- 1 -
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
- Nhu cầu dùng vật liệu cứng, vật liệu siêu cứng, vật liệu có độ
bền cao không ngừng tăng.
- Gia công những vật liệu này bằng phương pháp gia công cắt
gọt thông thường là rất khó.
- Một số hình thức gia công mới ra đời: gia công bằng siêu âm,
bằng tia nước…
- Gia công tia lửa điện có nhiều ưu điểm:
+ Năng suất cao
+ Chất lượng bề mặt tốt
+ Khả năng gia công không phụ thuộc vào độ cứng của vật
liệu.
- Cơ tính của thép gió: Độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt, độ
cứng nóng cao
Việc gia công thép gió bằng các phương pháp gia công truyền
thống gặp nhiều khó khăn.
- Khi gia công bằng phương pháp cắt dây tia lửa điện, chất
lượng gia công thay đổi nhiều so với các vật liệu khác khi
được gia công với cùng một phương pháp.
- Đề tài “Tối ưu hóa chế độ cắt của phương pháp gia công cắt
dây tia lửa điện - ứng dụng gia công lòng khuôn trên của bộ
khuôn dập sản phẩm vòng đệm hãm 7 cánh trên máy cắt dây
CW – 322S” được chọn với các mục đích:
+ Xác định chế độ công nghệ hợp lý
- 2 -
+ Tối ưu hóa chế độ công nghệ.
2. Đối tượng, mục đích và phương pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Ba thông số công nghệ của phương pháp gia công cắt dây tia lửa
điện: điện áp phóng tia lửa điện (U
e
), dòng phóng tia lửa điện (I
e
) và
tốc độ dịch chuyển của dây điện cực (v
d
). Hai thông số đầu ra là chất
lượng bề mặt và năng suất gia công.
2.2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế độ cắt của phương
pháp gia công cắt dây tia lửa điện.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài góp phần vào việc tối ưu hóa chế độ cắt khi gia công
trên máy cắt dây nói chung và gia công thép gió P18 trên máy cắt dây
CW-322S nói riêng
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
+ Đề tài giúp cho việc lựa chọn chế độ gia công khi gia công
thép gió trên máy cắt dây được hợp lý hơn, nâng cao hiệu quả khai
thác và sử dụng máy cắt dây.
+ Đạt được năng suất cao mà vẫn đảm bảo được độ chính xác
yêu cầu khi gia công thép gió trên máy cắt dây.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN
- 3 -
1.1. Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện
Gia công tia lửa điện là phương pháp gia công bằng cách
phóng điện ăn mòn trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được tạo ra
do sự phóng điện giữa hai điện cực [18].
1.1.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia
lửa điện
1.1.2. Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia
lửa điện.
1.2. Các phương pháp gia công tia lửa điện
1.2.1. Phương pháp gia công xung định hình
1.2.2. Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện
1.2.3. Các phương pháp khác
- Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM)
- Phủ bằng tia lửa điện (EDD)
- Gia công EDM trợ giúp của siêu âm (Ultrasonic Aided EDM)
- Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding- AEDG)
- Gia công xung định hình siêu nhỏ (MEDM)
- Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM)
1.3. Cơ sở của phương pháp gia công tia lửa điện
1.3.1. Bản chất vật lý
Pha I: Pha đánh lửa [18]
Pha II: Sự hình thành kênh phóng điện [18]
Pha III: Sự nóng chảy và bốc hơi vật liệu [18]
1.3.2. Cơ chế bóc tách vật liệu
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện
1.4.1. Các đặc tính về điện
- 4 -
- Điện áp đánh tia lửa điện U
z
(V)
- Thời gian trễ đánh lửa t
d
(µs)
- Điện áp phóng tia lửa điện U
e
(V)
- Dòng phóng tia lửa điện I
e
(A)
- Thời gian phóng tia lửa điện t
e
(µs)
- Độ kéo dài xung t
i
(µs)
1.4.2. Các yếu tố khác
- Tốc độ di chuyển của dây v
d
- Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực
1.5 Lượng hớt vật liệu khi gia công tia lửa điện
1.6 Chất lượng bề mặt
- Độ nhám bề mặt Ra.
- Vết nứt tế vi trên bề mặt.
- Các ảnh hưởng về nhiệt của lớp bề mặt.
1.6.1 Độ nhám bề mặt
1.6.2 Vết nứt tế vi và các ảnh hưởng về nhiệt
1.7 Độ chính xác tạo hình khi gia công tia lửa điện
1.8 Các hiện tượng xấu khi gia công tia lửa điện
1.8.1 Hồ quang
1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp
1.8.3 Xung mạch hở, không có dòng điện
1.8.4 Sự quá nhiệt của chất điện môi
1.9 Các yếu tố không điều khiển được
1.9.1 Nhiễu hệ thống
1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên
1.10 Dung dịch chất điện môi trong gia công tia lửa điện
- 5 -
1.10.1 Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi
1.10.2. Các loại chất điện môi
1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi
1.10.4 Các loại dòng chảy của chất điện môi
1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi
KẾT LUẬN CHƯƠNG I
- Phương pháp gia công tia lửa điện ra đời nhằm đáp ứng nhu
cầu cần sử dụng các vật liệu cứng, có cơ tính cao, độ bền mòn cao, các
vật liệu siêu cứng… Tuy nhiên việc gia công các vật liệu đó bằng các
phương pháp gia công truyền thống là rất khó khăn và đôi khi không
thực hiện được.
- Các thông số công nghệ được sử dụng trong gia công tia lửa
điện như: hiệu điện thế phóng tia lửa điện, dòng phóng tia lửa điện, tốc
độ di chuyển của điện cực, chất điện môi… có ảnh hưởng lớn và phức
tạp đến năng suất cắt và nhám bề mặt. Vì vậy cần tiến hành nghiên cứu
tìm ra ảnh hưởng của các yếu tố đó khi gia công ứng với mỗi loại vật
liệu, với mỗi máy gia công nhằm nâng cao hiệu quả trong việc khai
thác và sử dụng các thiết bị và đặc biệt là nâng cao năng suất và chất
lượng của quá trình gia công.
- 6 -
Chương 2
CHƯƠNG II
MÁY CẮT DÂY CW – 322S VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH
TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG
2.1 Cấu trúc của máy cắt dây CW – 322S
2.1.1 Công dụng của máy cắt dây CW – 322S
2.1.2. Ưu nhược điểm của phương pháp gia công cắt dây
tia lửa điện
2.1.2.1. Ưu điểm [16,18]
- Độ chính xác cao (có thể tới 1μm).
- Kết cấu máy đơn giản.
- Có khả năng tự động hóa quá trình gia công, đơn giản, dễ
vận hành.
2.1.2.2. Nhược điểm
- Đối với vật gia công có chiều dày lớn (>100mm) hoặc trong
trường hợp chất điện môi bị bẩn thì việc bơm chất điện môi vào vùng
gia công sẽ rất khó khăn.
- Khi dây cắt đã được sử dụng, nó sẽ bị mòn dẫn đến sai số
cho quá trình cắt, vì vậy không thể sử dụng được nhiều lần.
- Dây điện cực có kích thước nhỏ (từ 0,1 ÷ 0,3mm).
2.2. Độ chính xác khi gia công tia lửa điện trên máy cắt dây CW –
322S
- Sai số do kiểm nghiệm
- Sai số do biến dạng nhiệt của các chi tiết và các cụm của
thiết bị.
- 7 -
- Sai số do biến dạng dãn dài của chi tiết gia công và của bộ
phận đo lường bị nóng do gia công lâu.
2.3. Điện cực và vật liệu làm điện cực
2.3.1. Yêu cầu của vật liệu làm điện cực
- Dẫn điện tốt
- Có nhiệt độ nóng chảy cao
- Có độ giãn dài cao
- Có tính dẫn nhiệt tốt
2.3.2. Các loại dây điện cực
Đặc tính của dây điện cực bao gồm:
- Đường kính dây: Thường dùng loại dây có đường kính d =
0,1 ÷ 0,3mm.
- Vật liệu dây.
Đối với máy cắt dây CW – 322S, dây điện cực được sử dụng
là dây đồng, đường kính dây d = 0,1 ÷ 0,3mm, dây được sử dụng 1
lần.
2.4. Sự thoát phoi trong quá trình cắt dây
- Thổi chiều trục dưới áp lực (dòng chảy chiều trục)
- Dòng chảy tuần hoàn tự nhiên: sử dụng trong trường hợp
phôi được nhấn chìm trong chất điện môi.
2.5. Nhám bề mặt khi cắt dây trên máy cắt dây CW – 322S
2.6. Các thông số điều chỉnh trong quá trình gia công trên máy
cắt dây CW – 322S
2.6.1. Dòng phóng tia lửa điện I
e
- 8 -
Dòng phóng tia lửa điện I
e
có ảnh hưởng lớn nhất đến chất
lượng bề mặt và lượng hớt vật liệu (năng suất gia công). Dòng I
e
càng
mạnh thì lượng hớt vật liệu càng lớn và độ nhám bề mặt cũng càng lớn
(độ bóng càng nhỏ) [18].
Dòng phóng tia lửa điện I
e
trên máy cắt dây CW – 322S được
điều chỉnh trong khoảng
A101÷
[21].
2.6.2. Độ kéo dài xung t
i
Là khoảng thời gian giữa hai lần đóng của máy phát trong
cùng một chu kỳ phóng điện [18]. Độ kéo dài xung ảnh hưởng tới:
- Tốc độ bóc tách vật liệu (năng suất).
- Độ mòn điện cực.
- Độ nhám bề mặt gia công.
Độ kéo dài xung trên máy cắt dây CW – 322S được điều chỉnh trong
khoảng
s
µ
505÷
[21].
2.6.3. Khoảng cách xung t
0
Là khoảng thời gian giữa hai lần ngắt - đóng của máy phát
thuộc chu kỳ phóng điện kế tiếp nhau [18].
Người ta chọn khoảng cách xung theo nguyên tắc sau [18]:
- Chọn đúng tỷ lệ t
i
/t
0
.
- Chọn t
0
đủ nhỏ để có thể hớt được một lượng vật liệu phôi lớn.
- Chọn t
0
đủ lớn để tránh các lỗi của quá trình.
- 9 -
2.6.4. Điện áp đánh lửa U
z
Dùng điện áp đánh lửa U
z
để khởi đầu sự phóng tia lửa điện.
Cùng với bước của dòng điện, U
z
có ý nghĩa quyết định tới chiều rộng
khe hở phóng điện.
2.6.5. Khe hở phóng điện
2.6.6. Tốc độ dịch chuyển của dây điện cực
Tốc độ dịch chuyển của dây v
d
: Tốc độ di chuyển của dây v
d
là
vận tốc dây điện cực dịch chuyển dọc theo đường dẫn của dây, dây
được di chuyển liên tục [18]. Tốc độ di chuyển của dây điện cực trên
máy cắt dây CW -322S trong khoảng 1÷15 m/ph. Khi tốc độ lớn thì
quá trình gia công ổn định hơn, tốc độ cắt tăng nhẹ.
2.7. Lập trình gia công trên máy cắt dây CW – 322S
Lập trình gia công tia lửa điện trên máy cắt dây CW – 322S
cũng sử dụng ngôn ngữ ISO-CNC trên cơ sở các mã “G”. Trong
chương trình gia công trên máy cắt dây CW- 322S có thể tồn tại 2 loại
chương trình là chương trình chính (Main Program) và chương trình
con (Sub Program) [21].
Thường khi có những đoạn gia công được lặp đi lặp lại trong
chương trình chính thì sử dụng chương trình con sẽ đơn giản hóa và
rút gọn được chương trình gia công. Nếu trong chương trình chính có
lệnh “Execute Sub Program” thì chương trình sẽ tự động chuyên sang
chương trình con, ở cuối chương trình con thường có dòng lệnh
“Return to Main Program” để quay lại chương trình chính [18].
- 10 -
2.7.1. Các trục điều khiển và hệ tọa độ của máy cắt dây CW-
322S
Máy cắt dây CW – 322S sử dụng cấu hình trục X, Y, Z, U, V
[21].
- Trục X do bàn trượt phía trên mang đầu máy dịch chuyển
theo phương ngang, từ trái sang phải (chiều +X).
- Trục Y do bàn trượt phía dưới mang phôi dịch chuyển trong
phương nằm ngang, từ trước ra phía sau (chiều +Y).
- Trục Z do bộ dẫn dây phía trên dịch chuyển thẳng đứng từ
dưới lên (chiều +Z).
2.7.2. Các chức năng “G”
Chữ “G” trong các câu lệnh có 2 dạng (tùy theo giá trị của con
số phía sau mà có ý nghĩa ở dạng nào).
- Mã G chỉ có ý nghĩa trong 01 block.
- Mã G hình thức (modal): là mã được duy trì cho đến khi một
mã G khác trong cung nhóm được viết lệnh.
Trong mỗi block, khi kết thúc câu lệnh phải có dấu “;”.
2.7.3. Các chức năng “M”
Các chức năng M được viết lệnh với một chữ cái địa chỉ M
cùng với một giá trị bằng số có hai chữ số. Đó là những số cố định đã
được mã hóa, chúng mang một ý nghĩa nhất định được trình bày trong
bảng 2.2. Nếu lệnh mã M được cho cùng một block dịch chuyển thì nó
sẽ có tác dụng sau khi hoàn thành dịch chuyển bù đường kính dây
hoặc đang có phương thức cắt côn thì nó cho phép viết lệnh M với một
block đơn. Tuy nhiên, việc cho liên tiếp các lệnh mã M của nhiều hơn
2 block là không thể được.
- 11 -
2.7.4. Các phép copy dịch chuyển
2.7.5. Các lệnh cắt côn
KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Trong chương II, tác giả đi sâu vào tìm hiểu cấu trúc của máy
cắt dây CW – 322S và các thông số điều chỉnh trong quá trình gia
công. Năng suất gia công và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rất
nhiều vào các thông số này. Vì vậy cần tiến hành nghiên cứu và thiết
lập các mối quan hệ giữa các thông số đó với năng suất và chất lượng
của bề mặt gia công.
- 12 -
CHƯƠNG 3
TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT CỦA PHƯƠNG PHÁP CẮT DÂY
3.1. Tổng quan về tối ưu hóa và phương pháp bề mặt chỉ tiêu
3.1.1. Tổng quan về tối ưu hóa
a. Bài toán tối ưu tổng quát
b. Bài toán quy hoạch tuyến tính (QHTT)
c. Bài toán vận tải
d. Bài toán cái túi
3.1.2. Phương pháp bề mặt chỉ tiêu (Response Surface
Methodology – RSM) [20]
Nội dung chính của RSM là sử dụng một chuỗi thí nghiệm
được thiết kế với các mục đích sau:
- Chỉ ra tập giá trị đầu vào (điều kiện vận hành, thực thi) sao cho
tạo ra ứng xử của đối tượng nghiên cứu là tốt nhất.
- Tìm kiếm các giá trị biến đầu vào nhằm đạt được các yêu cầu cụ
thể về ứng xử của đối tượng nghiên cứu.
- Xác định điều kiện vận hành mới đảm bảo cải thiện chất lượng
hoạt động của đối tượng so với tình trạng cũ.
- Mô tả hóa quan hệ giữa các biến đầu vào với ứng xử của đối
tượng nghiên cứu, dùng làm cơ sở để dự đoán hay điều khiển quá trình
hay hệ thống.
Ưu điểm: Phương pháp bề mặt chỉ tiêu rất hữu ích trong việc
phát triển, nâng cao hiệu quả và tối ưu hóa quá trình sản xuất. Nó cũng
có các ứng dụng quan trọng trong việc thiết kế và phát triển các sản
phẩm mới cũng như cải thiện các sản phẩm hiện có.
- 13 -
Với những ưu điểm của phương pháp bề mặt chỉ tiêu, tác
giả sẽ sử dụng phương pháp này để tối ưu hóa thông số công nghệ
trong gia công cắt dây tia lửa điện thép gió P18.
Nội dung của phương pháp:
Bước 1: Thí nghiệm khởi đầu
Bước 2: Leo dốc tìm vùng cực trị
Bước 3: Thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu
3.2. Tối ưu hóa chế độ cắt của phương pháp cắt dây tia lửa điện
3.2.1. Mô hình bài toán tối ưu hóa chế độ cắt của phương pháp cắt
dây tia lửa điện
Hình 3.14: Mô hình hóa quá trình gia công cắt dây tia lửa điện.
Thông số đầu vào: máy, dây điện cực, phôi, yêu cầu kỹ thuật
của chi tiết, các thông số công nghệ U
e
, I
e
, v
d
…
Đầu ra: Năng suất gia công đạt cao nhất.
3.2.2. Các giả thiết và điều kiện thí nghiệm
Các giả thiết
Điều kiện thực hiện thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm: Máy cắt dây CW – 322S tại trung tâm thí
nghiệm của trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp.
- 14 -
Vật liệu gia công: Thép gió P18.
Các dụng cụ đo kiểm
3.2.3. Ứng dụng phương pháp RSM tối ưu hóa chế độ cắt khi
gia công lòng khuôn trên của bộ khuôn dập sản phẩm vòng đệm
hãm 7 cánh trên máy cắt dây CW – 322S
3.2.3.1. Các thông số đầu vào của thí nghiệm
Nhóm thí nghiệm này được thiết kế với 3 thông số có ảnh
hưởng tới lượng hớt vật liệu và nhám bề mặt đó là: điện áp phóng tia
lửa điện U
e
, dòng phóng tia lửa điện I
e
, tốc độ di chuyển của dây v
d
.
- 15 -
Bảng 3.6: Phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm
Mức
Biến
Thấp
nhất
Trung
bình
Cao nhất
Biến mã hóa (x
i
)
-1
0
+1
Điện áp phóng tia lửa điện U
e
40
50
60
Dòng phóng tia lửa điện I
e
2
3
4
Tốc độ di chuyển của dây v
d
1
2
3
Hàm mục tiêu của của quá trình tối ưu hóa:
Hàm mục tiêu để thực hiện quá trình tối ưu là quan hệ giữa
lượng hớt vật liệu với các thông số U
e
, I
e,
v
d
có dạng sau:
)/(18),,(
3
phmmvIUfMRR
deeMRR
≥=
(*)
Với:
≤=
≤≤
≤≤
≤≤
mvIUfR
phmv
AIA
VUV
deeRaa
d
e
e
µ
5,2),,(
/31
42
6040
(**)
Với (*) là hàm mục tiêu, (**) là miền ràng buộc.
3.2.3.2. Ảnh hưởng của các thông số gia công đến lượng hớt
vật liệu
Tác giả sử dụng thiết kế hỗn hợp tâm xoay (CCD) cho đề tài.
• Thực hiện thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu:
Tính bằng tay:
- 16 -
Bảng 3.7: Ma trận quy hoạch thực nghiệm phương án CCD với 3 yếu tố.
STT x
0
x
1
x
2
x
3
x
1
x
2
x
1
x
3
x
2
x
3
2
1
x
2
2
x
2
3
x
t
Vc Y
1
1
-1
-1
-1
1
1
1
1
1
1
38,6
4,5
18,05
2
1
1
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
29,9
5,8
23,36
3 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 43,4 4 16,05
4 1 1 1 -1 1 -1 -1 1 1 1 32,8 5,3 21,36
5
1
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
1
39,5
4,4
17,63
6
1
1
-1
1
-1
1
-1
1
1
1
30,5
5,7
22,95
7 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 44,5 3,9 15,63
8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 33,4 5,2 20,95
9
1
-1,682
0
0
0
0
0
2,828
0
0
44,5
3,9
15,71
10
1
1,682
0
0
0
0
0
2,828
0
0
28,5
6,1
24,65
11 1 0 -1,682 0 0 0 0 0 2,828 0 32,1 5,4 21,7
12 1 0 1,682 0 0 0 0 0 2,828 0 37,7 4,6 18,34
13
1
0
0
-1,682
0
0
0
0
0
2,828
38,6
4,5
18,01
14
1
0
0
1,682
0
0
0
0
0
2,828
39,5
4,4
17,68
15 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38,6 4,5 18,05
16 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38,6 4,5 18,03
17
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
38,6
4,5
18
18
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
38,6
4,5
18,23
19 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38,6 4,5 18,02
20 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38,6 4,5 18,03
Y là giá trị của hàm mục tiêu MRR khi các biến khảo sát ở dạng mã hóa.
- 17 -
Thiết kế thí nghiệm bằng máy tính:
Bảng 3.8: Kế hoạch thí nghiệm tối ưu hóa lượng hớt vật liệu
theo U
e
, I
e,
v
d
StdOrder
RunOrder
PtType
Blocks
Ue
Ie
vd
1 1 12 1 1 -1 -1 -1
2 2 3 1 1 +1 -1 -1
3
3
11
1
1
-1
+1
-1
4
4
1
1
1
+1
+1
-1
5 5 5 1 1 -1 -1 +1
6 6 16 1 1 +1 -1 +1
7
7
4
1
1
-1
+1
+1
8
8
18
1
1
+1
+1
+1
9 9 6 -1 1 -1,682 0 0
10 10 9 -1 1 +1,682 0 0
11
11
8
-1
1
0
-1,682
0
12
12
13
-1
1
0
+1,682
0
13 13 14 -1 1 0 0 -1,682
14 14 19 -1 1 0 0 +1,682
15
15
15
0
1
0
0
0
16
16
2
0
1
0
0
0
17 17 7 0 1 0 0 0
18 18 17 0 1 0 0 0
19
19
20
0
1
0
0
0
20
20
10
0
1
0
0
0
- 18 -
Bảng 3.9. Ma trận thí nghiệm và kết quả thí nghiệm lượng hớt vật liệu MRR
StdOrder
RunOrder
PtType
Blocks
Ue
Ie
vd
MRR
1 1 12 1 1 -1 -1 -1 18,05
2 2 3 1 1 1 -1 -1 23,36
3
3
11
1
1
-1
1
-1
16,05
4
4
1
1
1
1
1
-1
21,36
5 5 5 1 1 -1 -1 1 17,63
6 6 16 1 1 1 -1 1 22,95
7
7
4
1
1
-1
1
1
15,63
8
8
18
1
1
1
1
1
20,95
9 9 6 -1 1 -1,682 0 0 15,71
10 10 9 -1 1 1,682 0 0 24,65
11
11
8
-1
1
0
-1,682
0
21,70
12
12
13
-1
1
0
1,682
0
18,34
13 13 14 -1 1 0 0 -1,682 18,01
14 14 19 -1 1 0 0 1,682 17,68
15
15
15
0
1
0
0
0
18,05
16
16
2
0
1
0
0
0
18,03
17 17 7 0 1 0 0 0 18,00
18 18 17 0 1 0 0 0 18,23
19
19
20
0
1
0
0
0
18,02
20
20
10
0
1
0
0
0
18,03
• Phân tích kết quả thí nghiệm:
Tính bằng tay:
Các hệ số của phương trình hồi quy:
1111,18
0
=b
6541,2
1
=b
9982,0
2
−=b
1629,0
3
−=b
7637,0
11
=b
7068,0
22
=b
0617,0
33
−=b
0000,0
12
=b
0000,0
13
=b
0000,0
23
=b
Đánh giá tính có nghĩa của các hệ số hồi quy:
t
0
=14947,87
t
1
=4995,32
t
2
=1878,73
t
3
=306,53
t
12
=0,00
t
13
=0,00
t
23
=0,00
t
11
=1511,85
- 19 -
t
22
=1399,21
t
33
=122,14
Tra bảng t
p
(f); p = 0,05; f = 5 được t
0,05
(5) = 2,57
57,2=⇒
bang
t
.
Các giá trị t
12
, t
13
, t
23
nhỏ hơn giá trị t
bang
, do đó loại các hệ số b
12
, b
13
,
b
23
ra khỏi phương trình hồi quy. Phương trình hồi quy còn lại có
dạng:
2
3
2
2
2
1321
0617,07068,07637,01629,09982,06541,21111,18 xxxxxxy −++−−+=
(3.33)
Kiểm định sự phù hợp của phương trình hồi quy với thực nghiệm
theo các công thức 3.25 và 3.26:
Giá trị tính được của chuẩn F bằng:
18,2=
t
F
Tra bảng được F
bang
=4,74.
Có F
t
< F
bang
nên phương trình hồi quy tìm được mô tả đúng với thực
nghiệm.
Chuyển phương trình từ dạng mã hóa sang dạng tọa độ thực:
)/(0617,07068,0007637,00839,02390,54983,03679,33
3222
phmmvIUvIUMRR
deedee
−+++−−=
(3.34)
Tính bằng máy:
)/(0610,07079,00076,00819,02472,54988,03329,33
3222
phmmvIUvIUMRR
deedee
−+++−−=
Từ mối quan hệ giữa lượng hớt vật liệu MRR với các thông số
U
e
, I
e,
v
d
nhận thấy ảnh hưởng của I
e
là nhiều nhất, U
e
ảnh hưởng ít
hơn, còn v
d
hầu như không ảnh hưởng đến lượng hớt vật liệu MRR.
• Đồ thị bề mặt chỉ tiêu:
- 20 -
Hình 3.20. Đồ thị quan hệ lượng hớt vật liệu phụ thuộc I
e
và U
e
khi v
d
=2 m/ph.
Hình 3.21. Đồ thị đường mức lượng hớt vật liệu phụ thuộc U
e
và I
e
khi v
d
= 2 m/ph.
• Tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR với miền ràng buộc là
(**)
- 21 -
Đưa bài toán về dạng chuẩn của Harrington:
−≥−
≥
5,2),,(
18),,(
deeRa
deeMRR
vIUf
vIUf
(***) Với:
≤≤
≤≤
≤≤
phmv
AIA
VUV
d
e
e
/31
42
6040
(****)
Bảng 3.11: Kết quả thí nghiệm
STT
x
1
x
2
x
3
U
e
I
e
v
d
y
MRR
y
Ra
1
-1
-1
-1
40
2
1
18,05
2,06
2
1
-1
-1
60
2
1
23,36
2,89
3
-1
1
-1
40
4
1
16,05
2,76
4 1 1 -1 60 4 1 21,36 3,59
5
-1
-1
1
40
2
3
17,63
1,63
6
1
-1
1
60
2
3
22,95
2,46
7
-1
1
1
40
4
3
15,63
2,33
8 1 1 1 60 4 3 20,95 3,16
9
-1,682
0
0
33,182
3
2
15,71
2,50
10
1,682
0
0
66,818
3
2
24,65
3,90
11
0
-1,682
0
50
1,318
2
21,70
1,70
12 0 1,682 0 50 4,682 2 18,34 2,87
13
0
0
-1,682
50
3
0,318
18,01
2,65
14
0
0
1,682
50
3
3,682
17,68
1,92
15
0
0
0
50
3
2
18,05
2,29
16 0 0 0 50 3 2 18,03 2,27
17
0
0
0
50
3
2
18,00
2,29
18
0
0
0
50
3
2
18,23
2,29
19
0
0
0
50
3
2
18,02
2,29
20 0 0 0 50 3 2 18,03 2,29
2
3
2
2
2
1321
0617,07068,07637,01629,09982,06541,21111,18 xxxxxxy
MRR
−++−−+=
2
1321
2
1321
0,00323250,21480,350620,3292,20866
0,00323250,2148-0,350620,3292,20866
xxxxy
xxxxy
Ra
Ra
−+−−−=−⇒
+++=
−=
−
−
−
−
−=⇒
21,0
1
653,0
4200
8200,0
0633,0
0001,000
04390,20
006356,20
2
1
s
x
- 22 -
Tính giá trị của
i
λ
:
10000;41,0;04846,0
321
−=−=−=
λλλ
Các giá trị đặc trưng
i
λ
đều âm nên điểm cực trị là điểm cực đại.
Thay các giá trị này vào các phương trình hồi quy của lượng hớt vật
liệu và nhám bề mặt, được các giá trị tại điểm tối ưu:
9058,21=MRR
,
39,2=Ra
Vậy giá trị cực trị của lượng hớt vật liệu là MRR=21,5186 mm
3
/ph tại
)/(79,1);(2);(53,56 phmvAIVU
dee
===
Tính bằng máy:
Kết quả tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR với hàm ràng buộc là
Ra như trong hình 3.23.
Response Optimization
Parameters
Goal Lower Target Upper Weight Import
MRR Maximum 18,0 22,0 22,0 1 1
Ra Target 1,8 2,3 2,5 1 1
Starting Point
Ue = 40
Ie = 2
vd = 1
Global Solution
Ue = 56,5357
Ie = 2,0
vd = 1,7883
- 23 -
MRR = 21,8600 , desirability = 0,96500
Ra = 2,3926 , desirability = 0,98764
Composite Desirability = 0,97625
Hình 3.23: Kết quả tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR
Từ kết quả trên hình 3.23 nhận thấy giá trị lớn nhất của lượng
hớt vật liệu là 21,8600mm
3
/phút với mức độ kỳ vọng là 82,12%. Giá
trị và đồ thị tối ưu Optimization Plot như hình 3.24.
Hình 3.24: Một phần đồ thị tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR
Dừng quá trình tìm kiếm tối ưu tại đây và kết luận: tập thông
số tối ưu có các xác lập: U
e
=56,5357V, I
e
= 2,0 A, v
d
=1,7883 m/ph,
lượng hớt vật liệu MRR = 21,86 mm
3
/ph.
Đồ thị tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR theo chỉ tiêu độ
nhám bề mặt Ra được trình bày trên các hình 3.25.
- 24 -
Hình 3.25: Đồ thị tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR theo chỉ tiêu
nhám bề mặt Ra
Quan sát đồ thị trên hình 3.25, có thể lựa chọn các thông số cắt
để đồng thời đạt được chỉ tiêu về lượng hớt vật liệu và nhám bề mặt.
Khi đó, sẽ chọn thông số công nghệ tối ưu như sau: U
e
= 56,6 V, I
e
= 2
A, v
d
= 1,8 m/ph
- 25 -
KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Trong chương III, tác giả đã tập trung vào nghiên cứu ảnh
hưởng hưởng của U
e
, I
e
, v
d
đến lượng hớt vật liệu và độ nhám bề mặt
trong gia công dây cắt tia lửa điện khi gia công thép gió P18. Tất cả
các thí nghiệm thực hiện trong điều kiện sản xuất thực tế tại trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Thu được kết
quả như sau:
- Xây dựng được mô hình định tính của quá trình gia công
xuất phát từ các thông số đầu vào đến khi thực hiện và kết thúc quá
trình.
- Đã tiến hành thực nghiệm thành công và thu được kết quả
đảm bảo độ tin cậy.
- Đã tiến hành xác định được hàm mục tiêu theo 2 cách: tính
bằng tay và tính bằng máy tính.
- Đã ứng dụng kỹ thuật thiết kế và phân tích thí nghiệm RSM
cho bài toán tìm các thông số tối ưu. Sử dụng RSM cho phép tiến hành
số thí nghiệm ít hơn; thu được kết quả nhanh và chính xác hơn, có khả
năng tùy biến cao hơn.
- Đã xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ
(U
e
, I
e
, v
d
) đến lượng hớt vật liệu khi gia công thép gió P18 trên máy
cắt dây và cụ thể như sau:
)/(0610,07079,00076,00819,02472,54988,03329,33
3222
phútmmvIUvIUMRR
deedee
−+++−−=
- Đã tối ưu hóa lượng hớt vật liệu với ràng buộc là Ra và tìm
ra các thông số (U
e
, I
e
, v
d
) để đạt năng suất gia công MRR= 21,8600
mm
3
/ph: U
e
= 56,5357 V, I
e
=2 A, v
d
= 1,7883 m/ph
