Phương pháp Cắt dây EDM và ứng dụng

Trong bối cảnh ngành công nghiệp chế tạo ngày càng phát triển mạnh mẽ, các phương pháp gia công hiện đại đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác và hiệu quả sản xuất. Một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay là phương pháp cắt dây EDM (Electrical Discharge Machining). Bài viết này sẽ cung cấp kiến thức đầy đủ và chi tiết về phương pháp cắt dây, phù hợp với cả người mới bắt đầu lẫn các kỹ sư đang làm việc trong lĩnh vực cơ khí chính xác.

Khái niệm về phương pháp cắt dây

Cắt dây EDM (Wire Cut EDM) là một phương pháp gia công không truyền thống, sử dụng hiện tượng phóng tia lửa điện giữa một sợi dây kim loại mảnh và chi tiết gia công để cắt vật liệu theo hình dạng mong muốn. Đây là một dạng đặc biệt của gia công bằng tia lửa điện, trong đó dây kim loại mảnh (thường làm bằng đồng hoặc molypden) đóng vai trò là điện cực, chuyển động theo chương trình điều khiển số để tạo nên biên dạng chính xác.

Điểm nổi bật của phương pháp này là khả năng gia công những vật liệu rất cứng như thép đã tôi, hợp kim siêu bền, và những chi tiết có hình dạng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác rất cao. Ngoài ra, không cần lực cơ học trực tiếp, giúp hạn chế biến dạng cho các chi tiết mỏng hoặc giòn.

Lợi ích vượt trội của cắt dây

• Độ chính xác cao, dung sai có thể đạt đến ±0.002 mm.
• Bề mặt sau khi gia công có độ nhẵn cao, giảm thiểu quá trình đánh bóng thủ công.
• Có thể tạo ra các góc nhọn và biên dạng phức tạp mà các phương pháp gia công truyền thống khó thực hiện.
• Phù hợp với cả sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ.

2. Nguyên lý hoạt động của máy cắt dây EDM

Nguyên lý hoạt động của phương pháp cắt dây EDM dựa trên hiện tượng phóng điện giữa điện cực (dây cắt) và vật liệu gia công trong môi trường có chất điện môi.

Chi tiết nguyên lý hoạt động

• Dây cắt kim loại (wire electrode), thường có đường kính từ 0.1 đến 0.3 mm, được cuốn liên tục từ cuộn dây cấp đến cuộn dây thu.
• Một hiệu điện thế cao được đặt giữa dây và phôi. Khi khoảng cách giữa hai đối tượng này đủ nhỏ (vài micron), một tia lửa điện (spark) sẽ phóng ra.
• Tia lửa này sinh ra nhiệt cực lớn, lên đến 8000–12000°C, làm tan chảy và bay hơi vật liệu ở vị trí đó.
• Một chất điện môi (thường là nước tinh khiết hoặc dầu dielectrics) được bơm liên tục vào vùng gia công để làm nguội, rửa trôi vụn vật liệu và cách điện giữa các lần phóng điện tiếp theo.

Quá trình phóng điện diễn ra rất nhanh và liên tục, hàng ngàn lần mỗi giây, giúp tạo ra các đường cắt chính xác với biên dạng phức tạp mà không gây áp lực cơ học lên chi tiết.

3. Quy trình gia công bằng phương pháp cắt dây

Quy trình gia công bằng cắt dây EDM trải qua nhiều bước có tính kỹ thuật cao và yêu cầu sự chính xác tuyệt đối trong từng công đoạn. Dưới đây là mô tả chi tiết quy trình này:

Bước 1: Chuẩn bị bản vẽ và lập trình

• Kỹ sư thiết kế sẽ tạo bản vẽ chi tiết của sản phẩm trên phần mềm CAD.
• Sau đó, sử dụng phần mềm CAM để lập trình đường chạy dây (toolpath), lựa chọn các thông số cắt như tốc độ, khoảng cách, số lần cắt thô và cắt tinh.
• Chương trình sau đó được chuyển sang máy cắt dây thông qua bộ điều khiển CNC.

Bước 2: Chuẩn bị vật liệu và gá đặt

• Vật liệu cần gia công phải là vật dẫn điện như thép, đồng, titan, carbide,…
• Chi tiết được gá chặt lên bàn máy, đảm bảo không rung lắc trong quá trình gia công.
• Điều chỉnh độ phẳng và vị trí tương đối giữa chi tiết và dây cắt theo đúng chương trình.

Bước 3: Thiết lập dây cắt và chất điện môi

• Lắp dây cắt vào hệ thống dẫn động và căng chỉnh đúng độ căng yêu cầu.
• Đảm bảo hệ thống làm mát và bơm chất điện môi hoạt động ổn định.

Bước 4: Gia công thô

• Máy bắt đầu thực hiện cắt theo chương trình với tốc độ cắt cao, chủ yếu để loại bỏ phần lớn vật liệu dư thừa.
• Giai đoạn này có thể tạo ra bề mặt chưa thực sự nhẵn.

Bước 5: Gia công tinh

• Sau khi cắt thô xong, máy thực hiện một hoặc nhiều lần cắt tinh với tốc độ chậm hơn và độ chính xác cao hơn.
• Mục tiêu là đạt được kích thước và độ nhẵn bề mặt tối ưu, đúng như yêu cầu kỹ thuật.

Bước 6: Kiểm tra và hoàn thiện

• Sau khi cắt xong, chi tiết được tháo ra và kiểm tra bằng thước đo, máy đo tọa độ (CMM), hoặc kính hiển vi nếu cần.
• Có thể thực hiện thêm các bước hoàn thiện như rửa sạch, sấy khô hoặc xử lý bề mặt.

4. Ứng dụng sản phẩm của phương pháp cắt dây

Phương pháp cắt dây EDM được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp đòi hỏi độ chính xác và chất lượng cao. Dưới đây là các nhóm ứng dụng tiêu biểu:

1. Ngành khuôn mẫu

• Gia công các chi tiết khuôn nhựa, khuôn dập nguội, khuôn đúc áp lực.
• Cắt lỗ thoát khí, khe hở và các đường biên nhỏ, góc nhọn mà máy phay không thể thực hiện.
• Tạo hình chèn khuôn và các bộ phận nhỏ yêu cầu dung sai chặt chẽ.

2. Cơ khí chính xác

• Gia công bánh răng nhỏ, trục, vòng định vị, bạc dẫn hướng.
• Cắt chi tiết máy với biên dạng phức tạp, yêu cầu độ lặp lại cao.
• Gia công các linh kiện cho ngành đồng hồ, y tế, hàng không, và thiết bị điện tử.

3. Công nghiệp điện tử và vi cơ điện tử (MEMS)

• Cắt bảng mạch, khuôn ép chip IC, hoặc chi tiết cực nhỏ.
• Đáp ứng nhu cầu gia công vật liệu siêu mỏng, chống biến dạng.

4. Gia công vật liệu đặc biệt

• Cắt các hợp kim siêu cứng như tungsten carbide, titanium alloy, inconel…
• Gia công những vật liệu không thể cắt bằng dao thông thường.

5. Sản xuất thiết bị y tế

• Gia công dụng cụ y tế nhỏ như dao mổ, kim tiêm chính xác, khuôn đúc nhựa cho thiết bị cấy ghép.