Nghiên cứu các thông sổ ảnh hưởng đến khả năng làm sạch bavia bằng dòng hạt mài (AFM)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TÔN KIÊN QUẤY

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG
LÀM SẠCH BAVIA BẰNG DÒNG HẠT MÀI (AFM)
Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ Khí
Mã số: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ
••

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : .......................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1 : .......................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học yị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2 : .......................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngẩy 03 tháng 07 nằm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS.TS Trân Doãn Sơn ...................... Chủ tịch hội đông

2. TS.Phạm Hữu Lộc ...............................Phản biện 1
3. PGS.TS. Phạm Huy Hoàng ..................Phản biện 2
4. PGS.TS. Lê Văn Sỹ ............................Uỷ viên
5. TS. Trương Quốc Thanh ......................Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIÊM VU LUÂN VĂN THAC sĩ
•

a

a

a

Họ tên học viên: Tôn Kiên Quấy ..............................................MSHV: 1670298 ......
Ngày, tháng, năm sinh: 21/01/1986 ..........................................Nơi sinh: Tây Ninh..
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Khí ...............................................Mã số : 60.52.01.03

I. TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN cứu CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ
NĂNG LÀM SẠCH BA VIA BẰNG DÒNG HẠT MÀI (AFM) ..............................
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ...................................................................................
- Tổng quan về phương pháp gia công tinh bằng dòng hạt mài
- Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến khả năng làm sạch bavia
- Tiến hành thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số gia công đến việc
làm sạch bavia bằng phương pháp gia công dòng hạt mài
- Phân tích kết quả và kết luận
III. NGÀY GIAO NHIỆM vụ : 11/02/2019 ...................................................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/06/2019 .................................................
V.

CÁN Bộ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): .....................................

Tp. HCM, ngày. . . . thảng. . . . năm 20....
CÁN Bộ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM Bộ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA .......
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian làm việc khẩn trương, nghiêm túc tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với
đề tài: Nghiên cứu các thông sổ ảnh hưởng đến khả năng làm sạch bavia bằng dòng
hạt mài (AFM). Nhân dịp này tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới:
- TS. TÔN THIỆN PHƯƠNG là người hướng dẫn trực tiếp, đã dành nhiều thòi gian

truyền đạt phương pháp thực hiện đề tài và cung cấp các tài liệu khoa học
- Tập thể cán bộ, các thầy cô giáo khoa cơ khí trường Đại Học Bách Khoa TP HCM
đã góp ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài


TÓM TẮT
Đề tại này sẽ nghiên cứu thực nghiệm về phương pháp xử lý ba-via và đánh bóng
bề mặt gia công bằng phương pháp gia công bằng dòng hạt mài. Việc nghiên cứu sẽ giúp
phát triển đề tài theo hướng cải tiến các thông số kỹ thuật đầu vào như áp suất đùn, số chu
kỳ quá trình và tỉ lệ thể tích của dung dịch hạt mài để có thể lấy bavia và đạt được chất
lượng bề mặt gia công tốt hơn cho các sản phẩm. Nghiên cứu thực nghiệm sẽ được thực
hiện trong các hệ thống lỗ giao nhau và các lỗ có biên dạng phức tạp. Các thông số đầu
vào sẽ được thay đổi trong các thí nghiệm và các kết quả thu được của sản phẩm sẽ được
so sánh, kiểm tra. Dùng các phép toán quy hoạch thực nghiệm để đánh giá các thông số
kỹ thuật đầu vào ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm sau gia công. Sản phẩm được
gia công bằng cách thực hiện tất cả các sắp xếp có thể có của các tham số này trên 2 mức,
kết quả là có tổng số 8sản phẩm sẽ được gia công để tìm giá trị tối ưu của các tham số.
Cuối cùng, kết quả đã được xác minh bằng phương pháp thực nghiệm toàn phần để tìm
giá trị tối ưu của các tham số.Đe tài hướng đến nghiên cứu để rút ra kinh nghiệm và cung
cấp tài liệu chính xác cho các nhóm nghiên cứu sau trong việc lựa chọn các thông số cho
chế độ gia công được tối ưu hơn.

ABSTRACT
This project will study experimental the processing of burr and surface polishing by
abrasive flow machining. The research will help to develop the project in the direction of
improving the input specifications such as extrusion pressure, number of process cycles
and volume ratio of abrasive granules so that burr can be taken and quality surface of
products achieved better machining. Experimental research will be carried out in
intersecting hole systems and holes with complex profiles. The input parameters will be
changed in the experiments and the results will be compared and tested. Use experimental

research method to evaluate the input specifications affecting the quality of the product
after machining. Product were machined by making all possible arrangements of these
parameters on 2 levels which resulted into total of 8 products which were machined to
find the optimum value of parameters. Finally the results were verified using Full factorial
method to find the optimum value of parameters. The project aims to research to draw
experience and provide accurate materials for the following research groups in selecting
the parameters for the more optimal processing mode.


LỜI CAM ĐOAN
“Tôi cam kết rằng, những nội dung trong luận văn đều do tôi tự tìm hiểu, tham khảo và
trích dẫn từ các bài báo khoa học, các công trình nghiên cứu đã được công nhận và sách
của các tác giả đáng tin cậy. Các công việc trình bày luận văn và một số công việc thực
nghiệm đều do chính tôi thực hiện suốt quá trình làm luận văn và không có phần nội dung
nào trong luận văn được nộp trước đây. Một lần nữa tôi xin cam đoan những đều tôi nêu
trên là đúng với sự thật”


MỤC LỤC
Trang
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC sĩ ............................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................iii
TÓM TẮT ...................................................................................................................... iv
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... V
MỤC LỤC ...................................................................................................................... vi
DANH SÁCH HÌNH VẼ ............................................................................................. viii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .......................................................................................... X
CHƯƠNG I: TỒNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1 Giói thiệu phương pháp gia công tinh bằng dòng hạt mài (Abrasive flow machining AFM) ........................................................................................................................ 1
1.2 ..................................................................................................................... Các

dạng máy gia công tinh bằng dòng hạt mài .................................................................. 2
1.3 Các phương pháp gia công mở rộng có ứng dụng phương pháp gia công bằng dòng
hạt mài ...................................................................................................................... 3
1.4 Các nghiên cứu về phương pháp gia công bằng dòng hạt mài (AFM) ................. 6
CHƯƠNG II: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU .............................................................................................................................. 26
2.1 Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................. 26
2.2 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 26
2.3 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 27
2.4 Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài ...................................................... 28
CHƯƠNG III: Cơ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ......................................................... 36
3.1

Tính áp lực cắt và lực tác dụng .......................................................................... 36

3.2

Các thông số đầu vào của phương pháp gia công bằng dòng hạt mài ............... 41

CHƯƠNG IV: NGHIÊN cứu THựC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC
THÔNG SỐ ĐÉN QUÁ TRÌNH GIA CÔNG DÒNG HẠT MÀI ................................... 46
4.1 Thiết kế máy gia công bằng dòng hạt mài .............................................................. 46


4.2
4.3
4.3

Mô hình thí nghiệm ............................................................................................ 50
Mô tả thí nghiệm ................................................................................................ 57

Bảng thí nghiệm ................................................................................................. 60

4.4

Kết quả thực nghiệm .......................................................................................... 62

4.5

Kiểm tra mô hình quy hoạch thực nghiệm toàn phần ....................................... 65

4.6

Kết quả thí nghiệm về kích thước vát mép ........................................................ 68

Kết luận
Tài liệu tham khảo


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Nguyên lý gia công bằng dòng hạt mài .........................................................1
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý gia công bằng dòng hạt mài ................................................2
Hình 1.3 : Cơ chế bóc vật liệu của gia công bằng dòng hạt mài ...................................2
Hình 1.4 : Các loại máy gia công bằng dòng hạt mài ....................................................3
Hình 1.5 : Các phương pháp gia công dòng hạt mài mở rộng .......................................4
Hình 1.6: Các phương pháp gia công dòng hạt mài mở rộng ........................................5
Hình 1.7: Các phương pháp gia công dòng hạt mài mở rộng ......................................... 6
Hình 1.8: Phương pháp gia công dòng hạt mài có từ tính .............................................. 9
Hình 1.9: (a) Giản đồ và (b) mô hình thật của phương pháp gia công hỗn họp hoá học và
hạt mài............................................................................................................................11
Hình 1.10: Hình dạng hạt mài trong gia công ...............................................................13

Hình 1.11: Dung dịch polymer p silicone trộn vói hạt mài .......................................... 14
Hình 1.12: Dung dịch polymer A silicone trộn vói hạt mài ......................................... 15
Hình 1.13: Sơ đồ ứng suất .............................................................................................18
Hình 1.14: Mô hình Maxwell độ nhớt [2] .................................................................. 18
Hình 1.15: Nguyên lý AFM vói trục di chuyển và quay .............................................. 23
Hình 1.16: Sơ đồ gia công dòng hạt mài có sự hỗ trợ của rung siêu âm ...................... 24
Hình 2.1: Chi tiết làm thí nghiệm ..................................................................................27
Hình 2.2: Dung dịch polymer và hạt mài được trộn lại vói nhau ..................................28
Hình 2.3: Miền giá trị các nhân tố ......................... .. ....................................................31
Hình 3.1: Sơ đồ độ sâu vết cắt của hạt mài hình cầu .................................................... 37
Hình 3.2: Phân tich góc cắt của hạt mài ....................................................................... 37
Hình 3.3: Độ sâu rãnh cắt do lực hướng tâm gây ra ......................................................39
Hình 3.4: Phân tích lực của hạt mài ...............................................................................40
Hình 3.5: Hình dạng hạt mài trong gia công .................................................................42
Hình 4.1: Phát thảo kích thước hành trình và chiều cao bàn máy .................................46
Hình 4.2: Sơ đồ phân tích lực kết cấu máy ................................................................... 47
Hình 4.3: Xy lanh chứa dung dịch hạt mài ................................................................... 49
Hình 4.4 : Piston đẩy hạt mài ........................................................................................ 50
Hình 4.5 : Sơ đồ máy gia công dòng hạt mài ............................................................... 50
Hình 4.6: Mặt trước của máy làm sạch bavia bằng dung dịch hạt mài .........................51
Hình 4.7: Kết cấu máy thí nghiệm .................................................................................52
Hình 4.8: Mô hình chi tiết máy thí nghiệm .................................................................. 53
Hình 4.9 : Mô hình máy chuẩn bị gia công .................................................................. 53
Hình 4.10: Máy phaỵCNC VMC500 ...... ......................................................................54
Hình 4.11: Bản vẽ mẫu thí nghiệm ................................................................................55
Hình 4.12 : Mầu thí nghiệm khi cắt ra .......................................................................... 55
Hình 4.13 : Kính hiển vi điện tử Microscope ............................................................... 56
Hình 4.14: Máy đo độ nhám bề mặt SJ-210 ..................................................................56
Hình 4.15: Phôi nhôm ....................................................................................................57
Hình 4.16 : Gia công phôi nhôm trên máy ....................................................................58

Hình 4.17: Mẩu thí nghiệm khi chưa gia công ............................................................. 58
Hình 4.18: Mẩu thí nghiệm sau 10 lần gia công .......................................................... 59
Hình 4.19: Dùng kính hiển vi quan sát và chụp ảnh .................................................... 59
Hình 4.20: Đo độ nhám bề mặt lỗ ................................................................................ 59
Hình 4.21 : Ảnh chi tiết mẫu với 2 vị trí chụp ảnh........................................................ 68
Hình 4.22 : Điểm giao nhau của 2 lỗ khoan .................................................................. 68
Hình 4.23 : Điểm giao nhau giữa 2 lỗ khoan đã được gia công .................................... 69
Hình 4.24 : Hình ảnh chi tiết sau khi được gia công xem dưới kính hiển vi ................ 70
Hình 4.25 : Biểu đồ ảnh hưởng của các thông số đến độ dài cạnh vát mép ................. 73
Hình 4.26 : Tương tác của 2 nhân tố ảnh hưởng đến độ dài cạnh vát mép ................... 74
Hình 4.27 : Tương tác của 2 nhân tố ảnh hưởng đến độ dài cạnh vát mép được hiển thị
dưới dạng không gian .................................................................................................... 74


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: TNT vói 2 nhân tố .........................................................................................30
Bảng 2.2 : TNT vói 2 nhân tố dạng mã hoá ..................................................................30
Bảng 2.3 : Ma trận thực nghiệm ....................................................................................33
Bảng 2.4 : Ma trận thực nghiệm với tương tác bậc 2 ....................................................34
Bảng 4.1 : Các thông số lựa chọn trong nghiên cứu thực nghiệm ................................60
Bảng 4.2: Thực nghiệm nhân tố toàn phần với 3 nhân tố ............................................60
Bảng 4.3: Ket quả thực nghiệm với nhân tố tự nhiên ...................................................61
Bảng 4.4 : Nhân tố tự nhiên và nhân tố mã hoá ............................................................61
Bảng 4.5 : Ket quả thực nghiệm với nhân tố mã hoá ....................................................62
Bảng 4.6 : Các tham số (biến) ..................................................................................... 62
Bảng 4.7 : Khoảng biến thiên của các biến X1,X2,X3....................................................63
Bảng 4.8 : Bảng ma trận thực nghiệm mã hoá ..............................................................63
Bảng 4.9 : Ma trận thực nghiệm với nhân tố mã hoá ....................................................64

Bảng 4.10 : Ma trận M = XTX và các vế phải XTY ..................................................... 64
Bảng 4.11 : Ma trận nghịch đảo M'1 và các hệ số của hàm .......................................... 65
Bảng 4.12 : Giá trị phương sai tái hiện phương trình hồi quy thu được từ các thí nghiệm
.................... .. ... ’. .......... . ............ .....! ....... .7. .............. ... ............ ........................... 65
Bảng 4.13: Ket quả thực nghiệm trên máy gia công dòng hạt mài ..................................
về độ dài cạnh vát mép ................................................................................................. 71
Bảng 4.14 : Bảng ma trận mã hoá ................................................................................ 71
Bảng 4.15 : Ma trận thực nghiệm với nhân tố mã hoá ................................................. 72


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÈ MÁY GIA CÔNG BẢNG DÒNG HẠT MÀI
(AFM)
1.1 Giới thiệu phương pháp gia công tinh bằng dòng hạt mài (Abrasive flow
machining - AFM)
Phương pháp AFM (phương pháp gia công bằng dòng hạt mài) là một quá trình gia
công phi truyền thống được sử dụng năng lượng hạt mài để loại bỏ ba-via (hình 1.1), cải
thiện bề mặt, loai bỏ nhiệt của các lóp cắt, đánh bóng hoàn thiện các biên dạng phức tạp
bên trong, ví dụ như cải thiện các đường dẫn khí bên trong các van, đường ống, các tấm
phân phối lưu lượng, đầu phun,.. .bằng dung dich hạt mài.
Mục tiêu của phương pháp gia công này là gia công ở cấp độ nano các chi tiết
nhưng nó cần thời gian dài. Extrude Hone Tổng công ty của Mỹ vào năm 1960 phát triển
khái niệm về AFM để gia công tinh các chi tiết trong lĩnh vực không gian vũ trụ với độ
chính xác yêu cầu. Ngày nay gia công dòng hạt mài được coi là một trong những phương
pháp tốt nhất cho việc gia công tinh các biên dạng hình học phức tạp mà không thể đạt
được bằng các công cụ của các phương pháp gia công truyền thống như hình 1.2

Piston

Carrier
Abrasive

Surface
medium particle roughness

Hình 1.1 Nguyên lý gia công bằng dòng hạt mài
1


1}

II

Ill)

ryliodâi abrdske medium ptclon

Kia. I S-.lup of AFM ptOLTSi

Hình 1.2 Các bước gia công của phương pháp bằng dòng hạt mài
1.2 Các dạng máy gia công tinh bằng dòng hạt mài
Các thành phần chính của máy làm sạch bavia bằng dòng hạt mài bao gồm máy
chính, dụng cụ và môi trường mài mòn. Cơ chế loại bỏ vật liệu bao gồm ba dạng biến
dạng : biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo hoặc sự bào mòn và cắt nhỏ vật liệu. Các chế độ
biến dạng này phụ thuộc nhiều vào cường độ cắt của các lực tác động lên từng hạt mài
mòn và độ sâu mép của việc làm mòn phôi. Hình 1.3 cho thấy cơ chế loại bỏ vật liệu của
quá trình AFM [1]
[ỊũriaẼẼẼẼ ~ V madmmig
ĩãĩãẼ
pteíãẼ
[ and Valleys \ - :^p
Hills

yWWV^WM/wwvw?v
M,cr0 L

I

Flow direction
Abrasive media.
Viscoelastic
' polvrner +
Abrasives

/WVVVVVVVmVVVYVVVVt
change in surface texture after few passes
<2 I
Chance in surface texture after mam number of passes

Hình 1.3 Cơ chế bóc vật liệu của gia công bằng dòng hạt mài
Dựa trên chuyển động của môi trường mài mòn, các máy gia công bằng dòng hạt
mài mòn được phân thành ba loại:
2


1. One - way AFM: AFM một chiều: Vật liệu mài mòn được đẩy theo một hướng
như thể hiện trong hình 1.4 (a).
2. Two - way AFM:AFM hai chiều: môi trường mài mòn có thể thay đổi chiều tới
hoặc lùi như thể hiện trong hình 1.4 (b).
3. Orbital AFM: Rung động quỹ đạo nhỏ được áp dụng cho phôi như thể hiện trong
hình 1.4 (c).

a) AFM một chiều b) AFM hai chiều

c) AFM rung động

Hình 1.4 Các loại máy gia công bằng dòng hạt mài
1.3 Các phương pháp gia công mở rộng có ứng dụng phương pháp gia công bằng
dòng hạt mài
Các nhà nghiên cứu tại viện nghiên cứu kỹ thuật Madras của Ấn Độ đã báo cáo
AFM là một quá trình chậm vì tổng thời gian để đạt được độ tinh của bề mặt gia công là
dài và tỷ lệ loại bóc vật liệu thấp (MRR). Để nâng cao hiệu suất của quá trình AFM,
nhiều nhà nghiên cứu đã phát triển các quy trình gia công hỗn họp, trong đó các quy
trình gia công khác nhau được kết họp với quy trình gia công AFM để đạt được MRR
cao hon và yêu cầu bề mặt hoàn thiện trong thời gian ngắn hon. Một số sự phát triển gần
đây trong quá trình lai AFM được trình bày trong phần này [1]
Các nhà nghiên cứu đã phát triển phưong pháp gia công dòng hạt mài có từ tính
(MAFM) để cải thiện tỷ lệ loại bỏ vật liệu và giảm độ nhám bề mặt bằng cách áp dụng
một từ trường xung quanh phôi. Kỹ thuật ANOVA đã được sử dụng để xác định các
thông số quan trọng nhất - mật độ chuyển biến của từ, tốc độ dòng chảy, số chu kỳ,
lượng dòng chảy trung bình, kích thước hạt mài mòn, nồng độ hạt mài và tỷ lệ giảm. Cải
thiện độ bóng bề mặt và MRR được quan sát thấy trong MAFM so với AFM. Sơ đồ
mạch của MAFM được thể hiện trong hình 1.5(a)
3


Theo như nghiên cứu của tác giả Singh và Shan đã khám phá tính lưu biến của quá
trình gỉa công tánh bằng dòng hạt mài cố từ tính (MRAFF) để gỉa công tỉnh các hình
dạng bên trong các chi tiết phức tạp như thể hiện trong hình 1.5(b). Trong quá trình này,
chất làm bống nhờ do từ tính bao gồm bột cacbonyl sắt và chất mài mòn silicon carbide
được trộn với dung dịch mỡ bazơ cố tính nhớt và dầu khoáng dùng để gia công tỉnh các
chi tiết bằng thép không ri. Không cải thiện khi gia công bề mặt tại điều kiện từ trường
bằng không và đã cải thiện 30% khỉ gỉa công tỉnh bề mặt tại cường độ từ trường cao.

Hai nhà nghiên cứu Jha và Jain đã cố gắng để cải thiện hiệu suất của quá trình
AFM bằng cách áp dụng lực ly tâm trên môi trường hạt mài bằng cách đưa lực quay ly
tâm quay tạo thành hình trụ khi di chuyển qua đoạn phôi.Quá trình này được gọi là gia
công dòng hạt mài có hỗ trợ lực ly tâm (CFAAFM) như thể hiện trong hình 1.5(c)

(a) Sơ đồ của MAFM (b) Sơ đồ của MRAFF

(c) Sơ đồ của CFAAFM

Hình 1.5 Các phương pháp gia công dòng hạt mài mở rộng
Nhóm nghiên cứu gồm Dabrowski và các cộng sự đã phát triển quá trình gia công
điện hóa (Electro-Chemical) hỗ trợ cho gia công bằng dòng hạt mài (ECAFM) bằng cách
sử dụng các chất điện phân polyme để làm phẳng các bề mặt phẳng như thể hiện trong
hình 1.6 (a). Độ dẫn ỉon của chất điện phân trong quá trình này thấp hơn độ dẫn của các
chất điện phân được sử dụng trong quá trình gia công điện hóa thông thường ECM). Việc
bổ sung các chất vô cơ lên các chất điện phân ở dạng mài mòn làm giảm độ dẫn điện
nhiều hơn. Những cân nhắc này giải thích tại sao khoảng cách giữa các điện cực qua chất
điện phân polyme bị ép phải nhỏ. Điều này dẫn đến kết quả là điện trở dòng chảy lớn hơn
của chất điện phân polyme, cố dạng chất lỏng bán lỏng. Các chất điện phẫn
4


polymer như các chất đặt polyme và nước dựa trên acryloamide được sử dụng cho các
cuộc thực nghiệm
Để tăng cường hiệu suất của phương pháp gia công bằng dòng hạt mài. Shankar
và các cộng sự đã giới thiệu một khái niệm về môi trường quay dọc theo trục của nó để
đạt được tốc độ gia công tinh và loại bỏ vật liệu cao hơn và quá trình này được gọi là
Drill-Bit Guided-Abrasive Flow Finishing (DBG-AFF) process như thể hiện ưong hình
1.6(b). Các thí nghiệm được tiến hành trên vật liệu phôi AISI1040 và AISI4340. Tốc độ
gia công tinh và tỷ lệ loại bỏ vật liệu cao hơn được quan sát thấy trong Quá trình DBGAFF so với quá trình gia công bằng dòng hạt mài (AFM)

Shankar và các cộng sự đã phát triển quỵ trình gỉa công bằng dòng hạt mài quay
Rotational-Abrasive Flow Finishing (R-AFF) .Trong quá trình này một phôi được xoay ở
tốc độ nhất định để tăng cường hiệu suất của quá trình gỉa công tỉnh. Các thí nghiệm đã
được thực hiện bằng cách sử dụng (central composite rotatable design) thiết kế thực
nghiệm và các phản ứng được vẽ bằng kỹ thuật mô phỏng bề mặt đáp ứng (RSM). Sơ đồ
mạch của quá trình R-AFF như thể hiện trong hình 1.6(c)
Va.ri.ihlc
Woifcptccc
Drill bit

Polymeric
ekcirolyte
Abrasive particles
Tooling

Fixture pLỉií
looting
Piston

frequency dll VI
upper ỊhvdriuiĩỊ

cylinder

Upper medium

cylinder

Workpiece

Reduction

I Anodei

Output pressure
pftfitilattir

slol in IỈ1C lie lure

I Hydraulic I

Dowe
r pact

(a) Sơ đồ của ECAFM

(b) Sơ đồ của DBG-AFF (c) Sơ đồ cùa R-AFF

Hình 1.6 Các phương pháp gia công dòng hạt màỉ mở rộng
Tiếp tục, Sharma và các cộng sự đã đưa ra quá trình gia công bằng dòng hạt mài có
ứng dụng sóng siêu âm (UAAFM), trong đó phôi phải chịu sự rung động siêu âm vuông
góc với hướng phương tiện. Hình 1.7(a) minh hoạ sơ đồ quy trình của UAAFM
5


Sau đó, Sharma và các cộng sự đã đề xuất quá trình gia công tinh bằng dòng hạt
mài (RMRAFF) để nâng cao hiệu quả gia công tinh của phương pháp MRAFF. Trong
quá trình này, một chuyển động xoay và chuyển động qua lại được cung cấp cho môi
trường mài bằng từ trường quay và bộ phận thủy lực như thể hiện trong hình 1.7(b). Mặt
phẳng mịn và tính đối xứng giống như được quan sát trong cả hai mặt bằng thép không rỉ

và bằng đồng.
Media

Media
reciprocation

o Abrasive
© CIP
Workpiece
surface

WortpKCC
Fixture
Permanent

magnei
Magnetic field lines

(a) Sơ đồ của UAAFM

(b) Sơ đồ của R-MRAFF

Hình 1.7 Các phương pháp gia công dòng hạt mài mở rộng
1.4 Các nghiên cứu vè phương pháp gia công bằng dòng hạt mài (AFM)
- Đầu tiên là thí nghiệm về sự lựa chọn tối ưu các điều kiện gia công bằng dòng hạt mài
sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo do hai nhà nghiên cứu Rajendra Kumar Jain, Vijay Kumar
Jain thực hiện năm 2000 [2]
Bài báo này trình bày việc sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo cho mô hình hóa và lựa
chọn tối ưu các thông số đầu vào của quá trình AFM. Thứ nhất, một mạng trí tuệ nhân
tạo lan truyền tổng quát với bốn đầu vào, hai đầu ra và một lóp ẩn đã được sử dụng để

thiết lập mô hình quy trình. Một mạng thứ hai, xác định các thông số gia công tối ưu
tương ứng bằng cách giảm thiểu một chỉ số hiệu năng phụ thuộc vào các ràng buộc hoạt
động thích họp. Ket quả mô phỏng xác nhận tính khả thi của cách tiếp cận này và thể
hiện sự đồng thuận tốt với các kết quả thí nghiệm đối với nhiều điều kiện gia công. Để
xác nhận kết quả tối ưu hóa của phương pháp tiếp cận mạng thần kinh, quá trình tối ưu
hóa quá trình AFM cũng đã được thực hiện bằng thuật toán di truyền.
6


Mô hình hóa và tối ưu hóa quá trình là những vấn đề rất quan trọng trong kỹ thuật
sản xuất. Quá trình gia công thường quá phức tạp đối vói sự đảm bảo mô hình phân tích
thích họp và hầu hết thòi gian dài, các mô hình phân tích được phát triển dựa trên nhiều
giả định mâu thuẫn vói thực tế. Quan trọng hon, đôi khi rất khó để điều chỉnh các thông số
của mô hình theo tình hình thực tế của quy trình gia công. Do sự phức tạp của quá trình
gia công, tối ưu hóa cũng như kiểm soát tối ưu là rất khó để thực hiện. Do đó, mạng trí tuệ
nhân tạo có thể lập bản đồ các mối quan hệ đầu vào / đầu ra và có khả năng tính toán song
song lớn, đã thu hút nhiều sự chú ý trong nghiên cứu về quá trình gia công.
Các nhà nghiên cứu đã trình bày mô hình mạng trí tuệ nhân tạo để mô phỏng và
xác định các điều kiện gia công tối ưu cho quá trình AFM. Thứ nhất, một mạng trí tuệ
nhân tạo tổng quát được sử dụng để thiết lập mô hình quá trình. Giai đoạn mô hình được
theo sau bởi một giai đoạn tối ưu hóa, trong đó mạng dự đoán các điều kiện đầu vào sẽ
được sử dụng bởi quá trình ATM để tối đa hóa độ ăn mòn (MRR) phải chịu những ràng
buộc về hoạt động thích họp đối với các thông số gia công và độ nhám bề mặt. Việc tối
ưu hóa quá trình AFM cũng đã được thực hiện bằng cách sử dụng một thuật toán
- Thứ hai là sự phát triển của quá trình gia công dòng hạt mài có điện từ do hai nhà
nghiên cứu người Ấn Độ Sehijpal Singh, H.s. Shan thực hiện năm 2002 [3]
Máy gia công dòng hạt mài là một phưong pháp mới trong số những phưong pháp
gia công không truyền thống. Tốc độ bóc vật liệu thấp là giới hạn của hầu hết các phưong
pháp gia công này. Những cố gắng có phần hạn chế trước đây đã hướng tới việc nâng cao
hiệu quả của các phưong pháp gia công này để đạt được tốc độ bóc vật liệu bằng cách áp

dụng các kỹ thuật khác nhau. Bài báo này thảo luận về khả năng cải thiện độ nhám bề
mặt và tốc độ loại bỏ vật liệu bằng cách áp dụng một từ trường xung quanh phôi trong
gia công ATM. Một thiết lập đã được phát ưiển cho một quá trình tổng họp được gọi là
quá trình gia công dòng hạt mài có sử dụng từ tính (MAFM) và ảnh hưởng của các thông
số quan trọng đến việc thực hiện quá trình này đã được nghiên cứu. Các mối quan hệ
được phát triển giữa tốc độ loại bỏ vật liệu và tỉ lệ phần trăm cải thiện độ bóng bề mặt
của các chỉ tiết bằng đồng khi kết thúc quá trình gia công. Phân tích sự
7


khác nhau đã được áp dụng để xác định các thông số quan trọng và để kiểm tra tính đầy
đủ của các mô hình. Ket quả thí nghiệm cho thấy hiệu quả cải thiện đáng kể của MAFM
so vói AFM.
Trong hầu hết các quy trình gia công phi truyền thống như gia công tia lửa điện,
gia công điện hóa, gia công tia laser, vv, tỷ lệ loại bỏ vật liệu thấp được coi là một vấn đề
chung và những nỗ lực tiếp tục phát triển các kỹ thuật để khắc phục nó. Báo cáo này trình
bày các kết quả sơ bộ của một dự án nghiên cứu đang được tiến hành vói mục đích khám
phá các kỹ thuật cải tiến trong việc loại bỏ vật liệu trong quá trình gia công AFM. Một kỹ
thuật như vậy đã nghiên cứu sử dụng một từ trường xung quanh phôi. Từ trường đã được
khai thác thành công trong quá khứ, chẳng hạn như lực gia công trong việc gia công hạt
mài có từ tính (MAF), được sử dụng để gia công vi mô và gia công tinh các chi tiết, đặc
biệt là các ống hình chữ thập.Và một quá trình dưới sự nghiên cứu là sự kết họp của AFM
và MAF, và được đặt tên là quá trình gia công dòng hạt mài có từ tính (magneto abrasive
flow machining = MAFM).

8


Hình 1.8 Phương pháp gia công dòng hạt mài cố từ tính
- Tiếp theo là thí nghiệm: điều khiển gia công tinh những chi tiết làm bằng vật liệu

Inconel có sự kết hợp với giữa gia công dòng hạt mài và đánh bóng dùng dung dịch hoá
học do các nhà nghiên cứu Neda Mohammadian, Sylvain Turenne, Vladimir Brailovski
thực hiện năm 2017 [4]
Inconel 625 (IN625) là một hợp kìm dựa trên niken, như các nguyên tố hợp kìm
chính, crôm, molybden và nỉobỉ. Hợp kim này cố khả năng chống oxy hóa và ăn mòn
9


trong môi trường công nghiệp. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cho thấy sự quan trọng về
nhiệt độ cao và tính chống ăn mòn của họp kim này, làm cho nó trở thành một họp kim
được sử dụng cho các bộ phận động cơ máy bay.
Đối vói các chi tiết phức tạp cao, không thể sử dụng các công cụ đánh bóng cứng
để giảm độ nhám trong các khu vực không thể tiếp cận; một trong những quy trình đồng
thời sau nên được sử dụng thay thế :
+ Gia công bằng hạt mài. Một nhà nghiên cứu khác cho thấy rằng công nghệ này
bị giói hạn trong việc đánh bóng các ống dẫn hơi tương đối lớn vì nó có độ nhớt
cao
+ Đánh bóng hóa chất. Theo những hiểu biết của các nhà nghiên cứu, không có
giải pháp đánh bóng hóa học nào hiệu quả cho họp kim Ni-Cr-Mo, và đặc biệt
hơn cho họp kim IN625.
+ Đánh bóng điện hóa. Hai nhà nghiên cứu khác (2017) đã chứng minh rằng kỹ
thuật này là hiệu quả nhưng đòi hỏi phải sử dụng các điện cực conformal, làm
phức tạp việc đánh bóng các ống dẫn và lổ hẹp.
Cách mạng về hiệu quả kinh tế để đánh bóng các các chi tiết sẽ bao gồm việc sử
dụng kết họp các kỹ thuật đánh bóng hóa học và mài mòn. Ví dụ, đánh bóng cơ học hóa
học (CMP), một sự kết họp của quá trình mài cơ học và các quá trình khắc ướt, đã được
sử dụng, kỹ thuật đánh bóng họp kim Ti - 6A1 - 4V thành công. Trong quá trình này, bề
mặt đánh bóng đã phải chịu tác động của chất bẩn hóa học ăn mòn với các hạt keo bào
mòn dưới áp lực được áp dụng bởi một miếng đệm. cần thiết phải áp dụng một lực cơ, kỹ
thuật này không thích họp để đánh bóng các khu vực không thể tiếp cận.. (2014) đề nghị

một cách tiếp cận khác bao gồm sự kết họp của hoạt động hóa học và hoạt động dòng
chảy mài mòn, đã được sử dụng trong thử nghiệm mài mòn cho lớp phủ IN718 trên đồng.
Be mặt đã được kiểm tra mài mòn trong dung dịch hóa học với các hạt mài mòn để
nghiên cứu hiện tượng ăn mòn của lóp phủ. Trong đề tài này, việc sử dụng kết họp các
dòng chảy hóa học và hạt mài để đánh bóng bề mặt đã được kiểm nghiệm thông qua một
nghiên cứu so sánh về ba kỹ thuật đánh bóng: a) dòng chảy hạt mài trong nước, b) dòng
10


chảy của phương pháp đánh bóng hóa học không có hạt mài, c) dòng chảy hạt mài trong
dung dịch hóa học.
Cài đặt hệ thống đánh bóng trong phòng thí nghiệm là kết họp các tính năng đánh
bóng dòng chảy hóa học và dòng hạt mài đã được thiết kế cho công việc này. Thiết lập
này hoạt động bằng cách bơm một chất lỏng có nguồn gốc axit và dòng hạt mài qua bên
trong của chi tiết hình trụ rỗng. Thiết lập cho phép kiểm soát dòng chảy đánh bóng các
bề mặt bên trong của các ống.

valve

a)

b)

Hình 1.9 (a) Giản đồ và (b) mô hình thật của phương pháp gia công hỗn họp hoá
học và hạt mài.
- Các nhà nghiên cứu Tina Bremerstein, Annegret Potthoff, Alexander Michaelis đã
thực hiện các thí nghiệm vào năm 2015 về sự mòn của dung dịch hạt mài và ảnh hưởng
của nó đối với kết quả gia công dòng chảy hạt mài [5]
Dung dịch mài mòn đã được kiểm tra trước và sau khi ứng dụng trong gia công
dòng hạt mài để đánh giá độ hao mòn của vật liệu trong quá trình gia công. Cả hai dung

dịch đã được thử nghiệm trên các phôi trong điều kiện làm việc tương tự nhau để nghiên
cứu ảnh hưởng độ mài mòn của dung dịch hạt mài lên kết quả của quá trình gia công. Độ
nhớt tăng lên của dung dịch hạt mài và tiến độ làm tròn của các hạt mài mòn lớn như là

11


một kết quả của quá trình gia công là các yếu tố làm giảm tỷ lệ loại bỏ vật liệu và giảm
chất lượng bề mặt.
Các thông số quá trình và dung dịch ảnh hưởng đáng kể đến kết quả của quá trình
gia công - cụ thể là tốc độ loại bỏ vật liệu và chất lượng bề mặt. Kết quả có thể kiểm soát
được bằng sự thay đổi của các thông số này. Nhiều nghiên cứu kiểm tra ảnh hưởng của
các thông số đầu vào lên kết quả gia công. Ví dụ, Sankar và các cộng sự nghiên cứu rằng
độ nhớt của dung dịch hạt mài và kích thước của các hạt mài trực tiếp xác định tỷ lệ loại
bỏ của vật liệu phôi. Theo Fang và cộng sự., các hạt sắc nét có tỷ lệ loại bỏ vật liệu cao
hon so với các hạt tròn.
Độ nhớt hoặc độ bền cao hon của dung dịch mài mòn được sử dụng có thể do các
lý do khác nhau cho hành vi lưu biến, tùy thuộc vào nhiều thông số như mô tả của
Mezger :
+ Nồng độ hạt
+ Kích thước hạt và sự phân bố kích thước hạt
+ Hình dạng hạt + Bề mặt hoá học của hạt +
Độ nhớt của dung dịch mang hạt mài + Nhiệt
độ
Sự mài mòn của các hạt mài rất khác biệt, với các hạt mịn hon trở nên góc cạnh
hon và các hạt lớn hon trở thành tròn hon. Trong quá trình gia công, các hạt lớn được tiếp
xúc với tải trọng cao khi chúng ăn mòn vào vật liệu phôi. Ket quả là, chúng phải chịu
mài mòn và làm tròn hon các hạt mịn, ít tham gia vào quá trình gia công. Các cạnh và
đầu của các hạt lớn có nhiều khả năng bị vỡ như mô tả trong hình 1.10 (b), tạo ra các hạt
tròn lớn và vô số các hạt nhỏ.

12


Silanol Q|_|

Si v-o

s,
7"

surfaces -V

Mechanical

SHoxan
fig 9

Possible breaking
edges

strain

e
OH
Hình 1.10 Hình dạng hạt mài trong gia công

Dung dịch đã qua mài mòn được sử dụng làm cho việc loại bỏ vật liệu ít hơn và
chất lượng bề mặt tồì tệ hơn do làm tròn các hạt mài mòn và độ bền tăng của dung dịch
mài mòn. Các hạt tròn được sử dụng chủ yếu đẩy vật liệu phoi ra ngoài thay vì làm sứt

mẻ phôi. Hiệu ứng này dẫn đến tỷ lệ loại bỏ vật liệu thấp. Việc cạ sát vi mô xảy ra với
việc sử dụng các hạt tròn, và sự sứt mẻ vi mô xảy ra với các hạt sắc bén.
— Các nhà nghiên cứu người Đài Loan A-Cheng Wang, Ken-Chuan Cheng,
Kuan-Yu Chen, Yan-Chemg Lin đã thực hiện một nghiên cứu về dung dịch (gel) mài
mòn và ứng dụng gia công của dòng mài mòn trong đánh bóng lỗ phức tạp [6]
Các đặc tính của phương pháp gia công dòng hạt mài (AFM) làm cho nố một
phương pháp phù hợp để đánh bóng các lỗ phức tạp và các bề mặt cong. Dù sao, các
phương pháp gia công dòng hạt mài (AFM) có khó khăn trong việc đạt được độ nhám
đồng đều trong việc đánh bóng các lỗ phức tạp do các lực mài mòn không đồng đều. Các
dung dịch màỉ mòn là những yếu tố chính ảnh hưởng đến hành vỉ đánh bóng trong quá
trình AFM. Tuy nhiên, dung dịch mài mòn thương mại là rất tốn kém, và không phải tất
cả người dùng cố thể đủ khả năng về giá cả. Do đó, dung dịch mài mòn chỉ phí thấp và
hiệu quả được phát triển để cải thiện độ nhám bề mặt của các phôi gia công WEDM
trong nghiên cứu này. Bên cạnh đó, việc áp dụng các dung dịch (gel) mài mòn vód một
lối đi xoắn ốc được đề xuất để tạo ra nhiều chuyển động của dung dịch mài mòn và thu
được bề mặt của các lỗ phức tạp trong quy trình AFM.

13


Trong nghiên cứu này, một loại cao su silicon nguyên chất (P-Silicone) và cao su
silicon với các chất phụ gia (A-Silicone) được chọn làm dung dịch gia công. Nói chung,
P-Silicone được sử dụng để làm nhựa khuôn trong đúc kim loại với nhiệt độ nóng chảy
thấp. Loại gel đa phân tử này thuộc về hợp chất cao su độ nhớt cao, chủ yếu đóng vai trò
hỗn hợp gel polymer mài mòn và cung cấp đặc tính dòng chảy, do đó nó có thể bị biến
dạng bởi các hình thức xử lý khác nhau. Sau đó, môi trường gel được tạo ra thông qua
quá trình tổng hcrp ở nhiệt độ cao của các họp chất polymer sau một số quy trình lặp lại.
Vật liệu này là một hợp chất cao su silicon dựa trên vinyl vớivài trăm nghìn phân tử.
Hình 1.11 cho thấy sơ đồ liên quan đến (a) gel trong suốt của P-Silicone và (b) gel trộn
với các hạt mài mòn.

a)P~silicone không có hạt mài b)P~silicone với hạt mài
Hình 1.11 Dung dịch polymer p silicone trộn với hạt mài
A-Silicone giống như chất liệu của bột bả được sử dụng cho đất sét đồ chơi. Vật liệu
này cũng là một vinyl dựa hợp chất cao su silicon nhưng mật độ cao hơn với vài triệu phân
tử. Các gel silicon này có đặc tính chảy thấp hơn và không dính trên bề mặt phôi sau khi
tiếp xúc, do đó chúng là chất mài mòn tốt truyền thống trong AFM. Hình dạng phức tạp
cố thể được đánh bóng đồng đều bằng cách sử dụng loại gel silicon này. Do các gel có độ
biến dạng tốt, các hạt mài mòn phải có độ cứng cao để thực hiện quá trình đánh bóng.
Hình 1.12 hiển thị sơ đồ liên quan đến (a) gel màu cam của A-Silicone

14