liệu chi tiết và dụng cụ cũng tăng. quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở cho bởi phương trình sau: R = Ro (1 + .t) o Ro: điện trở vật liệu ở 0 C. : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu. t: nhiệt độ thời điểm gia cơng. Xác định Q2 Khi gia cơng ở điện thế thấp và áp lực lớn thì ngồi nhiệt lượng phát sinh do dịng điện cịn cĩ ma sát giữa chi tiết và dụng cụ cắt. Q2 = f.F.V.t V: vận tốc tương đối giữa chi tiết và dụng cụ f: hệ số ma sát giữa chi tiết và dụng cụ: f = (a + b.V)e-c.V + d a, b, c, d là các hằng số phụ thuộc vật liệu và áp lực Biểu đồ quan hệ giữa dịng điện và hệ số ma sát như sau: f 0,8 0,7 0,6 I (A) 0 100 300 500 Hình 4.45. Biểu đồ quan hệ giữa dịng điện và hệ số ma sát. Biểu đồ quan hệ giữa áp lực và hệ số ma sát như sau: 168
f 0,8 0,7 0,6 400 600 800 F (N) Hình 4.41. Biểu đồ quan hệ giữa áp lực và hệ số ma sát. Tổng nhiệt lượng phát sinh tại bề mặt tiếp xúc là: Q = Q1 + Q2 c .Phân loại nguyên liệu gia cơng tiếp xúc điện. Dựa vào điện thế sử dụng, mơi trường và áp lực làm việc, người ta phân các loại nguyên liệu gia cơng điện tiếp xúc như sau. 169
GIA CƠNG TIẾP XÚC ĐIỆN U 10 U=10-20V U 20V MƠI TRƯỜNG MƠI TRƯỜNG MƠI TRƯỜNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ KHƠNG KHÍ DD LỎNG DD LỎNG ÁP LỰC ÁP GIA NẤU CAO LỰC CƠNG PHÁ CHẢY THẤP PHƠI ĐÚC BẰNG TIA HỒ QUANG CẮT ĐỨT, MÀI SẮC LÀM CẮT KHOAN TẠO MÀI SẮC PHAY MÀI LÀM DỤNG CỤ SẠCH PHƠI MỞ HẠT BỘT DỤNG CÁNH SẠCH, VẬT RỘNG KIM CỤ CẮT QUẠT TIỆN, CÀ ĐÚC LỖ XỌC LOẠI CHÂN VỊT LÁNG 170
4.3.2. Các thơng số cơng nghệ. a. Năng suất gia cơng. Năng suất hay tốc độ hớt kim loại là khả năng bĩc kim loại ra khỏi phơi trong một đơn vị thời gian (mm3/ph). Phương pháp gia cơng điện tiếp xúc thường cĩ năng suất rất cao, tuy nhiên chất lượng bề mặt rất thấp. Do đĩ thường sử dụng phương pháp này cho gia cơng thơ khi gia cơng các chi tiết quá lớn. Cơng suất của máy được dùng vào hai việc: đốt nĩng các điện cực và hớt kim loại ra khỏi phơi. Sở dĩ phương pháp này cĩ năng suất cắt gọt rất cao là vì tại chỗ tiếp xúc giữa dụng cụ cắt và chi tiết nhiệt lượng sinh ra rất lớn làm kim loại tại đây mềm ra, và ta chỉ cần tác dụng một lực nhỏ cũng đủ để hớt lớp kim loại đĩ ra khỏi phơi một cách dễ dàng. Chính vì lực để tác phoi nhỏ mà ta cĩ thể tăng vận tốc cắt cũng như lượng chạy dao và chiều sâu cắt để tăng năng suất. Ngồi ra cịn cĩ các yếu tố ảnh hưởng khác: . Chất lượng bề mặt tiếp xúc và điện trở suất của vật liệu . Chiều sâu cắt: khi cắt với chiều sâu cắt nhỏ, các xung khơng đồng nhất và khĩ hiệu chỉnh, năng lượng tiêu hao lớn do đĩ làm giảm năng suất. Khi gia cơng với chiều sâu cắt lớn thì sự tiếp xúc lớn hơn, các tia lửa điện phát ra ổn định hơn, dễ hiệu chỉnh và do đĩ năng suất tăng. Vb (kg/h) t (mm) Vb (kg/h) Hình 4.46. Anh hưởng của chiều sâu cắt và vận tốcV (mm/s) cắt đến năng suất. . Lượng chạy dao: khi tăng lượng chạy dao thì năng suất tăng, tuy nhiên khơng được vượt quá giới hạn cho phép. Vb (kg/h) Vb max 171 S (mm/s)
Hình 4.47. Anh hưởng của lượng chạy dao đến năng suất. b. Tính gia cơng của vật liệu. Để gia cơng được bằng phương pháp điện tiếp xúc thì các vật liệu gia cơng phải là vật dẫn điện. Hầu hết các kim loại và hợp kim đều cĩ thể gia cơng được bằng phương pháp này. Tính gia cơng của kim loại trong phương pháp gia cơng điện tiếp xúc là 1 đại lượng đặc trưng cho tiêu tốn để bĩc được 1 kg kim loại ra khỏi phơi trong điều kiện làm việc ổn định (KW.h/kg). Tính gia cơng của vật liệu phụ thuộc vào tính chất nhiệt của vật liệu. Do đĩ vật liệu cĩ tính chất nhiệt khác nhau thì tính gia cơng cũng khác nhau. Nếu lấy thép 45 làm đơn vị thì tính gia cơng của các thép và kim loại, hợp kim khác so với nĩ dao động trong khoảng 1  1,8. Giá trị càng cao khi gia cơng các vật liệu cĩ sức bền nĩng càng cao. c. Chất lượng bề mặt gia cơng. Chất lượng bề mặt gia cơng của phương pháp điện tiếp xúc thường rất thấp. Độ bĩng từ cấp 3  4 và thường tồn tại vết nứt tế vi. Phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố: vật liệu gia cơng, chế độ điện, chế độ cắt gọt, áp lực giữa các điện cực, dung dịch trơn nguội. Anh hưởng của vật liệu gia cơng: Vật liệu gia cơng ảnh hưởng đến chiều sâu lớp biến cứng và tổ chức tế vi bề mặt. Khi gia cơng, nhiệt phát sinh rất lớn làm ảnh hưởng đến lớp chiều sâu biến cứng bề mặt cũng như làm thay đổi tổ chức tế vi bề mặt. Vật liệu cĩ tính dẫn nhiệt kém thì chiều sâu lớp biến cứng giảm, và ngược lại vật liệu cĩ tính dẫn nhiệt tốt thì lớp chiều sâu biến cứng tăng. Anh hưởng của điện thế U: Khi gia cơng thép đã tơi hoặc hợp kim cứng độ bĩng bề mặt cĩ thể đạt cấp 9. Nhưng trên bề mặt hiệu suất nhiều vết nứt tế vi cĩ độ sâu 0,3  0,5 mm. Mạng vết nứt tế vi xuất hiện đặc biệt ở điện thế cấp 6  8 V hoặc ở điện thế cao 30  40 V Anh hưởng của cơng suất máy biến áp: Khi điện thế khơng đổi mà dịng điện I thay đổi tăng dần sao cho cơng suất làm việc giữa các điện cực tăng dần đều đặn thì quan hệ giữa chiều cao nhấp nhơ của bề mặt gia cơng RZ với cơng suất làm việc là quan hệ tuyến tính: Rz (m) 172 N (KW)
Hình 4.48. Quan hệ giữa độ nhám bề mặt và cơng suất máy biến áp. Do đĩ, khi gia cơng thơ khơng yêu cầu độ bĩng bề mặt cao thì ta cĩ thể tăng cơng suất máy để tăng năng suất. Anh hưởng của cường độ dịng điện: Độ nhám bề mặt cĩ quan hệ với cường độ dịng điện theo cơng thức: m RZ = n.I Trong đĩ: m, n là hằng số phụ thuộc vào điều kiện gia cơng cụ thể và vật liệu gia cơng, m<1. Dịng thấp thì RZ tăng, RZ giảm với một dịng điện nhất định. Nếu tăng I thì sẽ dẫn đến quá nhiệt, do đĩ RZ lại tăng. Rz (m) 0,3 Hình 4.49. Quan hệ giữa độ nhám 0,2 0,1 bề mặt và cường độ dịng điện. I (A) Do kết quả của sự tập0 trung200 nhiệt, lớp400 bề mặt600 ngồi800 xảy ra hiện tượng kết tinh lại và làm thay đổi tổ chức tế vi so với lõi. Chiều sâu lớp thay đổi này khi gia cơng đạt năng suất cao cĩ thể lên đến 15 mm. Độ cứng lớp biến cứng này thay đổi theo dịng điện theo quan hệ ở đồ thị sau: Nếu giảm dịng điện thì chiều sâu lớp biến cứng này sẽ giảm. Các vật liệu cĩ độ giãn nở vì nhiệt thấp thì chiều sâu lớp biến đổi thấp như gang cĩ thành phần crơm cao, chiều sâu lớn nhất của lớp này chỉ tới 0,4 mm. độ cứng tế vi của lớp bề mặt này rất cao. Đối với thép và gang thường đạt tới 550.107  570.107 N/m2 H(MPa) 800 600 400 173 200 J (A/mm) 0 200 400 600
Hình 4.50. Quan hệ giữa dịng điện và chiều sâu lớp biến cứng. Anh hưởng của lượng chạy dao. Khi tăng lượng chạy, độ nhấp nhơ tế vi của bề mặt gia cơng và lớp bề mặt giảm xuống. Tuy nhiên việc tăng lượng chạy chỉ cĩ lợi trong một phạm vi nhất định, tương ứng với áp lực của điện cực dụng cụ lên phơi trong khoảng 4.107  6.107 N/m2. Ngồi ra, khi lượng chạy dao lớn thì cần phải sử dụng dịng điện 1 chiều, vì nếu sử dụng điện xoay chiều sẽ cĩ những thời điểm khơng cĩ dịng điện làm việc mà lúc đĩ điện cực vẫn di chuyển và cọ sát chi tiết làm cho nĩ mau chĩng bị mịn. Anh hưởng chiều sâu cắt. Với chiều sâu cắt nhỏ, nhiệt lượng tập trung lớn, các xung điện khơng đồng nhất làm cho chất lượng bề mặt giảm, độ nhám tăng, các vết nứt tế vi cũng tăng, chiều sâu lớp bề mặt cĩ khi lên đến 15 mm. Để đạt được độ nhám vừa phải thì cần gia cơng với độ sâu thích hợp. Anh hưởng của vận tốc. RZ 0,3 0,2 0,1 V (m/ph) 30 60 90 Hình 4.51. Anh hưởng của vận tốc đến độ nhám bề mặt. Anh hưởng của áp lực. Khi áp lực dụng cụ và chi tiết thay đổi làm cho điện trở tiếp xúc thay đổi do đĩ nhiệt độ thay đổi và cĩ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt. Anh hưởng của áp lực đến điện trở tiếp xúc: R () 174 F (N)
Hình 4.52. Anh hưởng của áp lực đến điện trở tiếp xúc. Ap lực cĩ ảnh hưởng đến độ nhám. Khi tăng áp lực tới một giá trị nào đĩ thì biến dạng dẻo do áp lực gây nên sẽ lấp đi các rãnh sâu và hớt đi các đỉnh làm giảm độ nhám. Nếu ta liên tục tăng áp lực thì làm xơ lệch mạng lớn và làm tăng độ nhám. Ra 1,8 1,2 0,6 F (N) 400 600 800 Hình 4.53. Anh hưởng của áp lực đến độ nhám. Giá trị F thích hợp tùy thuộc vào vật liệu và chế độ gia cơng khác. Anh hưởng của dung dịch trơn nguội. Việc dùng dung dịch trơn nguội tưới vào vùng gia cơng cĩ ảnh hưởng tốt đến chất lượng bề mắt. Dung dịch trơn nguội thường dùng là nước cĩ 1 3 % emuxi dầu thảo mộc và hợp chất của chúng. Khi khơng tưới dung dịch nguội lạnh, chất lượng bề mặt giảm rõ rệt và cường độ dịng điện tăng lên 2  2,5 lần. Điều này được giải thích như sau: khi khơng cĩ các dung dịch trơn nguội thì diện tích tác dụng của hồ quang vượt ra ngồi diện tích tiếp xúc của dụng cụ và chi tiết, làm ảnh hưởng khơng tốt đến chất lượng bề mặt. Khi tưới dung dịch trơn nguội thì nhờ tác dụng của nĩ mà cĩ khả năng tập trung sự phĩng điện và năng lượng và năng lượng được phát ra trên một diện tích khá nhỏ nên các vùng lân cận ít bị ảnh hưởng của nhiệt. Do đĩ làm giảm bớt được lớp thay đổi tổ chức tế vi cũng như chiều cao nhấp nhơ của bề mặt gia cơng. Khi gia cơng trong khơng khí tuy đơn giản nhưng cần cơng suất máy biến áp lớn (300  500 KW) trong khi năng lượng tiêu hao cho một đơn vị khối lượng kim loại khơng lớn lắm. Bởi vậy khi gia cơng thơ, cần năng suất cao mà khơng yêu cầu cao về chất lượng bề mặt thì người ta thường thực hiện gia cơng trong khơng khí. Để gia cơng bán tinh hoặc tinh thì thường thực hiện trong mơi trường chất lỏng và dùng dịng điện 1 chiều cơng suất 50  70 KW. Khi dùng dung dịch trơn nguội cịn làm cho dụng cụ lâu bị mịn. Ngồi ra trong quá trình gia cơng bằng phương pháp điện tiếp xúc, các hiện tượng rung động xảy ra làm cho quá trình tiếp xúc khơng liên tục càng làm cho chất lượng bề mặt gia cơng xấu đi. 175
4.3.3. Thiết bị và dụng cụ. a. Thiết bị. Máy biến áp. Các loại máy biến áp đều cĩ cấu tạo, nguyên lý, thơng số kỹ thuật chung là: - Lõi thép, cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp. - Phần sơ cấp nối với nguồn điện cĩ hiệu điện thế: U = 220  380 (V). - Phần thứ cấp cho ra hiệu điện thế: 2  8 (V) - Điện áp vào: U = 220 (V). - Điện áp ra: U = 0  8 (V). - Dịng điện ra: I = 0  1000 (A). - Cơng suất: N = 5 (KVA). Máy biến áp xoay chiều tần số cơng nghiệp. Loại biến áp này rẻ, dễ chế tạo, cĩ sơ đồ cấu tạo như sau: 220 (V) 2  8 (V) K Máy biến áp một chiều chỉnh lưu bên thứ cấp. K 220 (V) Máy ba pha với độ biến đổi Thyristor. 380 (V) Máy tiện. Các thơng số của máy tiện RAMO: - Số cấp tốc độ trục chính: Z = 18, số vịng quay trục chính n = 32  600 (v/ph). - Lượng chạy dao: S= 24 từ 0,045  0,6 (mm/v). - Chiều cao tâm: H = 120 mm. 176
- Cơng suất: Nhiệt độ = 5 ( KW). Thiết bị cắt. Trên hình 4.50 là sơ đồ thiết bị cắt bằng điện tiếp xúc. Dụng cụ cắt là các đĩa bằng thép hoặc nhơm (độ dày 2-6 mm) cĩ phủ một lớp hạt mài. Trong quá trình cắt các tia lửa điện phát ra từ hai mặt cạnh của đĩa. Dụng cụ bị mịn khoảng 5% so với lượng kim loại bị bĩc khỏi phoi khi dùng chế độ cắt hợp lý. s Dụng cụ Chi tiết Hình 4.54. Thiết bị cắt bằng điện tiếp xúc. Thiết bị hàn. Cho dịng điện đi qua vùng tiếp xúc giữa hai chi tiết, điện trở tại vùng tiếp xúc lớn làm cho kim loại tại vùng này nĩng chảy và khuyếch tán vào nhau. Khi lực ép tác động vào hai tấm kim loại, điện trở vùng tiếp xúc giảm, kim loại đơng cứng lại và hai bề mặt chi tiết dính chặt với nhau. F Kim loại nĩng chảy U U = 12-17V Hình 4.55.F Thiết bị hàn điện tiếp xúc. Thiết bị phay. Dụng cụ là một đĩa quay với vận tốc lớn. Lượng chạy dao luơn nhỏ hơn chiều dày của đĩa. Lượng kim loại bĩc ra khỏi chi tiết gia cơng khơng phụ thuộc vào độ cứng của kim loại cần gia cơng. Thiết bị này dùng để gia cơng các mặt phẳng và các mặt định hình phức tạp (hình 4.56). 177
Điện cực dụng cụ Chi tiết gia cơng Hình 4.56. Thiết bị phay điện tiếp xúc. b. Dụng cụ. Đầu chà. Đầu chà dùng trong ứng cà láng hay lăn ép. Cĩ hai loại: - Dao chà thường. - Dao chà định hình để gia cơng bánh răng, rãnh. Cơ tính của đầu chà: - Là dụng cụ tạo áp lực lên phơi vì cậy phải cĩ độ cứng cao. - Dụng cụ phải tiếp xúc, chà xát lên bề mặt phơi nên cần cĩ độ mài mịn cao. - Do làm việc ở nhiệt độ cao nên dụng cụ cần cĩ độ cứng nĩng lớn. Để cĩ cơ tính cao dụng cụ phải cĩ thành phần là: - Cacbit Vonfram (WC). - Titan (TiC). - Kết dính nhờ kim loại Coban (Co). Ví dụ: Vật liệu Cacbit Vonfram Titan (%) Coban (%) Độ cứng (HRC) (%) Hợp kim cứng 1 92 0 8 87,5 Cacbit: BK8 Hợp kim cứng 2 79 15 6 90 Cacbit: T15K6 178
Hình 4.57 thể hiện mối liên quan giữa độ cứng và nhiệt độ làm việc của dụng cụ. HRC Hợp kim cứng Thép giĩ 70 60 Thép dụng cụ Cacbon 50 40 30 20 10 T (oC) 100 300 500 700 Hình 4.57. Mối liên quan giữa độ cứng và nhiệt độ làm việc của dụng cụ. 200 400 600 800 Dụng cụ chồn, san phẳng. Dụng cụ tác dụng một lực vào bề mặt gia cơng, làm phần kim loại ở vùng tiếp xúc bị nung nĩng và trồi lên. Sau đĩ dụng cụ san phẳng sẽ san bằng bề mặt theo một kích thước lớn hơn. Nếu độ mịn lớn hơn thì dùng thêm dây kim loại sạch để bổ sung. Đĩa mài: Đĩa mài dùng một mặt đầu để thực hiện mài chi tiết. Đĩa phay. Đĩa phay dùng trong ứng dụng phay biên dạng chi tiết. Với trường hợp cần tăng năng suất, đĩa phay cần được tạo rãnh để quá trình phĩng điện khơng liên tục. Đồ gá chổi than. - Vật liệu thường là thép CT5. - Cấu tạo gồm đĩa hàn với ống, trên đĩa cĩ gắn một khối chữ U để dẫn hướng chổi than. - Ong được gắn trên luynet. - Lị xo tạo lực nén của chổi than và được điều chỉnh bằng đai ốc. 179
Đai ốc Đĩa Ống Lị xo Chổi than Hình 4.58. Đồ gá chổi than. Dụng cụ cách điện. Vật liệu của dụng cụ cách điện thường chọn là Mica Mutcovit, các thơng số về điện: - Cường độ điện trường đánh thủng E = 8 MV/m2. - Điện trở suất: = 4.104. Đĩa cắt. Đĩa cắt dùng trong ứng dụng cắt đứt. Vật liệu đĩa cắt thường là: thép, nhơm (Al). Ngồi ra chu vi đĩa cắt cịn được phủ một lớp hạt mài (chất kết dính thường là nhựa eboxy). Vậy trong quá trình cắt các tia lửa điện chỉ phát ra từ hai mặt cạnh của đĩa. Ong khoan. - Dùng để khoan, xọc, mở rộng lỗ. - Hình dạng của ống là hình trụ cĩ hình dạng bất kỳ. Các dụng cụ thơng thường. Dao tiện, dao phay dùng trong phương pháp điện tiếp xúc đều cĩ các thơng số kỹ thuật như dao tiện, dao phay trong phương pháp gia cơng truyền thống. Chổi quét. Chổi quét dùng để dẫn điện vào chi tiết. Phân loại chổi quét theo vật liệu của chổi: - Đồng. - Hợp kim bạc. - Than. Ưu điểm của vật liệu than khi dùng làm chổi so với vật liệu kim loại: - Làm việc ở tốc độ cao, sinh nhiệt cao khơng bị cháy dính. - Mịn đều hơn. Khuyết điểm của vật liệu than khi dùng làm chổi so với vật liệu kim loại: - Kích thước và điện trở suất lớn hơn. 4.3.4. Các phương pháp gia cơng điện tiếp xúc thơng thường. 180
a. Cắt đứt. Dụng cụ cắt bằng phương pháp điện tiếp xúc là những đĩa thép hoặc nhơm cĩ phủ một lớp hạt mài theo chu vi đĩa (với nhựa epoxy). Do đĩ trong quá trình cắt các tia lửa điện chỉ phát ra từ hai mặt cạnh của đĩa. Dụng cụ chỉ bị mịn khoảng 5% so với lượng kim loại bị bĩc khỏi phơi khi dùng chế độ cắt hợp lý. Thơng thường đĩa cắt dày khoảng2 đến 6mm. Điện thế làm việc từ 24 –31V, vận tốc đĩa thường dùng khoảng 30 – 40m/s. Cường độ dịng điện sử dụng phụ thuộc cơng suất nguồn, tốc độ ăn dao, thường chọn trong khoảng 1.500 – 10.000 A hoặc cĩ thể lớn hơn. s Dụng cụ Chi tiết Hình 4.59. Sơ đồ gia cơng cắt đứt. Năng suất gia cơng phụ thuộc vào chiều dày đĩa cắt và tăng theo điện tích tiếp xúc và phơi. Trong quá trình làm việc vận tốc cĩ thể tự điều chỉnh tùy theo phụ tải. Vận tốc lớn nhất tương ứng với phụ tải lớn nhất. Ví dụ: Khi I = 300A lượng kim loại bị hớt đi là 0,2 cm3/s. Khi I = 200A lượng kim loại bị hớt đi là 0,6 cm3/s. Các thơng số so sánh các phương pháp gia cơng cắt thép. Bảng 4.3. Các thơng số so sánh các phương pháp gia cơng cắt thép. Phương Năng suất Độ Độ Độ mịn Tiêu hao pháp gia Cm3/KW.s Cm3/ph bĩng chính dụng cụ năng cơng xác gia (%) lượng cơng (KW.s/kg) Gia cơng 150  200 80 200 1 2 Cấp 45 0,5 0,7  1 điện tiếp xúc Gia cơng tia 10  15 15  20 2 4 Cấp 34 40  100 0,5  2 lửa điện Gia cơng cơ 25  40 20  60 2 4 Cấp 34 10  30 3  5 điện 181
b. Hàn. Cho dịng điện đi qua vùng tiếp xúc giữa hai chi tiết, điện trở tại vùng tiếp xúc lớn làm cho kim loại tại vùng này nĩng chảy và khuyếch tán vào nhau. Khi lực ép tác động vào hai tấm kim loại, điện trở vùng tiếp xúc giảm, kim loại đơng cứng lại và hai bề mặt chi tiết dính chặt với nhau. Sơ đồ hàn tiếp xúc cĩ thể tham khảo ở hình 4.47. F Kim loại nĩng chảy U U = 12-17V Hình 4.47.F Sơ đồ hàn tiếp xúc. c. Phay. Dụng cụ là một đĩa quay với vận tốc lớn. Lượng chạy dao luơn nhỏ hơn chiều dày của đĩa. Lượng kim loại bĩc ra khỏi chi tiết gia cơng khơng phụ thuộc vào độ cứng của kim loại cần gia cơng. Thiết bị này dùng để gia cơng các mặt phẳng và các mặt định hình phức tạp (tham khảo ở hình 4.56). Điện cực dụng cụ Chi tiết gia cơng Hình 4.56. Phay điện tiếp xúc. Phay điện tiếp xúc cĩ năng suất cao nhưng độ nhám bề mặt thấp và trên bề mặt gia cơng cĩ nhiều vết nứt tế vi. Ví dụ: khi gia cơng thép khơng rỉ với chế độ gia cơng t = 2mm, chiều rộng phay b = 1,5mm, U = 20 – 30V, I = 450A thì chiều sâu lớp bề mặt bị hư hỏng là 0,15mm. 182
Để tăng chất lượng bề mặt gia cơng, người ta tạo răng trên đĩa phay nhằm làm cho quá trình phĩng tia lửa điện khơng liên tục. Chọn chiều quay của đĩa sao cho các tia lửa điện và phoi cắt khơng rơi vào bề mặt gia cơng. Dùng dung dịch trơn nguội là nước hoặc dầu. d. Mài. Mài bằng phương pháp điện tiếp xúc cĩ kết cấu và cách tiến hành đơn giản, đảm bảo an tồn vì điện thế sử dụng tương đối thấp. Phương pháp thường này ứng dụng để mài dụng cụ cắt. Điện cực dụng cụ + Dao được mài Hình 4.60. Sơ đồ mài dụng cụ bằng điện tiếp xúc. Phương pháp này cho năng suất tương đối cao. Tuy nhiên cần chọn chế độ gia cơng hợp lý vì chúng cĩ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và năng suất mài. e. Tiện. Đây là phương pháp gia cơng kết hợp giữa điện tiếp xúc và tiện thơng thường. Độ bĩng bề mặt gia cơng của phương pháp này đạt đến 8 - 9. Nhờ tác dụng của dịng điện mà lực cắt giảm và nâng cao được năng suất khi gia cơng vật dẻo và vật liệu cứng (thép tơi, thép chịu nhiệt, thép khơng rỉ, ). Điều kiện kỹ thuật của phương pháp tiện điện tiếp xúc: dùng máy tiện vạn năng lắp thêm phần điện, sử dụng điện thế thấp (0,2 – 2V). Cường độ dịng điện khá lớn, khoảng 500A. Dao được cách điện với bàn dao, chi tiết được cách điện với thân máy. Dung dịch làm nguội được tưới vào vùng tiếp xúc (hình 4.35). 183
Hình 4.35. Sơ đồ tiện điện tiếp xúc. Nếu chỉ cần đảm bảo năng suất khi gia cơng cắt gọt thì cĩ thể nâng cao chất lượng bề mặt gia cơng. Vì vậy cĩ thể dùng phương pháp này để gia cơng tinh. f. Khoan, xọc. Dụng cụ cĩ hình dáng của lỗ. Trong quá trình gia cơng, điện cực được tưới dung dịch trơn nguội và cĩ chuyển động dao động theo hướng ăn mịn của dụng cụ với tần số 50 – 100Hz. 3 2 4 + 5 1 Hình 4.61. Sơ đồ khoan lỗ bằng phương pháp điện tiếp xúc. 1. Chi tiết. 2. Điện cực dụng cụ. 3. Dung dịch trơn nguội. 4. Lõi kim loại. 5. Mặt đang gia cơng. Khoan xọc dùng phương pháp điện tiếp xúc đạt năng suất cao. Phương pháp này khơng cần dụng cụ cĩ độ cứng cao mà cĩ thể gia cơng vật liệu cĩ độ cứng bất kỳ, tạo lỗ hình trụ hay hình dáng bất kỳ khi dùng điện cực dụng cụ tương ứng. Khi khoan, xọc bằng phương pháp điện tiếp xúc thì lớp biến dạng bề mặt sâu hơn khi gia cơng điện hĩa và tia lửa điện nhưng vẫn nằm trong phạm vi cho phép. g. Cà láng hoặc lăn ép. Cà láng hoặc lăn ép bằng phương pháp điện tiếp xúc được thực hiện khi điện cực dụng cụ dịch chuyển đi lại dưới một áp lực nhất định. Trong quá trình gia cơng các đỉnh nhấp nhơ trên bề mặt chi tiết bị dụng cụ san phẳng do tác dụng của áp lực và dịng điện cĩ hiệu điện thế thấp nhưng cường độ dịng điện cao. 184
Chất lượng bề mặt cĩ thể đạt Ra = 0,32 – 0,16. D ụng cụ C hi tiết Hình 4.62. Sơ đồ cà láng mặt phẳng bằng điện tiếp xúc. Dụng cụ cà láng tương tự dụng cụ lăn ép cho máy phay, máy tiện. Chi tiết gia cơng được cách điện với mâm cặp, dụng cụ cách điện với bàn xe dao và được nối vào một cực của nguồn điện. Cực cịn lại nối trực tiếp với chi tiết nhờ tiếp điểm trượt chổi than. Khi tiến hành gia cơng, do cĩ dùng dung dịch trơn nguội nên nhiệt độ ở vùng tiếp xúc chỉ đạt 900 oC. Kết quả nhận được trên bề mặt chi tiết là tổng hợp của hai quá trình: biến cứng do biến dạng dẻo và tơi do tác dụng nhiệt của dịng điện và ma sát. Hai quá trình cơ nhiệt diễn ra đồng thời nên giảm khả năng kết tinh lại của kim loại. Nhưng do quá trình cơ nhiệt chỉ diễn ra trên một diện tích nhỏ của bề mặt chi tiết nên khả năng hĩa bền các lớp kim loại bên trong bị hạn chế. Phương pháp này cĩ thể gia cơng thơ vật liệu cĩ độ cứng cao, các loại thép sau khi tơi như nâng cao độ bền lị xo, phục hồi chi tiết máy (con đội, trục truyền động ). Con lăn đỡ 185 Con lăn ép
Hình 4.63. Sơ đồ lăn ép điện tiếp xúc. Chế độ cà láng được cho trong bảng 4.4 Bảng 4.4. Các chế độ cà láng. Tên Cường Vận tốc Lượng Ap lực P Độ bĩng Chiều sâu Số nguyên độ dịng (m/ph) chạy dao (kg) lớp biến hành cơng điện (A) (mm/vg) cứng trình (n) Cà láng 350400 80 130 0,2 0,3 50 60 8  10 0,020,03 1  2 500600 15  20 0,2 0,3 50  60 8  9 0,050,08 1  2 200400 3  8 1 1,5 50  120 - - - Lăn ép 1100  9  10 0,2  0,3 50  60 6  7 0,20,35 1 2 bằng 1300 con lăn Lăn ép 300500 3  8 1,25  2 50  120 - - 2  3 trong 4.3.5. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng. a. Sự khác nhau về nguyên lý giữa phương pháp gia cơng điện tiếp xúc và các phương pháp khác. - Phương pháp gia cơng điện tiếp xúc thực hiện bằng cách cho hai điện cực tiếp xúc gián đoạn, trong khi đĩ ở phương pháp tia lửa điện và xung điện thì hai điện cực khơng cần tiếp xúc nhau. - Dùng cơ học gây xung bằng cách cho điện cực tiếp xúc gián đoạn khi nĩ di chuyển tương đối nhanh so với chi tiết gia cơng. Do đĩ khơng địi hỏi máy phát xung chuyên dùng như các phương pháp gia cơng tia lửa điện và điện ăn mịn. - Phương pháp điện tiếp xúc làm việc trong mơi trường điện mơi (dạng lỏng hay dạng hơi). Nguồn điện cĩ thể là nguồn 1 chiều hay xoay chiều với điện thế thấp. Khác với phương pháp cơ điện hĩa phải làm việc trong mơi trường điện phân với dịng điện 1 chiều. b. Ưu điểm của phương pháp gia cơng điện tiếp xúc. - Năng suất rất cao cĩ thể đạt 200000 mm3/ph. - Cĩ thể ứng dụng rộng rãi trên các máy cơng cụ vạn năng cải tiến thêm phần điện. - Dụng cụ điện cực cĩ kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và rẻ tiền. 186
- Cĩ khả năng điều chỉnh chế độ gia cơng trong một giải rộng. - Ap lực của dụng cụ lên chi tiết thấp. P = 4  6 kg/cm2. - Cĩ thể dùng dịng xoay chiều với điện thế thấp. - Cĩ khả năng gia cơng các vật liệu cĩ độ cứng cao mà các phương pháp gia cơng thơng thường khĩ thực hiện được. - Cĩ thể gia cơng các chi tiết rất lớn mà khơng cần máy chuyên dùng. - Cĩ khả năng gia cơng các bề mặt phức tạp trong thời gian ngắn. - Cĩ khả năng hồn tồn cơ khí hĩa và tự động hĩa. c. Nhược điểm. - Độ bĩng bề mặt gia cơng thấp, khi gia cơng tinh với chế độ hợp lý chỉ đạt 6  7. - Trên bề mặt xuất hiện lớp thay đổi cấu trúc kim loại rất sâu, và cĩ nhiều vết nứt tế vi làm giảm tuổi bền của chi tiết. - Tiếng ồn gia cơng lớn, đặc biệt là gia cơng thơ. Do vậy cần phải trang bị dụng cụ chống tiếng ồn, đồng thời cũng phải trang dụng cụ chống bức xạ và các tia lửa điện bắn tung tĩe. d. Phạm vi ứng dụng. Với các đặc điểm như vậy, phương pháp gia cơng điện tiếp xúc được ứng dụng rộng rãi trong việc gia cơng các chi tiết cĩ kích thước lớn, lượng phoi bĩc đi nhiều nhưng chỉ nên dùng trong gia cơng thơ. 187
4.4. GIA CƠNG CƠ ANOD. Phương pháp gia cơng cơ anod là phương pháp tổng hợp của các phương pháp: ăn mịn điện, điện hĩa và mài cơ học được dùng để mài bĩng và mài sắc lưỡi cắt của dụng cụ cắt. 4.4.1. Nguyên lý cơ bản của gia cơng cơ anod. R T D M Hình 4.64. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia cơng bằng cơ chế anod. R: Chiết áp. T: đĩa điện cực quay. D: Dung dịch. M: Vật gia cơng. Cơ sở của phương pháp này là: giữa điện cực catod và vật gia cơng phát sinh phĩng điện với cường độ rất lớn. dung dịch gia cơng tạo nên trên bề mặt anod một màng mỏng cách điện (gọi là màng mỏng anod). Ơ chỗ tiếp xúc của điện cực quay với vật gia cơng, màng này bị lực nén cơ học làm mỏng, do đĩ bị đánh thủng do tác dụng của điện trường, và hồ quang sinh ra. Trong quá trình cĩ hồ quang, các ion xuyên qua màng mỏng va đập vào bề mặt anod làm cho lớp bề mặt hịa tan vào dung dịch (gọi là sự hịa tan anod). Điện cực quay luơn luơn làm phĩng hồ quang ở chỗ cao nhất trên bề mặt gia cơng, đồng thời mang đi vật liệu bị tách ra. Ơ phương pháp gia cơng này điện cực làm bằng gang, dung dịch thường là nước thủy tinh. 4.4.2. Thơng số cơng nghệ của phương pháp gia cơng bằng cơ chế anod. Các thơng số quan trọng nhất là điện áp, cường độ dịng điện, mức độ nhấp nhơ của dịng chỉnh lưu, tốc độ quay của điện cực, lực nén của điện cực. a. Điện áp. Điện áp càng lớn thì năng suất gia cơng càng cao (hình 4.61). Nhưng với điện áp lớn (> 30V) nhiệt độ quá cao, do đĩ lượng phoi lấy đi bị giảm mạnh. Điện áp tăng làm giảm độ bền của màng mỏng anod. 188
V E T L A H I M Hình 4.65. Quá trình tách phoi trong phương pháp gia cơng bằng cơ chế anod. L: Vật liệu được tách ra. E: Dung dịch điện phân. V: Hướng chuyền động chính. T: đĩa điện cực. A: màng mỏng anod. M: Vật gia cơng. H: màng mỏng bị làm mỏng hơn. I: Hồ quang. 3 VD (mm /ph) 600 500 35 A/cm2 400 25 A/cm2 300 15 A/cm2 200 100 V 16 18 20 22 24 26 28 Hình 4.66. Quan hệ giữa năng suất lấy phoi và điện áp với các mật độ dịng điện khác nhau. Xét quan hệ giữa năng suất gia cơng và mật độ dịng điện thì thấy rằng ban đầu khi mật độ dịng điện nhỏ thì năng suất tăng chậm, ở đây vật liệu bị lấy đi chủ yếu do quá trình hịa tan của anod. Ơ giai đoạn tiếp theo đồ thị tăng lên mạnh, ở đây sự ăn mịn do hồ quang là chủ yếu, với mật đồ dịng điện lớn hơn nữa, hồ quang được duy trì lâu hơn, năng suất giảm. Giai đoạn đầu thích ứng với gia cơng tinh, giai đoạn thứ hai là gia cơng thơ, giai đoạn thứ ba thì khơng được áp dụng do bề mặt bị ăn mịn lỗ chỗ khơng đều nhau. b. Độ nhấp nhơ của dịng chỉnh lưu. 189
Tính chất này quan trọng đối với gia cơng thơ. Sự hình thành hồ quang trong thời gian lâu xảy ra với mật độ dịng điện lớn, do vậy cho năng suất cao. c. Tốc độ chuyển động của điện cực. Tăng tốc độ chuyển động của điện cực sẽ làm tăng năng suất do hiệu quả làm mát tốt và bổ sung dung dịch. Tốc độ tối ưu 5 m/s (hình 4.63). Tốc độ quá cao thì làm xấu hơn việc bổ sung dung dịch, do đĩ khơng cĩ lợi. V (mm3/ph) D An mịn Điện hĩa điện Dưỡng trì 700 600 500 400 300 200 100 Mật độ I (A/cm2) 7,5 15 22,5 30 37,5 Hình 4.67. Anh hưởng của mật độ dịng điện đến năng suất gia cơng. 3 VD (mm /s) 400 300 200 2,5 5 7,5 10 12,5 V (m/s) 190
Hình 4.68. Tác dụng của tốc độ điện cực đến năng suất lấy phoi. d. Lực nén của điện cực. Trên hình 4.69 là đồ thị biểu diễn quan hệ giữa năng suất lấy phoi với lực nén của điện cực. Ban đầu năng suất tăng lên, đạt được trị số tối ưu, sau đĩ giảm và giữ khơng đổi trong khi lực nén tiếp tục tăng. Khi gia cơng tinh người ta dùng lực nén lớn và với mật độ dịng điện nhỏ. 3 VD (mm /ph) 700 500 300 100 0,75 1 1,25 1,5 2) Hình0,25 4.69.0,5 0,75 Anh hưởng của lực1,75 nén đếnAp năngsuất (kg/cm suất lấy phoi. e. Dung dịch. Cũng ảnh hưởng lớn đến năng suất lấy phoi. Tốc độ hình thành màng mỏng anod, tính cách điện và độ bền cách điện phụ thuộc vào dung dịch. Dung dịch cơ bản là nước thủy tinh. Cĩ khi người ta dùng dung dịch cao lanh – borax, hoặc dung dịch emulxi 2 – 4% dùng khi khoan thép. Dung dịch dần dần bị tiêu hao, hơn nữa tính chất của nước thủy tinh là hĩa khơ trong khơng khí, vì vậy trong quá trình sử dụng phải thường xuyên rửa máy. Bảng 4.7. Năng suất gia cơng bằng cơ chế anod. 191
Loại gia cơng Tốc độ hình thành Năng suất lấy phoi màng mỏng (mm/ph) (mm3/ph) Cắt thép - 600 - 2500 Mài thép cứng - 20 – 80 Mài lưỡi dụng cụ bằng thép 1 – 2 300 – 800 Mài lưỡi dụng cụ bằng thép cứng Thơ 0,2 – 0,3 30 – 60 Nhẵn - 10 – 40 Bĩng - 2 – 8 Sự hao mịn điện cực khơng nhiều. Trường hợp gia cơng tinh, sự hao mịn điện cực ít, khơng đáng kể. Trường hợp gia cơng thơ, nhất là với lực nén lớn và bề mặt tiếp xúc lớn thì sự hao mịn là đáng kể. f. Độ nhám bề mặt. Độ nhám bề mặt cĩ tính chất tương tự như gia cơng bằng tia lửa điện, nghĩa là cĩ những chỗ rỗ trùng lên nhau. Với lực nén lớn thì cĩ thể hình thành những đường gân nằm theo hướng chuyển động của điện cực. Khi mài lưỡi cắt, những hạt nhỏ carbit khơng nhơ lên trên bề mặt, do đĩ dễ đánh bĩng bề mặt. Độ bĩng của bề mặt được đánh bĩng bằng cơ chế anod cĩ thể tốt hơn đánh bĩng bằng hạt nhỏ kim cương. nếu muốn đạt năng suất cao, thì độ bĩng bề mặt giảm đi rất nhiều. Nĩi chung so với phương pháp gia cơng bằng tia lửa điện thì ở đây tính chất của bề mặt tốt hơn, vì sự hịa tan anod làm tăng thêm khả năng làm bĩng bề mặt. Tính chất của lớp bề mặt phụ thuộc rất nhiều và cơng nghệ khi gia cơng thơ, do tác dụng của hồ quang ăn mịn, mà cấu tạo của bề mặt cũng tương tự như trường hợp gia cơng bằng tia lửa điện. Bề mặt ở đây cũng bị biến cứng. Bề sâu của lớp biến cứng tăng theo mật độ dịng điện, và giảm nếu tác dụng làm mát tăng. Bề dày của lớp biến cứng này cũng giảm khi tốc độ chuyển động của điện cực tăng (hình 4.80). Bề dày lớp biến cứng (mm) 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 V (m/s) 2,5 5 7,5 10 12,5 15 192
Hình 4.80. Tác dụng của tốc độ chuyển động của điện cực đối với độ dày của biến cứng. Trong trường hợp đánh bĩng, sự hịa tan anod là đặc trưng của quá trình này. Ơ đây hiện tượng hĩa cứng và biến đổi cấu trúc vật liệu khơng thể hiện rõ trên bề mặt được đánh bĩng. Trong trường hợp mài hợp kim cứng bằng phương pháp cơ chế anod, do tác dụng nhiệt lớn mà hình thành ứng suất nén cho đến mức vật gia cơng bị nứt và phát tiếng nổ. Vì vậy cần cẩn thận khi tăng năng suất gia cơng. 4.4.3. Phạm vi ứng dụng của phương pháp gia cơng bằng cơ chế anod. Trước tiên, người ta ứng dụng rộng rãi để gia cơng hợp kim cứng và các vật liệu khĩ cắt gọt. Năng suất gia cơng chủ yếu phụ thuộc vào khả năng dẫn nhiệt, nhiệt độ nĩng chảy, tỉ nhiệt của nguyên liệu, cịn độ bền cơ học và độ cứng thì khơng cĩ ảnh hưởng gì. Các loại thép được gia cơng với năng suất gần như nhau. Gia cơng hợp kim cứng so với gia cơng thép thì cĩ thể dùng năng suất 30 – 40 lần nhỏ hơn, nhưng năng suất này vẫn cịn cao hơn năng suất để mài theo phương pháp thơng thường. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để mài lưỡi cắt các dụng cụ cắt và để cắt hợp kim cứng. Thiết bị rất đơn giản. Việc chuyển dịch tới điện cực với một lực nén ổn định, là máy cắt kim loại mà điện cực được đẩy tới bằng tác dụng của khối lượng đối trọng. 193