Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến quá trình gia công tia lửa điện bề mặt trụ ngoài thép 90CrSi với dung dịch điện môi trộn bột nano Sic

BỘ CÔNG THƯƠNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

NGUYỄN MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ
CƠNG NGHỆ ĐẾN Q TRÌNH GIA CƠNG
TIA LỬA ĐIỆN BỀ MẶT TRỤ NGỒI THÉP 90CrSi VỚI
DUNG DỊCH ĐIỆN MƠI TRỘN BỘT NANO SiC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HÀ NỘI - 2023





iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................iii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT...................................................vii
DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU....................................................................................xii
PHẦN MỞ ĐẦU.......................................................................................................1

1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................1
2. Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu của đề tài............................................................4
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................................4
2.2. Mục tiêu nghiên cứu...........................................................................................5
3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................6
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài...............................................................6
4.1. Ý nghĩa khoa học................................................................................................6
4.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................7
4.3. Những đóng góp mới của luận án......................................................................7
5. Bố cục của luận án.................................................................................................8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN
...................................................................................................................................9
1.1. Phương pháp gia công bằng tia lửa điện............................................................9
1.1.1. Lịch sử phát triển.............................................................................................9
1.1.2. Nguyên lý gia công tia lửa điện.....................................................................10
1.1.3. Các dạng của gia công bằng tia lửa điện.......................................................12
1.2. Ưu nhược điểm của gia công tia lửa điện.........................................................15
1.3. Các thông số công nghệ của gia công xung điện.............................................16


iv

1.4. Năng suất, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công..................................19
1.5. Phương pháp gia công tia lửa điện có trộn bột - PMEDM...............................22
1.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu về EDM và PMEDM....................................24
1.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước..................................................................24
1.6.2. Tình hình nghiên cứu về EDM và PMEDM trên thế giới.............................26
Kết luận chương 1...................................................................................................37
CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN CĨ
TRỘN BỘT TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CHI TIẾT TỪ THÉP 90CrSi

QUA TÔI VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM......................................39
2.1. Mơ hình nâng cao hiệu quả quá trình PMEDM...............................................39
2.1.1. Sơ đồ và cơ sở của nghiên cứu q trình gia cơng tia lửa điện có trộn bột...39
2.1.2. Chọn thơng số đầu vào..................................................................................40
2.2. Hệ thống thí nghiệm.........................................................................................41
2.2.1. Máy xung điện...............................................................................................42
2.2.2. Phơi thí nghiệm.............................................................................................43
2.2.3. Điện cực thí nghiệm......................................................................................44
2.2.4. Bột trộn vào dung dịch điện môi...................................................................45
2.2.5. Dung dịch điện môi.......................................................................................46
2.2.6. Bể chứa dung dịch điện môi..........................................................................47
2.2.7. Thông số về điện...........................................................................................48
2.2.8. Thông số và nồng bột SiC trộn vào dung dịch điện môi...............................48
2.3. Thiết bị đo, kiểm tra.........................................................................................48
2.3.1. Cân điện tử....................................................................................................48
2.3.2. Máy đo độ nhám bề mặt gia công.................................................................49
2.3.3. Máy đo tọa độ CMM.....................................................................................50
2.3.4. Kính hiển vi điện tử quét (SEM/EDX) Jeol JMS 6490.................................51
Kết luận chương 2...................................................................................................51


v

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC
THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT, NĂNG SUẤT BĨC
TÁCH VÀ ĐỘ MỊN ĐIỆN CỰC KHI GIA CƠNG XUNG ĐIỆN THÉP 90CrSi
VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MƠI CĨ TRỘN BỘT SiC.............................................53
3.1. Đặt vấn đề.........................................................................................................53
3.2. Thí nghiệm.......................................................................................................53
3.2.1. Mục đích thí nghiệm......................................................................................53

3.2.2. Thiết kế thí nghiệm........................................................................................53
3.2.3. Tiến hành thí nghiệm.....................................................................................58
3.3. Kết quả và nhận xét..........................................................................................60
3.3.1. Ảnh hưởng của các thông số đầu vào quá trình xung đến độ nhám bề mặt 60
3.3.2. Ảnh hưởng của các thơng số đầu vào q trình xung đến năng suất bóc tách vật
liệu

72

3.3.3. Ảnh hưởng của các thơng số đầu vào q trình xung đến tốc độ mịn điện
cực………................................................................................................................81
Kết luận chương 3...................................................................................................91
CHƯƠNG 4. TỐI ƯU HĨA ĐA MỤC TIÊU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI
XUNG THÉP 90CrSi QUA TƠI VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MƠI CĨ TRỘN BỘT
NANO SiC...............................................................................................................93
4.1. Đặt vấn đề.........................................................................................................93
4.2. Khái quát về phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám.......................93
4.3. Tối ưu đa mục tiêu khi xung bề mặt trụ định hình với dung dịch điện mơi có
trộn bột bằng phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám.............................94
4.3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu dưới dạng mảng trực giao.......................................94
4.3.2 Phân tích quan hệ xám....................................................................................95
Kết luận chương 4.................................................................................................105
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO......................107


vi

1. Kết luận chung...................................................................................................107
2. Hướng nghiên cứu tiếp theo..............................................................................108
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ.......................110

TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................111
PHỤ LỤC..............................................................................................................119


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT
EDM – Electrical discharge machining

Gia công bằng tia lửa điện

CNC - Computer Numerical Control

Điều khiển số bằng máy tính

PMEDM – Powder mixed electrical
discharge machining

Gia cơng bằng tia lửa điện có trộn bột
vào dung dịch điện môi

WEDM– Wire Electrical discharge machining

Gia công bằng cắt dây tia lửa điện

EDG - Electrical Discharge Grinding

Mài xung điện

MRS – Material removal speed

Tốc độ bóc tách vật liệu

MRR – Material removal rate

Năng suất bóc tách vật liệu

TWR – Tool wear rate

Tốc độ mòn dụng cụ (điện cực)

EWR - Electrode wear rate

Tốc độ mòn điện cực

MSD - Mean square displacement

Tổng nghịch đảo bình phương trung
bình của các giá trị đo

SEM - scanning electron microscopy

Kính hiển vi điện tử quét

SR – Surface roughness

Độ nhám bề mặt

GRA - Grey relational analysis

Phân tích quan hệ xám

S/N - Signal to Noise ratio

Tỷ số tín hiệu/nhiễu

ANOVA - Analysis of variance

Phân tích phương sai

RSM - Response surface methodology

Phương pháp bề mặt đáp ứng

Ra

Độ nhám bề mặt (m)

Ton - Pulse on time

Thời gian phát xung (µs)

Toff - Pulse off time

Thời gian ngừng phát xung (µs)

IP – Peak current

Cường độ dịng phóng điện (A)

SV - Servo voltage

Điện áp/Hiệu điện thế phóng điện (V)


Cp – Powder concentration

Nồng độ bột (g/l)

Sp – Powder size

Cỡ hạt (nm)


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Ngun lý gia cơng bằng xung điện

10

Hình 1.2. Dung dịch điện mơi sử dụng trong EDM

11

Hình 1.3. Sơ đồ phương pháp cắt dây tia lửa điện

12

Hình 1.4. Sơ đồ phương pháp mài xung điện

14

Hình 1.5. Sơ đồ phương pháp cưa tia lửa điện

14

Hình 1.6. Sơ đồ phương pháp khoan tia lửa điện

15

Hình 1.7. Sơ đồ mơ tả quan hệ điện áp, dịng điện và thời gian xung trong

17

Hình 1.8. Sơ đồ minh họa lớp bề mặt sau EDM

21

Hình 1.9. Sơ đồ gia cơng PMEDM

23

Hình 1.10. Minh họa q trình phóng điện của phương pháp EDM và PMEDM

23

Hình 1.11. Hình ảnh chi tiết gia cơng có bề mặt trụ định hình được gia cơng
bằng EDM

24

Hình 1.12. Đồ thì ảnh hưởng của cường độ dịng điện tới MRR, Ra, TWR

27

Hình 1.13. Đồ thì ảnh hưởng của thời gian phát xung đến MRR, Ra, TWR

28

Hình 1.14. Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ bột graphite tới MRR, TWR và WR

28

Hình 1.15. Đồ thị giữa MRR, TWR và tỉ số mòn điện cực với các mức nồng độ
bột khác nhau
Hình 1.16. Đồ thị quan hệ giữa thời gian gia cơng với các nồng độ bột graphite
khác nhau
Hình 1.17. Đồ thị quan hệ giữa chiều dài điện cực bị mòn với các nồng độ bột
graphite khác nhau

30

31

31

Hình 1.18. Sự thay đổi độ nhám bề mặt Ra giữa PMEDM và EDM

32

Hình 1.19. Sự thay đổi độ cứng tế vi lớp bề mặt khi sử dụng bột Ti trong
PMEDM
Hình 1.20. Sơ đồ phân loại các thơng số chính của q trình gia công PMEDM

34
35


Hình 1.21. Biểu đồ thống kê mức độ phổ biến của các loại bột trong PMEDM

36

Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm

39

Hình 2.2. Hình ảnh máy xung thí nghiệm Sodick A30R

42

Hình 2.3. Hình ảnh phơi và kích thước của phơi

43

Hình 2.4. Hình ảnh và kích thước của điện cực

44

Hình 2.5. Hình ảnh bột nano SiC kích thước hạt 500 nm

46

Hình 2.6. Sơ đồ gia cơng xung và hệ thống thí nghiệm

47

Hình 2.7. Hình ảnh cân điện tử WT3003NE

49

Hình 2.8. Hình ảnh máy đo độ nhám bề mặt SV3100

50

Hình 2.9. Hình ảnh máy đo tọa độ CMM CRYSTA-Apex S544

51

Hình 3.1. Khai báo biến thí nghiệm theo phương pháp Taguchi

55

Hình 3.2. Đồ thị ảnh hưởng chính của các yếu tố đến ̅
𝑅̅̅
𝑎̅khi xung

63

Hình 3.3. Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ bột SiC đến độ nhám bề mặt khi xung

63

Hình 3.4: Topography bề mặt gia cơng

65

Hình 3.5. Dạng sóng điện áp và dịng điện khi xung khơng trộn bột (a) và trộn
bột SiC

65

Hình 3.6: Hình ảnh các vết nứt tế vi trên bề mặt gia cơng

66

Hình 3.7. Hình ảnh cấu trúc và chiều dày lớp biến trắng trên bề mặt gia cơng

67

Hình 3.8. Đồ thị ảnh hưởng chính của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi xung

70

Hình 3.9. Đồ thị phân bố chuẩn của phần dư

71

Hình 3.10. Đồ thị phân bố xác suất của dữ liệu gốc

72

Hình 3.11. Đồ thị ảnh hưởng chính của các thơng số đầu vào khi xung đến
̅

𝑴̅
̅
𝑹̅̅
̅
𝑹̅

76

Hình 3.12. Biểu đồ năng suất bóc tách với các mức nồng nồng độ bột

76

Hình 3.13. Đồ thị phân bố chuẩn của phần dư

79


Hình 3.14. Đồ thị chuyển đổi Johnson cho MRR
Hình 3.15. Đồ thị ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến TWR qua các mức
khảo sát

80
84

Hình 3.16. Đồ thị ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến tỉ số S/N của TWR

87

Hình 3.17. Đồ thị phân bố chuẩn của phần dư

89

Hình 3.18. Đồ thị chuyển đổi Johnson cho TWR

90

Hình 4.1. Đồ thị các ảnh hưởng của các thông số chính đến mục tiêu chung

100

Hình 4.2. Đồ thị phân bố chuẩn của phần dư

104

Hình 4.3. Đồ thị chuyển đổi Johnson cho mục tiêu chung

105


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các loại bột thông dụng dùng cho PMEDM và đặc trung vật lý của
chúng

36

Bảng 2.1. Chế độ nhiệt luyện thép 90CrSi

44

Bảng 2.2. Thành phần hóa học của mẫu thí nghiệm thép 90CrSi

44

Bảng 2.3. Đặc tính kỹ thuật của vật liệu điện cực đồng

45

Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật của dầu xung Total Diel MS7000

46

Bảng 3.1. Các mức thí nghiệm của các thơng số đầu vào Cp, Ton, Toff, IP và
SV
Bảng 3.2. Kế hoạch thí nghiệm và kết quả thí nghiệm xung theo các thơng số
đầu vào Cp, Ton, Toff, IP và SV

55

59

Bảng 3.3. Độ nhám bề mặt gia công ứng với các thông số đầu vào khác nhau

60

Bảng 3.4. ANOVA giá trị ̅
𝑹̅̅
𝒂̅sau khi xung

61

Bảng 3.5. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến ̅
𝑅̅̅
𝑎̅khi xung

62

Bảng 3.6. Chiều dày lớp biến trắng khi xung không trộn bột

68

Bảng 3.7: Chiều dày lớp biến trắng khi xung có trộn bột

68

Bảng 3.8. ANOVA tỉ số S/N của ̅
𝑅̅̅
𝑎̅khi xung

69

Bảng 3.9. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi xung

69

Bảng 3.10. Tốc độ bóc tách vật liệu và S/N ứng với các thông số đầu vào
khác nhau

73

Bảng 3.11. ANOVA giá trị ̅
𝑀̅̅
𝑅̅̅̅
𝑅̅khi xung

74

Bảng 3.12. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào khi xung đến
̅
𝑀̅
̅
𝑅̅̅
̅
𝑅̅

75

Bảng 3.13. Tốc độ mòn điện cực và S/N ứng với các thông số đầu vào khác
nhau
Bảng 3.14. Kết quả phân tích (ANOVA) ảnh hưởng của các thơng số đầu vào
đến TWR
Bảng 3.15. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến TWR
Bảng 3.16. Kết quả phân tích (ANOVA) ảnh hưởng của các thông số đầu vào
đến tỉ số S/N của TWR
Bảng 3.17. Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến tỉ số S/N của
TWR

82

83

83

86

86

Bảng 3.18. Chế độ xung hợp lý để đạt TWR nhỏ nhất

88

Bảng 4.1. Ma trận trực giao các thông số đầu vào và kết quả đầu ra

94

Bảng 4.2. Tỉ số S/N và giá trị chuẩn hóa Z của Ra, MRR và TWR

96

Bảng 4.3. Hệ số quan hệ xám và trị số quan hệ xám trung bình

99

Bảng 4.4. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ xám

100

Bảng 4.5. Kết quả ANOVA của hệ số quan hệ xám

101

Bảng 4.6. Kết quả so sánh giữa tính tốn và thực nghiệm

103


1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Gia cơng bằng tia lửa điện (tên tiếng Anh là Electrical Discharge Machining
- EDM) nói chung và gia cơng xung điện nói riêng đã được phát minh, nghiên cứu
và phát triển cải tiến từ nhiều thập kỷ gần đây. Cho đến nay, đây là một trong
những công nghệ gia công tiên tiến phổ biến nhất trên thế giới. Nó là một phương
pháp rất hiệu quả trong việc gia công chi tiết là vật liệu dẫn điện, có độ cứng cao
(từ cứng đến siêu cứng) và khó gia cơng như các chi tiết máy trong động cơ máy
bay, tua bin phát điện, dụng cụ cắt, khuôn mẫu... Đặc biệt là các chi tiết có bề mặt,
hình dáng phức tạp mà phương pháp gia cơng cắt gọt truyền thống khó hoặc gần
như khơng thể thực hiện được [1]. Phương pháp EDM sử dụng năng lượng nhiệt
cao phát sinh theo nguyên lý phóng điện giữa hai điện cực âm – dương làm tan
chảy, hóa hơi vật liệu bề mặt gia công. Phương pháp gia công này không bị ràng
buộc bởi độ cứng giữa dụng cụ và phơi, khơng phát sinh lực cắt nên khơng có
rung động, ứng suất cơ học, tiếng ồn trong quá trình gia cơng. Tuy nhiên, phương
pháp EDM cịn một số nhược điểm cơ bản như: không gia công được vật liệu
không dẫn điện; năng suất bóc tách vật liệu thấp; dụng cụ điện cực bị mịn nhanh
dẫn đến giảm độ chính xác kích thước chi tiết gia cơng. Bên cạnh đó, chất lượng
bề mặt gia công không cao, để lại trên bề mặt gia cơng lớp trắng có cấu trúc, độ
cứng, ứng suất dư khác với lớp kim loại nền nên thường phải có thêm ngun
cơng gia cơng tinh sau khi gia công EDM [2-4]. Điều này là nguyên nhân làm

tăng giá thành gia công của phương pháp EDM.
Những năm gần đây, đã có nhiều nghiên cứu cả ở trong và ngoài nước
nhằm đưa ra các giải pháp về cải thiện các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của quá trình
gia cơng EDM như: Tối ưu hóa các thơng số cơng nghệ gia công; lựa chọn, phối
hợp cặp vật liệu hợp lý giữa phôi và điện cực; đặc biệt là chọn vật liệu bột có cỡ
hạt nhỏ ở mức micro hoặc nano để trộn vào dung dịch điện môi. Trong những giải
pháp trên, tiến


hành EDM với trộn bột dẫn điện vào dung dịch điện môi (tên tiếng Anh là Powder
Mixed Electrical Discharge Machining – PMEDM) là giải pháp cho kết quả rất
khả quan. Biện pháp này đã và đang được quan tâm nhiều trong số các nghiên cứu
về EDM [5-8].
Các kết quả nghiên cứu về PMEDM cho thấy khi sử dụng biện pháp này có
thể cải thiện đồng thời cả năng suất và chất lượng của q trình gia cơng, nâng
cao tuổi bền của điện cực [2, 3, 9-11]. PMEDM đến nay không phải là phương
pháp công nghệ mới, tuy nhiên các kết quả cơng bố về phương pháp này cho đến
nay cịn chưa nhiều (so với các công bố về các phương pháp gia cơng truyền
thống). Bên cạnh đó, cịn nhiều vấn đề về q trình gia cơng này cần được làm rõ
như: vật liệu, kích thước, nồng độ của bột; nguyên lý gia cơng; các thơng số cơng
nghệ. Chính vì vậy, việc nghiên cứu về cơ sở lý thuyết cũng như tối ưu hóa và
phát triển ứng dụng của phương pháp này đã và đang là hướng nghiên cứu được
nhiều nhà khoa học cả trong và ngoài nước quan tâm.
Ở nước ta hiện nay, phương pháp EDM được sử dụng khá nhiều trong các
doanh nghiệp sản xuất cơ khí vừa và nhỏ. Các máy gia công EDM như máy cắt
dây tia lửa điện, máy xung định hình, và máy đục lỗ tia lửa điện phần lớn được
nhập khẩu từ Đài Loan, Trung Quốc hoặc là các máy đã qua sử dụng từ Nhật Bản,
Đức…. Q trình gia cơng EDM có nhiều thông số công nghệ với phạm vi thay
đổi rộng [12]. Trong sản xuất, việc lựa chọn các thông số công nghệ của quá trình
này thường dựa vào tài liệu hướng dẫn đi kèm theo máy hoặc theo kinh nghiệm

thực tế nên hiệu quả của q trình EDM cịn hạn chế. Bên cạnh đó, những nghiên
cứu chuyên sâu về EDM ở nước ta còn chưa nhiều hoặc chỉ dừng lại ở khai thác
các vật liệu gia công, vật liệu điện cực cụ thể. Vì vậy, để sử dụng có hiệu quả các
thiết bị EDM về cả kinh tế và kỹ thuật nhằm tăng khả năng cạnh tranh của các sản
phẩm cơ khí nói chung và sản phẩm cơ khí được gia cơng bằng phương pháp
EDM nói riêng trong


bối cảnh hội nhập và cạnh tranh khốc liệt hiện nay địi hỏi cần có các cơng trình
nghiên cứu theo hướng nâng cao hiệu quả của gia công của EDM.
Cho đến nay, các nghiên cứu về EDM tập trung theo các hướng như nâng
cao năng suất, chất lượng bề mặt gia công; nâng cao tuổi bền của điện cực; hoặc
nâng cao cơ tính bề mặt gia cơng vv… Các nghiên cứu về PMEDM đã sử dụng
nhiều loại vật liệu bột khác nhau như Si, SiC, Al, W, C, Cu, Ti, Al2O3, WC,
TiC…, với các loại điện cực khác nhau như đồng thau, đồng đỏ, hợp kim đồng –
vonphram, các bít vonphram, graphit…, và với các vật liệu gia công khác nhau
như SKD61, SKD11, SKH54, SKH51, AISI01, SKT4,... [2, 3, 8, 13]. Các nghiên
cứu đã chỉ ra
rằng, bột SiC và điện cực đồng đỏ được sử dụng khá phổ biến [14, 15]. Thêm vào
đó, nghiên cứu về PMEDM đã khẳng định việc sử dụng vật liệu bột hợp hợp lý,
kết hợp với các thông số công nghệ gia công phù hợp sẽ nâng cao đồng thời cả về
năng suất gia công, giảm độ nhám bề mặt và cải thiện cơ tính lớp bề mặt gia công.
Nghiên cứu về gia công PMEDM cho thấy đây là lĩnh vực rất phức tạp bởi
có số lượng các thông số công nghệ lớn và chúng có ảnh hưởng rất khác nhau đến
các hàm mục tiêu. Đã có nhiều cơng cụ, phương pháp tối ưu được sử dụng trong
lĩnh vực này như phương pháp mạng nơron nhân tạo, phương pháp bề mặt chỉ
tiêu,… Phần lớn các nghiên cứu đã thực hiện cho các bài toán tối ưu đơn mục tiêu
[16]. Tuy nhiên, hiệu quả tối ưu PMEDM sẽ tốt hơn nếu là tối ưu đa mục tiêu.
Trong thực tế sản xuất, có những chi tiết có bề mặt trụ định hình như chày
dập thuốc viên định hình, chày đột thép tấm định hình. Vật liệu của những chi tiết

này thường là các thép hợp kim dụng cụ như SKD11, SKD61, SKH51, 90CrSi…
Đây là những chi tiết khó gia cơng nếu sử dụng các phương pháp gia cơng truyền
thống, đặc biệt khi chúng có bề mặt ở dạng không lồi. Để gia công những chi tiết
này, trên thế giới thường sử dụng phương pháp phay cao tốc (micro milling). Tuy
nhiên phương pháp này đòi hỏi sử dụng máy phay cao tốc có tốc độ trục chính
cao. Thêm vào đó, năng suất của phương pháp này cũng khơng cao vì tốc độ cắt
thường


khá thấp khi gia cơng với dụng cụ cắt có đường kính nhỏ. Ở Việt Nam thường sử
dụng phương pháp gia công nguội để gia công các chi tiết dạng này. Gia công
nguội là phương pháp cho năng suất thấp, chất lượng gia công không ổn định và
phụ thuộc nhiều vào tay nghề của thợ nguội. Vì những lý do nêu trên nên gia cơng
chi tiết có bề mặt trụ định hình bằng phương pháp EDM là một giải pháp khá hiệu
quả.
Cho đến nay đã có một số nghiên cứu ứng dụng gia công EDM để gia công
các chi tiết vật liệu 90CrSi (một loại vật liệu được sử dụng khá phổ biến trong các
ngành khn mẫu) có bề mặt trụ định hình. Nghiên cứu cho thấy hiệu quả rõ rệt
khi sử dụng EDM để gia công các chi tiết này - cả năng suất cũng như chất lượng
bề mặt gia công đều được cải thiện [17, 18]. Tuy nhiên, đến nay chưa có nghiên
cứu nào về PMEDM đối với các chi tiết dạng này làm bằng vật liệu là thép dụng
cụ 90CrSi.
Từ những phân tích trên, NCS đã chọn hướng nghiên cứu gia cơng
PMEDM với chi tiết có biên dạng trụ định hình với vật liệu thép 90CrSi với đề tài
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số cơng nghệ đến q trình gia
cơng tia lửa điện bề mặt trụ ngồi thép 90CrSi với dung dịch điện mơi trộn bột
nano SiC”.
2. Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu của đề tài
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu q trình PMEDM chi tiết có biên dạng trụ định hình

cỡ nhỏ. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn cho chi tiết có biên dạng trụ định hình
kích thước lớn nhất không quá 20 mm; vật liệu chi tiết thép dụng cụ 90CrSi qua
tôi; sử dụng điện cực xung với vật liệu đồng đỏ, gia công EDM với dung dịch
điện mơi trộn bột SiC kích thước 500 nm. Nghiên cứu được thực hiện trên máy
xung tia lửa điện – là loại máy thường dùng để chế tạo các chi tiết trong sản xuất
thực tế.


2.2. Mục tiêu nghiên cứu
2.2.1. Mục tiêu chung
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ của q trình PMEDM
sử dụng bột SiC, điện cực xung là đồng đỏ đến năng suất (cụ thể là năng suất bóc
tách vật liệu, lượng mòn điện cực), độ nhám bề mặt gia công khi xung chi tiết vật
liệu thép 90CrSi qua tôi có biên dạng trụ định hình. Qua đó đưa ra chế độ xung
hợp lý (hay tối ưu) khi PMEDM vật liệu 90CrSi qua tôi bằng điện cực đồng với
dung dịch điện mơi có trộn bột SiC.
2.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình PMEDM
gồm: hiệu điện thế (SV); cường độ dịng phóng điện (IP); thời gian phát xung
(Ton); thời gian ngừng phát xung (Toff); nồng độ bột SiC (Cp) đến độ nhám bề mặt
gia công (Ra) khi xung bề mặt trụ ngoài với vật liệu 90CrSi và điện cực xung là
đồng đỏ và đưa ra bộ thông số công nghệ gia công hợp lý để đạt độ nhám bề mặt
gia công tốt nhất.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cơng nghệ của q trình PMEDM
trong điều kiện như trên đến năng suất bóc tách vật liệu (MRR) và đưa ra bộ
thông số công nghệ hợp lý nhằm đạt năng suất bóc tách tốt nhất.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ của q trình PMEDM
đến tốc độ mòn điện cực (TWR) và đưa ra bộ thơng số cơng nghệ hợp lý nhằm đạt
tốc độ mịn điện cực nhỏ nhất.
- Nghiên cứu tối ưu hóa đa mục tiêu các thơng số cơng nghệ của q trình

PMEDM nói trên nhằm đạt đồng thời độ nhám bề mặt (Ra) nhỏ, năng suất bóc
tách vật liệu (MRR) lớn và tốc độ mòn điện cực (TWR) nhỏ.