luận án tiến sĩ 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

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.15 MB, 150 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

VIỈN NGHIÊN CĄU C¡ KHÍ

Ngun M¿nh C°ãng

BÀ M¾T TRĀ NGỒI THÉP 90CrSi VàI DUNG DàCH ĐIỈN MƠI

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

VIỈN NGHIÊN CĄU CĂ KH

ắN QU TRèNH GIA CễNG TIA LỵA IặN BÀ M¾T TRĀ NGỒI

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LâI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan tồn bá nhċng nái dung đ°ÿc trình bày trong luÁn án này

đ°ÿc nghiên cu bỗi bn thõn tụi dói s hóng dn khoa hãc căa ThÅy PGS.TS. Vũ Ngãc Pi và ThÅy PGS.TS. Lê Thu Quý. Trć nhċng phÅn tham khÁo đã đ°ÿc

ghi rõ trong luÁn án, các sá liáu, kÃt quÁ nêu trong luÁn án là trung thčc và ch°a tćng đ°ÿc ai cơng bá trong bÃt kỳ cơng trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LâI CÀM ¡N

ĐÇ hồn thành Ln án TiÃn sĩ này, ngồi sč cá gÃng nß lčc căa bÁn thân, tôi đã nhÁn đ°ÿc sč đáng viên và giúp đỡ rÃt lãn căa nhiÅu thÅy giáo, cô giáo và tÁp thÇ nghiên cąu khoa hãc.

Tr°ãc tiên, tụi xin c by tò lũng bit Ân sõu sc tãi tÁp thÇ ng°åi h°ãng d¿n khoa hãc PGS.TS. Vũ Ngãc Pi và PGS.TS. Lê Thu Quý, nhċng ng°åi thÅy đã

tÁn tình h°ãng d¿n, đánh h°ãng nghiên cąu, đào t¿o và chß bÁo tơi trong st q trình nghiên cąu.

Tơi xin trân trãng cÁm ¢n lãnh đ¿o Vián Nghiên cąu C¢ khí và Trung tâm Đào t¿o thc Vián Nghiên cąu C¢ khí cũng nh° Ban giám hiáu, Ban chă nhiám khoa C¢ khí căa Tr°ång Đ¿i hãc Kā thuÁt Công nghiáp, Đ¿i hãc Thái Nguyên đã t¿o mãi điÅu kián thuÁn lÿi cho tơi trong st q trình hãc tÁp, hồn thành ln án.

ĐÇ có đ°ÿc nhċng kÃt q nh° ngày hơm nay, tơi xin trân trãng cÁm ¢n sč giúp đỡ nhiát tình căa cán bá, cơng nhân căa Doanh nghiáp t° nhân C¢ khí chính xác Thái Hà và Công ty cá phÅn Phā tùng Máy sá 1, trung tâm Thí nghiám thčc hành khoa C¢ khí, tr°ång Đ¿i hãc Kā tht Cơng nghiáp đã giúp đỡ tơi hồn thành các cơng viác liên quan đÃn thí nghiám, thčc nghiám và đo đ¿c.

Tơi muỏn cm Ân s hò tr giỳp vụ t ca bn bố, òng nghiỏp ti Bỏ mụn CÂ sỗ Thit k mỏy v Robot, khoa CÂ khớ, Trồng Đ¿i hãc Kā thuÁt Công nghiáp Thái Nguyên đã dành nhċng điÅu kián thn lÿi đÇ tơi hồn thành ln án căa mình. Ci cùng tơi gĉi låi cÁm ¢n và biÃt ¢n sâu sÃc tãi gia đình, nhċng ng°åi đã luôn đáng viên, chia s¿ giúp đỡ tôi vÅ mÁt tinh thÅn trong suát thåi gian qua.

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Nghiên cąu sinh

NguyÅn M¿nh C°ãng

NguyÅn M¿nh C°ãng

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

1. Tính cÃp thiÃt căa đÅ tài ... 1

2. Đái t°ÿng, māc tiêu nghiên cąu căa đÅ tài ... 4

2.1. Đái t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu ... 4

2.2. Māc tiêu nghiên cąu ... 5

1.1.2. Nguyên lý gia công tia lĉa đián ... 10

1.1.3. Các d¿ng căa gia công bÅng tia lĉa đián ... 12

1.2. ¯u nh°ÿc điÇm căa gia công tia lĉa đián ... 15

1.3. Các thông sá công nghá căa gia công xung đián ... 16

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.4. Nng suÃt, chÃt l°ÿng bÅ mÁt và đá chính xác gia cơng ... 19

1.5. Ph°¢ng pháp gia cơng tia lĉa đián có trán bát - PMEDM ... 22

1.6. Táng quan tình hình nghiên cąu vÅ EDM và PMEDM ... 24

1.6.1. Tình hình nghiên cąu trong n°ãc ... 24

1.6.2. Tình hình nghiên cąu vÅ EDM và PMEDM trên thÃ giãi ... 26

KÃt ln ch°¢ng 1 ... 37

CH¯¡NG 2. MƠ HÌNH THČC NGHIàM GIA CƠNG TIA LĈA ĐIàN CĨ TRàN BàT TRONG DUNG DàCH ĐIàN MÔI CHI TIÂT TĆ THÉP 90CrSi QUA TƠI VÀ XÂY DČNG Hà THàNG THÍ NGHIàM ... 39

2.1. Mơ hình nâng cao hiáu q quỏ trỡnh PMEDM ... 39

2.1.1. SÂ ò v cÂ sỗ ca nghiờn cu quỏ trỡnh gia cụng tia la đián có trán bát .. 39

2.1.2. Chãn thơng sá đÅu vào ... 40

2.2. Há tháng thí nghiám ... 41

2.2.1. Máy xung đián ... 42

2.2.2. Phơi thí nghiám ... 43

2.2.3. Đián cčc thí nghiám ... 44

2.2.4. Bát trán vào dung dách đián môi ... 45

2.2.5. Dung dách đián mơi ... 46

2.2.6. BÇ chąa dung dách đián môi ... 47

2.2.7. Thông sá vÅ đián ... 48

2.2.8. Thơng sá và nßng bát SiC trán vào dung dách đián môi ... 48

2.3. ThiÃt bá đo, kiÇm tra... 48

2.3.1. Cân đián tĉ ... 48

2.3.2. Máy đo đá nhám bÅ mÁt gia công ... 49

2.3.3. Máy đo tãa đá CMM ... 50

2.3.4. Kính hiÇn vi đián tĉ qt (SEM/EDX) Jeol JMS 6490 ... 51

KÃt luÁn ch°¢ng 2 ... 51

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

CH¯¡NG 3. NGHIÊN CĄU THČC NGHIàM ÀNH H¯ỉNG CĂA CÁC THƠNG Sà CƠNG NGHà ĐÂN Đà NHÁM BÄ MÀT, NNG SUÂT BÓC TÁCH VÀ Đà MỊN ĐIàN CČC KHI GIA CƠNG XUNG ĐIàN THÉP 90CrSi VâI DUNG DàCH

ĐIàN MƠI CĨ TRàN BàT SiC ... 53

3.3.1. nh hỗng ca cỏc thụng sỏ u vo quá trình xung đÃn đá nhám bÅ mÁt .. 60

3.3.2. nh hỗng ca cỏc thụng sỏ u vo quỏ trình xung đÃn nng st bóc tách vÁt liáu ... 72

3.3.3. nh hỗng ca cỏc thụng sỏ u vào q trình xung đÃn tác đá mịn đián cčc ... 81

KÃt luÁn ch°¢ng 3 ... 91

CH¯¡NG 4. TàI ¯U HĨA ĐA MĀC TIÊU CÁC THƠNG Sà CÔNG NGHà KHI XUNG THÉP 90CrSi QUA TÔI VâI DUNG DàCH ĐIàN MƠI CĨ TRàN BàT NANO SiC ... 93

4.1. ĐÁt vÃn đÅ ... 93

4.2. Khái qt vÅ ph°¢ng pháp Taguchi và phân tích quan há xám ... 93

4.3. Tái °u đa māc tiêu khi xung bÅ mÁt trā đánh hình vãi dung dách đián mơi có trán bát bÅng ph°¢ng pháp Taguchi và phân tích quan há xám ... 94

4.3.1. Xây dčng cÂ sỗ d liỏu dói dng mng trc giao ... 94

4.3.2 Phân tích quan há xám ... 95

KÃt luÁn ch°¢ng 4 ... 105

KÂT LUÀN CHUNG VÀ H¯âNG NGHIÊN CĄU TIÂP THEO ... 107

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

1. KÃt luÁn chung ... 107

2. H°ãng nghiên cąu tiÃp theo ... 108

DANH MĀC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HâC ĐÃ CÔNG Bà ... 110

TÀI LIàU THAM KHÀO ... 111

PHĀ LĀC ... 119

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

DANH MC Kí HIặU, CH CI VIắT TT

EDM Electrical discharge machining Gia công bÅng tia lĉa đián

CNC - Computer Numerical Control ĐiÅu khiÇn sá bÅng máy tính PMEDM – Powder mixed electrical

discharge machining

Gia cơng bÅng tia lĉa đián có trán bát

vào dung dách đián môi

WEDM– Wire Electrical discharge machining Gia công bÅng cÃt dây tia lĉa đián EDG - Electrical Discharge Grinding Mài xung đián

MRS – Material removal speed Tác đá bóc tách vÁt liáu MRR – Material removal rate Nng suÃt bóc tách vÁt liáu

TWR – Tool wear rate Tác đá mòn dāng cā (đián cčc)

EWR - Electrode wear rate Tác đá mòn đián cčc

MSD - Mean square displacement Táng nghách đÁo bình ph°¢ng trung bình căa các giá trá đo

SEM - scanning electron microscopy Kính hiÇn vi đián tĉ qt SR – Surface roughness Đá nhám bÅ mÁt

GRA - Grey relational analysis Phân tích quan há xám S/N - Signal to Noise ratio Tÿ sá tín hiáu/nhißu ANOVA - Analysis of variance Phân tích ph°¢ng sai

RSM - Response surface methodology Ph°¢ng pháp bÅ mÁt đáp ąng

Ton - Pulse on time Thåi gian phát xung (µs)

Toff - Pulse off time Thåi gian ngćng phát xung (µs) IP – Peak current C°ång đá dịng phóng đián (A) SV - Servo voltage Đián áp/Hiáu đián thÃ phóng đián (V)

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Cp – Powder concentration Nßng đá bát (g/l)

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

DANH MĀC HÌNH VẼ

Hình 1.7. Sơ đồ mơ tả quan hệ điện áp, dịng điện và thời gian xung trong 17

Hình 1.10. Minh họa q trình phóng điện cÿa phương pháp EDM và PMEDM 23 Hình 1.11. Hình ảnh chi tiết gia cơng có bề mặt trụ định hình được gia cơng

Hình 1.12. Đồ thì ảnh hưởng cÿa cường độ dịng điện tới MRR, Ra, TWR 27 Hình 1.13. Đồ thì ảnh hưởng cÿa thời gian phát xung đến MRR, Ra, TWR 28 Hình 1.14. Đồ thị ảnh hưởng cÿa 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 māc nồng độ

Hình 1.19. Sự thay đổi độ cāng tế vi lớp bề mặt khi sử dụng bột Ti trong PMEDM 34 Hình 1.20. Sơ đồ phân loại các thơng số chính cÿa q trình gia cơng PMEDM 35

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hình 1.21. Biểu đồ thống kê māc độ phổ biến cÿa các loại bột trong PMEDM 36

Hình 3.2. Đồ thị ảnh hưởng chớnh ca cỏc yu t n ýỵ khi xung 63 Hình 3.3. Biểu đồ ảnh hưởng cÿa nồng độ bột SiC đến độ nhám bề mặt khi xung 63

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

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 cÿa các yếu tố đến tỉ số S/N cÿa Ra khi xung 70

Hình 3.11. Đồ thị ảnh hưởng chính cÿa các thơng số đầu vào khi xung đến �㕴�㕹�㕹 76 Hình 3.12. Biểu đồ năng suất bóc tách với các māc nồng nồng độ bột 76

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 3.14. Đồ thị chuyển đổi Johnson cho MRR 80 Hình 3.15. Đồ thị ảnh hưởng cÿa các thơng số đầu vào đến TWR qua các māc

Hình 3.16. Đồ thị ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào đến tỉ số S/N cÿa TWR 87

Hình 4.1. Đồ thị các ảnh hưởng cÿa các thơng số chính đến mục tiêu chung 100

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

DANH MĀC BÀNG BIÂU

Bảng 1.1. Các loại bột thông dụng dùng cho PMEDM và đặc trung vật lý cÿa

Bảng 2.2. Thành phần hóa học cÿa mẫu thí nghiệm thép 90CrSi 44

Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật cÿa dầu xung Total Diel MS7000 46 Bảng 3.1. Các māc thí nghiệm cÿa các thông số đầu vào Cp, Ton, Toff, IP và

Bảng 3.2. Kế hoạch thí nghiệm và kết quả thí nghiệm xung theo các thơng số

Bảng 3.3. Độ nhám bề mặt gia công āng với các thông số đầu vào khác nhau 60

Bảng 3.5. Māc độ nh hng ca cỏc yu t n ýỵ khi xung 62 Bảng 3.6. Chiều dày lớp biến trắng khi xung không trộn bột 68

Bảng 3.9. Māc độ ảnh hưởng cÿa các yếu tố đến tỉ số S/N cÿa Ra khi xung 69 Bảng 3.10. Tốc độ bóc tách vật liệu và S/N āng với các thông số đầu vào

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Bảng 3.11. ANOVA giá trị ýýý khi xung 74 Bảng 3.12. Māc độ ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào khi xung đến ýýý 75

Bảng 3.13. Tốc độ mòn điện cực và S/N āng với các thông số đầu vào khác

Bảng 3.14. Kết quả phân tích (ANOVA) ảnh hưởng cÿa các thơng số đầu vào

Bảng 3.15. Thā tự ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào đến TWR 83 Bảng 3.16. Kết quả phân tích (ANOVA) ảnh hưởng cÿa các thơng số đầu vào

Bảng 3.17. Thā tự ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào đến tỉ số S/N cÿa

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 cÿa 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. Māc độ ảnh hưởng cÿa các thông số đến hệ số quan hệ xám 100

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

PHÄN Mä ĐÄU

1. Tính cÃp thi¿t căa đÁ tài

Gia công bÅng tia lĉa đián (tên tiÃng Anh là Electrical Discharge Machining - EDM) nói chung và gia cơng xung đián nói riêng đã đ°ÿc phát minh, nghiên cąu và phát triÇn cÁi tiÃn tć nhiÅu thÁp kÿ gÅn đây. Cho đÃn nay, đây là mát trong nhċng công nghá gia công tiên tiÃn phá biÃn nhÃt trên thÃ giãi. Nó là mát ph°¢ng pháp rÃt hiáu quÁ trong viác gia công chi tiÃt là vÁt liáu d¿n đián, có đá cąng cao (tć cąng đÃn siêu cąng) và khó gia cơng nh° các chi tiÃt máy trong đáng c¢ máy bay, tua bin phát đián, dāng cā cÃt, khuôn m¿u... ĐÁc biát là các chi tiÃt có bÅ mÁt, hình dáng phąc t¿p mà ph°¢ng pháp gia cơng cÃt gãt trun tháng khó hc gÅn nh° khơng thÇ thčc hián đ°ÿc [1]. Ph°¢ng pháp EDM sĉ dāng nng l°ÿng nhiát cao phát sinh theo nguyên lý phóng đián giċa hai đián cčc âm – d°¢ng làm tan chÁy, hóa h¢i vÁt liáu bÅ mÁt gia cơng. Ph°¢ng pháp gia cụng ny khụng bỏ rng buỏc bỗi ỏ cąng giċa dāng cā và phôi, không phát sinh lčc cÃt nên khơng có rung đáng, ąng st c¢ hãc, tiÃng ßn trong q trình gia cơng. Tuy nhiên, phÂng phỏp EDM cũn mỏt sỏ nhc iầm cÂ bÁn nh°: không gia công đ°ÿc vÁt liáu không d¿n đián; nng suÃt bóc tách vÁt liáu thÃp; dāng cā đián cčc bá mòn nhanh d¿n đÃn giÁm đá chính xác kích th°ãc chi tiÃt gia cơng. Bên c¿nh đó, chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia cơng khơng cao, đÇ l¿i trên bÅ mÁt gia cơng lãp trÃng có cÃu trúc, đá cąng, ąng suÃt d° khác vãi lãp kim lo¿i nÅn nên th°ång phÁi có thêm nguyên công gia công tinh sau khi gia công EDM [2-4]. ĐiÅu này là nguyên nhân làm tng giá thành gia cơng căa ph°¢ng pháp EDM.

Nhċng nm gn õy, ó cú nhiu nghiờn cu c ỗ trong và ngoài n°ãc nhÅm đ°a ra các giÁi pháp vÅ cÁi thián các chß tiêu kinh tÃ, kā tht căa q trình gia cơng EDM nh°: Tái °u hóa các thơng sá cơng nghá gia cơng; lča chãn, phái hÿp cÁp vÁt liáu hÿp lý giċa phôi và đián cčc; đÁc biát là chãn vÁt liáu bỏt cú c ht nhò ỗ mc micro hoc nano đÇ trán vào dung dách đián mơi. Trong nhċng giÁi pháp trên, tiÃn

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

hành EDM vãi trán bát d¿n đián vào dung dách đián môi (tên tiÃng Anh là Powder Mixed Electrical Discharge Machining – PMEDM) là giÁi pháp cho kÃt quÁ rÃt khÁ quan. Bián pháp này đã và đang đ°ÿc quan tâm nhiÅu trong sá các nghiên cąu vÅ EDM [5-8].

Các kÃt quÁ nghiên cąu vÅ PMEDM cho thÃy khi sĉ dāng bián pháp này có thÇ cÁi thián đßng thåi cÁ nng suÃt và chÃt l°ÿng căa q trình gia cơng, nâng cao ti bÅn căa đián cčc [2, 3, 9-11]. PMEDM đÃn nay không phÁi là ph°¢ng pháp cơng nghá mãi, tuy nhiên các kÃt q cơng bá vÅ ph°¢ng pháp này cho đÃn nay cịn ch°a nhiÅu (so vãi các cơng bá vÅ các ph°¢ng pháp gia cơng trun tháng). Bên c¿nh đó, cịn nhiÅu vÃn đÅ vÅ q trình gia công này cÅn đ°ÿc làm rõ nh°: vÁt liáu, kích th°ãc, nßng đá căa bát; ngun lý gia cơng; các thơng sá cơng nghá. Chính vì vÁy, viác nghiờn cu v cÂ sỗ lý thuyt cng nh tỏi u húa v phỏt triần ng dng ca phÂng pháp này đã và đang là h°ãng nghiên cąu đ°ÿc nhiÅu nhà khoa hãc cÁ trong và ngoài n°ãc quan tâm.

ỉ n°ãc ta hián nay, ph°¢ng pháp EDM đ°ÿc sĉ dāng khá nhiÅu trong các doanh nghiáp sn xut cÂ khớ va v nhò. Cỏc mỏy gia công EDM nh° máy cÃt dây tia lĉa đián, máy xung đánh hình, và máy đāc lß tia lĉa đián phÅn lãn đ°ÿc nhÁp khẩu tć Đài Loan, Trung Quác hoÁc là các máy đã qua sĉ dāng tć NhÁt BÁn, Đąc&. Q trình gia cơng EDM có nhiÅu thơng sá cơng nghá vãi ph¿m vi thay đái ráng [12]. Trong sÁn xuÃt, viác lča chãn các thơng sá cơng nghá căa q trình này th°ång dča vào tài liáu h°ãng d¿n đi kèm theo máy hoÁc theo kinh nghiám thčc tÃ nên hiáu q căa q trình EDM cịn h¿n chÃ. Bên c¿nh ú, nhng nghiờn cu chuyờn sõu v EDM ỗ nóc ta cũn cha nhiu hoc chò dng li ỗ khai thác các vÁt liáu gia công, vÁt liáu đián cčc cā thÇ. Vì vÁy, đÇ sĉ dāng có hiáu quÁ các thiÃt bá EDM vÅ cÁ kinh tÃ và kā thuÁt nhÅm tng khÁ nng c¿nh tranh căa các sÁn phẩm c¢ khí nói chung và sÁn phẩm c¢ khí đ°ÿc gia cơng bÅng ph°¢ng pháp EDM nói riêng trong

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

bái cÁnh hái nhÁp và c¿nh tranh khác liát hián nay đòi hßi cÅn có các cơng trình nghiên cąu theo h°ãng nâng cao hiáu quÁ căa gia công căa EDM.

Cho đÃn nay, các nghiên cąu vÅ EDM tÁp trung theo các h°ãng nh° nâng cao nng suÃt, chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công; nâng cao tuái bÅn căa đián cčc; hc nâng cao c¢ tính bÅ mÁt gia công vv& Các nghiên cąu vÅ PMEDM đã sĉ dāng nhiÅu lo¿i vÁt liáu bát khác nhau nh° Si, SiC, Al, W, C, Cu, Ti, Al2O3, WC, TiC&, vãi các lo¿i đián cčc khác nhau nh° đßng thau, đßng đß, hÿp kim đßng –vonphram,

các bít vonphram, graphit&, và vãi các vÁt liáu gia công khác nhau nh° SKD61,

SKD11, SKH54, SKH51, AISI01, SKT4,... [2, 3, 8, 13]. Các nghiên cąu đã chß ra rÅng, bát SiC và đián cčc đßng đß đ°ÿc sĉ dāng khá phá biÃn [14, 15]. Thêm vào đó, nghiên cąu vÅ PMEDM đã khẳng đánh viác sĉ dāng vÁt liáu bát hÿp hÿp lý, kÃt hÿp vãi các thông sá công nghá gia công phù hÿp sÁ nâng cao đßng thåi cÁ vÅ nng st gia cơng, giÁm đá nhám bÅ mÁt và cÁi thián c¢ tính lãp bÅ mÁt gia công.

Nghiên cąu vÅ gia công PMEDM cho thy õy l lnh vc rt phc tp bỗi có sá l°ÿng các thơng sá cơng nghá lãn v chỳng cú nh hỗng rt khỏc nhau n các hàm māc tiêu. Đã có nhiÅu cơng cā, ph°¢ng pháp tái °u đ°ÿc sĉ dāng trong lĩnh včc này nh° ph°¢ng pháp m¿ng n¢ron nhân t¿o, ph°¢ng pháp bÅ mÁt chß tiêu,& PhÅn lãn các nghiên cąu đã thčc hián cho các bài tốn tái °u đ¢n māc tiêu [16]. Tuy nhiên, hiáu quÁ tái °u PMEDM sÁ tát h¢n nÃu là tái °u đa māc tiêu.

Trong thčc tÃ sÁn xuÃt, có nhċng chi tiÃt có bÅ mÁt trā đánh hình nh° chày dÁp thuác viên đánh hình, chày đát thép tÃm đánh hình. VÁt liáu căa nhċng chi tiÃt này th°ång là các thép hÿp kim dāng cā nh° SKD11, SKD61, SKH51, 90CrSi& Đây là nhċng chi tiÃt khó gia cơng nÃu sĉ dāng các ph°¢ng pháp gia cơng trun thỏng, c biỏt khi chỳng cú b mt ỗ dng khụng lòi. ầ gia cụng nhng chi tit ny, trên thÃ giãi th°ång sĉ dāng ph°¢ng pháp phay cao tác (micro milling). Tuy nhiên ph°¢ng pháp này địi hßi sĉ dāng máy phay cao tác có tác đá trāc chính cao. Thêm vào đó, nng st căa ph°¢ng pháp này cũng khơng cao vì tác đá cÃt th°ång

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

khá thÃp khi gia công vãi dāng cā cÃt có đ°ång kính nhß. ỉ Viát Nam th°ång sĉ dāng ph°¢ng pháp gia cơng ngi đÇ gia cơng các chi tiÃt d¿ng này. Gia cơng nguái là ph°¢ng pháp cho nng suÃt thÃp, chÃt l°ÿng gia công không án đánh và phā thuác nhiÅu vào tay nghÅ căa thÿ nguái. Vì nhċng lý do nêu trên nên gia cơng chi tiÃt có bÅ mÁt trā đánh hình bÅng ph°¢ng pháp EDM là mát giÁi pháp khá hiáu quÁ.

Cho đÃn nay đã có mát sá nghiên cąu ąng dāng gia cơng EDM đÇ gia cơng các chi tiÃt vÁt liáu 90CrSi (mát lo¿i vÁt liáu đ°ÿc sĉ dāng khá phá biÃn trong các ngành khn m¿u) có bÅ mÁt trā đánh hình. Các nghiên cąu này đã cho thÃy hiáu quÁ cao khi sĉ dāng EDM đÇ gia công các chi tiÃt này - cÁ nng suÃt cũng nh° chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công đÅu đ°ÿc cÁi thián [17, 18]. Tuy nhiên, đÃn nay ch°a có nghiên cąu nào vÅ PMEDM đái vãi các chi tiÃt d¿ng này làm bÅng vÁt liáu là thép dāng cā 90CrSi.

Tć nhċng phân tích trên, NCS đã chãn h°ãng nghiên cąu gia công PMEDM vãi chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình vãi vÁt liáu thép 90CrSi vãi đÅ tài <Nghiên cứu Ánh 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 môi trộn bột nano SiC”.

2. Đßi t°ÿng, māc tiêu nghiên cąu căa đÁ tài 2.1. Đßi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu

Đái t°ÿng nghiên cąu q trình PMEDM chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình các chi tiÃt cỡ nhß. Ph¿m vi nghiên cąu đ°ÿc giãi h¿n cho chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình kích th°ãc lãn nhÃt không quá 20 mm; vÁt liáu chi tiÃt thép dāng cā 90CrSi qua tôi; sĉ dāng đián cčc xung vãi vÁt liáu đßng đß, gia cơng EDM vãi dung dách đián mơi trán bát SiC kích th°ãc 500 nm. Nghiên cąu đ°ÿc thčc hián trên máy xung tia lĉa đián – là lo¿i máy th°ång dùng đÇ chÃ t¿o các chi tiÃt trong sÁn xuÃt thčc tÃ.

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

2.2. Māc tiêu nghiên cąu 2.2.1. Mc tiờu chung

Nghiờn cu nh hỗng ca cỏc thơng sá cơng nghá căa q trình PMEDM sĉ dāng bát SiC, đián cčc xung là đßng đß đÃn nng st (cā thÇ là nng st bóc tách vÁt liáu, l°ÿng mòn đián cčc), đá nhám bÅ mÁt gia công khi xung chi tiÃt vÁt liáu thép 90CrSi qua tơi có biên d¿ng trā đánh hình. Qua đó đ°a ra chÃ đá xung hÿp lý (hay tái °u) khi PMEDM vÁt liáu 90CrSi qua tôi bÅng đián cčc đßng vãi dung dách đián mơi có trán bát SiC.

2.2.2. Māc tiêu cā thÃ

- Nghiên cu nh hỗng ca cỏc thụng sỏ cụng nghỏ ca q trình PMEDM gßm: hiáu đián thÃ (SV); c°ång đá dịng phóng đián (IP); thåi gian phát xung (Ton); thåi gian ngćng phát xung (Toff); nßng đá bát SiC (Cp) đÃn đá nhám bÅ mÁt gia công (Ra) khi xung bÅ mÁt trā ngoài vãi vÁt liáu 90CrSi và đián cčc xung là đßng đß và đ°a ra bá thông sá công nghá gia công hÿp lý đÇ đ¿t đá nhám bÅ mÁt gia cơng tỏt nht.

- Nghiờn cu nh hỗng ca cỏc thụng sá cơng nghá căa q trình PMEDM trong điÅu kián nh° trên đÃn nng suÃt bóc tách vÁt liáu (MRR) và đ°a ra bá thông sá công nghá hÿp lý nhÅm đ¿t nng suÃt bóc tách tát nhÃt.

- Nghiờn cu nh hỗng ca cỏc thụng sỏ cụng nghá căa q trình PMEDM đÃn tác đá mịn đián cčc (TWR) và đ°a ra bá thông sá công nghá hÿp lý nhÅm đ¿t tác đá mòn đián cčc nhß nhÃt.

- Nghiên cąu tái °u hóa đa māc tiêu các thông sá công nghá căa quá trình PMEDM nói trên nhÅm đ¿t đßng thåi đá nhám bÅ mÁt (Ra) nhß, nng st bóc tách vÁt liáu (MRR) lãn và tác đá mòn đián cčc (TWR) nhß.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

- Đánh giá Ánh hỗng ca viỏc trỏn bỏt nano SiC vo dung dỏch đián mơi đÃn hiáu q q trình PMEDM chi tit biờn dng tr ỏnh hỡnh c nhò.

3. PhÂng pháp nghiên cąu

Sĉ dāng ph°¢ng pháp nghiên cąu lý thuyÃt kÃt hÿp vãi thčc nghiám; sĉ dāng các kā tht phân tích tháng kê và phát triÇn mơ hình thčc nghiám, trong đó:

Nghiên cąu lý thut: nghiên cu tỏng hp cÂ sỗ lý thuyt v EDM, PMEDM và các kÃt quÁ thuác vÅ lĩnh včc nghiên cąu căa đÅ tài.

Nghiên cąu thčc nghiám: thčc nghiám gia công PMEDM theo các thông sá công nghá xác đánh vãi hàm māc tiêu vÅ đá nhám bÅ mÁt, nng suÃt bóc tách vÁt liáu cũng nh° l°ÿng mịn đián cčc, thơng qua các b°ãc:

- Xây dčng há tháng thí nghiám; - TiÃn hành thčc nghiám;

- Phân tích kÃt quÁ và tái °u hóa.

Sĉ dāng ph°¢ng pháp Taguchi và ph°¢ng pháp phân tích quan há xám cho bài tốn đ¢n māc tiêu và đa māc tiêu.

4. Ý ngh*a khoa hãc và thăc tiÅn căa đÁ tài 4.1. Ý ngh*a khoa hãc

Ln án đã góp phÅn hồn thián thêm các kiÃn thąc vÅ quá trình PMEDM, đÁc biát kiÃn thąc vÅ PMEDM chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình. Cā thÇ:

- Góp phÅn làm rõ nh hỗng ca cỏc thụng sỏ cụng nghỏ (hiỏu iỏn thÃ, c°ång đá dịng phóng đián, thåi gian phát xung, thåi gian ngćng phát xung và nßng đá bát) đÃn đá nhám căa bÅ mÁt gia công, nng st bóc tách vÁt liáu, và tác đá mịn đián cčc khi xung bÅ mÁt trā căa chi tiÃt vãi vÁt liáu là thép 90CrSi qua tơi có trán bát nano SiC trong dung dách đián môi.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

- Đã đ°a ra đ°ÿc các cơng thąc dč đốn nhám bÅ mÁt, tác đá bóc tách và tác đá mòn đián cčc khi PMEDM vãi các chÃ đá xung hÿp lý.

- Chß ra đ°ÿc hiáu quÁ căa viác PMEDM khi sĉ dāng bát nano SiC v iỏn cc òng ầ gia cụng chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình.

4.2. Ý ngh*a thăc tiÅn

- ĐÅ tài đã ąng dāng thnh cụng phÂng phỏp PMEDM ầ gia cụng chi tit có biên d¿ng trā đình hình kích th°ãc nhß khi sĉ dāng bát nano SiC và đián cčc òng. Kt qu cú thầ ỏp dng trc tip cho cỏc cÂ sỗ sn xut cÂ khớ khi gia cụng các sÁn phẩm chày dÁp thuác viên nén (hoÁc chày dÁp thép tÃm) có biên d¿ng trā đánh hình đÇ nâng cao hiáu q căa q trình gia cơng.

- KÃt q căa ln án có thÇ dùng làm tài liáu tham khÁo cho các nghiên cąu khoa hãc vÅ q trình PMEDM.

4.3. Nhāng đóng góp mái căa luÁn án

- LÅn đÅu tiên đã ąng dng thnh cụng phÂng phỏp PMEDM ầ gia cụng chi tiÃt có biên d¿ng trā đình hình kích th°ãc nhß khi sĉ dāng bát nano SiC và đián cc òng.

- Nghiờn cu ó ỏnh giỏ nh hỗng căa mát sá thông sá công nghá trong quá trình xung tia lĉa đián đÃn đá nhám bÅ mÁt gia cơng, tác đá bóc tách vÁt liáu, và đá mịn căa đián cčc khi gia cơng bÅ mÁt trā ngồi vÁt liáu 90CrSi qua tơi sĉ dāng dung dách đián mơi có trán bát SiC vãi đián cčc xung là đßng.

- Đã giÁi đ°ÿc các bài toỏn tỏi u húa Ân mc tiờu ầ a ra đ°ÿc bá các thông thông sá công nghá hÿp lý khi PMEDM bao gßm nßng đá bát, thåi gian phát xung, thåi gian ngćng phát xung, c°ång đá dịng đián, và hiáu đián thÃ khi gia cơng bÅ mÁt trā ngoài nhÅm đ¿t đ°ÿc các māc tiêu sau: đá nhám bÅ mÁt nhß nhÃt, tác đá bóc tách vÁt liáu lãn nhÃt và tác đá mịn đián cčc nhß nhÃt.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

- Nghiên cąu đã xây dčng đ°ÿc các công thąc thčc nghiám đÇ dč đốn giá trá đá nhám bÅ mÁt, tác đá bóc tách vÁt liáu tái °u, và đá mòn đián cčc khi PMEDM vãi các chÃ đá cơng nghá hÿp lý.

- Đã giÁi đ°ÿc bài tốn tái °u hóa đa māc tiêu các thơng sá cơng nghá khi xung bÅ mÁt trā ngoài bÅng thép 90CrSi qua tơi vãi dung dách đián mơi có trán bát nano SiC bÅng áp dāng ph°¢ng pháp Taguchi và phân tích quan há xám vãi ba hàm đ¢n māc tiêu là đá nhám bÅ mÁt gia cơng nhß nhÃt, tác đá bóc tách vÁt liáu lãn nhÃt và tác đá mịn đián cčc nhß nhÃt.

5. Bß cāc căa luÁn án

LuÁn án gßm các phÅn: Mỗ u; 4 chÂng; kt lun chung v hóng nghiờn cąu tiÃp theo; phÅn phā lāc.

Ch°¢ng 1: Táng quan vÅ ph°¢ng pháp gia cơng bÅng tia lĉa đián

Ch°¢ng 2: Mơ hình nâng cao hiáu q q trình PMEDM và xây dčng há tháng thí nghiám

Ch°¢ng 3: Nghiờn cu thc nghiỏm nh hỗng ca cỏc thụng sá công nghá đÃn đá nhám bÅ mÁt, nng st bóc tách và đá mịn đián cčc khi gia công xung đián thép 90CrSi vãi dung dách đián mơi có trán bát SiC

Ch°¢ng 4: Tái °u hóa đa māc tiêu các thơng sá cơng nghá khi xung thép 90CrSi qua tôi vãi dung dách đián mơi có trán bát SiC

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

CH¯¡NG 1. TàNG QUAN VÀ PH¯¡NG PHÁP GIA CƠNG B¾NG TIA LỵA IặN

1.1. PhÂng phỏp gia cụng bng tia la điÇn 1.1.1. Lách sÿ phát triÃn

Gia cơng bÅng tia lĉa đián (EDM – Electrical Discharge Machining) là ph°¢ng pháp gia cơng khơng trun tháng đ°ÿc sĉ dāng phá biÃn nhÃt trong gia cơng c¢ khí hián nay [19, 20]. Nguòn gỏc xa xa ca phÂng phỏp này đ°ÿc cho là do nhà khoa hãc ng°åi Anh là Joseph Priestly phát hián ra vào nm 1770 khi chąng kiÃn sč mòn vÁt liáu do hián t°ÿng phóng đián gây ra. TiÃp đó, sau nhiÅu nghiên cąu, hai nhà khoa hãc B. R. Lazarenko và N. I. Lazarenko căa Nga đã điÅu khiÇn thành cơng sč hình thành các tia lĉa đián đÇ gia công kim lo¿i, và nm 1943 hã đã đ°a ra sÂ ò cu trỳc ca mỏy EDM s dng m¿ch Lazarenko [21]. Lo¿i m¿ch này đã liên tāc cÁi tiÃn và đ°ÿc ąng dāng ráng rãi trong bá ngußn cung cÃp căa máy EDM. Nhċng nm 1950, các kā thuÁt viên căa Mā sĉ dāng m¿ch đián iu khiần servo ầ iu chònh khong cỏch gia đián cčc và phôi khi gia công các áng chân không [22]. Nhċng nm 1970, gia công trên máy cÃt dây EDM đã có nhċng b°ãc tiÃn lãn do đã t¿o đ°ÿc các máy phát xung công suÃt lãn, gia công cÃt dây vãi các lo¿i dây cÃt khác nhau và viác sĉ dāng chÃt đián môi hiỏu qu hÂn. Tuy nhiờn, chò tói nhng nm 1980 vãi sč xuÃt hián căa máy EDM - Computer Numerical Control (CNC) thì hiáu q căa ph°¢ng pháp này mãi đ°ÿc khẳng đánh. Vãi sč cÁi tiÃn liên tāc, các máy EDM ngày nay đã làm viác ngày càng án đánh. Thêm vào đó, q trình gia cụng c iu khiần bỗi hỏ thỏng iu khiần thích nghi nên nng suÃt và chÃt l°ÿng gia cơng EDM khơng ngćng đ°ÿc nâng lên. Vì thÃ d¿ng gia công này đ°ÿc sĉ dāng ngày càng ráng rãi trong gia cơng c¢ khí trên thÃ giãi nói chung v ỗ Viỏt Nam núi riờng.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

1.1.2. Ngun lý gia cơng tia lÿa điÇn

Hình 1.1. Ngun lý gia cơng bằng xung điện [23]

Hỡnh 1.1 l sÂ ò nguyờn lý gia cụng bng xung iỏn. SÂ ò gia cụng ny bao gòm:

- Dụng cụ trong gia công EDM: vÁt liáu sĉ dāng làm đián cčc có nhiÅu lo¿i

khác nhau nh° đßng (Cu), hÿp kim đßng – kÁm (Cu-Zn), nhơm (Al), graphite & trong đó Cu và graphite là hai lo¿i đ°ÿc sĉ dāng phá biÃn h¢n cÁ [24]. VÁt liáu làm đián cčc trong gia công EDM đÅu có đÁc điÇm là có tính d¿n đián tát và dß gia cơng t¿o hình chính xác. Viác chãn lo¿i vÁt liáu đián cčc phù hÿp sÁ cho nng st bóc tách vÁt liáu cao, l°ÿng mịn đián cčc nhß, và giá thành gia cơng thÃp [24]. Trong gia cơng EDM, đián cčc có thÇ mang đián tích âm hc d°¢ng. Viác lča chãn phân cčc õm hay dÂng tựy thuỏc vo ng dng c thầ (gia công tinh hoÁc gia công thô) và các yÃu tá nh° vÁt liáu dāng cā, vÁt liáu gia cơng, c°ång đá dịng đián và thåi gian phát xung [11].

- Chi tiết gia công: VÁt liáu chi tiÃt trong gia cơng EDM phÁi có tính d¿n

đián. KhÁ nng d¿n đián, d¿n nhiát, điÇm nóng chÁy, đá cąng... căa vÁt liáu chi tiÃt

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

gia cụng nh hỗng n nng sut v cht lng gia công. Chi tiÃt gia công vãi vÁt liáu có điÇm nóng chÁy càng cao và khÁ nng d¿n nhiát càng nhß thì nng st bóc tách vÁt liáu càng thÃp [25]. Bên c¿nh đó, đá cąng căa chi tit gia cụng cng cú nh hỗng n nng suÃt và đá nhám bÅ mÁt gia công [26].

Hình 1.2. Dung dịch điện mơi sử dụng trong EDM [15].

- Dung dịch điện môi: Trong gia công EDM, dung dách đián mơi có tác dāng

điÅu khiÇn q trình phóng đián, làm ngi bÅ mÁt chi tiÃt gia công cũng nh° bÅ mÁt đián cčc và hóa rÃn phoi. Khơng chß thÃ, nó cịn có chąc nng cn phoi ra khßi vùng gia cơng và đ°a vào há tháng lãc, hÃp thā và giÁi phóng nng l°ÿng nhiát. Tính chÃt cách đián căa dung dỏch iỏn mụi cú nh hỗng lón n hiỏn tng đián phân giċa dāng cā và phôi trong suát q trình gia cơng. Dung dách đián mơi trong gia công EDM cÅn đÁm bÁo các yêu cÅu sau: có tính án đánh lâu dài; khÁ nng cách iỏn thp; cú thầ phc hòi nhanh sau khi bỏ tia lĉa đián đánh thăng; có khÁ nng làm ngi và cn phoi tát. Trong q trình gia cơng, dung dỏch iỏn mụi c phun vo khe hỗ phúng tia la iỏn (khe hỗ gia iỏn cc v chi tiÃt gia cơng). Đ°ång kính vịi phun dung dỏch iỏn mụi v ỏp sut phun nh hỗng n khÁ nng lo¿i bß khí, cn phoi đi và duy trì nhiát đá án đánh căa dung dách đián mơi d°ãi điÇm cháy [11]. Thêm vào đó, l°u lng v loi dung dỏch iỏn mụi cú nh hỗng đÃn l°ÿng mịn đián cčc, nng st bóc tách vÁt liáu và chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

[12, 24]. Trong gia công EDM, dung dách đián môi đ°ÿc sĉ dāng phá biÃn nhÃt là dÅu và n°ãc (hình 1.2) [15].

1.1.3. Các d¿ng căa gia cơng b¿ng tia lÿa điÇn

Gia cơng EDM có các d¿ng chă u sau: gia cơng xung đián, gia công cÃt dây tia lĉa đián, c°a tia lĉa đián, mài tia lĉa đián, khoan tia lĉa đián.

Gia cơng xung điện chìm: tên tiÃng Anh là die-Sinking EDM. D¿ng gia công

này th°ång đ°ÿc gãi là gia cụng xung iỏn. SÂ ò ca nú thầ hiỏn trờn hình 1.1. Đây là d¿ng gia cơng đ°ÿc dùng phá biÃn nhÃt căa EDM. Trong gia công này, bÅ mÁt đián cčc có hình d¿ng là âm bÁn căa bÅ mÁt gia công. D¿ng gia công này đ°ÿc sĉ dāng ráng rãi đÇ gia cơng bÅ mÁt các hác, các d¿ng khuôn nh° khuôn rèn, khuôn dÁp, khn đúc&

Hình 1.3. Sơ đồ phương pháp cắt dây tia lửa điện [23]

Gia công cắt dây tia lửa điện: tên tiÃng Anh là Wire Electrical Discharge

Machining (viÃt tÃt WEDM). Đây là mát d¿ng đÁc biát căa gia cơng xung đián.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Ph°¢ng pháp này sĉ dāng mát dây cÃt chuyÇn đáng liên tāc và đóng vai trị mát đián cčc. Chi tiÃt gia cơng đ°ÿc đÁt trên bàn máy và chun đáng theo đ°ång bao theo 2 ph°¢ng trong mÁt phẳng nÅm ngang (hình 1.3).

Gia cơng bÅng cÃt dây có thÇ t¿o đ°ÿc bÅ mÁt 2D và 3D phąc t¿p. Dây cÃt làm bÅng vÁt liáu d¿n đián và có đ°ång kính tć 0,05÷0,3 (mm) [23]. Dây cÃt có hai lo¿i – phă và khơng phă. Dây phă có cÃu t¿o gßm lõi thép và lãp phă bÅng kÁm, đßng hc graphite. Dây khơng phă th°ång làm bÅng đßng đß, molipđen, đßng thau& [20]. Đá chính xác căa gia cơng cÃt dây th°ång là ±0,013 (mm). BÅng các bián pháp công nghá, các máy cÃt dây có đá chính xác cao có thÇ gia cơng đ¿t ±0,005 (mm) [27].

Hình 1.4. Sơ đồ phương pháp mài xung điện [28]

Mài xung điện: tiÃng Anh là Electrical Discharge Grinding (EDG), là quá

trình gia cơng dča trên ngun tÃc t°¢ng tč nh° EDM. Trờn hỡnh 1.4 l sÂ ò ca phÂng phỏp gia cơng mài xung đián. Trong đó, mát đá mài làm bÅng vÁt liáu d¿n đián, đ°ÿc sĉ dāng nh° mát đián cčc. Thêm vào đó, đá mài (cčc âm) và phơi (cčc d°¢ng) đÅu đ°ÿc ngâm trong chÃt đián mơi và đ°ÿc kÃt nái vãi ngn đián mát chiÅu. ChuyÇn đáng quay căa đá mài đÁm bÁo l°u thơng hiáu q chÃt đián mơi. C¢ chÃ bóc tách vÁt liáu căa EDG giáng hát nh° trong EDM ngo¿i trć chuyÇn đáng

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

quay căa dāng cā giúp đẩy vÁt liáu nóng chÁy ra khßi vùng gia cơng mát cách hiáu q. Trái vãi ph°¢ng pháp mài thơng th°ång, trong EDG khơng có tiÃp xúc trčc tiÃp giċa dāng cā và phụi, do ú nú cú thầ dò dng gia cụng các chi tiÃt thành mßng. KÃt quÁ nghiên cąu cũng cho rÅng quá trình mài xung đián kinh tÃ h¢n so vãi mài kim c°¢ng thơng th°ång [23, 28].

Cưa tia lửa điện: Hình 1.5 trình bày nguyên lý căa ph°¢ng pháp c°a tia lĉa

đián. Cũng giáng nh° ph°¢ng pháp c°a truyÅn tháng, c°a tia lĉa đián gòm ca tia la iỏn kiầu ca vũng (Hỡnh 1.5.a) và c°a tia lĉa đián kiÇu c°a đĩa (Hình 1.5.b). C°a tia lĉa đián cho m¿ch c°a nhß và có thÇ gia cơng vãi nng st gÃp hai lÅn ph°¢ng pháp c°a trun tháng [23].

Hình 1.5. Sơ đồ phương pháp cưa tia lửa điện [23]

Khoan tia lửa điện lỗ sâu: Ph°¢ng pháp khoan tia la iỏn thồng ỏp dng

ầ gia cụng cỏc lò sâu – các lß nhß có chiÅu dài gÃp nhiÅu ln ồng kớnh. Hỡnh 1.6 l sÂ ò phÂng khoan tia lĉa đián. ỉ đây mũi khoan rßng, có chun đáng quay đóng vai trị là đián cčc, dung dách đián mơi vãi áp st cao đ°ÿc b¢m qua ỏng ròng ca mi khoan ầ y phoi ra khòi vựng gia cụng [29]. PhÂng phỏp khoan

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

tia lĉa đián có thÇ gia cơng đ°ÿc các lß đ°ång kính tć 0,2 đÃn 3 (mm) vãi chiÅu sâu tãi 300 (mm). Nng suÃt gia cơng căa máy có thÇ đ¿t 30±60 (mm/phút) [30].

Hình 1.6. Sơ đồ phương pháp khoan tia lửa điện [29]

1.2. ¯u nh°ÿc điÃm căa gia cơng tia lÿa điÇn

Gia cơng tia lĉa đián nói chung và gia cơng xung đián nói riêng có nhċng °u điÇm chính sau [23]:

- Không yêu cÅu dāng cā phÁi có đá cąng cao h¢n đá cąng căa chi tiÃt gia công;

- Không gây biÃn d¿ng chi tiÃt gia cơng do khơng có sč tiÃp xúc giċa dāng cā và phơi trong st q trình gia cơng;

- Có khÁ nng gia cơng đ°ÿc các bÅ mÁt có kích th°ãc nhß vãi hình d¿ng phąc t¿p; dò dng t ỏng húa do cỏc chuyần ỏng khi gia cụng khỏ Ân gin;

- iu chònh mỏy dò dàng; thao tác máy khi gia cơng đ¢n giÁn.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

- Nng l°ÿng nhiát đ°ÿc sĉ dāng đÇ bóc tách vÁt liáu phơi trun vào chi tiÃt gia cơng khơng lãn nên ít gây biÃn d¿ng nhiát cho chi tiÃt gia công;

- BÅ mÁt phôi sau gia công xung đián là tÁp hÿp căa các vÃt lõm nhß phân bá ng¿u nhiên nên giúp l°u giċ dÅu bơi tr¢n trên bÅ mÁt tát và làm tng đá bÅn mßi căa chi tiÃt khi làm viác;

- Gia cơng khơng có ba via.

Tuy nhiên, gia cơng xung đián cũng có mát sỏ nhc iầm nh [23]: - Chò gia cụng đ°ÿc các lo¿i vÁt liáu d¿n đián;

- BÅ mÁt lß gia cơng có đá cơn ngun nhân do đián cčc bá mòn.

- Nng suÃt và chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia cơng thÃp; khi tng nng st bóc tách vÁt liáu thì đá nhám bÅ mÁt gia cơng cũng tng theo;

- Trong q trình gia cơng iỏn cc bỏ mũn lm nh hỗng khụng tỏt n đá chính xác gia cơng;

- ThiÃt bá gia cơng có giá thành cao; - Tiêu thā nng lng lón.

1.3. Cỏc thụng sò cụng nghầ ca gia cơng xung điÇn

+) Điện áp đánh lửa Ud:Đián ỏp trong EDM cú liờn quan n khe hỗ phúng đián và đá cách đián căa dung dách đián mụi [11]. iỏn ỏp ti khe hỗ phúng iỏn tng liên tāc đÃn khi xuÃt hián dòng ion đánh thăng sč cách đián căa dung dách đián môi, khi dịng đián bÃt đÅu xt hián thì đián áp lón nht (U0) gim xuỏng v gi ỗ trng thỏi ỏn ỏnh (Ud) ti khe hỗ phúng iỏn (hỡnh 1.7). Giá trá đián áp đ°ÿc xác đánh theo kớch thóc khe hỗ nhò nht gia iỏn cc v phôi. Đián áp càng cao càng

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

lm tng khe hỗ phúng iỏn, iu ny s to điÅu kián cho dịng dung mơi chÁy qua và làm án đánh q trình gia cơng. Nng st bóc tách vÁt liáu, l°ÿng mòn đián cčc

và đá nhám bÅ mÁt tng khi đián áp tng [31].

Hình 1.7. Sơ đồ mơ tả quan hệ điện áp, dịng điện và thời gian xung trong EDM [11]

+) Cường độ dịng phóng tia lửa điện Id:

C°ång đá dịng đián là mát trong nhċng thông sá công nghá quan trãng nhÃt căa q trình gia cơng EDM [11]. Trong gia cơng xung đián, c°ång đá dịng đián có thÇ xác đánh qua chÃ đá gia cơng. Cā thÇ nh° sau: khi gia cơng thơ: Id 15 A; khi gia cơng bán tinh: Id = 8÷15 A; và khi gia công tinh: Id 8 A) [11]. C°ång đá dịng đián cao sĉ dāng đÇ gia cơng thơ và các bÅ mÁt có dián tích lãn. C°ång đá dòng đián cao sÁ làm tng tác đá bóc tách vÁt liáu nh°ng cũng làm l°ÿng mịn đián cčc tng và chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công giÁm [22].

+) Thời gian phát xung Ton:

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Thåi gian phát xung Ton (Hình 1.6) bao gßm thåi gian trß (Tde) và thåi gian phóng tia lĉa đián (Td). Thåi gian phát xung và sá chu kỳ xung (Tp) trong mát giây là đ¿i l°ÿng quan trãng. Trong gia cơng xung đián, nng st bóc tách vÁt liáu tÿ lá thuÁn vãi sá nng l°ÿng đ°ÿc sĉ dāng trong thåi gian phát xung Ton [32]. Nng lng ny c iu khiần bỗi cồng đá dòng đián cčc đ¿i và thåi gian phát xung. L°ÿng vÁt liáu bá nóng chÁy và bay h¢i sÁ tng khi Tontng lên. Tuy nhiên nÃu kéo dài Ton sÁ làm tng c°ång đá và tác đá lan truyÅn căa nhiát xung vào bÅ mÁt phôi d¿n đÃn tác đáng căa nó đÃn lãp bÅ mÁt gia cơng sÁ ráng và sâu h¢n. MÁt khác, khi Ton q lãn cịn có thÇ d¿n đÃn l°ÿng bóc tách vÁt liáu giÁm và đián cčc có thÇ khơng bá hao mịn [11]. Khi Ton ngÃn sÁ t¿o ra các vÃt lõm trên bÅ mÁt phơi có đ°ång kính và chiÅu sâu lãn h¢n và d¿n đÃn làm tng đá nhám bÅ mÁt gia công.

+) Thời gian ngừng phát xung Toff:

Mát chu kỳ xung sÁ hoàn thành vãi Toff phù hÿp tr°ãc khi sang chu kỳ tiÃp theo. Thåi gian Toff (Hình 1.6) có nh hỗng n nng sut búc tỏch vt liỏu v đá án đánh căa q trình gia cơng [32]. VÅ lý thuyÃt, khi Toff càng ngÃn thì quá trình gia cơng sÁ càng nhanh nh°ng nÃu nó q ngÃn sÁ khơng có đă thåi gian đÇ vÁn chun phoi và ion hóa hồn tồn dung dách đián mơi. Khi đó sÁ gây ra sč mÃt án đánh căa q trình gia cơng nh° xt hián nhċng chu kỳ phát xung bÃt th°ång, rút ngÃn sč dách chuyÇn servo căa đián cčc và d¿n đÃn nng suÃt gia công giÁm. Thåi gian ngćng phát xung Toff phÁi lãn h¢n thåi gian ngćng ion hóa dung mơi đÇ khơng làm xt hián hián t°ÿng phóng tia lĉa đián liên tāc t¿i mát điÇm. Thčc tÃ cho thÃy, khi Ton và Toffkhông đ°ÿc xác đánh chính xác sÁ xt hián nhiÅu xung lßi gây tán thÃt hiáu suÃt gia công [32].

+) Khe hở phóng điện:

Trong gia cơng xung đián, đián cčc đ°ÿc iu khiần t ỏng nhm duy trỡ khe hỗ phúng iỏn khụng thay ỏi m khe hỗ ny cú thầ iu chònh c nhm

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

thớch ąng vãi mßi điÅu kián gia cơng nhÃt đánh. Há tháng c¢ đián (đáng c¢ servo) và há tháng thăy lčc đ°ÿc sĉ dāng đÇ điÅu khiÇn chuyÇn đáng căa đián cčc. ChuyÇn đáng đián cčc đ°ÿc điÅu khiÇn nhÅm đÁm bÁo các u cÅu: kích th°ãc khe hỗ ỏn ỏnh v tỏc ỏ thớch nghi nhanh đÇ đáp ąng vãi sč ngÃn m¿ch hc kích th°ãc khe hỗ. ỏ lón ca khe hỗ phúng iỏn khơng thÇ đo l°ång trčc tiÃp nh°ng có thÇ đ°ÿc suy ra bỗi iỏn ỏp trung bỡnh ti khe hỗ [11].

1.4. Nng sut, cht lng b mt và đß chính xác gia cơng

+) Năng suất gia cơng MRR:

Nng st gia cơng trong EDM cịn gãi là nng suÃt bóc tách vÁt liáu (tiÃng Anh l Material Removal Rate (MRR)) c xỏc ỏnh bỗi t sá giċa khái l°ÿng vÁt liáu phơi bóc tách đ°ÿc vãi thåi gian gia công:

MRR =Wi2Wf

.t . 1000 (mm3/phút) (1.1)

Trong đó:

Wi: Khái l°ÿng ban đÅu căa phơi (g). Wf: Khái l°ÿng phôi sau gia công (g). t: Thåi gian gia công (phút).

: Khái l°ÿng riêng căa vÁt liáu phơi (g/cm3).

+) Lượng mịn điện cực TWR:

L°ÿng mòn đián cčc (tiÃng Anh là Tool Wear Rate (TWR)) là l°ÿng vÁt liáu đián cčc bá hao mịn trong mát đ¢n vá thåi gian gia cơng. TWR xác đánh theo công thąc:

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

TWR = Ti2Tf

T.t . 1000 (mm3/phút) (1.2)

Trong đó:

Ti - Khái l°ÿng ban đÅu căa đián cčc (g). Tf - Khái l°ÿng đián cčc sau gia công (g).

T - Khái l°ÿng riêng căa vÁt liáu đián cčc (g/cm3). t: Thåi gian gia công cho mßi lÅn xung (phút).

L°ÿng mịn đián cčc có quan há vãi nng st bóc tách vÁt liáu phơi, vÁt liáu gia cơng, c°ång đá dịng đián, dián tớch b mt gia cụng, khe hỗ phúng iỏn v sč phân cčc đián cčc. VÁt liáu đián cčc có nhiát đá nóng chÁy cao h¢n sÁ làm đá bÅn mịn lãn h¢n d¿n đÃn đá chính xác gia công tng lên [33]. MRR và TWR phā thuác vào thông sá công nghá căa EDM. C°ång đá dịng đián và thåi gian phát xung là thơng sỏ cú nh hỗng mnh nht n MRR v TWR [34]. Anot (chi tiÃt gia cơng) sÁ bá mịn lãn h¢n vãi thåi gian phát xung ngÃn h¢n, ng°ÿc l¿i catot (đián cčc) sÁ bá mịn lãn h¢n khi tng thåi gian phát xung [35]. Bên c¿nh Ánh hỗng ca thồi gian phỏt xung thỡ cỏc thụng sỏ cụng nghỏ khỏc cng cú nh hỗng n nng lng tia la iỏn dn n s nh hỗng đÃn MRR và TWR.

+) Chất lượng bề mặt gia công

BÅ mÁt gia công bÅng EDM đ°ÿc đÁc tr°ng bỗi hỡnh dng, thnh phn húa hóc, tỏ chc tÃ vi và c¢ lý tính căa nó. Trong gia công xung đián, đá nhám bÅ mÁt tng khi nng l°ÿng xung tng [36]. Bên c¿nh đó, d°ãi tác dāng nhiát do các tia lĉa đián sinh ra sÁ t¿o ra lãp bÅ mÁt phơi gßm nhiÅu lãp: Lãp đúc l¿i, lãp biÃn cąng và lãp thÃm tơi (Hình 1.8). Bên c¿nh đó, trên bÅ mÁt cịn bá phă mát lãp trÃng có chiÅu dÅy tć 1ữ72 (àm) [37]. Lóp ny cú thnh phn húa hóc, cÃu trúc tá chąc tÃ vi và c¢ lý tính khác so vãi lãp thÃm tơi [38]. Lãp trÃng là lãp ngoài cùng trên bÅ

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

mt gia cụng nờn nú nh hỗng trc tip n khÁ nng làm viác căa bÅ mÁt chi tiÃt. Sau khi xung đián, lãp bÅ mÁt gia công th°ång có c¢ tính thÃp, đá nhám bÅ mÁt lãn v cú nhiu vt nt t vi nờn nh hỗng không tát đÃn khÁ nng làm viác căa chi tiÃt (nhÃt là các chi tiÃt khuôn rèn, khuôn dÁp, dāng cā cÃt,...) [39]. ChiÅu dày lãp đúc l¿i v vựng nh hỗng nhiỏt cú thầ c xỏc ỏnh thụng qua phõn tớch s tỏc ỏng bỗi nng l°ÿng nhiát căa tia lĉa đián.

Hình 1.8. Sơ đồ minh họa lớp bề mặt sau EDM [23]

Trong gia công EDM, d°ãi tác dāng căa các tia lĉa đián, vÁt liáu đián cčc bá nóng chÁy, bay h¢i và xâm nhÁp mát l°ÿng đáng kÇ lên bÅ mÁt phôi [36]. Trong [40] cho biÃt bÅ mÁt căa thép khơng gß sau khi EDM vãi đián cčc Si đã đ°ÿc phă mát lãp vơ đánh hình vãi sč xuÃt hián căa l°ÿng lãn Si nóng chÁy tách ra tć đián cčc. ĐiÅu đó giúp nâng cao đáng kÇ khÁ nng cháng n mịn hóa hãc và cháu mài mòn. Viác sĉ dāng đián cčc thiêu kÃt tć bát Ti trong gia cơng khn có thÇ nâng cao đá bÅn căa khuôn tć 3 đÃn 7 lÅn [41, 42]. Ngoài ra, vãi viác trán bát kim lo¿i hoÁc hÿp kim thích hÿp vào trong dung dách đián mơi (PMEDM) có thÇ làm xt hián vÁt liáu bát t°¢ng ąng trên bÅ mÁt gia cơng và kÃt q sÁ nâng cao đáng kÇ chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công [42-44]. Nhċng kÃt quÁ ú mỗ ra hóng nõng cao cht

lng b mt gia cơng ngay trong q trình EDM.

+) Độ chính xác kích thước gia cơng:

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Khi gia cơng, các tia lĉa đián sÁ làm nóng chÁy và bay h¢i vÁt liáu căa cÁ phơi và đián cčc. ĐiÅu này sÁ làm hình dáng hình hãc căa bÅ mÁt đián cčc bá thay đái, d¿n đÃn bÅ mÁt gia công cũng bá thay đái theo. Ngồi ra, trong st q trình EDM ln tßn ti khe hỗ phúng iỏn gia iỏn cc v phụi. Khe hỗ ny cựng vói lng mũn iỏn cc gây ra nhċng sai sá hình dáng hình hãc căa bÅ mÁt gia công. Các sai sá khi gia cụng cú thầ iu chònh c thụng qua ỏ chớnh xác hình dáng hình hãc căa đián cčc và các thơng sá cơng nghá.

- Độ chính xác profile bề mặt gia cơng: là đá chính xác hình d¿ng và kích

th°ãc căa các bÅ mÁt sau gia cơng bÅng xung đánh hình. Vãi các bÅ mÁt sĉ dāng gia cơng lÅn ci bÅng EDM thì chß tiờu ny s nh hỗng trc tip n ỏ chớnh xác căa sÁn phẩm.

1.5. Ph°¢ng pháp gia cơng tia la iần cú tròn bòt - PMEDM

Trong nhng nm gÅn đây các nhà khoa hãc đã nghiên cąu nh hỗng ca viỏc trỏn bỏt kim loi hoc hÿp kim kích th°ãc cỡ nano và micro vào dung dách đián mơi trong q trình EDM (tên tiÃng Anh: Powder Mixed Electrical Discharge Machining – PMEDM) nhÅm cÁi thián nng st gia cơng, đßng thåi cÁi thián chÃt l°ÿng bÅ mÁt căa chi tiÃt. Khi có sč tham gia căa các h¿t bát d¿n đián đã làm q trình phóng tia lĉa đián có sč biÃn đái đáng kÇ. ĐiÅu này đã làm thay đái q trình gia cơng cũng nh° chÃt l°ÿng bÅ mt chi tit [3]. SÂ ò gia cụng ca phÂng pháp PMEDM thÇ hián hián trên Hình 1.9.

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Hình 1.9. Sơ đồ gia cơng PMEDM [45]

Khi bát đ°ÿc trán vào dung dách đián môi đã làm thay đái q trình phóng đián khi xung nh lm tng khe hỗ phúng iỏn, sỏ lng tia lĉa đián đ°ÿc phóng trong mát pha xung tng lên đ°ÿc thÇ hián trên hình 1.10 [45].

Hình 1.10. Minh họa q trình phóng điện cÿa phương pháp EDM và PMEDM [45]

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

1.6. Táng quan tình hình nghiên cąu vÁ EDM và PMEDM 1.6.1. Tình hình nghiên cąu trong n°ác

Cho đÃn nay đã có mát sá nghiên cąu căa các tác giÁ trong n°ãc vÅ EDM cũng nh° PMEDM. Các nghiên cąu này chă yÃu tÁp trung vào các h°ãng sau:

- Nghiên cąu vÅ bá điÅu khiÇn CNC căa máy xung: Nhóm các tác giÁ Bành TiÃn Long, TrÅn Xuân Thái, Hoàng Vĩnh Sinh, TrÅn ThÃ Lāc đã nghiên cąu ąng dāng bá điÅu khiÇn PLC và vi điÅu khiÇn 8051 đÇ điÅu khiÇn q trình EDM thay thÃ các bá điÅu khiÇn nhÁp khẩu căa n°ãc ngồi [46, 47].

- Nm 2012, tác giÁ Vũ Quang Hà ó nghiờn cu nh hỗng ca ch ỏ cụng nghá đÃn nng suÃt và chÃt l°ÿng bÅ mÁt khi gia công cÃt dây EDM [48]. Nghiên cąu vÅ mòn biên d¿ng đián cčc và chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công khi EDM đ°ÿc tác giÁ TrÅn Quang Huy thčc hián nm 2019. Trong nghiên cąu này, tác giÁ sĉ dāng hai lo¿i vÁt liáu đián cčc là đßng đß và đßng đß m¿ crom vãi chi tiÃt gia cơng là thép SKD11 [49].

Hình 1.11. Hình ảnh chi tiết gia cơng có bề mặt trụ định hình được gia cơng bằng EDM [50]

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

- Nghiên cąu xác đánh chÃ đá công nghá tái °u khi gia công EDM vãi các lo¿i đián cčc kÃt hÿp vãi các lo¿i vÁt liáu gia cơng khác nhau. Trong nghiên cąu căa mình, tác giÁ Nguyßn Vn Đąc đã đ°a ra chÃ đá công nghá tái °u khi xung thép SKD11 vãi vÁt liáu đián cčc là đßng [4].

- Trên thc t sn xut, cú nhiu chi tit ỗ dng bÅ mÁt trā ngồi đánh hình nh° chày dÁp thc viên đánh hình, chày đát lß thép tÃm đánh hình vv... Các chi tiÃt này thuác d¿ng chi tiÃt khó gia cơng, đÁc biát khi chúng có hình dáng bÃt kỳ mà biên d¿ng khơng lßi (nh° chày dÁp thc viên hình trái tim, hình Đơ-rê-mon, hình khỳc xÂng, chy ỏt lò thộp hỡnh cỏc loi vv...) . Các chi tiÃt này cho đÃn nay trên thÃ giãi th°ång đ°ÿc gia công bÅng phay tác đá siêu cao (micro milling). æ n°ãc ta các chi tiÃt này th°ång đ°ÿc gia cơng bÅng ph°¢ng pháp nguái nên nng suÃt và chÃt l°ÿng gia công thÃp. GÅn đây, TrÅn Thá Hßng và các đßng nghiáp đã công bá mát sá kÃt quÁ nghiên cąu vÅ EDM khi gia cơng bÅ mÁt trā ngồi đánh hình khi xung thép 90CrSi (hình 1.11) bÅng đián cčc đßng [17, 51-53]. Trong các nghiên cąu này, nh hỗng ca cỏc thụng sỏ cụng nghỏ u vo (Ton, Toff, IP, SV) đÃn các kÃt quÁ đÅu ra (nhám bÅ mÁt, đá mòn đián cčc, nng suÃt bóc tách vÁt liáu) đã đ°ÿc khÁo sát.

Viác nghiên cąu vÅ trán bát d¿n đián vào dung dách đián môi khi gia công tia lĉa đián (quá trỡnh PMEDM) ỗ nóc ta mói c tin hnh khong 10 nm trỗ li õy. Cỏc nghiờn cu ny còn khá mãi và cũng ch°a đ°ÿc quan tâm nghiên cąu nhiÅu. Mát sá nghiên cąu vÅ PMEDM căa các tác giÁ trong n°ãc có thÇ kÇ ra nh° sau:

- Các tác giÁ Bành TiÃn Long và Nguyòn Hu Phn ó nghiờn cu nh hỗng bỏt titan đÃn nng st bóc tách vÁt liáu, đá mịn đián cčc, chÃt l°ÿng bÅ mÁt căa chi tiÃt. Trong nghiên cąu này, các tác giÁ đã tiÃn hành tái °u đa māc tiêu vãi các hàm đ¢n māc tiêu là nng suÃt bóc tách vÁt liáu, đá mòn đián cčc và chÃt l°ÿng bÅ mÁt [2, 9, 54]. Bên c¿nh đó, vÁt liáu bát titan đ°ÿc dùng đÇ trán vào dung dách đián

</div>

luận án tiến sĩ 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

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về