Gia công phóng điện EDM là gì? Ưu, nhược điểm quy trình gia công EDM

20-09-2023 2.489

Gia công phóng điện là một quá trình chế tạo không tiếp xúc trong đó đạt được hình dạng mong muốn bằng cách sử dụng phóng điện. Các kỹ sư thường phải tìm đến EDM mỗi khi các phương pháp gia công truyền thống đã đạt đến giới hạn.

Mục lục
Gia công phóng điện là một quá trình chế tạo không tiếp xúc trong đó đạt được hình dạng mong muốn bằng cách sử dụng phóng điện. Các kỹ sư thường phải tìm đến EDM mỗi khi các phương pháp gia công truyền thống đã đạt đến giới hạn. Không giống như các quy trình thông thường như đúc, tạo hình và các quy trình gia công thông thường khác, EDM có thể đạt được mức độ hoàn hảo rất cao khi sử dụng đầu vào kỹ thuật số.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá quy trình EDM và các loại khác nhau của nó. Chúng ta cũng sẽ thảo luận về những lợi ích và hạn chế khác nhau của nó. Tiếp tục đọc để hiểu sâu hơn về các quy trình EDM khác nhau và tìm ra quy trình nào là tốt nhất cho nhu cầu của bạn.
 

Gia công phóng điện EDM là gì?


Gia công phóng điện EDM là một quá trình sản xuất trừ dựa trên nhiệt. Nó chuyển đổi dòng điện thành năng lượng nhiệt làm tan chảy hoặc làm bay hơi vật liệu dư thừa từ phôi. Quá trình này xử lý sự xói mòn này để tạo ra các vết cắt và hình dạng mong muốn từ nguyên liệu thô. Do sử dụng phương pháp phóng điện nên quá trình này đôi khi còn được gọi là gia công tia lửa điện.

Vì quá trình này dựa trên sự dẫn điện qua vật liệu nên nó chỉ hoạt động với các vật liệu dẫn điện tốt. Quá trình này cực kỳ đáng tin cậy trong việc mang lại các vết cắt có độ chính xác cao bất kể độ cứng hay mềm của vật liệu miễn là nó có tính dẫn điện tốt.

Nhờ đó, chúng ta có thể sử dụng EDM để cắt các vật liệu có độ cứng cao như Inconel và cacbua vonfram. Các kỹ sư cũng tìm đến EDM khi cần cắt các hình dạng phức tạp mà các phương pháp truyền thống không thể thực hiện được như phay không thể thực hiện được. Các tính năng như cạnh bên trong sắc nét và khoang sâu chỉ có ở gia công phóng điện.

Các phương pháp đạt được độ chính xác kích thước trong gia công chi tiết
 

Quy trình gia công phóng điện EDM hoạt động như thế nào?


Quá trình này bao gồm hai phần chính: điện cực và phôi/vật liệu. Mỗi cái được kết nối với một đầu của nguồn điện. Điện cực mang một phía điện tích và phôi mang phía bên kia điện tích.

Khi cả hai đến gần nhau, một tia lửa điện nóng màu trắng phóng từ điện cực đến phôi do hiệu điện thế cao giữa hai vật. Điều này tạo ra nhiệt độ từ 8.000 đến 12.000 độ C trong khe hở tia lửa, khiến vật liệu tan chảy và do đó bị ăn mòn. 

Nhiệt độ cao như vậy đòi hỏi phải sử dụng chất lỏng cách điện hoặc chất điện môi . Điện cực và phôi được ngâm trong chất lỏng điện môi trong suốt quá trình.

Chất lỏng điện môi điều khiển tia lửa điện. Nó cũng hoạt động như chất làm mát quy trình và loại bỏ các hạt nhỏ bị ăn mòn trong quy trình.

Các hạt bị ăn mòn có thể có kích thước từ 2 micron trở xuống. Để so sánh, tóc người có độ dày 70 micron (+/- 20 micron). Các hạt bị bào mòn mịn đến mức có thể so sánh với kích thước của các hạt bụi và khói. Vì vậy, chúng ta có thể đạt được độ chính xác cao thông qua EDM.

Điều quan trọng cần lưu ý là toàn bộ quá trình hoàn toàn tự động và được điều khiển bằng CNC . Không có sự tham gia của con người. Quy trình cho một bộ phận thậm chí có thể được tạo tự động từ các mô hình được tạo trong chương trình CAD 3D.
 

Các loại quy trình gia công phóng điện EDM


Tùy thuộc vào hình dạng của điện cực và cách thiết lập quy trình, chúng ta có thể đạt được nhiều hình dạng và mức độ chính xác khác nhau từ nguyên liệu thô. Dựa trên những điều này, chúng ta có thể phân loại các quy trình EDM thành ba loại riêng biệt. Đó là:
 

- Quá trình EDM chìm


Quá trình EDM chìm khuôn sử dụng khuôn có hình dạng âm của vết cắt mong muốn làm điện cực. Khuôn này được tiếp xúc hoặc 'chìm' vào phôi khi có chất lỏng điện môi. Điều này tạo ra ấn tượng tiêu cực về khuôn trong phôi thông qua một loạt phóng điện giữa điện cực và phôi.

Hãy tưởng tượng ép một vật kim loại vào đất sét. Đất sét có hình dạng âm của vật kim loại. Quá trình EDM chìm khuôn hoạt động theo cách tương tự. Khi mọi người nói về gia công phóng điện, đây là quy trình thường được nhắc đến. Đây là quy trình EDM thông thường còn được gọi là EDM dạng khoang, thể tích, ram hoặc EDM chìm.

Trong EDM kiểu khoang, việc lựa chọn vật liệu điện cực phụ thuộc vào độ dẫn điện và khả năng chống xói mòn của vật liệu. Cả hai đều càng cao thì càng tốt. Do đó, các điện cực này thường được làm bằng than chì hoặc đồng. Tuy nhiên, than chì dễ gia công hơn. Chi phí liên quan đến việc gia công điện cực có thể rất tốn kém trừ khi khối lượng sản xuất cao hơn có thể biện minh cho điều đó.

Với phương pháp này, nhà sản xuất có thể tạo ra các tính năng phức tạp (chẳng hạn như các góc sắc nét bên trong) mà các dịch vụ gia công cơ khí CNC không thể thực hiện được .
 

- Gia công dây EDM


Quy trình EDM dây sử dụng dây mỏng như sợi tóc thay vì khuôn làm điện cực cho quy trình. Dây dẫn điện đến vật liệu gây ra sự ăn mòn vi mô của vật liệu tại các vị trí mong muốn. Cách làm việc tương tự như lưỡi cưa vòng . Dây đi qua vật liệu và thực hiện các vết cắt dọc theo hai chiều. Đường kính của dây dao động từ 0,05 mm đến 0,35 mm.

Dây thường được làm bằng đồng hoặc đồng thau và được giữ giữa các thanh dẫn kim cương. Vì dây cũng bị cháy trong quá trình này nên dây mới liên tục được kéo ra khỏi ống cuộn trong quá trình cắt để duy trì độ chính xác và độ chính xác của các bộ phận đã hoàn thiện.

Tuy nhiên, quá trình này khó đạt được các góc bên trong sắc nét. Điều này là do khe hở tia lửa giữa dây và vật liệu tạo ra các góc bên trong có bán kính nhỏ khoảng 0,15 mm thay vì vuông góc hoàn hảo.

Thông thường, quá trình cắt dây EDM bắt đầu từ một trong các cạnh của phôi. Nhưng cũng có thể bắt đầu quá trình gia công từ tâm phôi. Trong trường hợp này, một lỗ được tạo ở giữa phôi bằng quy trình được gọi là khoan lỗ nhỏ EDM. Sau đó, dây được luồn qua lỗ và quá trình cắt có thể bắt đầu.

Các kỹ sư sử dụng dây EDM để tạo ra những hình dạng vô cùng phức tạp với dung sai cực kỳ chặt chẽ. Nếu cần, máy EDM dây có thể được sử dụng để chế tạo các bộ phận thu nhỏ cho đồng hồ và các ứng dụng khác.
 

- Máy khoan lỗ EDM


EDM khoan lỗ là một loại quy trình EDM đặc biệt sử dụng các điện cực hình ống để khoan các khoang nhỏ và sâu vào vật liệu phù hợp. Nguyên lý làm việc vẫn giống như trong các quy trình EDM khác nhưng chất điện môi được cung cấp đến vị trí gia công thông qua chính điện cực.

Gỡ lỗi chiếm một phần đáng kể trong chi phí sản xuất. Với quy trình EDM khoan lỗ, không có gờ, đây là một lợi thế đáng kể so với quy trình gia công truyền thống.

Máy khoan lỗ EDM có những ứng dụng rất cụ thể trong đó cần có các khoang phức tạp trong sản phẩm. Ví dụ, nó đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và sản xuất các kênh làm mát phức tạp ở các cánh tuabin nhiệt độ cao.
 
Gia công EDM
 

Ứng dụng gia công phóng điện EDM


Gia công phóng điện là giải pháp thay thế tốt nhất để sử dụng bất cứ khi nào các phương pháp gia công truyền thống đạt đến giới hạn trong gia công vật liệu dẫn điện.

Máy EDM có thể cắt bất kỳ vật liệu dẫn điện nào bất kể độ cứng hay mềm của nó. Vì tất cả các kim loại đều dẫn điện ở một mức độ nào đó nên chúng ta có thể gia công một danh sách dài các kim loại bằng EDM. Một số vật liệu mà EDM được sử dụng là đồng , đồng thau, vonfram, thép (carbon, hợp kim cao, thép không gỉ và thép cứng), Inconel, titan, v.v.

Xét về các ngành công nghiệp, EDM đang tìm kiếm các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ ô tô đến hàng không vũ trụ. Việc sử dụng EDM đã phổ biến trong các bộ phận nha khoa nhưng hiện nay ngày càng trở nên hữu ích trong sản xuất chân tay giả, cấy ghép và dụng cụ phẫu thuật.

Các đặc tính độc đáo của gia công phóng điện khiến nó trở nên lý tưởng cho các bộ phận và tính năng như:
  • Đùn chết
  • Dụng cụ ép phun
  • Các góc bên trong sắc nét
  • Lỗ nhỏ thẳng hoặc cong
  • Hình thức quay
  • Khắc trên vật liệu cứng
 

Ưu điểm quy trình gia công phóng điện EDM


Gia công phóng điện mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp gia công truyền thống. Một số ưu điểm này chỉ có ở EDM trong khi những ưu điểm khác được tìm thấy ở các phương pháp mới hơn như cắt tia nước và cắt laser. Chúng ta hãy xem xét một số trong số này:
 

- Độ chính xác cao hơn


Gia công phóng điện cung cấp một trong những độ chính xác cao nhất trong số các quy trình sản xuất hiện đại. Thiết lập thông thường có thể mang lại độ chính xác lên tới 0,025 mm nhưng có những máy EDM đặc biệt có thể lên tới 0,005 mm.

Độ chính xác của một bộ phận cụ thể phụ thuộc vào các yếu tố như đặc tính vật liệu, thời gian gia công và mức độ hoàn thiện bề mặt mong muốn.
 

- Thiết kế phức tạp


Với EDM, có thể phát triển và chế tạo các hình dạng cực kỳ phức tạp và phức tạp. Những hình dạng này sẽ rất khó và thậm chí là không thể thực hiện được bằng các phương pháp truyền thống.
 

- Bề mặt hoàn thiện tuyệt vời


Các vết cắt EDM có tính định hướng bằng 0 và không để lại dấu vết gia công trừ khi thời gian gia công giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định.

Chất lượng hoàn thiện cao là do tốc độ loại bỏ vật liệu chậm. Chỉ các hạt nhỏ được loại bỏ tại một thời điểm cho phép EDM để lại một bề mặt nhẵn mà không cần xử lý bổ sung để có bề mặt hoàn thiện đạt yêu cầu.
 

- Nhiều loại vật liệu khả thi


Do hầu hết các kim loại đều dẫn điện tốt nên EDM hoạt động được với nhiều loại vật liệu.
 

- Quá trình không tiếp xúc


Không có công cụ cắt nào liên quan đến quá trình EDM. Do đó, phôi không phải chịu bất kỳ lực hoặc áp suất cơ học nào. Ngay cả những vật liệu cực kỳ mềm thường dễ bị hư hỏng hoặc gãy do áp lực từ dụng cụ cắt cũng có thể được gia công thông qua gia công phóng điện mà không gặp bất kỳ rủi ro nào.

Các phương pháp đạt được độ chính xác kích thước trong gia công chi tiết
 

Nhược điểm quy trình gia công phóng điện EDM


Không có quy trình sản xuất nào mà không có những hạn chế. Luôn có sự đánh đổi. Những nhược điểm của việc sử dụng EDM như sau:
 

- Chi phí điện cực


Tuổi thọ điện cực của dụng cụ bị giới hạn trong EDM. Nó dễ bị xói mòn giống như phôi. Điều này có thể gây ra vấn đề khi tạo các tính năng như các góc bên trong sắc nét vì tuổi thọ của dụng cụ giảm dần theo thời gian.

Nên thay điện cực thường xuyên cho các bộ phận đáng tin cậy. Giá thành của điện cực ảnh hưởng đến tính khả thi của quy trình tùy thuộc vào độ phức tạp và tốc độ thay thế của nó. Tuy nhiên, nếu số lượng linh kiện được sản xuất nhiều thì chi phí này sẽ được bù đắp ở một mức độ nào đó.
 

- Tiêu thụ điện năng cao


EDM là một quá trình sử dụng nhiều năng lượng. Nó đòi hỏi dòng điện cao với tốc độ không đổi để gia công hiệu quả. Hệ thống điện và nguồn cấp dữ liệu sẽ cần được điều chỉnh cho các ứng dụng EDM khác nhau.

Ví dụ, EDM chìm khuôn sử dụng hệ thống điện bán dẫn vì nó có độ mòn dụng cụ thấp hơn. Dây EDM sử dụng hệ thống điện dung điều khiển bằng bóng bán dẫn vì nó có nguy cơ đứt dây thấp hơn. EDM khoan lỗ thường sử dụng hệ thống điện điện dung do tốc độ loại bỏ vật liệu cao hơn và độ ổn định của quy trình.

Tỷ lệ tiêu thụ phụ thuộc vào cấu trúc công cụ gia công và các thông số gia công. Thông thường, nó nằm trong khoảng từ 5 đến 8 kW khi gia công thép AISI P20.
 

- Không hoạt động với vật liệu không dẫn điện


Quá trình này không thể hoạt động với dây dẫn điện kém. Chúng tôi không thể gia công các vật liệu thông thường như nhựa, vật liệu tổng hợp và thủy tinh.
 

- Sự hình thành HAZ


Sự phát triển của vùng ảnh hưởng nhiệt có thể là một mối lo ngại nhưng sự lan rộng và ảnh hưởng đến vi cấu trúc thấp hơn nhiều so với các phương pháp gia công thay thế .

Nghiên cứu cho thấy mức độ phát triển HAZ thay đổi tùy theo vật liệu. Nhưng trong mọi trường hợp, các yếu tố kiểm soát như lượng nhiệt sẵn có, hoạt động dẫn nhiệt và làm mát của nó có thể làm giảm đáng kể sự phát triển HAZ.
 

Khi nào nên sử dụng phương pháp gia công EDM?


Một số ứng dụng cho gia công phóng điện có thể bao gồm:
 
  • Khoan lỗ siêu nhỏ
  • Cắt các góc bên trong sắc nét
  • Tạo công cụ ép phun
  • Cắt ép đùn
  • Cắt các dạng quay
  • Khoan lỗ cong
  • Khắc trên vật liệu cứng
  • Loại bỏ các công cụ bị hỏng khỏi phôi
 

Mẹo thiết kế khả thi cho phần EDM của bạn


Có một số điều cần lưu ý khi bạn cần tạo một phần EDM. Các mẹo sau đây sẽ giúp bạn giảm chi phí cho bộ phận EDM trong khi vẫn không ảnh hưởng đến thiết kế.
 
  • Dây EDM sẽ để lại một số bán kính khi gia công các góc bên trong. Bán kính góc bên trong này thường lớn hơn một chút so với bán kính dây do khe hở tia lửa. Do đó, giá trị cho phép của bán kính góc này sẽ xác định đường kính dây tối đa. Giá trị cho phép cao hơn sẽ cho phép dây dày hơn, giúp quá trình xử lý nhanh hơn.
  • Có thể có một số trao đổi vật liệu giữa dây và vật liệu trong quy trình EDM. Ăn mòn điện có thể là mối lo ngại trong quá trình làm sạch sau gia công nếu không cẩn thận.
  • Nhà cung cấp phải có khả năng cung cấp các thiết bị cố định cho phép vận hành tương tự trên nhiều bộ phận cùng một lúc bằng cách xếp chồng hoặc nhiều hoạt động EDM trên một bộ phận để có chi phí thấp hơn.
  • Nếu có thể, hãy cố gắng loại bỏ phần lớn lãng phí bằng các phương pháp truyền thống và chỉ sử dụng EDM cho các nguyên công cuối cùng vì điều này giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất tổng thể và thời gian gia công EDM.
  • Nới lỏng dung sai độ bóng bề mặt của bộ phận đến mức có thể thực hiện được, điều này làm giảm số lần vượt qua mà nhà sản xuất cần để chế tạo bộ phận đó. Bề mặt hoàn thiện nhám hơn cho phép tăng tốc độ loại bỏ vật liệu và cường độ dòng điện cao hơn.
 

Lời kết


Gia công phóng điện EDM là một phương pháp tuyệt vời để sử dụng kết hợp với phương pháp gia công truyền thống như gia công cơ khí chính xác CNC khi các bộ phận có yêu cầu hình học cụ thể. Ngoài ra, khả năng gia công các vật liệu cứng của quy trình này khiến nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn khi làm việc với các vật liệu như Inconel. Tuy nhiên, quá trình gia công tương đối chậm nên các công việc có khối lượng lớn không phù hợp với phương pháp này. 

Bài viết liên quan: