Điện tử - Chương 4: Gia công điện

Gia công điện
CHƯƠNG 4
GIA CÔNG ĐIỆN
GIA CÔNG ĐIỆN HÓA 
Mô tả chung về nguyên lý gia công.
Nguyên lý gia công.
Phương pháp gia công điện hoá (Electric Chemical Machining - ECM) dựa trên cơ sở định luật điện phân của Faraday.
Quá trình gia công điện hóa là một quá trình hòa tan anod điện hóa, trong đó một dòng điện một chiều có 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 hòa tan vào các ion kim loại và chi tiết sẽ được sao chép hình dạng của dụng cụ điện cực.
Chất điện phân luôn luôn chảy qua khe hở điện cực với vận tốc cao (thường lớn hơn 5m/s)
Khi đóng mạch điện và các điều kiện điện phân được chọn hợp lý, dòng điện đi qua bể có tác dụng làm hòa tan kim loại ở anod với một lượng được xác định theo định luật Faraday. Trong khi gia công, thông thường điện cực được cho tiến về phía chi tiết (anod) nhưng luôn đảm bảo tồn tại một khe hở nhỏ.
Quá trình điện phân kéo theo sự hòa tan anod và thoát khí hydro ở catod. Lượng chất kết tủa hoặc hòa tan do điện phân tỷ lệ với lượng điện chạy qua.
Lượng các vật chất kết tủa hoặc hòa tan bằng lượng điện tương đương, tỷ lệ với thành phần hóa trị của chúng (với hợp kim có nhiều nguyên tố khác nhau).
Biểu thức của định luật 1: 
m = F / Kit (4.1)
Trong đó: 
m: lượng kim loại hòa tan (g).
I: cường độ dòng điện (ampe).
t: thời gian (giờ).
F: hằng số Faraday lượng điện cần thiết để hòa tan 1 đương lượng gam của kim loại, F = 96496 colomb.
K: đương lượng điện hoá tức khối lượng của chất (tính bằng mg) được giải phóng khi có một điện lượng 1 coulomb đi qua dung dịch điện phân.
 Định luật Faraday 2
Các đương lượng điện hoá tỷ lệ với đương lượng gam của các chất được giải phóng trong quá trình điện phân. Đương lượng gam bằng tỷ số giữa trọng lượng nguyên tử A và hóa 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. 
Công thức của định luật hợp nhất	:
 m = (1 / F). (A/n) . It = KIt (4.3) 
Trong thực tế, khi gia công kim loại không tinh khiết hoặc hợp kim của chúng gồm nhiều nguyên tố khác nhau (ví dụ thép hợp kim) thì đương lượng điện hoá của chúng được xác định một cách tương đối theo các thành phần hợp kim như sau:
 (4.4)
Trong đó: 
P1, P2, Pn là thành phần hợp kim trong kim loại, tính theo phần trăm trọng lượng.
K1, K2, Kn là đương lượng điện hoá của mỗi thành phần hợp kim trong kim loại.
Theo định luật Faraday phương pháp gia công điện hoá được thực hiện như sau:
Nếu dùng catod làm khuôn có hình dáng gần giống với hình dáng của chi tiết cần gia công thì ở bề mặt gần nhất với catod sự hòa tan anod diễn ra mạnh nhất. Lý do là điện trở suất của dung dịch điện phân lớn hơn của kim loại. Như vậy dòng điện tập trung vào khoảng cách điện cực nhỏ nhất tức là ở đây có dòng điện lớn nhất, bằng cách đó cực catod dần dần ăn vào anod. 
Bơm sẽ bơm chất điện phân (xuyên qua khe hở gia công) ở vận tốc cao (5– 50m/s) đẩy kim loại hòa tan, khí và hơi nóng ra khỏi khe hở gia công.
Gia công điện hóa là một phương pháp gia công mới và có một số ưu điểm mà các phương pháp gia công truyền thống không thể có.
Độ chính xác gia công và tốc độ hớt kim loại cao với mật độ dòng rất lớn từ 10 – 100 A/cm2 nhưng điện áp khá thấp (8 – 30V). Phải luôn đảm bảo một khe hở nhỏ trong suốt quá trình gia công (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 dòng điện sử dụng trong gia công điện hóa phụ thuộc vào các thông số và kích thước của bề mặt chi tiết cần gia công.
Trên hình 4.1 là sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công điện hóa.
Nguồn 1 chiều từ 2-30V
Chạy dao đều
Trao đổi nhiệt
Lọc
Bơm
Chất điện phân
Cặn
Chi tiết
Bảo vệ ngắn mạch
Bàn máy
P vào vàovàovào
P ra vàovàovào
Cách điện
Van chặn
 Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công điện hóa. 
Hình 4.2. Mô tả quá trình cắt trong gia công điện hóa.
Các oxit trên mặt anod có tác dụng hạn chế quá trình gia công, hiện tượng này xảy ra đối với hầu hết kim loại dùng trong công nghiệp, nó phụ thuộc vào mật độ dòng điện, nhiệt độ và thành phần chất điện phân. Quá trình hạn chế này có thể dùng tốc độ dòng 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.
(4.5)
(cm3/phút)
Vật liệu được lấy đi trong quá trình gia công được xác định theo định luật Faraday:	
Trong đó:
VD: năng suất lấy nguyên liệu.
A: khối lượng nguyên tử.
n : hóa trị của anod.
I: cường độ dòng điện.
g: tỷ trọng (g/cm3).
Lưu ý: đối thép hợp kim thì chỉ tính gần đúng.
Những đặc trưng gia công của quá trình gia công điện hóa:
Tốc độ gia công không phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu gia công mà chỉ phụ thuộc vào bản chất vật liệu gia công.
Độ chính xác gia công phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của
Độ nhám bề mặt tốt (với kim loại thông 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 hóa của vật liệu gia công.
Quá trình ECM lý tưởng.
Mô hình gia công điện hóa đơn giản nhất, thường gọi là quá trình ECM lý tưởng, có các đặc điểm sau:
Định luật Ohm được áp dụng trong toàn bộ khe hở trên bề mặt của điện cực.
Tính dẫn điện của môi trường trong khe hở điện cực là hằng số cả về thời gian lẫn không gian.
Tại mỗi điện cực, điện thế luôn cố định trên toàn bộ chu vi bề mặt và trong suốt thời gian gia công.
Mật độ dòng điện cho việc hòa tan anod luôn bằng nhau tại mọi điểm trên bề mặt chi tiết gia công.
Quá trình ECM không lý tưởng.
Tuy nhiên, trong thực tế quá trình gia công điện hóa không bao giờ lý tưởng. Do tốc độ hớt kim loại phân tán trên bề mặt chi tiết có hình dạng khác nhau thì khác nhau (dòng điện của phương pháp gia điện hóa trong thực tế thì tỉ lệ nghịch với kích thước lỗ trống) và những bề mặt có hình dạng khác nhau này là do việc thiết mẫu đúc.
Hydro thoát ra từ điện cực dụng cụ tạo thành một lớp có hai pha (gồm bọt khí hydro và chất điện phân), khi đạt tới một điều kiện nhất định lớp này có thể lấp đầy toàn bộ lỗ trống gia công.
Khi gia công điện hóa những chi tiết lớn, kéo theo sự mở rộng của khe hở điện cực, do vậy, bọt khí phát sinh tại dụng cụ điện có thể lan ra khỏi bề mặt gia công và chúng hòa trộn với dung dịch điện phân. Nếu quá trình này kéo dài, có thể làm giảm bền dung dịch điện phân trong khe hở gia công, phát sinh va đập và cuối cùng quá trình gia công sẽ bị ngừng lại. 
Dòng điện đi qua dung dịch điện phân làm phát sinh nhiệt lượng. Môi trường gần catod sẽ mất dần tính dẫn điện do nhiệt tăng lên.
Dụng cụ và dung dịch điện phân.
Điện cực dụng cụ (anod).
Vật liệu chế tạo dung cụ
Điện cực chế tạo dụng cụ phải có tính dẫn điện cao, độ bền chống rỉ tốt. Ví dụ: đồng thau, thép không rỉ, thép chịu nhiệt, hợp kim titan, grafit
Thép không rỉ dùng làm dụng cụ để gia công cách tuốc bin thủy điện, máy nén khí, các khuôn 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 tròn 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 công cắt gọt.
Đúc chính xác.
Dập.
Mạ chất dẻo, phun kim loại
Đối với dụng cụ định hình biên dạng của chúng có khác với biên dạng của chi tiết gia công, do đó 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).
Việc chọn các thông 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 dòng chảy của dung dịch điện phân vào vùng gia công thuận lợi, không bị rẽ dòng.
Hình 4.3. Một số điện cực thường dùng.
Một số điện cực thường dùng:
Phủ chất cách điện tại những bề mặt không làm việc của dụng cụ.
Mục đích của việc làm này là nhằm bảo đảm cho quá trình hòa 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 nhô bề mặt làm việc của dụng cụ có Ra < 1,6mm.
Trên bảng 4.1 là một số thông số của các vật liệu dùng làm điện cực.
Bảng 4.1. Một số thông số của vật liệu dùng làm điện cực.
Vật liệu dụng cụ
Chất cách điện
Chiều dày lớp phủ (mm)
Ứng dụng
Đồng thau
Thép không rỉ
Men silicat
0,15 ¸ 0,2
Gia công các lỗ mặt định hình
Polypropylen
Keo epôxy
Notacryl
0,3 ¸ 0,35
0,1 ¸ 0,3
0,2 ¸ 0,5
Tẩy bavia, gia công các mặt định hình, các lỗ có đường kính lớn
Nhựa polyurêtan
Caprolon
Cao su tectolit
Ebonit
0,1 ¸ 0,2
0,1 ¸ 0,2
0,5 ¸ 5
0,5 ¸ 5
Tẩy bavia, gia công các bề mặt có kích thước lớn
Thép không rỉ, hợp kim titan, hợp kim chịu nhiệt
Men sứ
0,03 ¸ 0,08
Mở rộng các lỗ, rãnh hẹp, lỗ định hình và lỗ sâu
Keo epôxy
0,1 ¸ 0,4
Mở rộng lỗ sâu
Nhũ tương
Teflon
Polyclovinyl
0,02 ¸ 0,05
0,08 ¸ 0,2
0,08 ¸ 0,2
Mở rộng lỗ đường kính nhỏ
Dung dịch điện phân.
Tác dụng của dung dịch điện phân.
Vai trò quan trọng của dung dịch điện phân là tạo sự di chuyển các ion giữa anod và catod. Ngoài ra các ion của dung dịch điện phân còn tham gia tích cực vào các phản ứng điện cực. Dung dịch điện phân sử dụng để hòa tan kim loại của chi tiết (anod) do đó thành phần của nó phải chọn đúng để tránh khả năng tạo các chất không hòa tan, gây ra sự trơ hóa bề mặt của chi tiết. Vì vậy sự tồn tại của các ion hoặc nhóm ion trong dung dịch điện phân phụ thuộc vào các tính chất của nó.
Phản ứng điện cực xảy ra ở catod vì vậy cần phải nghiên cứu sự phóng các ion đã nạp điện, chúng không được kiềm chế quá trình hòa tan anod. Trên catod không có sự kết tủa các ion kim loại có trong dung dịch điện phân vì nó làm thay đổi hình dáng của catod và gây ra sai số hình dáng chi tiết.
Do đó các cation của dung dịch điện phân không được là kim loại vì chúng tạo điều kiện cho sự kết tủa trên dụng cụ (có vật liệu là thép hoặc đồng). Thông thường các cation là hydro, kiềm như natri, kali, 
Tính chất của dung dịch điện phân.
Khi gia công điện hóa mật độ dòng điện phải ổn định để tránh sự thất thoát về năng lượng. Các dung dịch điện phân phải có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao đồng thời nhiệt độ sôi của chúng phải cao để tránh bị sôi khi gia công.
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 dòng phải cao.
Dung dịch điện phân sẽ bị đốt nóng dẫn đến sự phân cực các điện cực nên càng đốt nóng 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 đó nâng cao tính dẫn điện của dung dịch điện phân.
Bảng 4.2. Các tính chất của dung dịch điện phân thường dùng.
Dung dịch điện phân
Độ đậm đặc theo trọng lượng
Tỷ trọng (g/cm3)
Độ dẫn điện (104.W-1.cm-1)
Nhiệt dung (cal/grad)
Tính dẫn nhiệt (Kcal/m.g.grad)
Độ nhớt động học (cts)
Độ nhớt động học (.s/m2)
Độ hòa tan hydro theo thể tích (g)
Clorua -natri
NaCl
5
10
15
20
1,0345
1,0707
1,1087
1,147
372
1211
1642
1957
0,945
0,901
0,865
0,507
0,497
1,05
1,11
1,17
1,34
0,085
0,190
0,30
0,535
1,5
1,2
1,1
0,9
Natri cacbonat NaCo3
10
20
0,0674
0,1426
782
1303
0,195
0,885
0,508
0,499
1,02
1,10
1,09
1,26
1,4
1,2
NaSO4
15
0,1406
886
0,940
0,516
1,54
1,76
1,0
HCl
2
5
1,01
1,025
1720
3948
0,965
0,920
0,500
0,470
1,05
1,08
1,7
1,6
H2SO4
2
5
1,015
1,035
1089
2085
0,985
0,951
0,505
0,490
0,98
1,01
NaOH
5
10
1,055
1,110
1935
3093
0,937
0,907
0,527
0,539.
1,27
1,68
1,34
1,86
1,2
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 có nhiều yếu tố khác nhau do đó không thể có dung dịch điện phân chung cho tất cả các loại vật liệu, vì vậy đối với mỗi loại vật liệu ta cần phải tính toán và chọn lựa loại dung dịch điện phân thích hợp.
Trong thực tế đối với mỗi nhóm vật liệu (ví dụ: thép trên cơ sở Fe, Ni) ta có thể dùng một loại dung dịch điện phân.
Thép trên cơ sở Fe: trong quá trình gia công thép trên cơ sở Fe bằng phương pháp điện hóa ở anod thoát ra rất nhiều ôxy, do vậy khi có điện thế thấp sẽ thấy xuất hiện các oxit và quá trình hòa tan anod bị chậm lại.
Để tránh sự trơ hóa các anod, hiệu quả nhất người ta dùng các clorua làm dung dịch điện phân. Ví dụ: clorua natri để tạo FeCl2 (đối với Fe2+) và FeCl3 (đối vớ Fe3+).
Vì vậy clorua natri là thành phần cơ bản dùng để gia công thép nhóm Fe và Ni, ngoài ra có thể dùng clorua kali nó làm tăng tính dẫn điện của dung dịch điện phân nhưng rất đắt.
Qua thí nghiệm với thép có 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 (FeSO4 và Fe2SO4 tăng nhanh nhất là đối với Fe2+ nhưng độ bóng thấp < 4mm). Nếu dùng HCl 1¸2% trong dung dịch điện phân, tốc độ hòa tan anod tương đương với H2SO4 nhưng độ nhấp nhô <2mm.
Hợp kim trên cơ sở Ni.
Đối với loại hợp kim Cr-Ni có thể dùng dung dịch 6% H2SO4 và 3¸10% NaCl, độ nhấp nhô đạt 3,5mm trong khi đó đối với thép C là 4mm. Kết quả tương tự khi dùng HCl.
Nếu dùng dung dịch điện Nitrit kali 15% NaCl 6¸10%, clorua amôn (NH4Cl) 3¸10% độ nhấp nhô có thể đạt thấp nhất 2mm.
Nếu dùng 4% NaCl + 6% NaSO4 độ nhấp nhô sẽ cao.
Nếu dùng Nitrat natri (NaNO3) pha với NaCl đúng tỉ lệ thích hợp thì bề mặt gia công sẽ bằng phẳng, tại các mép không bị lồi lõm.
Hợp kim Titan.
Các chi tiết khi gia công điện hóa trên bề mặt hình thành một lớp màng oxit mỏng, nó cản trở việc hòa tan anod. Để phá hủy lớp rỉ này có thể dùng dung dịch điện phân clorua ở điện áp U = 12V hoặc bằng dung dịch brômua và iốt với điện thế thấp.
Để gia công titan cần có điện áp tương đối cao U = 40V nhưng với điện thế này sẽ xảy ra sự phóng tia lửa điện do đó bề mặt nhấp nhô cao.
Dung dịch điện phân có NaCl và HCl, điện áp thấp, độ nhám tốt hơn nhưng xuất hiện điểm rỉ.
Hợp kim Vonfram (dùng để chế tạo khuôn dập và dụng cụ cắt):
Dung dịch điện phân kiềm mạnh sẽ hòa tan WC, thường là sút NaOH hoặc cacbonat natri NaCO3, coban sẽ bị hòa tan trong dung dịch điện phân gốc amin như trietanolamin hoặc ete của axit tactrit COOH-CHOH-COOH tạo thành CoCl2 (CoCl2, H2O) clorua coban để đạt độ nhấp nhô Ra = 0,25mm. 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 không tạo thành mối bền vững nhưnh oxit molypđen hòa tan trong kiềm tạo thành các molypđat. Để gia công molypđen thường dùng dung dịch điện phân như: 150g/l NaOH.
Thời gian sử dụng dung dịch điện phân
Trong quá trình gia công điện hóa dung dịch điện phân dần dần sẽ bị thay đổi thành phần, khí H2 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 hòa 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 có các biện pháp xử lý dung dịch điện để ti ... 
Khi I = 200A lượng kim loại bị hớt đi là 0,6 cm3/s.
Các thông số so sánh các phương pháp gia công cắt thép.
Bảng 4.3. Các thông số so sánh các phương pháp gia công cắt thép.
Phương pháp gia công
Năng suất
Độ bóng
Độ chính xác gia công
Độ mòn dụng cụ (%)
Tiêu hao năng lượng (KW.s/kg)
Cm3/KW.s
Cm3/ph
Gia công điện tiếp xúc
150 ¸ 200
80¸ 200
Ñ1¸ Ñ2
Cấp 4¸5
0,5
0,7 ¸ 1
Gia công tia lửa điện
10 ¸ 15
15 ¸ 20
Ñ2¸ Ñ4
Cấp 3¸4
40 ¸ 100
0,5 ¸ 2
Gia công cơ điện
25 ¸ 40
20 ¸ 60
Ñ2¸ Ñ4
Cấp 3¸4
10 ¸ 30
3 ¸ 5
Hàn.
Cho dòng điện đi qua vùng tiếp xúc giữa hai chi tiết, điện trở tại vùng tiếp xúc lớn làm cho kim loại tại vùng này nóng chảy và khuyếch tán vào nhau. Khi lực ép tác động vào hai tấm kim loại, điện trở vùng tiếp xúc giảm, kim loại đông cứng lại và hai bề mặt chi tiết dính chặt với nhau.
Sơ đồ hàn tiếp xúc có thể tham khảo ở hình 4.47.
F
F
Kim loại nóng chảy
U = 12-17V
U
Hình 4.47. Sơ đồ hàn tiếp xúc.
Phay.
Dụng cụ là một đĩa quay với vận tốc lớn. Lượng chạy dao luôn nhỏ hơn chiều dày của đĩa. Lượng kim loại bóc ra khỏi chi tiết gia công không phụ thuộc vào độ cứng của kim loại cần gia công. Thiết bị này dùng để gia công các mặt phẳng và các mặt định hình phức tạp (tham khảo ở hình 4.56).
Chi tiết gia công
Điện cực dụng cụ
Hình 4.56. Phay điện tiếp xúc.
Phay điện tiếp xúc có năng suất cao nhưng độ nhám bề mặt thấp và trên bề mặt gia công có nhiều vết nứt tế vi.
Ví dụ: khi gia công thép không rỉ với chế độ gia công 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.
Để tăng chất lượng bề mặt gia công, người ta tạo răng trên đĩa phay nhằm làm cho quá trình phóng tia lửa điện không liên tục. Chọn chiều quay của đĩa sao cho các tia lửa điện và phoi cắt không rơi vào bề mặt gia công. Dùng dung dịch trơn nguội là nước hoặc dầu.
Mài.
Mài bằng phương pháp điện tiếp xúc có kết cấu và cách tiến hành đơn giản, đảm bảo an toàn vì điện thế sử dụng tương đối thấp. 
Phương pháp thường này ứng dụng để mài dụng cụ cắt.
 +
Dao được mài
Điện cực dụng cụ
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 công hợp lý vì chúng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và năng suất mài.
Tiện.
Đây là phương pháp gia công kết hợp giữa điện tiếp xúc và tiện thông thường. Độ bóng bề mặt gia công của phương pháp này đạt đến Ñ8 - Ñ9.
Nhờ tác dụng của dòng điện mà lực cắt giảm và nâng cao được năng suất khi gia công vật dẻo và vật liệu cứng (thép tôi, thép chịu nhiệt, thép không 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 dòng 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).
Hình 4.35. Sơ đồ tiện điện tiếp xúc.
Nếu chỉ cần đảm bảo năng suất khi gia công cắt gọt thì có thể nâng cao chất lượng bề mặt gia công. Vì vậy có thể dùng phương pháp này để gia công tinh.
Khoan, xọc.
Dụng cụ có hình dáng của lỗ. Trong quá trình gia công, điện cực được tưới dung dịch trơn nguội và có chuyển động dao động theo hướng ăn mòn của dụng cụ với tần số 50 – 100Hz.
3
4
5
1
2
+
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 công.
Khoan xọc dùng phương pháp điện tiếp xúc đạt năng suất cao. Phương pháp này không cần dụng cụ có độ cứng cao mà có thể gia công vật liệu có 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 công điện hóa và tia lửa điện nhưng vẫn nằm trong phạm vi cho phép.
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 công các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt chi tiết bị dụng cụ san phẳng do tác dụng của áp lực và dòng điện có hiệu điện thế thấp nhưng cường độ dòng điện cao.
Chất lượng bề mặt có thể đạt Ra = 0,32 – 0,16.
Chi tiết
Dụng cụ
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 công được cách điện với mâm cặp, dụng cụ cách điện với bàn xe dao và được nối vào một cực của nguồn điện. Cực còn lại nối trực tiếp với chi tiết nhờ tiếp điểm trượt chổi than.
Khi tiến hành gia công, do có dùng dung dịch trơn nguội nên nhiệt độ ở vùng tiếp xúc chỉ đạt 900oC. Kết quả nhận được trên bề mặt chi tiết là tổng hợp của hai quá trình: biến cứng do biến dạng dẻo và tôi do tác dụng nhiệt của dòng 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 hóa bền các lớp kim loại bên trong bị hạn chế.
Phương pháp này có thể gia công thô vật liệu có độ cứng cao, các loại thép sau khi tôi như nâng cao độ bền lò xo, phục hồi chi tiết máy (con đội, trục truyền động).
Con lăn ép
Con lăn đỡ
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 nguyên công
Cường độ dòng điện (A)
Vận tốc (m/ph)
Lượng chạy dao (mm/vg)
Ap lực P (kg)
Độ bóng
Chiều sâu lớp biến cứng
Số hành trình (n)
Cà láng
350¸400
80 ¸130
0,2¸ 0,3
50 ¸60
Ñ8 ¸ Ñ10
0,02¸0,03
1 ¸ 2
500¸600
15 ¸ 20
0,2 ¸0,3
50 ¸ 60
Ñ8 ¸ Ñ9
0,05¸0,08
1 ¸ 2
200¸400
3 ¸ 8
1 ¸1,5
50 ¸ 120
-
-
-
Lăn ép bằng con lăn
1100 ¸ 1300
9 ¸ 10
0,2 ¸ 0,3
50 ¸ 60
Ñ6 ¸ Ñ7
0,2¸0,35
1 ¸2
Lăn ép trong
300¸500
3 ¸ 8
1,25 ¸ 2
50 ¸ 120
-
-
2 ¸ 3
4.3.5. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng.
Sự khác nhau về nguyên lý giữa phương pháp gia công điện tiếp xúc và các phương pháp khác.
Phương pháp gia công điện tiếp xúc thực hiện bằng cách cho hai điện cực tiếp xúc gián đoạn, trong khi đó ở phương pháp tia lửa điện và xung điện thì hai điện cực không cần tiếp xúc nhau.
Dùng cơ học gây xung bằng cách cho điện cực tiếp xúc gián đoạn khi nó di chuyển tương đối nhanh so với chi tiết gia công. Do đó không đòi hỏi máy phát xung chuyên dùng như các phương pháp gia công tia lửa điện và điện ăn mòn.
Phương pháp điện tiếp xúc làm việc trong môi trường điện môi (dạng lỏng hay dạng hơi). Nguồn điện có thể là nguồn 1 chiều hay xoay chiều với điện thế thấp. Khác với phương pháp cơ điện hóa phải làm việc trong môi trường điện phân với dòng điện 1 chiều.
Ưu điểm của phương pháp gia công điện tiếp xúc.
Năng suất rất cao có thể đạt 200000 mm3/ph.
Có thể ứng dụng rộng rãi trên các máy công cụ vạn năng cải tiến thêm phần điện.
Dụng cụ điện cực có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và rẻ tiền.
Có khả năng điều chỉnh chế độ gia công trong một giải rộng.
Ap lực của dụng cụ lên chi tiết thấp. P = 4 ¸ 6 kg/cm2.
Có thể dùng dòng xoay chiều với điện thế thấp.
Có khả năng gia công các vật liệu có độ cứng cao mà các phương pháp gia công thông thường khó thực hiện được.
Có thể gia công các chi tiết rất lớn mà không cần máy chuyên dùng.
Có khả năng gia công các bề mặt phức tạp trong thời gian ngắn.
Có khả năng hoàn toàn cơ khí hóa và tự động hóa.
Nhược điểm.
Độ bóng bề mặt gia công thấp, khi gia công tinh với chế độ hợp lý chỉ đạt Ñ6 ¸ Ñ7.
Trên bề mặt xuất hiện lớp thay đổi cấu trúc kim loại rất sâu, và có nhiều vết nứt tế vi làm giảm tuổi bền của chi tiết.
Tiếng ồn gia công lớn, đặc biệt là gia công thô. 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 tóe.
Phạm vi ứng dụng.
Với các đặc điểm như vậy, phương pháp gia công điện tiếp xúc được ứng dụng rộng rãi trong việc gia công các chi tiết có kích thước lớn, lượng phoi bóc đi nhiều nhưng chỉ nên dùng trong gia công thô.
GIA CÔNG CƠ ANOD.
Phương pháp gia công cơ anod là phương pháp tổng hợp của các phương pháp: ăn mòn điện, điện hóa và mài cơ học được dùng để mài bóng và mài sắc lưỡi cắt của dụng cụ cắt.
Nguyên lý cơ bản của gia công cơ anod. 
 R
T
D
M
Hình 4.64. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công bằng cơ chế anod.
R: Chiết áp.	T: đĩa điện cực quay.
D: Dung dịch. 	 M: Vật gia công.	
Cơ sở của phương pháp này là: giữa điện cực catod và vật gia công phát sinh phóng điện với cường độ rất lớn. dung dịch gia công 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 công, màng này bị lực nén cơ học làm mỏng, do đó bị đánh thủng do tác dụng của điện trường, và hồ quang sinh ra. Trong quá trình có hồ quang, các ion xuyên qua màng mỏng va đập vào bề mặt anod làm cho lớp bề mặt hòa tan vào dung dịch (gọi là sự hòa tan anod). Điện cực quay luôn luôn làm phóng hồ quang ở chỗ cao nhất trên bề mặt gia công, đồng thời mang đi vật liệu bị tách ra. Ơ phương pháp gia công này điện cực làm bằng gang, dung dịch thường là nước thủy tinh.
Thông số công nghệ của phương pháp gia công bằng cơ chế anod.
Các thông số quan trọng nhất là điện áp, cường độ dòng điện, mức độ nhấp nhô của dòng chỉnh lưu, tốc độ quay của điện cực, lực nén của điện cực.
a. Điện áp.
Điện áp càng lớn thì năng suất gia công càng cao (hình 4.61). Nhưng với điện áp lớn (> 30V) nhiệt độ quá cao, do đó lượng phoi lấy đi bị giảm mạnh. Điện áp tăng làm giảm độ bền của màng mỏng anod.
 H
I
M
A
E
L
T
V
Hình 4.65. Quá trình tách phoi trong phương pháp gia công 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 công.
H: màng mỏng bị làm mỏng hơn.	I: Hồ quang.
100
200
300
400
500
600
18
20
22
24
26
28
16
V
VD (mm3/ph)
35 A/cm2
25 A/cm2
15 A/cm2
Hình 4.66. Quan hệ giữa năng suất lấy phoi và điện áp với các mật độ dòng điện khác nhau.
Xét quan hệ giữa năng suất gia công và mật độ dòng điện thì thấy rằng ban đầu khi mật độ dòng điện nhỏ thì năng suất tăng chậm, ở đây vật liệu bị lấy đi chủ yếu do quá trình hòa tan của anod. Ơ giai đoạn tiếp theo đồ thị tăng lên mạnh, ở đây sự ăn mòn do hồ quang là chủ yếu, với mật đồ dòng điện lớn hơn nữa, hồ quang được duy trì lâu hơn, năng suất giảm. Giai đoạn đầu thích ứng với gia công tinh, giai đoạn thứ hai là gia công thô, giai đoạn thứ ba thì không được áp dụng do bề mặt bị ăn mòn lỗ chỗ không đều nhau.
Độ nhấp nhô của dòng chỉnh lưu.
Tính chất này quan trọng đối với gia công thô. Sự hình thành hồ quang trong thời gian lâu xảy ra với mật độ dòng điện lớn, do vậy cho năng suất cao.
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 đó không có lợi.
100
200
300
400
500
600
700
7,5
15
22,5
30
37,5
Mật độ I (A/cm2)
Điện hóa
An mòn điện
Dưỡng trì
VD (mm3/ph)
Hình 4.67. Anh hưởng của mật độ dòng điện đến năng suất gia công.
200
300
400
2,5
5
7,5
10
12,5
V (m/s)
VD (mm3/s)
Hình 4.68. Tác dụng của tốc độ điện cực đến năng suất lấy phoi.
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 đó giảm và giữ không đổi trong khi lực nén tiếp tục tăng. Khi gia công tinh người ta dùng lực nén lớn và với mật độ dòng điện nhỏ.
100
300
500
700
0,25
0,75
1,25
0,5
0,75
1
1,5
1,75
Ap suất (kg/cm2)
VD (mm3/ph)
Hình 4.69. Anh hưởng của lực nén đến năng suất lấy phoi.
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. Có 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 hóa khô trong không khí, vì vậy trong quá trình sử dụng phải thường xuyên rửa máy.
Bảng 4.7. Năng suất gia công bằng cơ chế anod.
Loại gia công 
Tốc độ hình thành màng mỏng (mm/ph)
Năng suất lấy phoi
(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
Thô
0,2 – 0,3
30 – 60
Nhẵn
-
10 – 40
Bóng
-
2 – 8
Sự hao mòn điện cực không nhiều. Trường hợp gia công tinh, sự hao mòn điện cực ít, không đáng kể. Trường hợp gia công thô, nhất là với lực nén lớn và bề mặt tiếp xúc lớn thì sự hao mòn là đáng kể.
Độ nhám bề mặt.
 Độ nhám bề mặt có tính chất tương tự như gia công bằng tia lửa điện, nghĩa là có những chỗ rỗ trùng lên nhau. Với lực nén lớn thì có thể hình thành những đường gân nằm theo hướng chuyển động của điện cực. Khi mài lưỡi cắt, những hạt nhỏ carbit không nhô lên trên bề mặt, do đó dễ đánh bóng bề mặt. Độ bóng của bề mặt được đánh bóng bằng cơ chế anod có thể tốt hơn đánh bóng bằng hạt nhỏ kim cương. nếu muốn đạt năng suất cao, thì độ bóng bề mặt giảm đi rất nhiều. Nói chung so với phương pháp gia công bằng tia lửa điện thì ở đây tính chất của bề mặt tốt hơn, vì sự hòa tan anod làm tăng thêm khả năng làm bóng bề mặt.
Tính chất của lớp bề mặt phụ thuộc rất nhiều và công nghệ khi gia công thô, do tác dụng của hồ quang ăn mòn, mà cấu tạo của bề mặt cũng tương tự như trường hợp gia công bằng tia lửa điện. Bề mặt ở đây cũng bị biến cứng. Bề sâu của lớp biến cứng tăng theo mật độ dòng 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).
2,5
5
7,5
10
12,5
15
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
Bề dày lớp biến cứng (mm)
V (m/s)
Hình 4.80. Tác dụng của tốc độ chuyển động của điện cực đối với độ dày của biến cứng.
Trong trường hợp đánh bóng, sự hòa tan anod là đặc trưng của quá trình này. Ơ đây hiện tượng hóa cứng và biến đổi cấu trúc vật liệu không thể hiện rõ trên bề mặt được đánh bóng.
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 công bị nứt và phát tiếng nổ. Vì vậy cần cẩn thận khi tăng năng suất gia công.
Phạm vi ứng dụng của phương pháp gia công bằng cơ chế anod.
Trước tiên, người ta ứng dụng rộng rãi để gia công hợp kim cứng và các vật liệu khó cắt gọt. Năng suất gia công chủ yếu phụ thuộc vào khả năng dẫn nhiệt, nhiệt độ nóng chảy, tỉ nhiệt của nguyên liệu, còn độ bền cơ học và độ cứng thì không có ảnh hưởng gì. Các loại thép được gia công với năng suất gần như nhau. Gia công hợp kim cứng so với gia công thép thì có thể dùng năng suất 30 – 40 lần nhỏ hơn, nhưng năng suất này vẫn còn cao hơn năng suất để mài theo phương pháp thông 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.