Gia công phóng điện (Electrical Discharge Machining) là một phương pháp gia công chính xác được sử dụng để loại bỏ vật liệu từ các chi tiết bằng cách sử dụng xung điện. Quá trình này thường được sử dụng để gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc làm từ các vật liệu cứng như thép không gỉ hoặc titan. Tia lửa điện cao làm xói mòn bề mặt phôi hoặc cắt biên dạng bằng cách làm bay hơi vật liệu, khiến đây trở thành phương pháp gia công kim loại chính xác. Vật liệu được lấy ra khỏi phôi và kết cấu được áp dụng đồng thời.

EDM có thể sử dụng để gia công các vật liệu cứng, nhưng nó thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như chế tạo máy, sản xuất khuôn, và sản xuất các chi tiết có hình dạng phức tạp và chi tiết nhỏ. Nó cho phép tạo ra các khe cắt và bề mặt rất chính xác mà các phương pháp gia công truyền thống khó có thể thực hiện được.

Có 2 phiên bản của quy trình EDM: EDM die sink (còn gọi là xói mòn do tia lửa điện) và EDM dây (còn được gọi là xói mòn dây).

EDM die sink, là một quy trình gia công kim loại chính xác. Nó sử dụng một điện cực và một phôi làm từ cùng một kim loại hoặc có khả năng dẫn điện cao. Một tia lửa điện được tạo ra giữa điện cực và phôi, và nó gây ra xói mòn trên bề mặt phôi để tạo ra các hình dạng hoặc kết cấu phức tạp. EDM die sink thường được sử dụng để sản xuất các khuôn, bánh răng, và các chi tiết kim loại khác có hình dạng phức tạp.

Wire EDM, sử dụng một dây dẫn điện mỏng, thường là dây đồng, làm điện cực cắt. Dây đục qua vật liệu kim loại và tạo ra một xói mòn chính xác theo đường đi của dây. Nó thường được sử dụng để cắt các chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc có các lỗ và temal bên trong. Wire EDM cung cấp tính linh hoạt cao và khả năng tạo ra các biên dạng với độ chính xác rất cao.

Khi kết hợp cả hai quy trình này, các thợ kim loại có thể thực hiện các nhiệm vụ gia công phức tạp trên các vật liệu kim loại, giúp tạo ra các chi tiết có độ chính xác cao và hình dạng đa dạng.

Quy trình Die sink

Quy trình EDM đục khuôn diễn ra với điện cực (dụng cụ) và bộ phận làm việc đặt trong dầu nhẹ, tương tự như parafin. Chất lỏng này luôn chảy liên tục và do đó duy trì nhiệt độ của bộ phận làm việc và loại bỏ vật liệu bay hơi. Nó cũng là chất cách điện, cách điện khu vực làm việc và duy trì xả tĩnh điện bên trong.

Điện cực đồng (dụng cụ) và bộ phận làm việc kim loại được đưa gần nhau, khởi đầu quá trình xói mòn bằng tia lửa. Tia lửa có điện áp cao nhảy từ điện cực đến bộ phận làm việc và bay hơi bề mặt kim loại. Các xả điện nhảy giữa các điểm gần nhất trên điện cực và bộ phận làm việc, tạo thành quá trình loại bỏ vật liệu bề mặt liên tục và đồng đều.

Không có áp lực nào cần thiết trong quá trình vận hành. Điện cực được hạ xuống bộ phận làm việc rất từ từ; tốc độ của quy trình phụ thuộc vào kết cấu yêu cầu và có thể dao động từ 2 mm³ (0,00012 in.³) mỗi phút đến hơn 400 mm³ (0,024 in.³) mỗi phút cho các bề mặt rất thô ráp. Khi dụng cụ được đặt vào bộ phận làm việc, nó liên tục được khuấy động và hạ xuống theo hình xoắn. Hành động này đẩy vật liệu bay hơi ra khỏi khu vực cắt và đảm bảo loại bỏ vật liệu đồng đều và hiệu quả.

Quy trình Wire EDM

Trong quy trình này, dây điện cực, thường là đồng hoặc đồng thau, được đưa giữa cuộn dây cung cấp và cuộn dây thu. Dây được sạc với điện áp cao, điện áp này phát ra khi dây tiến qua bộ phận làm việc. Tương tự như EDM đục khuôn, tia lửa xảy ra ở khoảng cách nhỏ nhất giữa các kim loại. Có hàng nghìn tia lửa mỗi giây, làm bay hơi một lượng rất nhỏ của bề mặt kim loại. Dây điện cực không được tái chế; thay vào đó, nó được thay thế liên tục, giữ cho độ chính xác của quy trình.

Quy trình này được đặt trong nước cất điện giải, được duy trì ở 20°C (68°F). Nước này luôn chảy liên tục để loại bỏ vật liệu đã tiêu thụ và được tái chế thông qua hệ thống lọc. Bộ hướng dẫn dây phía trên có thể di chuyển theo các trục x và y để cho phép cắt theo các góc lên đến 30°.

CÁC ỨNG DỤNG TIÊU BIỂU
Công nghệ EDM (Electric Discharge Machining) có nhiều ứng dụng tiêu biểu trong ngành sản xuất và gia công kim loại. Các ví dụ điển hình như: gia công khuôn và khuôn mẫu, các chi tiết hình học phức tạp, cắt và gia công nhiệt độ cao, kim loại dẻo, cắt lỗ nhỏ và temal, v.v.
Những ứng dụng này cho thấy rằng EDM có khả năng tạo ra các sản phẩm và chi tiết kim loại có độ chính xác cao và hình dạng phức tạp, đặc biệt trong các ngành công nghiệp như chế tạo máy, ô tô, hàng không, và y học.

CHẤT LƯỢNG
Chất lượng của các bộ phận EDM cao đến mức chúng có thể được sử dụng để sản xuất dụng cụ ép phun mà không cần bất kỳ hoạt động hoàn thiện nào. Độ hoàn thiện bề mặt được đo theo thang VDI của Hiệp hội Kỹ sư Đức. Thang đo VDI có thể so sánh với độ nhám trung bình (Ra) 0,32-18 microns (0,000013- 0,00071 in.). Nhiều sản phẩm nhựa xung quanh chúng ta ngày nay đã được đúc bằng các công cụ được tạo hình và hoàn thiện bằng EDM.
Chất lượng hoàn thiện và kết cấu thu được được xác định bởi tốc độ cắt và điện áp. Điện áp cao và tốc độ cắt cao tạo ra kết cấu thô. Điện áp thấp hơn, tốc độ cắt chậm hơn và nhiều đường chuyền hơn sẽ tạo ra kết cấu bề mặt mịn hơn. Các bộ phận có thể được sản xuất chính xác đến 5 microns (0,00019 in.).

CƠ HỘI THIẾT KẾ
Ưu điểm lớn đối với các nhà thiết kế là khả năng của quy trình này có thể cắt kim loại và áp dụng kết cấu đồng thời. Các kết cấu, bao gồm mờ và bóng, thường được áp dụng sau các hoạt động gia công bằng cách sử dụng kỹ thuật phun mài mòn hoặc khắc ảnh. EDM tạo ra kết cấu chính xác, được xác định bằng cài đặt máy, loại bỏ nhu cầu thực hiện các thao tác hoàn thiện tiếp theo.
Quá trình này có thể được sử dụng để tạo ra các hình học mà phương pháp gia công thông thường không thể thực hiện được. Ví dụ, đầu dẫn hướng trên nhiều máy EDM dây có thể di chuyển độc lập trong quá trình cắt. Ưu điểm là các côn phức tạp, lên tới 30*, có thể được cắt với độ chính xác cực cao, điều mà bất kỳ kỹ thuật gia công nào khác không thể thực hiện được
EDM chìm khuôn có thể được sử dụng để tạo ra các hình học bên trong trên các bộ phận mà phương pháp gia công thông thường không thể thực hiện được.
Điều này là do điện cực âm đồng có thể được gia công thành các hình dạng không phù hợp với lỗ sâu. Điện cực âm (dụng cụ) được tái tạo trong phôi, tạo ra các góc nhọn và các đặc điểm phức tạp mà lẽ ra không thể thực hiện được. Sự ăn mòn của điện cực đồng (dụng cụ) chậm hơn đáng kể so với sự ăn mòn của phôi (0,1%), do đó bán kính bên trong nhỏ và các đặc điểm phức tạp được tái tạo với độ chính xác tương tự như các hình học đơn giản.
Ứng suất không được tác dụng lên điện cực (dụng cụ hoặc dây) hoặc phôi trong quá trình xử lý vì kim loại không được định hình bằng lực mà thay vào đó là các tia lửa điện áp cao làm bay hơi bề mặt. Khác với điều hiển nhiên, điều này có nhiều lợi thế xử lý. Ví dụ, nhiều bộ phận có thành mỏng có thể được xếp chồng lên nhau và cắt bằng dây EDM để giảm thời gian xử lý.

XEM XÉT THIẾT KẾ
Mặc dù các quá trình này có thể tạo ra bán kính bên trong nhỏ tới 30 microns (0,0012 in.), nhưng tốt hơn hết là sử dụng bán kính lớn hơn để tránh tập trung ứng suất.
Tuy nhiên, chúng không cần phải lớn hơn 500 microns. Bán kính giữa tối thiểu cũng bị ảnh hưởng bởi độ dày của điện cực dây, thường có đường kính từ 50 microns (0,0020 in) đến 300 micros (0,012 in.) .
Độ dày của vật liệu có thể cắt bằng dây EDM dao động từ 0.1 mm (0,004 in) đến 200 mm (7.87 on.) nhưng tùy thuộc vào khả năng của thiết bị. Độ sâu có thể được tạo ra bởi EDM bồn khuôn bị giới hạn bởi sự dễ dàng mà kim loại bay hơi (bột đen) có thể được xả ra ngoài độ sâu tối đa bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ độ sâu trên đường kính. Có thể có các cấu hình rất sâu nhưng có thể yêu cầu thêm số phận sẽ làm tăng thời gian chu kỳ.

VẬT LIỆU TƯƠNG THÍCH
Nhiều kim loại có thể được định hình bằng kỹ thuật EDM. Độ cứng của vật liệu không ảnh hưởng đến việc nó có thể được xử lý theo cách này hay không. Các kim loại bao gồm thép không gỉ, thép công cụ, nhôm titan, đồng thau và đồng thường được tạo hình theo cách này.

CHI PHÍ
Dây EDM không yêu cầu dụng cụ. Tuy nhiên, nó tiêu thụ điện dây liên tục và phải được thay thế.

Các dụng cụ EDM đục khuôn thường được làm từ hợp kim đồng, có thể được tạo hình bằng các quy trình gia công thông thường hoặc EDM dây. Cụm công cụ này tương đối giá rẻ, nhưng đối với các bộ phận chính xác, cần có dụng cụ mới cho mỗi công đoạn. Nhiều yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến thời gian chu kỳ cho EDM dây và đục khuôn. Trong ứng dụng EDM dây, thời gian chu kỳ bị ảnh hưởng bởi độ dày của vật liệu. Vật liệu dày hơn đòi hỏi công suất cao và tiêu thụ nhiều dây điện cực hơn. Như một hướng dẫn khá tổng quan, một chiếc thép đã được làm cứng có thể được cắt ở tốc độ 1,5 mm (0,059 in) mỗi phút. Điều này sẽ tạo ra một bề mặt đồng đều, mờ. Làm chậm quá trình hoặc sử dụng nhiều lần cắt sẽ tạo ra một kết cấu tinh tế hơn. Làm nhanh quá trình sẽ tạo ra một bề mặt gồ ghề hơn.

Tương tự, thời gian chu kỳ của EDM đục khuôn được xác định bởi kích thước của khu vực cắt và bề mặt hoàn thiện mong muốn. Thông thường, các hình học nội dung được gia công tạm thời ở giữa 200 mm³ và 400 mm³ (0,012-0,024 in.) mỗi phút. Như cái tên gợi ý, điều này sẽ tạo ra một kết cấu gồ ghề. Sau đó, một dụng cụ mới được sử dụng ở tốc độ cắt chậm hơn rất nhiều, có thể thấp đến 2 mm³ (0,00012 in.³ ) mỗi phút để tạo ra một kết cấu rất tinh tế. Do đó, các kết cấu bề mặt rất tinh tế thích hợp nhất cho các khu vực bề mặt nhỏ.

TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG
Quy trình này đòi hỏi một lượng lớn năng lượng để bay hơi bộ phận làm việc kim loại.
Chất lỏng cách điện điện được tái chế liên tục để sử dụng lại. Các điện cực kim loại cũng thích hợp để tái chế. Có khói phát ra trong quá trình vận hành, có thể gây nguy hiểm.