Ảnh hưởng các số thông số công nghệ đến năng suất, tiêu hao dây cắt trên máy cắt dây

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY



ẢNH HƢỞNG CÁC SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
ĐẾN NĂNG SUẤT, TIÊU HAO DÂY CẮT
TRÊN MÁY CẮT DÂY



Học viên: Hoàng Anh Toàn
Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Dự





1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

HOÀNG ANH TOÀN


ẢNH HƢỞNG CÁC SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
ĐẾN NĂNG SUẤT, TIÊU HAO DÂY CẮT
TRÊN MÁY CẮT DÂY

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT









HƢỚNG DẪN KHOA HỌC



PGS.TS. Nguyễn Văn Dự
HỌC VIÊN

Hoàng Anh Toàn
KHOA ĐÀO TẠO SĐH





BGH TRƢỜNG ĐHKTCN





2Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
iii
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình nào
khác. Trừ các phần tham khảo đã đƣợc nêu rõ trong luận văn.

Tác giả


Hoàng Anh Toàn

3Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
iv
LỜI CẢM ƠN

Tác giả đặc biệt xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo –
PGS.TS. Nguyễn Văn Dự, ngƣời đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định
hƣớng đề tài, tổ chức thí nghiệm, định hƣớng khoa học, đến quá trình viết
và hoàn chỉnh luận văn.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn Trung tâm thí nghiệm - Trƣờng Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp nơi tôi công tác và làm việc đã giúp đỡ và tạo
điều kiện để tôi hoàn thành luận văn.

Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn đến ngƣời vợ, bố mẹ luôn động và tạo
điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh
khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy,
Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả


Hoàng Anh Toàn
4Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
v
MỤC LỤC
GIỚI THIỆU 1
0.1. Vấn đề nghiên cứu 1
0.2. Mục tiêu nghiên cứu 3
Các mục tiêu cụ thể là: 3
0.3. Nội dung đề tài 3
0.4. Kết quả chính đã đạt đƣợc 3
0.5. Cấu trúc luận văn 4
Luận văn đƣợc chia thành 4 chƣơng với các nội dung chính nhƣ sau. 4
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT DÂY 5
1.1. Tổng quan tài liệu 5
1.2. Các thông số cơ bản trên máy cắt dây 9
1.2.1. Điện áp đánh tia lửa điện U 9
1.2.2 Độ kéo dài xung T
on
(on time) 9

1.2.3. Thời gian ngừng phóng điện ( Toff) 9
1.2.4. Tốc độ cuốn dây (Vd) 10
1.2.5. Thông số lực căng dây (WT) 10
1.2.6. Áp lực nƣớc (WL) 10
1.2.7. Thông số trợ giúp thời gian phóng điện (T
AN
) 10
1.2.8. Thông số trợ giúp thời gian ngừng phóng điện (T
AFF
) 10
1.2.9. Khe hở phóng điện 10
Chƣơng 2: THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI THÍ NGHIỆM 12
2.1. Thiết kế thí nghiệm 12
2.1.1. Các giả thiết của thí nghiệm 12
2.1.2. Điều kiện thí nghiệm 12
2.1.4. Vật liệu gia công 13
2.2. Triển khai thí nghiệm 17
5Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
vi
2.2.1. Mô hình định tính quá trình cắt dây tia lửa điện 17
2.2.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm 18
Bảng 2.5. Phạm vi khảo sát các biến thí nghiệm 20
CHƢƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21
3.1. Các kết quả thí nghiệm 21
3.1.1. Ảnh hƣởng của các thông số gia công đến nhám bề mặt 23
3.1.2. Ảnh hƣởng của các thông số gia công đến thời gian t 28
3.1.3. Ảnh hƣởng của các thông số gia công đến kích thƣớc gia công 33
3.1.4. Tối ƣu hoá đa mục tiêu 35

3.1.5. So sánh dây đã qua sử dụng và dây mới 37
3.1.5.1. So sánh thời gian 40
3.1.5.2. So sánh nhám 41
3.1.5.3. So sánh kích thƣớc 42
3.1.6. So sánh dây đã qua sử dụng và dây mới để gia công sản phẩm lỗ cối
43
3.1.6.2. So sánh nhám bề mặt 45
3.1.6.3. So sánh thời gian cắt 46
3.1.6.4. So sánh độ côn 47
3.2. Kết luận 47
Chƣơng 4: KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ SUẤT 49
4.1. Kết luận chung 49
4.2. Các hƣớng nghiên cứu tiếp theo có thể là: 51

6Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Chi tiết cắt dạng bậc thang bằng máy cắt dây EDM 5
Hình 1.2. Lỗi xảy ra khi cắt góc, hình ảnh lỗi ở góc 45
0
6
Hình 1.3. Ảnh hƣởng của lực căng dây đến độ chính xác kích thƣớc 6
Hình 1.4. Biến dạng của dây khi cắt côn do độ cứng dây, lực và mô men tác
dụng lên dây 8
Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống dây di chuyển với động cơ điện một chiều 9
Hình 1.6. Lỗi bên trong và bên ngoài trong việc cắt góc 9
Hình 2.1. Máy cắt dây CW322S 13

Hình 2.2. Máy đo tọa độ 3 chiều Beyond Crysta C544 15
Hình 3.1. Đồ thị đƣờng mức nhám bề mặt phụ thuộc Vd và T
0ff
khi U=45v 27
Hình 3.2. Đồ thị quan hệ nhám bề mặt phụ thuộc Vd và T
off
khi U=45v 27
Hình 3.3. Đồ thị đƣờng mức thời gian t phụ thuộc T
on
và T
0ff
khi U=45v 32
Hình 3.4. Đồ thị quan hệ thời gian t phụ thuộc Vd và T
off
khi U=45v 32
Hình 3.5. Đồ thị tối ƣu hóa theo đồng thời chỉ tiêu nhám bề mặt và thời
gian 36
Hình 3.6. Ảnh chụp dây mới và dây đã qua sử dụng 37
Hình 3.7. Ảnh chụp và phân tích thành phần dây đã qua sử dụng bằng máy
SEM 37
Hình 3.8. Mẫu dây đã qua sử dụng đƣợc chụp bằng máy SEM 38
Hình 3.9. Mẫu dây mới đƣợc chụp bằng máy SEM 38
Hình 3.10. Thiết bị thu hồi lại dây đã qua sử dụng 39
Hình 3.11. Biên dạng lập trình trên máy CW322S 39
Hình 3.12. Sản phẩm cắt thí nghiệm 40
Hình 3.13. Kết quả thời gian theo 2-Sample t 40
Hình 3.14. Đồ thị phân bố thời gian cắt; nét đứt biểu diễn thời gian cắt bằng
dây mới, nét liền biểu diễn thời gian cắt dây cũ 40
Hình 3.15. Kết quả nhám theo 2-Sample t 41
7Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
viii
Hình 3.16. Đồ thị phân bố Nhám; nét đứt biểu diễn nhám bề mặt cắt bằng
dây mới, 41
nét liền biểu diễn nhám bề mặt cắt dây cũ 41
Hình 3.17. Kết quả kích thƣớc theo 2-Sample t 42
Hình 3.18. Đồ thị phân bố kích thƣớc; nét liền biểu diễn cắt bằng dây mới, 42
nét đứt biểu diễn cắt dây cũ 42
Hình 3.19. Kết quả sai số độ trụ trái theo 2-Sample t 43
Hình 3.20. Đồ thị phân bố độ trụ trái; nét liền biểu diễn sai số độ trụ trái cắt
bằng dây mới, nét đứt biểu diễn sai số độ trụ trái cắt băng dây cũ 44
Hình 3.21. Kết quả sai số độ trụ phải theo 2-Sample t 44
Hình 3.22. Đồ thị phân bố độ trụ phải; nét liền biểu diễn sai số độ trụ phải
cắt bằng dây mới, nét đứt biểu diễn sai số độ trụ phải cắt băng dây cũ 44
Hình 3.23. Kết quả nhám bề mặt theo 2-Sample t 45
Hình 3.24. Đồ thị phân bố nhám bề mặt; nét liền biểu diễn nhám bề mặt cắt
bằng dây mới, nét đứt biểu diễn nhám bề mặt cắt băng dây cũ 45
Hình 3.25. Kết quả thời gian cắt theo 2-Sample t 46
Hình 3.26. Đồ thị phân bố thời gian cắt; nét liền biểu diễn thời gian cắt
bằng dây mới, nét đứt biểu diễn thời gian cắt băng dây cũ 46
Hình 3.27. Kết quả sai số độ côn trái theo 2-Sample t 47
Hình 3.28. Đồ thị phân bố độ côn phải; nét liền biểu diễn độ côn phải cắt
bằng dây mới, nét đứt biểu diễn độ côn phải cắt băng dây cũ 47

8Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của máy 12
Bảng 2.4. Tính năng kỹ thuật của máy đo CMM C544 16
Bảng 2.5. Phạm vi khảo sát các biến thí nghiệm 20
Bảng 3.1. Kế hoạch thí nghiệm theo Vd, Toff, U 23
Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa nhám bề mặt theo Vd,
Toff, U 23
Bảng 3.3. Phân tích kết quả thí nghiệm tối ƣu nhám bề mặt theo Vd, T
off
, U . 25
Bảng 3.4. Kết quả thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa thời gian t theo Vd, T
off
,
U 28
Bảng 3.5. Phân tích kết quả thí nghiệm tối ƣu hóa thời gian t theo Vd, T
off
,
U 29
Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa sai số gia công theo Vd,
T
off
, U 33
Bảng 3.7. Phân tích kết quả thí nghiệm tối ƣu hóa sai số gia công theo Vd,
T
off
, U 34
9Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
1

GIỚI THIỆU
0.1. Vấn đề nghiên cứu
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật những năm gần đây gắn liền với
sự ra đời của các vật liệu mới với các ƣu điểm nổi bật nhƣ: độ bền, độ cứng
cao, khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn tốt …Thực tế này đòi hỏi cần phải
phát triển các công nghệ gia công mới để gia công những vật liệu đó
(phƣơng pháp gia công không truyền thống). Một trong những phƣơng
pháp đó là phƣơng pháp gia công tia lửa điện (EDM), đƣợc hai vợ chồng
ngƣời Nga Lazarenko tìm ra vào năm 1943. Ngày nay, gia công cắt dây
bằng tia lửa điện là một trong các phƣơng pháp gia công tia lửa điện đang
đƣợc sử dụng hết sức rộng rãi. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc biết đến
với tên gọi gia công WEDM (Wire Electrical Discharge Machine). Đây
là phƣơng pháp gia công đƣợc phát minh và sử dụng rộng rãi trên thế
giới vào những năm 50 của thế kỷ XX nhƣng ít tự động hóa. Ngày nay
nhờ sự phát triển của điều khiển số và công nghệ thông tin mà phƣơng
pháp này đã đƣợc hiện đại hóa rất cao và trang bị điều khiển số CNC
trên các máy WED.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là:
- Có khả năng cắt hầu hết các loại vật liệu dẫn điện.
- Độ chính xác cao (độ bóng Ra = 1,6 - 0,8 μm).
- Chi tiết gia công có độ dầy lớn (có thể đạt tới 500 mm).
- Gia công đƣợc những lỗ, rãnh định hình có kích thƣớc rất nhỏ.
- Cắt đƣợc các hình dạng 3D đặc biệt.
- Cắt các công tua phức tạp.
Đã có nhiều nghiên cứu sử dụng nhằm nâng cao chất lƣợng, hiệu quả
của máy cắt dây [1-21]. Các nghiên cứu thƣờng tập trung đánh giá ảnh
hƣởng của các thông số công nghệ đến chất lƣợng gia công, chẳng hạn:
Ảnh hƣởng điện áp servo, tốc độ dich chuyển điện cực đến sai số độ dày
10Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM

Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
2
khi cắt lát với chiều dày cắt thay đổi [1]; ảnh hƣởng của tốc độ cắt đến đến
độ chính xác của biên dạng góc khi cắt trên máy cắt dây [2]. Một số nghiên
cứu đánh giá ảnh hƣởng lực căng dây đến chất lƣợng và độ chính xác hình
học của chi tiết khi gia công trên máy cắt dây [3]; Gần đây nhám bề mặt và
năng suất [4-19-21] đã đƣợc các tác giả nghiên cứu với những ảnh hƣởng
của các thông số đầu vào nhƣ: thời gian phóng điện Ton, thời gian ngừng
phóng điện Toff, tốc độ dây, cƣờng độ dòng điện Ie [4]; Điện áp servo, thời
gian phóng điện Ton, thời gian ngừng phóng điện Toff [21]. Sự phụ thuộc
của chất lƣợng dây cắt vào điện áp, tốc độ dây, áp lực chất điện môi đã
đƣợc khảo sát [5]. Nghiên cứu chất lƣợng bề mặt và vận tốc cắt [6], nghiên
cứu tập trung vào xác định thông số tối ƣu để nâng cao chất lƣợng bề mặt
và vận tốc cắt [6-10], xác định chế độ cắt tối ƣu cho các loại vật liệu khác
nhau nhƣ chế độ tối ƣu khi gia công hợp kim titan Ti6Al4V [6, 10], thép
không gỉ AISI 420 [8], hợp kim Ti-44.5Al-2Cr-2Nb0.3B [9], ceramics [10],
Inconel 718 [13], STD11 (hay X12M) [14] vv…
Mỗi công trình nói trên thƣờng đƣợc tiến hành cho một loại vật liệu
gia công, trên một loại máy nhất định. Thực tế mỗi loại máy thƣờng đƣợc
xác lập các thông số công nghệ trong phạm vi khác nhau. Phòng thí nghiệm
của trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp đã đƣợc đầu tƣ một máy cắt dây
CNC CW-322S. Đến nay đã có một số luận văn cao học đã thực hiện trên
máy này của trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp [19-21]. Các nghiên cứu
này tập trung đánh giá ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến nhám bề
mặt và năng suất cắt [19-21]; chiều rộng khe hở rãnh cắt [20]. Tuy vậy, vẫn
chƣa quan tâm đến tổn hao dụng cụ (dây cắt) một cách đồng thời với việc
tối ƣu về năng suất và nhám bề mặt. Thêm nữa, sai số biên dạng, hình dáng
bề mặt đƣợc gia công cũng chƣa đƣợc khảo sát.
Đến nay, chƣa có đề tài hay công trình khoa học nào đƣợc công bố
đề cập đến vấn đề tái sử dụng dây đồng đã sử dụng cho cắt dây tia lửa điện.

11Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
3
Một số máy đƣợc thiết kế sử dụng quay vòng dây cắt, nhƣng lại sử dụng
dây đặc chủng làm bằng Molipden.
Đề tài này đƣợc thực hiện nhằm nghiên cứu đánh giá khả năng tái
sử dụng dây đồng trên máy cắt dây. Năng suất và chất lƣợng gia công
đƣợc chọn làm hai mục tiêu đánh giá đối chứng cho hai nhóm sản phẩm
đƣợc gia công bằng dây mới và dây đã qua sử dụng. Các thông số công
nghệ dùng cho dây tái sử dụng đƣợc tối ƣu hóa đa mục tiêu nhằm khai thác
tốt nhất khả năng sử dụng lại dây cắt.
0.2. Mục tiêu nghiên cứu
Các mục tiêu cụ thể là:
 Đánh giá khả năng sử dụng lại dây cắt;
 So sánh năng suất, chất lƣợng sản phẩm cắt bằng dây mới với sản
phẩm cắt bằng dây đã qua sử dụng;
 Ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến năng suất, nhám bề
mặt, độ chính xác gia công khi sử dụng dây đã qua sử dụng.
0.3. Nội dung đề tài
 Thí nghiệm sàng lọc để xác định các thông số công nghệ có ảnh
hƣởng lớn đến năng suất, độ chính xác gia công khi sử dụng đã qua sử dụng.
 Mô hình hoá quan hệ giữa các thông số công nghệ với các hàm
mục tiêu nói trên.
 So sánh năng suất, chất lƣợng giữa dây mới và dây đã qua sử dụng.
 Thí nghiệm, đánh giá gia công bằng dây đã qua sử dụng.
0.4. Kết quả chính đã đạt đƣợc
Đề tài đã tiến hành các thí nghiệm sàng lọc để tìm ra bộ thông có ảnh
hƣởng lớn nhất đến chất lƣợng đầu ra của sản phẩm. Các bộ thí nghiệm so
sánh đối chứng đã đƣợc thiết kế và tiến hành thực hiện trên hai bộ mẫu sản

phẩm có biên dạng cắt phức hợp. Các dữ liệu thí nghiệm đã đƣợc thu thập
và phân tích so sánh bằng phép đánh giá t-test. Thông số công nghệ tối ƣu
12Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
4
cho dây cắt đã qua sử dụng 1 lần đã đƣợc tối ƣu hóa bằng thực nghiệm.
Dƣới đây là các thành tựu chính mà nghiên cứu này đạt đƣợc:
♦ Nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm sàng lọc để tìm ra bộ
thông số có ảnh hƣởng lớn nhất đến sản phẩm chất lƣợng đầu ra là: Tốc độ
cuốn dây (Vd), thời gian ngắt xung (Toff) và hiệu điện thế phóng điện (U).
♦ Xác định các thông số gia công hợp lý cho một máy cắt dây thực tế
đƣợc xác định thông qua các thí nghiệm Box-Behnken.
♦ Độ chính xác kích thƣớc, nhám bề mặt và năng suất khi cắt bằng
dây đã qua sử dụng đƣợc phân tích và so sánh với các thông số tƣơng ứng
của sản phẩm cắt bằng dây mới thông qua kiểm nghiệm t (2 sample t-test).
♦ Các kết quả nghiên cứu đã đƣợc công bố trên hội nghị khoa học
công nghệ toàn quốc về cơ khí lần thứ III.
0.5. Cấu trúc luận văn
Luận văn đƣợc chia thành 4 chƣơng với các nội dung chính nhƣ sau.
Chương 1 trình bày tổng quan các nghiên cứu tƣơng tự gần đây và
cũng đƣợc giới thiệu tóm tắt nhằm nêu bật các kết quả đóng góp mới. Đồng
thời trình bày các thông số cơ bản trên máy cắt dây mà ta nghiên cứu.
Đối với mỗi loại máy cắt dây chúng ta đều phải nghiên cứu và tìm ra
bộ thông số tối ƣu nhất để phù hợp với máy đó do vậy trong chương 2 tác
giả đã thiết kế và triển khai các thí nghiệm, đồng thời sử dụng các thiết bị
thí nghiệm để khảo sát, đo nhám, thời gian, kích thƣớc…
Trong chương 3 trình bày các kết quả đã đạt đƣợc, đánh giá và so sánh về
nhám bề mặt, kích thƣớc, thời gian cắt đối với dây đã qua sử dụng và dây mới.
Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo đƣợc trình bày trong

chương 4.
13Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
5
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT DÂY

1.1. Tổng quan tài liệu
Phƣơng pháp WEDM đƣợc ứng dụng rộng rãi trong gia công. Để
phƣơng phƣơng pháp gia công này đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao, thì
ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến chất lƣợng, hình dáng hình học
của chi tiết gia công sẽ đƣợc các tác giả trình bày rõ những vấn đề nghiên
cứu dƣới đây.
Chana Raksiri, Pornchai Chatchaikulsiri (2010) đề cập đến ảnh
hƣởng điện áp servo, tốc độ dich chuyển điện cực SF đến sai số độ dày khi
gia công trên máy cắt dây. Từ kết quả hai thí nghiệm, sai số độ dày cắt
đƣợc cải thiện và phụ thuộc vào sự thay đổi điện áp servo.Với giá trị servo
điện áp càng nhỏ, sai số độ dày cắt càng bé. Ở nghiên cứu này, điện áp
servo không thể thiết lập dƣới 36 V [1].


Hình 1.1. Chi tiết cắt dạng bậc thang bằng máy cắt dây EDM

Bài báo tác giả J.A. Sanchez, J.L. Rodil, A. Herrero, L.N. Lopez de
Lacalle, A. Lamikiz (2006) đánh giá ảnh hƣởng của tốc độ cắt đến đến độ
chính xác của biên dạng góc khi cắt trên máy cắt dây. Các thí nghiệm đã
đƣa ra đƣợc tốc độ cắt có ảnh hƣởng lớn đến độ dày và góc của vật liệu gia
14Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM

Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
6
công. Kết quả cho thấy khi cắt góc sẽ xảy ra lỗi tạo ra bán kính r ở tại góc
cần cắt [2] .

Hình 1.2. Lỗi xảy ra khi cắt góc, hình ảnh lỗi ở góc 45
0

Trong gia công cơ khí truyền thống nói chung, có rất nhiều nguyên
nhân gây ra sai số nhƣ dao, hệ thống công nghệ, đồ gá… Ở gia công EDM
cũng nghiên cứu đến những nguyên nhân gây ra sai số. S. Sarkar, M. Sekh,
S. Mitra, B. Bhattacharyya (2011) đã nghiên cứu đến ảnh hƣởng lực căng
dây đến chất lƣợng và độ chính xác hình học của chi tiết khi gia công trên
máy cắt dây. Bài báo này cho thấy lực căng dây ảnh hƣởng rất lớn đến độ
chính xác kích thƣớc, từ đó cho phép xác định lực căng phù hợp để giảm
thiểu sai số kích thƣớc là nhỏ nhất [3].

Hình 1.3. Ảnh hưởng của lực căng dây đến độ chính xác kích thước
15Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
7
Nhám bề mặt cũng là mục tiêu nhận đƣợc sự quan tâm lớn. Mustafa
I˙lhan Go¨kler, Alp Mithat Ozano¨ zgu (2000) [11] đã đề cập đến ảnh
hƣởng của điện áp servo, cƣờng độ dòng điện Ie, thời gian phóng điện Ton,
tốc độ tiến dây đến nhám bề mặt của chi tiết khi gia công trên máy cắt dây.
Các thí nghiệm đã nghiên cứu các thông số công nghệ về độ nhám bề mặt
trong quá trình WEDM đối với các vật liệu 1040, 2379 và 2738 và đã thu
đƣợc kết quả tốt nhất, có đƣợc các giá trị độ nhám bề mặt theo yêu cầu cho
các sản phẩm. Các kết quả thử nghiệm có thể đƣợc sử dụng trong ngành

công nghiệp để lựa chọn các thông số thích hợp, và đạt đƣợc kết quả cao.
Việc gia công các mặt côn thƣờng gặp phải các sai số bề mặt, nhất là
sai số góc côn cắt ở trên các loại dụng cụ cắt. Do vậy bài báo này đƣợc tác
giả J.A. Sanchez, S. Plaza, N. Ortega, M. Marcos, J. Albizuri (2008) trình
bày một cách tiếp cận mới để dự đoán sai số góc khi gia công bề mặt côn
bằng phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện. Bài báo đã sử dụng kỹ
thuật thiết kế thí nghiệm ( DOE) để phân tích một cách hệ thống các ảnh
hƣởng của thông số quá trình cắt nhƣ các thông số về điện, các thông số về
đặc tính của dây đến sai số góc côn gia công. Các kết quả phân tích cho
thấy, ảnh hƣởng của các ứng xử cơ học của dây đến sai số góc côn mạnh
hơn các ảnh hƣởng của chế độ gia công EDM. Cả kết quả cũng nhƣ độ
chính xác của kỹ thuật DOE và mô phỏng FEM đã đƣợc nhận định thông
qua các thực nghiệm bằng việc cắt dây các loạt chi tiết với chiều dày và góc
côn khác nhau trong các điều kiện sản xuất cụ thể. Từ các kết quả mô
phỏng và các thống kê kết quả thực tế từ các thí nghiệm, có thể khẳng định
rằng, khi sử dụng các mô hình này, dung sai độ chính xác của góc côn của
bề mặt côn gia công bằng WEDM có thể giảm xuống dƣới 4 phút [15].
16Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
8


Hình 1.4. Biến dạng của dây khi cắt côn do độ cứng dây, lực và mô men tác dụng lên dây

Mu-Tian Yan, Pin-Hsum Huang (2004) [16] nghiên cứu hệ thống
điều khiển chu trình kín lực căng dây cho một máy cắt dây đƣợc trình bày
để nâng cao độ chính xác gia công. Mô hình động lực học của hệ thông
điều khiển cấp dây và điều khiển tạo lực căng đƣợc lấy để phân tích và thiết
kế hệ thống điều khiển. Bộ điều khiển PI và bộ điều khiển thích nghi

“trƣớc một bƣớc” đƣợc sử dụng để nghiên cứu quá trình hoạt động của
hệ thống điều khiển chu trình kín lực căng dây. Để giảm sự rung động
của dây trong quá trình cấp, Bộ phận giảm chấn động đƣợc thêm vào
con lăn nồng không của cơ cấu truyền dẫn dây. Kết quả của thí nghiệm
không những chỉ ra rằng sự phát triển hệ thống điều khiển với bộ giảm
chấn động có thể đạt đƣợc sự đáp ứng nhanh và những lỗi về ổn định
nhỏ hơn đối với hệ thổng điều khiển mở, chúng còn chỉ ra rằng lỗi tạo
hình biên dạng của các đƣờng cắt góc giảm hơn khoảng 50% và độ
thẳng đứng của phôi đƣợc cải thiện đáng kể [16].
17Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
9

Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống dây di chuyển Hình 1.6. Lỗi bên trong và
với động cơ điện một chiều bên ngoài trong việc cắt góc

Các vấn đề gặp phải khi cắt với WEDM là đứt dây hay sự bất ổn
định khi cắt. Đây là những yếu tố chính làm giảm năng suất khi cắt với
WEDM. Với kết quả thí nghiệm sẽ cho phép giảm khả năng đứt dây và
sự thiếu ổn định trong khi cắt. Tuy nhiên, tốc độ cắt cũng bị giảm đáng
kể (Liao et al, 2002) [17].
1.2. Các thông số cơ bản trên máy cắt dây
1.2.1. Điện áp đánh tia lửa điện U
Đây là điện áp cần thiết để có thể dẫn đến phóng tia lửa điện, điện áp
đánh lửa U càng lớn thì phóng điện càng nhanh và khe hở phóng điện càng lớn.
1.2.2 Độ kéo dài xung T
on
(on time)
Thời gian kéo dài xung cũng ảnh hƣởng lớn đến năng suất và chất

lƣợng bề mặt gia công. Lƣợng hớt vật liệu tăng lên khi độ kéo dài xung
tăng, nhƣng đến một mức độ nào đó rồi sẽ giảm cho dù độ kéo dài xung
vẫn tăng và kéo theo nó nhám bề mặt sẽ tăng lên.
1.2.3. Thời gian ngừng phóng điện ( Toff)
Đây là thông số có ảnh hƣởng không nhỏ đến năng suất, chất lƣợng
bề mặt cũng nhƣ độ chính xác kích thƣớc. Khi khoảng cách xung càng lớn
thì lƣợng hớt vật liệu phôi càng nhỏ và ngƣợc lại. Tuy nhiên, nếu khoảng
cách xung phải đủ lớn để dung dịch chất điện môi có đủ thời gian thôi ion
18Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
10
hóa và dòng chảy điện môi có đủ thời gian vận chuyển hết phoi ra khỏi
vùng gia công cũng nhƣ làm nguội bề mặt gia công.
1.2.4. Tốc độ cuốn dây (Vd)
Đây là thông số có ảnh hƣởng đến năng suất, chất lƣợng bề mặt cũng
nhƣ độ chính xác kích thƣớc.Tốc độ cuốn càng nhanh thì chất lƣợng bề mặt
càng tốt, năng suất cao nhƣng dẫn đến tổn hao nhiều dây cắt dẫn đến giá
thành tăng và tốc độ cuốn dây chậm thì ngƣợc lại.
1.2.5. Thông số lực căng dây (WT)
Thông số này có ảnh hƣởng rất nhiều đến độ chính xác gia công, nếu
lực căng dây không đủ thì sẽ dẫn đến sai số về hình dáng hình học, sai số
về góc…và năng suất cắt sẽ giảm, nếu lực căng dây lớn quá sẽ gây đứt dây
cắt trong quá trình gia công.
1.2.6. Áp lực nước (WL)
Trong quá trình gia công thì thông số này đóng vai trò thổi nƣớc vào
quá trình gia công để thổi phoi ra tại vùng cắt và giúp làm mát trong quá
trình gia công.
1.2.7. Thông số trợ giúp thời gian phóng điện (T
AN

)
Đây là tham số hỗ trợ thời gian phóng điện T
on
giúp tăng hặc giảm
thời gian phóng điện.
1.2.8. Thông số trợ giúp thời gian ngừng phóng điện (T
AFF
)


Đây là tham số hỗ trợ thời gian ngừng phóng điện T
off
giúp tăng hặc
giảm thời gian ngừng phóng điện.
1.2.9. Khe hở phóng điện
Các yếu tố U
i
,I
e
,t
i
,t
o
chỉ ảnh hƣởng tới yếu tố phóng tia lửa điện,
còn với tia lửa điện nhƣ thế để bóc đi một lƣợng phôi là nhiều hay ít phụ
thuộc vào khe hở phóng điện. Vấn đề chính là làm sao để có duy trì đƣợc
khe hở tối ƣu đó. Việc đó đƣợc thực hiện bằng sự điều khiển khe hở
phóng điện.
19Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM

Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
11
Để đo đƣợc khe hở phóng điện ngƣời ta thực hiện việc đo điện áp phóng
điện U
e
. Nếu U
e
càng tăng thì khe hở phóng điện càng tăng và ngƣợc lại.
Điện áp khe hở (U
e
) và khe hở phóng điện. Để duy trì một chiều rộng
khe hở phóng điện là hằng số thì điện áp khe hở giữa điện cực và phôi cần
phải đƣợc điều chỉnh.
Hệ điều chỉnh đƣợc cài đặt sẵn để biết chính xác điện áp khe hở nào
ứng với khe hở rộng bao nhiêu. Vì vậy với việc điều chỉnh điện áp khe hở
cũng nhƣ đo đƣợc chính xác điện áp khe hở thì hệ điều khiển chỉ cần so sánh
số liệu đo đƣợc với một giá trị chuẩn và điều chỉnh điện áp khe hở cho phù
hợp để có đƣợc khe hở phóng điện là không đổi.
Khi vận hành máy các thông số U
i
,I
e
, t
i
, t
0
, đã đƣợc lựa chọn phù hợp
với nhu cầu gia công. Hệ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh khe hở để phù hợp
với bƣớc của dòng điện và U
z

, đó là trên lý thuyết. Tuy nhiên trên thực tế gia
công các rãnh sâu cần có khe hở phóng điện lớn hơn lý thuyết một chút để các
phoi bị ăn mòn có thể bị thổi ra khỏi khe hở phóng điện do đó thƣờng khe hở
phóng điện này đƣợc đặt trƣớc khi gia công.

20Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
12
Chƣơng 2
THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI THÍ NGHIỆM

2.1. Thiết kế thí nghiệm
2.1.1. Các giả thiết của thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc xây dựng theo những giả thiết sau:
- Chất lƣợng chất dung môi và điều kiện dòng chảy chất điện môi trong
tất cả các thí nghiệm là nhƣ nhau.
- Tiết diện dây coi nhƣ không đổi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm.
- Nhiệt độ môi trƣờng gia công luôn luôn ổn định và bằng nhiệt độ trong
phòng gia công.
- Tổng hợp các nhiễu ảnh hƣởng tới độ chính xác kích thƣớc là ổn định
và không thay đổi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm.
2.1.2. Điều kiện thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm trƣờng Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp Thái nguyên, dƣới những điều kiện cố định sau:
2.1.3. Thiết bị thí nghiệm
Thiết bị để thực hiện thí nghiệm là máy cắt dây CW322S do hãng
CHMER EDM-CHING HUNG MECHINERY & ELECTRIC INDUSTRIAL
CO. LTD – TAIWAN sản xuất với những đặc tính nhƣ sau (Bảng 2.1):

Đặc tính kỹ thuật của máy
Giá trị
Chiều rộng bàn máy
530x320 mm
Kích thƣớc phôi lớn nhất
650x420x150
Khối lƣợng phôi lớn nhất
250 kg
Hành trình trục X
300 mm
Hành trình trục Y
200 mm
Góc côn cắt đƣợc lớn nhất
± 20
0
/80 mm
Đƣờng kính dây điện cực
0,1 ÷ 0,3 mm
Tốc độ lớn nhất của dây
300 mm/s
Hệ thống điều khiển trục
AC servo
Dòng điện lớn nhất
25 A
Các thông số về điện
3 pha, 220 V ± 10%, 13 kVA
Kích thƣớc toàn máy
2380x1855x1830
Khối lƣợng máy
1500 kg

Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của máy
21Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
13













Hình 2.1. Máy cắt dây CW322S
Trong đó:
1. Cụm điều chỉnh trên 7. Khóa trục Z
2. Cụm điều chỉnh dƣới 8. Điều chỉnh chuyển động trục Z
3. Block tạo lực căng dây 9. Bánh xe dẫn hƣớng trên
4. Cụm lô quấn dây 10. Giới hạn biên độ trên
5. Bộ phận dẫn động lô quấn dây 11. Giới hạn biên độ dƣới
6. Động cơ điều chỉnh bƣớc dây 12. Bánh xe dẫn hƣớng dƣới
2.1.4. Vật liệu gia công
Các mẫu thí nghiệm làm bằng thép 9CrSi đã tôi. Thép 9CrSi là loại
thép hợp kim dụng cụ hiện đƣợc sử dụng rất phổ biến. Trong trƣờng hợp làm
khuôn dập, khuôn ép, cối dập thuốc, dụng cụ cắt gọt … Nhờ tính tôi và thấm

tôi tốt nên sau khi tôi, thép 9CrSi có thể làm nguội trong dầu và dụng cụ sau
khi tôi ít bị cong vênh, biến dạng. Có sự phân bố cacbit đồng đều trên toàn
tiết diện, điều này cho phép sử dụng nó để chế tạo dụng cụ có kích thƣớc lớn,
11
5
12
6
7
8
9
10
2
3
4
1
22Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
14
các dụng cụ có profin không mài lại sau nhiệt luyện, các dụng cụ gia công ren
– đặc biệt là ren bƣớc nhỏ. Do sự tổ hợp hợp lý các nguyên tố hợp kim (chủ
yếu là silic, crom, mangan) và do sự phân bố đồng đều cacbit nên tính bền
nóng của nó tăng đến 250
0
.

Mác
vật
liệu
Thành phần hóa học (%)

C
Si
Mn
P≤
S≤
Cr≤
Mo≤
Ni≤
V≤
W≤
Nguyên tố
khác
9CrSi
0.85

0.95
1.2

1.6
0.3

0.6
0.03
0.03
0.95-1.25
0.2
0.35
0.15
0.2
Cu≤0.3;

Ti≤0.03
Bảng 2.2. Thành phần hóa học các nguyên tố
Mác
thép
Nhiệt độ
ủ (
0
C)
Độ cứng
sau ủ
(HB)
Tôi (
0
C)
Làm
nguội
Độ cứng
sau tôi
(HRC)
Ram
(
0
C)
Độ cứng
sau ram
(HRC)
9CrSi
790810
241197
850880

Dầu
6561
150200
6563
200300
6359
300400
5954
400500
5447
500600
4739
Bảng 2.3. Chế độ nhiệt luyện
- Kích thƣớc phôi Φ38 dày 23.8 (mm).
2.1.5. Thiết bị đo
♦ Kết quả thí nghiệm đƣợc hiển thị trên máy tính điều khiển máy cắt dây
CW322S nhƣ thời gian cắt, chiều dài cắt, bƣớc tiến dây.
♦ Kết quả đo kích thƣớc đƣợc đo trên máy đo tọa độ 3 chiều C544 do
Nhật Bản cung cấp, đây là máy đo đƣợc kích thƣớc có độ chính xác rất cao cỡ
0,1 μm. Máy sử dụng đầu đo MH20i và cảm biến chạm TP-20 do hãng
Renishaw – Anh Quốc sản xuất.

23Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
15

Hình 2.2. Máy đo tọa độ 3 chiều Beyond Crysta C544
Kiểu máy
Beyond Crysta C 544
Khoảng đo
Trục X
505mm
Trục Y
405mm
Trục Z
405mm
Độ phân giải
0.0001mm
Độ chính xác của máy ở nhiệt độ 20
0
C theo tiêu
chuẩn ISO 10360-2
MPE
E

= (2,2 + 4L/1000)µm
Phƣơng pháp dẫn hƣớng
Đệm khí trên mỗi trục
Tốc độ dịch chuyển cực đại khi chạy tự động

520mm/s
Tốc độ dịch chuyển cực đại khi chạy Joystick
80mm/s
Gia tốc đo lớn nhất

2.3m/s
2

Các yêu cầu liên quan đến
vật đo
Chiều cao lớn nhất
545mm
Khối lƣợng lớn
nhất
180Kg
Kích thƣớc bàn đặt phôi
Chiều dài
860mm
Chiều rộng
713mm
Vật liệu
Đá Granite có độ phẳng nhỏ
hơn 0,009mm
24Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM
Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn
16
Kích thƣớc máy
Chiều dài
1122mm

Chiều rộng
1082mm
Chiều cao
2185mm
Khối lƣợng máy

515Kg
Năng lƣợng cung cấp
Khí nén
Áp lực khí: 0,4Mpa
Lƣu lƣợng trung bình:50lít/phút
Điện áp
Một pha 220V/50Hz
Bảng 2.4. Tính năng kỹ thuật của máy đo CMM C544

 Đầu đo tay MH20I :
- Góc xoay trong mặt phẳng vuông góc với bàn máy 0  90
0

- Góc xoay trong mặt phẳng song song với bàn máy 0  ±180
0

- Trọng lƣợng đầu đo 210g
- Nhiệt độ làm việc cho phép 10  40
0
C
 Cảm biến chạm TP-20
- Hƣớng chạm của cảm biến 6 hƣớng
- Trọng lƣợng cảm biến 22g
- Lực chạm khi đo theo phƣơng ngang 0,08N

♦ Máy đo độ nhám SJ-201 của hãng Mitutoyo Trung tâm Thí nghiệm trƣờng
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp.

Hình 2.3. Máy đo nhám SJ-201 của hãng Mitutoyo
25Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên