Lựa chọn dây cắt EDM cho máy cắt dây tia lửa điện
Dây cắt EDM, hay còn gọi là dây cắt điện cực sử dụng cho quá trình phóng tia lửa điện gia công chi tiết kim loại trên máy cắt dây (wire cut EDM).
1/Các thuộc tính cơ bản của dây cắt EDM:
*Tính dẫn điện (Conductivity): là thông số thể hiện khă năng dẫn dòng điện của vật liệu. Trong ứng dụng gia công bằng phương pháp cắt dây EDM, độ dẫn điện của dây cắt EDM càng cao thì tia lửa điện sinh ra càng nhiều, tốc độ cắt càng lớn.
*Nhiệt độ hoá hơi (Vaporization temperature) : dây cắt EDM có độ nóng chảy và hoá hơi sẽ đáp ứng tốt cho khả năng xối (flushing). Trong quá trình cắt, nếu dây EDM không hoá hơi hết mà rơi ra các phoi vụn sẽ ảnh hưởng đến bề mặt của chi tiết. Do vậy với các ứng dụng cần đẩy nhanh tốc độ cắt (thô hoặc tinh) thì có thể áp dụng được dây phủ kẽm, dây cắt EDM phủ kẽm có độ nóng chảy/hoá hơi thấp nhưng trên bề mặt vật liệu có các lỗ lớn để đẩy nước và tạp chất, cho khả năng xối cao. Còn đối với dây molip hoặc tungsteng, tuy đạt được sự nóng chảy và hoá hơi cao nhưng tốc độ cắt chậm, độ xối thấp nhưng lại phù hợp với các ứng dụng cắt tinh (skim cut) yêu cầu độ thẳng và sắc nét của chi tiết. Bề mặt dây cũng ảnh hưởng rất nhiều đến sự nóng chảy và hoá hơi, bề mặt dây sạch đáp ứng được độ hoá hơi tốt, hạn chế tạo ra phoi vụn trong gia công.
*Độ cứng (hardness) Người sử dụng thường nhầm lẫn giữa độ cứng và độ căng của dây. Độ cứng và tính khí của dây phụ thuộc bởi độ dai và tính giãn dài của dây. Khái niệm này được gọi là dây mềm và dây cứng. Đối với các máy đời cũ (Được sử dụng từ 20-30 năm) nên sử dụng loại dây mềm. Đối với máy từ 5-10 năm sử dụng loại dây cứng sẽ đạt tốc độ cắt cũng như khả năng luồng dây tốt hơn.
*Độ căng (Tension Strength): Độ căng của dây là khả năng chịu tải tối đa phụ thuộc vào độ chống giãn và đứt của dây. Độ căng của dây đồng được xác định bởi tải trọng tối đa tính bằng pound trên inch vuông chia cho diện tích mặt cắt ngang của dây. Dây cắt EDM có độ bền kéo càng lớn thì có độ thẳng cao, là một lựa chọn tốt để gia công các linh kiện đơn. Ngoài ra, dây cắt EDM có đường kính nhỏ và chính xác cũng giảm thiểu vấn đề đứt dây. Ứng dụng gia công bằng máy cắt dây EDM phần lớn đòi hỏi độ thẳng và tính chất chống đứt của dây. Vì thế, dây có độ căng tốt sẽ đáp ứng được yếu tố độ thẳng dây và kích thước chính xác.
*Chống đứt dây (Fraction Resitance) : Không có chỉ số nào để đánh giá được độ chống đứt của dây. Trên thực tế, người ta dựa trên độ cứng và độ đàn hồi để đánh giá. Đó được xem như là khả năng chống lại những tác động trong môi trường tia lửa điện của dây cắt EDM.
2/Các loại dây cắt EDM
Việc lựa chọn dây cắt cho máy cắt dây tia lửa điện EDM trước đây khá đơn giản vì thường chỉ có một vài lựa chọn: đây đồng đỏ hoặc dây đồng thau. Ngày nay, với sự phát triển của nhiều công nghệ mới trong sản xuất xuất dây, các chủng loại điện cực cho máy cắt dây EDM đã trở nên đa dạng hơn cả điện cực cho máy xung EDM. Chúng ta có kể đến dây cắt phổ thông, dây cắt tốc độ cao, dây cắt cho vật liệu carbide và PCD, dây cho cắt côn, dây cho cắt tinh…
* Dây đồng đỏ tinh luyện: là loại dây điện cực từng được dùng đầu tiên cho máy cắt dây EDM. Là nguyên liệu dễ kiếm và khả năng dẫn điện cao khiến dây đồng đỏ tinh luyện trở thành loại điện cực lý tưởng vào thời điểm đó. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ cắt dây có bộ phát điện công suất ngày một lớn, điện cực dây đồng đỏ bộc lộ sự hạn chế về tốc độ cắt và lực căng dây (34,000-60,000psi). Dây đồng đỏ hiện nay hầu như không được khuyến cáo sử dụng cho máy cắt dây EDM.
* Dây đồng thau: là loại dây đồng điện cực sử dụng cho máy cắt dây phổ biến nhất hiện nay . Dây đồng bao gồm hợp kim đồng(Cu) và kẽm (Zn). Tỷ lệ hợp kim Cu/Zn phổ thông của dây đồng thau điện cực là 63/37 (Mỹ và Châu Âu) hoặc 65/35 (Châu Á).
Kẽm là vật liệu có điểm nóng chảy/hóa hơi thấp hơn nên là vật liệu điện cực tốt hơn đồng đỏ. Dây có càng nhiểu kẽm trên bề mặt thì giúp tốc độ cắt sẽ càng cao. Tuy nhiên khi tỷ lệ kẽm đạt đến 40% sẽ gây khó khăn cho quá trình sản xuất rút kéo dây.
Lực căng dây của dây đồng thau trong khoảng 54,000-173,000psi, phụ thuộc vào tỷ lệ hợp kim và động cứng (temper) vật liệu.
Dây đồng thau thường có mầu vàng sáng. Nếu mầu dây bị tối, mầu không đồng đều là dây có dấu hiệu bị ôxi hóa, hoặc bị bụi bẩn.
Dây đồng thau được sự dụng hầu hết trên các loại máy đời mới, và là loại dây cắt hiệu quả với các phôi thép.
Dây đồng thau điện cực thường có độ cứng/giãn dài (elongation) từ <2% đến trên 30%.Dây có độ giãn dài % thấp sẽ tốt cho việc xỏ dây tuy nhiện lại hạn chế cho quá trình cắt côn.Và ngược lại dây có độ giãn dài cao có thể cắt côn tới 45 độ nhưng xỏ dây sẽ gặp nhiều khó khăn.
*Dây đồng phủ kẽm (coated wire): là loại dây có lõi đồng đỏ hoặc đồng thau, được phủ bên ngoài một lớp kẽm dầy 2-3 micron. Dây phủ kẽm được sản xuất theo phương pháp mạ tĩnh điện, sẽ có độ đồng nhất của bề mặt và đồng đều của lớp phủ cao; hoặc cũng có thể được phủ theo phương pháp mạ nhúng nóng (hot dipping) với giá thành thấp hơn; đây là phương pháp phủ nhanh hơn nhưng kém chính xác hơn.
Dây phủ kẽm có lực căng dây 61,000-130,000psi ; được phủ kẽm hoặc kẽm ôxít tùy theo ứng dụng. So với dây đồng thay thông thường, dây phủ kẽm có tốc độ cắt nhanh hơn và khả năng đứt dây thấp hơn.
Do vậy với các ứng dụng cần đẩy nhanh tốc độ cắt (thô hoặc tinh) thì có thể sử dụng dây phủ kẽm. Dây phủ kẽm còn giúp mang lại chất lượng độ bóng bề chi tiết gia công cao, đặc biệt cho các vật liệu carbide và PCB.
*Dây phủ công nghệ ủ khuếch tán (diffusion-annealed coated wire):
Trong khi dây phủ kẽm về lý thuyết giúp mang lại tốc độ cắt tốt hơn, tuy nhiên điểm hạn chế của lớp kẽm bên ngoài là nhiệt độ nóng chảy thấp và nó chỉ được “dính” trên bề mặt của lõi dây; nên trong quá trình phóng tia lửa điện; lớp kẽm nhanh chóng bị thổi bay trước khi phát huy hết hiệu quả.
Do vậy, để giải quyết bài toán vừa đảm bảo được lớp phủ giàu kẽm, vừa nâng cao được nhiệt độ nóng chảy, giúp lớp phủ kết dính vào lõi dây, các nhà sản xuất dây sử dụng các lớp phủ bằng hợp kim đồng thau hàm lượng kẽm cao là đồng thau beta (Cu50Zn50) hoặc lớp phủ đồng thau Gamma (Cu35Zn65); kết hợp thêm quá trình xử lý dây phủ bằng ủ (ram) khuếch tán. Trong quá trình xử lý này, các nguyên tử kẽm Zn bên ngoài vỏ; các nguyên tử đồng Cu từ lõi được khuếch tán vào nhau; tạo thành 1 lớp phủ hợp kim đồng kẽm với hàm lượng kẽm cao, nhiệt độ nóng chảy cao và kết dính vào phần lõi.
Dây cắt với lớp phủ đồng thau Gamma có thể đạt tốc cắt cao hơn 35% so với dây đồng thau thông thường và hơn 15% so với dây phủ kẽm.
Dây phủ khuếch tán có màu vàng nâu hoặc nâu, được sử dụng cho các ứng dụng cắt phôi cao, gia công khối lớn hoặc gia công với điều kiện xối (flushing) hạn chế. Loại dây này cũng được dùng để cắt các vật liệu thép dụng cụ, nhôm hoặc graphite.
*Dây molipdebnum: Là loại dây rất khỏe với lực căng dây trên 275,000psi. Nhưng do đây là loại vật liệu điện cực khá kém chất lượng, bởi có nhiệt độ nóng chẩy /hóa hơi cao 2,625°C và 5,560°C.
Loại dây này thường được sử dụng với đường kính nhỏ (0.006-0.004”) hoặc rất nhỏ (<0.004”) để cắt các mẫu đòi hỏi có mạch cắt nhỏ. Nhờ có lực căng lớn, nên dây moly có khả năng cắt các mặt thẳng cực tốt và giảm đáng kể việc đứt dây so với dây đồng thông thường.
Trong một số ứng dụng đặc biệt trong y tế và quân sự, không được phép dính bẩn đồng hoặc kẽm vào bề mặt cắt, người ta sẽ không thể sử dụng các loại điện cực đồng mà thay vào đó là dây moly hoặc tungsten.
Dây moly có các hạn chế là chi phí cao, khả năng xỏ dây kém và tốc độ cắt thấp.
*Dây lõi thép: Là loại dây cắt có lõi bằng sợi thép carbon có độ cứng cao và được phủ một lớp đồng thau giàu kẽm, nhằm mang đến một giải pháp cắt chất lượng cao. Dây lõi thép với đường kinh nhỏ (.001”-.004”), có lực căng dây 290,000psi, cao hơn dây moly, nhưng lại các đặc tính cắt tốt hơn. Dây lõi thép đường kinh lớn hơn (.006”-.012”) có lực căng dây trong khoảng 116,000-145,000psi. Dây lói thép là một lựa chọn khi phải cắt các chi tiết rất dầy, đòi hỏi độ thẳng cao và trong điều kiện xối flushing kém.
*Dây tungsten: có nhiệt độ nóng chảy và hóa hơi 3410°C và 5930°C; cao hơn dây moly; dây tungsten có hiệu suất cắt thấp so với các loại điện cực dây tuy nhiên trong một số trường hợp khó thì đây lại là giải pháp tốt nhất. Thường có đường kinh nhỏ (.001”-.002”),dây tungsten có lực căng dây cao nhất, cho phép cắt các đường rất mảnh, và mặt cắt thẳng. Dây tungsten thường được dùng cho các ứng dụng cắt sản phẩm không được dính đồng hoặc kẽm.
3/ Một số tư vấn lựa chọn dây cắt EDM
| Vấn đề | Giải pháp | Loại dây nên sử dụng |
| Giảm đứt dây | Sử dụng đường kinh dây lớn hơn. Giảm lực căng dây khi cắt thô. Tăng lực căng dây |
Dây đồng thau hợp kim Al hoặc Mg Dây lõi thép phủ kẽm |
| Tăng tốc độ cắt | Sử dụng dây đường kinh lớn hơn
Tăng cường độ dòng điện Tăng độ dẫn điện của điện cực Chỉnh xối mạnh hơn |
Dây đồng đỏ phủ kẽm
Dây đồng thau phủ kẽm |
| Cắt góc côn lớn hơn | Tang độ dẻo của dây | Dây đồng thau loại mềm
Dây đồng thau loại mềm phủ kẽm Dây đồng thau thấm kẽ hàm lượng cao |
| Cắt phôi dầy hơn | Sử dụng dây đường kinh lớn hơn. Tăng công suất dòng điện Tăng độ dẫn điện điện cực Chỉnh xối mạnh hơn Tăng lực căng dây |
Dây đồng đỏ thấm kẽm hàm lượng cao Dây đồng thau thấm kẽm hàm lượng caoDây lõi thép phủ kẽm |
| Tăng độ thẳng. | Tăng lực căng dây | Dây đồng thau hợp kim Al hoặc Mg
Dây mobipben hoặc tungsten. |
| Tăng độ chính xác | Tăng lực căng dây Tăng độ bền chống gãy |
Dây đồng thau hợp kim Al hoặc Mg Dây thép phủ kẽm |
