Nghiên cứu xác định chế độ cắt cho máy EDM

NGUYỄN HỮU HẢO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN HỮU HẢO

NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO
MÁY EDM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

KHOÁ 2010
Hà Nội –2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGUYỄN HỮU HẢO

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÁY EDM

CHUYÊN NGHÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGHÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. NGUYỄN TRỌNG DOANH

Hà Nội –2013


LỜI NĨI ĐẦU
Ứng dụng cơng nghệ mới ln là nhu cầu cấp bách của mọi nền sản xuất và mọi
quốc gia. Đối với nền sản xuất cơ khí, các phương pháp gia cơng truyền thống đơi khi
khơng cịn đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của sự phát triển sản phẩm trong thời kỳ
hiện đại nữa. Các phương pháp gia cơng phi truyền thống ngày càng có vai trị quan trọng
và giải quyết được nhiều vấn đề trong gia cơng cơ khí, trong đó có phương pháp gia cơng
bằng cắt dây tia lửa điện. Trong luận văn này học viên đi sâu vào phân tích các thơng số
cơng nghệ của máy cắt dây tia lửa điện, qua đó xác định đúng các thông số công nghệ
nhằm nâng cao chất lượng bề mặt cũng như năng suất gia công, giúp nâng cao khả năng
sử dụng máy.
Qua thực hiện đề tài này tơi đã có cái nhìn sâu hơn về cơng nghệ gia cơng EDM,
tích lũy được nhiều kinh nghiệm thực tế trong thực tiễn sản suất và kiểm chứng những
vấn đề lý thuyết. Để thực hiện được đề tài này tơi đã có được những sự giúp đỡ q báu.
Trước hết tôi xin trân thành cảm ơn TS. Nguyễn Trọng Doanh, người đã hướng
dẫn tơi trong suất q trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin cảm ơn các kỹ thuật viên, các
chuyên gia trong lĩnh vực cắt dây tại cơng ty cổ phần Robot Tosy đã giúp tơi hồn thành
đề tài này.
Tuy đã có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian và trình độ có hạn, cuốn luận văn này
chắc cịn nhiều thiếu xót cần bổ sung thêm. Rất mong được sự đóng góp ý kiến và bổ
xung của đồng nghiệp.

Hà Nội, tháng 3 năm 2013

Nguyễn Hữu Hảo

1


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu/
Chữ viết tắt
Ra
Rz
Rmax
h
p
Si
Smi

Ý nghĩa

Đơn vị

Sai lệch số học trung bình của profin
Chiều cao mấp mô theo 10 điểm của profin
Chiều cao lớn nhất của profin
Chiều cao mấp mô
Bước của mấp mô
Bước trung bình của mấp mơ theo đỉnh
Bước trung bình của mấp mơ theo profin
Chiều dài chuẩn

µm
µm
µm

µm
µm
µm
µm
µm

Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh cao nhất

µm

Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh thấp nhất

µm

n

Số điểm chia, số thực nghiệm

-

C

Hệ số

-

Số mũ

-

Thời gian phóng điện

µs

ti

Độ kéo dài xung

µs

to

Khoảng cách xung

µs

Dịng phóng tia lửa điện

A

Điện áp máy phát mở

V

Điện áp phóng tia lửa điện

V

σ

Sai số bình phương trung bình

-

xi

Giá trị ngẫu nhiên của dãy số

-

ɸ(t)

Giá trị phân phối chuẩn

-

α

Sai số của phép thử, hệ số phụ thuộc vật liệu

-

t

Tỉ số so sánh

-

Giá trị của t tại độ tin cậy P

-

Số thí nghiệm song song được thực hiện trong
cùng một điều kiện

-

Chỉ số Kokren

-

Sai số ngẫu nhiên
Phương sai của phân phối chuẩn

-

l
ypmi
yvmi

x,y,z
te

ie
Ui
Ue

t/p
K
Gp

ξ
σ

2

2


Bậc của đa thức thực nghiệm

-

Số thực nghiệm được tiến hành

-

Sn

Tổng bình phương các độ lệch

-

âi

Tham số của hàm hồi quy thực nghiệm

-

XT

Ma trận chuyển vị của ma trận X

-

Ma trận nghịch đảo của ma trận M

-

Phương sai dư, tính theo S(a)

-

Độ tin cậy

-

n0
N,n

M-1
Sdu
γ

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Nội dung hình vẽ, đồ thi

Số hình

Trang

1.1

Các yếu tố hình học của lớp bề mặt

14

1.2
2.1

Các chỉ tiên đánh giá độ nhám bề mặt
Sơ đồ ngun lý gia cơng tia lửa điện

14
27

2.2

Pha đánh lửa

28

2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8

28
29
30
34
35
40

2.9

Sự hình thành kênh phóng điện
Sự hình thành và bốc hơi vật liệu
Sơ đồ điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện
Mối quan hệ giữa Rz và ti
Sơ đồ máy cắt dây
Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt
góc
Các trường hợp khó khăn đối với dịng chảy đồng trục

2.10

Khe hở phóng điện trong gia công cắt dây tia lửa điện

43

4.1

Đồ thị mối quan hệ Rz với I, O khi F =15

79

4.2

Đồ thị mối quan hệ Rz với I, O khi F =14

85

4

42


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Số bảng

Nội dung bảng biêu

Trang

1.1

Cấp nhãn bóng theo TCVN2511-95

15

3.1
4.1
4.2
4.3
4.4

4.5
4.6

Các thí nghiệm để kiểm tra tính đồng nhất giữa các thí nghiệm
Các thành phần hóa học thép SKD11
Thông số kỹ thuật máy cắt dây sodick LN1W
Kết quả thực nghiệm với thép SKD11 dày 20mm
Bảng kiểm tra tính đồng nhất của các thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm với thép SKD11 dày 20mm
Bảng kiểm tra tính đồng nhất của các thực nghiệm

57
71
72
74
75
80
81

5


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................................................................. 1
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................................................. 5
MỤC LỤC .................................................................................................................................................... 6
PHẦN MỞ ĐẦU........................................................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1:CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY ......................................................................... 13

1.1.CÁC YẾU TỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ...................................................... 13
1.1.1 Chất lượng hình học của bề mặt gia cơng: ............................................................................... 13
2.1.2Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công. .................................................................................... 16
1.2.ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TỚI KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA CHI TIẾT
MÁY ....................................................................................................................................................... 17
1.2.1. Ảnh hưởng tới tính chống mịn .................................................................................................. 17
1.2.2 Ảnh hưởng đến tình ăn mịn hóa học của lớp bề mặt chi tiết: ................................................... 19
1.2.3.Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy:............................................................................. 20
2.2.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác các mối lắp ghép: ........................................................................ 21
1.3. NHẬN XÉT: .................................................................................................................................... 22
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MÁY EDM VÀ CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ..................................... 23
2.1.NGHIÊN CỨU VỀ BẢN CHẤT CÔNG NGHỆ MÁY EDM ......................................................... 23
2.1.1. Nguyên lý gia công tia lửa điện (EDM): ................................................................................... 23
2.1.2. Các phương pháp gia công tia lửa điện: .................................................................................. 24
2.2.BẢN CHẤT VẬT LÝ:...................................................................................................................... 27
2.3 CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA MÁY EDM ....................................................................... 32
2.3.1. Đặc tính về điện áp của sự phóng tia lửa điện: ........................................................................ 32
2.3.2.Các thông số điều chỉnh: ........................................................................................................... 32
2.4.MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH TRONG QUÁ TRÌNH GIA CƠNG........ 35
2.4.1. Sơ bộ về máy cắt dây tia lửa điện: ............................................................................................ 35
2.4.2. Độ chính xác khi gia công cắt dây tia lửa điện: ....................................................................... 37
2.4.3. Điện cực và vật liệu điện cực .................................................................................................... 40
2.4.4. Sự thoát phoi trong cắt dây tia lửa điện.................................................................................... 42
6


3.4.5. Nhám bề mặt khi cắt dây ........................................................................................................... 42
2.4.6. Các thông số về điện trong điều khiển máy cắt dây tia lửa điện .............................................. 43
2.5 CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA MÁY CẮT DÂY SODICK LN1W ................................... 45
2.6

NHẬN XÉT: ............................................................................................................................... 54

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM ..................................................... 55
3.1.SAI SỐ VÀ KHỬ SAI SỐ THÔ:...................................................................................................... 55
3.1.1

Sai số hệ thống .................................................................................................................... 55

3.1.2

Sai số ngẫu nhiên ................................................................................................................ 55

3.1.3

Sai số thơ: ........................................................................................................................... 55

3.2 KIỂM TRA TÍNH ĐỒNG NHẤT CỦA CÁC THÍ NGHIỆM ........................................................ 57
3.3. CHỌN CƠNG THỨC THỰC NGHIỆM VÀ PHÉP LÀM TRƠN:................................................. 59
3.3.1. Chọn bậc tối thiểu của đa thức: ................................................................................................ 59
3.3.2 Chọn giữa các công thức khác nhau: ........................................................................................ 60
3.3.3 Làm trơn các số liệu thực nghiệm:............................................................................................. 61
3.4. XÁC ĐỊNH THAM SỐ CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÌNH
PHƯƠNG BÉ NHẤT. ............................................................................................................................ 62
3.4.1. Xác định tham số của hàm tuyến tính: ...................................................................................... 64
3.4.2.Kiểm định các tham số aj và khoảng xác định sai lệch của chúng: ........................................... 69
3.5. NHẬN XÉT: .................................................................................................................................... 69
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ ......................................................... 71
4.1. ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM: ....................................................................................................... 71
4.1.1. Sơ lược về thép SKD11 ............................................................................................................. 71

4.1.2.Thiết kế thí nghiệm ..................................................................................................................... 71
4.1.3. Các thơng số đầu vào thí nghiệm: ............................................................................................ 72
4.2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI THÉP SKD11 DÀY 20MM: .................................................... 74
4.2.1. Khử sai số thô: .......................................................................................................................... 75
4.2.2. Kiểm tra tính đồng nhất của các thực nghiệm. ......................................................................... 75
4.2.3 Chọn công thức thực nghiệm: .................................................................................................... 76
4.2.4 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Rz với I, O, khi F = 15 ........................................................ 79
4.3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI THÉP SKD11 DÀY 40MM: .................................................... 80
4.3.1. Khử sai số thơ: .......................................................................................................................... 80
4.3.2. Kiểm tra tính đồng nhất của các thực nghiệm. ......................................................................... 80
7


4.3.3 Chọn công thức thực nghiệm ..................................................................................................... 82
4.3.4 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Rz với I, O, khi F = 14 ........................................................ 85
4.4.KẾT LUẬN CHƯƠNG 4: ................................................................................................................ 85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................................... 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................................... 88
PHỤ LỤC ................................................................................................................................................... 89

8


PHẦN MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong một nền kinh tế phát triển thì gia cơng cơ khí đóng một vai trị hết sức quan
trọng, vì gia cơng cơ khí sẽ tạo ra các máy móc cho các nghành nghề khác. Chúng ta
đang hòa nhập mạnh mẽ với nền kinh tế thế giới, do đó việc gia cơng đáp ứng các tiêu
chuẩn quốc tế và đảm bảo tính cạnh tranh trên thị trường là một đòi hỏi tất yếu đặt ra cho
các nhà cơng nghệ.Việc chọn máy móc và chế độ gia công hợp lý là một trong những yếu

tố quan trọng nhất để đảm bảo chất lượng và giá thành của sản phẩm.
Ngày nay trong sản xuất và đời sống xuất hiện ngày càng nhiều các sản phẩm hoặc
chi tiết có hình dáng hình học rất phức tạp, hoặc được làm từ các vật liệu cứng rất khó gia
cơng cắt gọt. Thực tế địi hỏi phải phát triển các cơng nghệ mới, trong đó có gia cơng tia
lửa điện, phương pháp này còn gọi là phương pháp gia công EDM (Electrical Discharge
Machine). Thực ra phương pháp gia công tia lửa điện không phải là công nghệ mới đối
với thế giới vì nó được áp dụng hơn một nửa thế kỷ qua. Ngày nay nhờ sự phát triển của
công nghệ thông tin, công nghệ này đã được hiện đại hóa rất cao và được trang bị hệ
thống điều khiển số CNC.
Từ thập kỷ trước đã có nhiều doanh nghiệp trong nước đã trang bị các loại máy,
thiết bị sử dụng công nghệ EDM nhằm cải thiện phương pháp gia công, nâng cao giá trị
của sản phẩm. Bên cạnh những kết quả đạt được về mặt cơng nghệ thì nói chung cịn gặp
những khó khăn nhất định về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế khi sử dụng các máy và thiết bị
này bởi vì nhiều nguyên nhân, như việc chuyển giao công nghệ chưa đầy đủ, đầu tư thiết
bị thiếu đồng bộ và phần lớn không rõ nguồn gốc, chưa chủ động được về bảo dưỡng,
bảo trì máy,…ngồi ra chế độ công nghệ được xác định bằng cách dựa vào các tài liệu
kèm theo máy hoặc mò mẫm. Do đó chế độ cơng nghệ gia cơng trên máy chưa thể khẳng
định là hợp lý. Vì vậy hiệu quả khai thác, sử dụng máy còn hạn chế.
Đề tài“ nghiên cứu xác định chế độ cắt cho máy EDM” được lựa chọn để nghiên
cứu nhằm mục đích xác định chế độ công nghệ hợp lý và tiến tới tối ưu hóa chế độ cơng
9


nghệ. Đề tài thực hiện với vật liệu gia công là thép SKD11, vật liệu được sử dụng chính
trong là khn đột dập với độ chính xác cao, mục đích của đề tài là xác định được các
yếu tố công nghệ để đạt được độ bóng bề mặt tốt nhất qua đó nâng cao độ chính xác và
chất lượng sản phẩm khn đột dập nói riêng và các chi tiết cơ khí nói chung.
II. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ĐÃ THỰC HIỆN
Trong những năm trở lại đây các máy EDM được xử dụng khá nhiều, nên các đề
tài nghiên cứu về máy EDM là khá lớn trong các đề tài nghiên cứu khoa học, luận văn

thạc sỹ,… có thể kể đến là Nguyễn Nam Sơn, Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công
nghệ đến năng suất và chất lượng trong gia công trên máy cắt dây tia lửa điện, luận văn
thạc sỹ kỹ thuật, DHBKHN (2005); Tào Ngọc Minh, nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu
tố công nghệ đến chất lượng bề mặt trên máy cắt dây tia lửa điện, luân văn thạc sỹ kỹ
thuật, DHBKHN (2007); Nguyễn Văn Hùng, nghiên cứu tối ưu hóa các thơng số cơng
nghệ của q trình mài điện hóa bằng đá mài kim cương khi gia công hợp kim cứng, luận
án Tiến sỹ kỹ thuật , DHBKHN (2003); Phan Hùng Dũng, tối ưu hóa các thông số công
nghệ trên máy cắt dây EDM khi gia công thép không gỉ, luận văn thạc sỹ kỹ thuật, DH
Thái Nguyên (2008)
Trong các đề tài trên, các đề tài đều nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công
nghệ với độ nhám bề mặt và năng suất khi gia cơng.Tuy nhiên độ nhám bề mặt cịn phụ
thuộc vào vật liệu gia công, các đề tài trên đã thực hiện với các vật liệu khác nhau.
Trong đề tài này, tác giả đã tiền hành hơn 20 thí nghiệm, thực hiện trên thép
SKD11 là loại thép phổ biến trong gia công tia lửa điện, được ứng dụng vào việc chế tạo
khn đột dập, khn nhựa có độ chính xác cao. Ngồi ra tác giả cịn nghiên cứu sự ảnh
hưởng trên những chiều dày vật liệu khác nhau.

10


III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu là tìm hiểu sự ảnh hưởng của chế độ cơng nghệ đối với q
trình cắt nói chung và mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với bề mặt chi tiết gia công.
Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau:
-

Máy thực nghiệm: là máy cắt dây CNC Sodick LN1W.

-

Vật liệu gia công là thép SKD11 với các chiều dày 20mm và 40mm.

-

Vật liệu làm điện cực là dây CuZn 0,2mm.

-

Đối tượng gia công là cắt các đường thẳng.
IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, kết luận chung luận văn này có
nội dung như sau:
Chương 1. Chất lượng bề mặt và các thông số điều chỉnh
- Nghiên cứu về các thông số đặc trưng của chất lượng bề mặt và ảnh hưởng của
chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy.
Chương 2. Tổng quan máy EDM và các thông số công nghệ
-

Nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật máy EDM.

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình cắt và hiện tượng xảy ra trong quá trình
cắt.
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ đến q trình cắt.
- Nghiên cứu về các thông số công nghệ máy cắt dây Sodik LN1W.
Chương 3. Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm
-

Nghiên cứu về cơ sở phương pháp quy hoạch thực nghiệm.

- Xác định các tham số công thức thực nghiệm bằng phương pháp bình phương bé
nhất.
Chương 4. Kết quả thực nghiệm và xử lý kết quả
-

Xác định kết quả thực nghiệm với thép SKD11 với chiều dày 20mm và 40mm.
- Xây dựng cơng thức tốn học giữa độ nhám bề mặt và các thông số công nghệ

máy cắt dây bằng phương pháp bình phương bé nhất.
11


V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm
- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các chế độ công nghệ đối với
độ nhám bề mặt.
- Thực nghiện gia công cắt dây để kiển chứng cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa
chế độ công nghệ với độ nhám bề mặt.
- Dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng hàm tốn học khi gia
cơng thép SKD11.

12


CHƯƠNG 1:CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY
Chất lượng bề mặt là một chỉ tiêu quan trọng trong chất lượng chế tạo chi tiết, nó có
ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của chi tiết máy. Chất lượng của máy và thiết bị
phụ thuộc vào chất lượng bản thân các chi tiết và chất lượng của các chi tiết lắp ghép với
nhau.
1.1.CÁC YẾU TỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT

Khi nói đến chất lượng chi tiết máy ta có thể hiểu đây là một tập hợp các yếu tố như
độ chính xác kích thước, hình dáng hình học, độ nhám bề mặt, tính chất cơ lý, hóa học
của bề mặt gia cơng. Độ chính xác kích thước được thể hiện bằng dung sai cho phép. Các
yếu tố khác như:
-

Hình dáng lớp bề mặt ( độ sóng, độ nhám…)

- Trạng thái và tính chất cơ lý lớp bề mặt ( độ cứng, chiều sâu lớp biến cứng, ứng
suất dư…).
- Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc ( tính chống mịn, khả năng
chống xâm thực hóa học, độ bền mỏi…).
Chất lượng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia cơng
cụ thể.
1.1.1 Chất lượng hình học của bề mặt gia công:
Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có những mấp
mơ. Những mấp mơ này là do q trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết khi gia công cắt
gọt, và là vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt gia công, là ảnh hưởng của chấn động khi cắt và
nhiều nguyên nhân khác.
Không phải tất cả các mấp mô trên bề mặt đều là nhám bề mặt, nó là tâp hợp
những mấp mơ có bước tương đối nhỏ và được xét trong giới hạn dài chuẩn.
- Những mấp mơ có tỷ số giữa bước mấp mô (p) và chiều dài mấp mô (h ) bé hơn
hoặc bằng 50 ( p/h <= 50 ) thì thuộc về nhám bề mặt.
-

Những mấp mơ mà (50 < p/h <= 1000) thuộc về sóng bề mặt.
13


-

Những mấp mơ mà (1000

- Nhám bề mặt là một thơng số hình học có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sử dụng
của chi tiết máy.

Hình 1.1 Các yếu tố hình học của lớp bề mặt
h1 : Sai lệch hình dáng
h2 : Sóng bề mặt
h3 : Độ nhám bề mặt
1. Độ nhấp nhô tế vi: theo tiêu chuẩn TCVN2511-95, để đánh giá độ nhám người ta
sử dụng hai chỉ tiêu:

Hình 1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt
- Sai lệch số học trung bình của profin, Ra: là trị số số học trung bình của các giá trị
tuyệt đối của sai lệch profin trong giới hạn chiều dài chuẩn. Sai lệch profin là khoảng
cách từ các điểm trên profin thực đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với
đường trung bình. Đường trung bình của (m) là đường chia profin theo hai phần có diện
tích giới hạn (phần gạch đứng) bằng nhau.
𝑛𝑛

1
𝑅𝑅𝑎𝑎 = �|𝑦𝑦𝑥𝑥 | 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑛𝑛
14

0


1

Gần đúng: 𝑅𝑅𝑎𝑎 = ∑𝑛𝑛0|𝑦𝑦𝑥𝑥 |
𝑛𝑛

- Chiều cao mấp mô profin theo 10 điểm, Rz : là trị số trung bình của tổng các giá trị
tuyệt đối của chiều cao 5 đỉnh cao nhất và chiều sâu 5 đáy thấp nhất của profin trong giới
hạn chiều dài chuẩn. Rz được sử dung khi độ nhám quá lớn hoặc quá nhỏ.
∑5𝑖𝑖=1�𝑦𝑦𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 � − ∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1|𝑦𝑦𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 |
𝑅𝑅𝑧𝑧 =
5

Tiêu chuẩn TCVN2511-95 cũng đưa ra 14 cấp nhẵn bóng với giá trị tương ứng
của Rz, Ra và chiều dài đo chuẩn như bảng
Bảng 1.1 cấp nhẵn bóng theo TCVN2511-95
Cấp nhẵn bóng

Rz lớn nhất, µm

Ra nhỏ nhất, µm

Chiều dài chuẩn l, mm

1

320

-

8,0

2

160

-

3

80

-

4

40

-

5

20

-

6

-

2,5

7

-

1,25

8

-

0,63

9

-

0,32

10

-

0,16

11

-

0,08

12

-

0,04

13

0,10

-

14

0,05

-

15

2,5

0,8

0,25

0,08


Trong đó Tiêu chuẩn cũng khuyến cáo, đối với các bề mặt quá nhám hoặc quá

nhẵn thì nên ghi độ nhám theo Rz cịn các bề mặt có độ nhám trung bình thì nên ghi theo
Ra. Cụ thể là các cấp nhẵn từ cấp 1 đến cấp 5 và cấp 13,14 thì ghi theo Rz cịn các cấp 6
đến 12 thì ghi theo Ra.
Ngồi hai chỉ tiêu quan trọng là Rz và Ra, Tiêu chuẩn còn đưa ra chỉ tiêu, Rmax (là
chiều cao nhấp nhô lớn nhất trong chiều dài xét) để đánh giá các bề mặt làm việc quan
trọng.
2. Độ sóng:
Độ sóng bề mặt là chu kỳ khơng bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát
trong phạm vi lớn hơn độ nhám bề mặt ( từ 1 đến 10mm). Độ sóng bề mặt thường suất
hiện khi gia cơng có rung động của hệ thống cơng nghệ, quy trình cắt khơng liên tục,
dụng cụ cắt bị đảo… thơng thường độ sóng xuất hiện khi gia cơng chi tiết có kích thước
lớn và trung bình bằng các phương pháp tiện, phay và mài.
2.1.2Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia cơng.
Tính chất cơ lý được biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi cấu trúc tinh thể
lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng bề mặt.
1. Hiện tượng biến cứng bề mặt:
Trong quá trình gia công dưới tác dụng của lực làm xô lệch mạng tinh thể của kim
loại lớp bề mặt, gây biến dạng dẻo ở vùng trước và sau lưỡi cắt. Phôi kim loại được tạo ra
do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trượt. Giữa các hạt tinh thể kim loại
xuất hiện ứng suất. Thể tích riêng và mật độ kim loại giảm ở vùng cắt. Giới hạn bền, độ
cứng, độ giòn của lớp bề mặt được nâng cao. Đồng thời tính dẫn từ của lớp bề mặt cũng
thay đổi.Nhiều tính chất khác của lớp bề mặt cũng thay đổi. Kết quả tổng hợp là lớp bề
mặt bị cứng nguội, chắc lại và có độ cứng tế vi cao.
Mức độ biến cứng, chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào tác dụng của lực cắt,
mức độ biến dạng dẻo của kim loại và ảnh hưởng nhiệt trong vùng cắt. Lực cắt tăng làm
tăng mức độ biến dạng dẻo làm tăng mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng của
lớp bề mặt phụ thuộc vào tỷ lệ tác động của hai yếu tố lực cắt và nhiệt sinh ra trong vùng
cắt.
16

2. Ứng suất dư trong lớp bề mặt:
Khi gia công lớp bề mặt chi tiết suất hiện ứng suất dự. Trị số, dấu và chiều sâu
phân bố của ứng suất dư trong lớp bề mặt phụ thuộc vào điều kiện gia cơng cụ thể. Các
ngun nhân chính gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt gia công bao gồm:
- Khi cắt một lớp mỏng vật liệu trường lực gây ra biến dạng dẻo không đều ở từng
khu vực trong lớp bề mặt. Khi trường lực mất đi, biến dạng dẻo gây ra ứng suất dư trong
lớp bề mặt.
- Biến dạng dẻo khi cắt làm chắc lớp kim loại bề mặt, làm tăng thể tích lớp kim loại
mỏng ở ngồi cùng. Lớp kim loại bên trong do không biến dạng dẻo nên vẫn giữ được
thể tích bình thường. Lớp kim loại bên ngồi có xu hướng tăng thể tích nhưng không tăng
được nên gây ra ứng suất nén, để cân bằng lớp bên trong gây ra ứng suất dư trong lớp bề
mặt.
- Nhiệt sinh ra tại vùng cắt nung nóng cục bộ lớp bề mặt, làm giảm modun đàn hồi
vật liệu. Sau khi cắt lớp bề mặt nguội nhanh, co lại gây ra ứng suất dư kéo, để cân bằng
lớp trong gây ra ứng suất dư nén.
- Kim loại chuyển pha và nhiệt cắt làm thay đổi cấu trúc lớp kim loại bề mặt, dẫn
đến sự thay đổi về thể tích của kim loại. Lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích
riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất dư nén, lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích riêng
nhỏ sẽ sinh ra ứng suất dư kéo dư kéo.
1.2.ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TỚI KHẢ NĂNG LÀM
VIỆC CỦA CHI TIẾT MÁY
Chất lượng bề mặt có ảnh hưởng nhiều đến khả năng làm việc của chi tiết máy đến
tính chất của mối ghép. Sau đây phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố chất lượng bề mặt
đến tính chống mài mịn, tính chống ăn mịn, độ bền mỏi và tính chất của mối ghép.
1.2.1. Ảnh hưởng tới tính chống mịn
1. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt:
Do bề mặt hai chi tiết tiếp xúc nhau có nhấp nhơ tế vi nên ở giai đoạn đầu hai bề
mặt này chỉ tiếp xúc với nhau trên một số đỉnh nhấp nhơ cao, diện tích tiếp xúc chỉ bằng
17

một phần diện tích tính tốn nên tại các đỉnh tiếp xúc có áp suất rất lớn, thường vượt qua
giới hạn chảy, có khi vượt qua cả giới hạn bền của vật liệu, làm cho các điểm tiếp xúc bị
nén đàn hồi và biến dạng dẻo các nhấp nhơ, đó là biến dạng tiếp xúc. Được xác định theo
công thức kinh nghiệm sau:
∆= 𝐶𝐶. 𝑝𝑝 𝑥𝑥 (𝜇𝜇𝜇𝜇)

Trong đó: C, x – hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm.
p: áp suất tại chỗ tiếp xúc.
Phân tích mịn của một cặp ma sát có 3 giai đoạn
Giai đoạn mòn ban đầu: khi hai bề mặt mới tiếp xúc nếu có chuyển động tương
đối với nhau sẽ xẩy ra hiện tượng trượt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô làm cho các đỉnh nhấp
nhơ mịn nhanh. Trong điều kiện làm việc nhẹ, mịn ban đầu có thể làm chiều cao nhấp
nhơ giảm 60 – 70%. Mịn ban đầu ứng với thời gian chạy rà. Ở giai đoạn này hình dạng
nhấp nhô và chiều cao vết gia công cũng thay đổi.
Giai đoạn mịn bình thường: sau giai đoạn mịn ban đầu q trình mịn trở nên
bình thường và chậm vì diện tích tiếp xúc thực đã tăng lên và áp suất tiếp xúc giảm đi.
Đây chính là giai đoạn làm việc thật của chi tiết. Giai đoạn này tương ứng với đoạn dốc
nhỏ.
Giai đoạn mịn khốc liệt: khi đó bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, cấu trúc bề mặt chi tiết
bị phá hỏng. Đây là giai đoạn nguy hiểm, thường xuất hiện hỏng ngẫu nhiên, không nên
sử dụng chi tiết ở giai đoạn này.
2.Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt.
Lớp biến cứng bề mặt có tác dụng nâng cao tính chống mịn vì nó hạn chế biến
dạng dẻo tồn phần của chi tiết qua đó hạn chế hiện tượng chảy và mài mòn kim loại.
Biến cứng bề mặt làm hạn chế tác động tương hỗ giữa các phần tử và các tác động tương
hỗ cơ học ở bề mặt chi tiết máy để tạo thành oxyt kim loại gây ra ăn mòn ở bề mặt kim
loại.
3. Ảnh hưởng của ứng suất dư bề mặt:

18


Ứng suất dư bề mặt của chi tiết máy nói chung khơng ảnh hưởng đáng kể đến tính
chống mịn nếu chi tiết làm việc ở điều kiện ma sát bình thường. Cịn ứng suất dư bên
trong, xét trên tồn bộ diện tích chi tiết máy, có thể ảnh hưởng đến tính chất và cường độ
mịn của chi tiết máy.
1.2.2 Ảnh hưởng đến tình ăn mịn hóa học của lớp bề mặt chi tiết:
1. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt:
Các chỗ lõm do nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các chất ăn mòn như axit,
muối… các tạp chất này có tính chất ăn mịn đối với kim loại. Q trình ăn mịn hóa học
trên lớp bề mặt này có tính chất ăn mịn đối với kim loại. Quá trình này ở lớp bề mặt xảy
ra dọc theo sườn dốc của các mấp mô tế vi, theo chiều từ đỉnh xuống đáy các mấp mô,
làm cho các mấp mơ cũ mất đi và hình thành các mấp mơ mới.
Như vậy chiều cao nhấp nhô càng thấp (độ nhám càng thấp) thì càng ít bị ăn mịn,
bán kính đáy các mấp mơ càng lớn thì khả năng chống ăn mịn càng cao. Có thể chống ăn
mịn bằng cách phủ lên bề mặt chi tiết một lớp bảo vệ bằng phương pháp mạ (mạ crom,
mạ niken) học bằng phương pháp cơ khí làm chắc lớp bề mặt.
2.Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt:
Biến dạng dẻo và biến cứng bề mặt kim loại có mức độ khác nhau, tùy theo hướng
các hạt tinh thể kim loại và thành phần cấu tạo của chúng. Hạt ferit biến dạng nhiều hơn
hạt peclit. Điều đó làm cho năng lượng nâng cao khơng đều và thế năng điện tích thay đổi
khác nhau. Các hạt ferit biến cứng nhiều hơn sẽ trở nên anot. Các hạt peclit biến cứng ít
hơn sẽ trở thành các catot. Đồng thời các mạng lưới nguyên tử bị lệch với mức độ khác
nhau trong các hạt tinh thể.
Kết quả của sự biến dạng dẻo tạo nên sự không đồng nhất tế vi của kim loại nhiều
tinh thể, trong đó sinh ra nhiều phần tử ăn mòn, nhất là ở mặt phẳng trượt gây ra hiện
tượng hấp thụ mạnh, tăng cường q trình ăn mịn và khuếch tán ở lớp bề mặt. bề mặt chi
tiết máy qua q trình gia cơng cơ sẽ bị biến cứng, độ nhám bề mặt thay đổi làm cho tính
19

chống ăn mịn hóa học của kim loại cũng bị thay đổi. Sau khi tiện, tốc độ ăn mòn thép
trong axit sufuric lỗng có thể nhanh gấp 12,5 lần so với sau khi đánh bóng, vì độ nhám
bề mặt sau khi đánh bóng thấp hơn sau khi tiện.
3. Ảnh hưởng của ứng suất dư:
Ứng suất dư hầu như không ảnh hưởng đến tính chống ăn mịn hóa học của kim
loại.
1.2.3.Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy:
1. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt:
Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi nó
chịu tải trọng chu kỳ có đổi dấu, vì ở đáy các nhấp nhơ có ứng suất tập trung lớn, có khi
vượt quá giới hạn mỏi của vật liệu. Ứng suất tập trung này sẽ gâp ra các vết nứt tế vi ở
đáy các mấp mơ, đó là nguồn gốc phá hỏng chi tiết máy.
Với thép 45 khi đạt Rz = 75µm thì σ-1 = 195 MN?m2 ( 195 N/mm2)
Cịn Rz = 2µm thì σ-1 = 282 MN/m2( 282 N/mm2)
Nghĩa là trường hợp độ nhám bề mặt thấp thì giới hạn bền mỏi của vật liệu cao.
Mặt khác, độ bền của chi tiết máy cũng sẽ tăng khi chi tiết chịu tải trọng va đập,
nếu độ nhám bề mặt thấp. Đối với thép CT5 nếu giảm độ nhám bề mặt từ Rz = 100µm
xuống Rz = 0,1 µm thì độ bền chịu va đập có thể tăng 17%
1. Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt:
Bề mặt bị biến cứng có thể tăng độ bền mỏi khoảng 20%. Chiều sâu và mức dộ
biến cứng của lớp bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, vì nó hạn
chế khả năng gây ra các vết nứt tế vi làm phá hỏng chi tiết, nhất là khi bề mặt chi tiết có
ứng suất dư.
2. Ảnh hưởng của ứng suất dư:

20

Ứng suất dư lớp bề mặt có tác dụng làm tăng độ bề mỏi của chi tiết, còn ứng suất
dư kéo thì ngược lại. Ảnh hưởng của ứng suất dư bề mặt đối với độ bền mỏi của chi tiết
có thể xác định bằng công thức.
𝜎𝜎−1𝑏𝑏 = 𝜎𝜎−1𝑎𝑎 − 𝛼𝛼𝜎𝜎𝑑𝑑

2.2.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác các mối lắp ghép:
Độ chính xác các mối lắp ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộc chất lượng các bề
mặt lắp ghép. Độ bền các mối ghép, trong đó có độ ổn định của chế độ lắp ghép giữa các
chi tiết, phụ thuộc vào độ nhám các bề mặt lắp ghép. Ở đây, chiều cao mấp mô tế vi Rz
tham gia vào trường dung sai chế tạo chi tiết máy: đối với lỗ thì dung sai kích thước
đường kính sẽ giảm một lượng là 2Rz, cịn đối với trục thì tăng lên 2Rz.
Đối với mối ghép lỏng, trong giai đoạn mòn ban đầu chiều cao mấp mơ tế vi Rz có
thể giảm đi 65% - 75% làm khe hở lắp ghép tăng lên và độ chính xác lắp ghép giảm đi.
Như vậy, đối với các mối ghép lỏng, để đảm bảo độ ổn định các mối ghép trong thời gian
sử dụng, trước hết phải giảm độ nhấp nhô tế vi (giảm Rz). Giá trị hợp lý của Rz được xác
định theo độ chính xác của lắp ghép tùy theo trị số của dung sai lắp ghép. Thường được
xác định như sau:
Nếu đường kính lắp ghép lớn hơn 50mm thì Rz = ( 0,1– 0,15) δ.
Nếu đường kính lắp ghép từ ( 18- 50) mm thì Rz = ( 0,15 – 0,2) δ.
Nếu đường kính lắp ghép nhỏ hơn 18 mm thì Rz = ( 0,2 – 0,25) δ.
Độ bền của mối ghép chặt có quan hệ trực tiếp với độ nhám bề mặt lắp ghép. Độ
nhám bề mặt tăng thì độ bền mối ghép chặt giảm.
Tóm lại, chất lượng bề mặt có ảnh hưởng đến tính chất mối ghép. Trong đó độ
nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn và rõ ràng nhất. Tuy nhiên vẫn chưa có các cơng trình
nghiên cứu sâu về lý thuyết của vấn đề này.

21


1.3. NHẬN XÉT:

Chất lượng bề mặt bao gồm nhiều yếu tố, do nhiều thông số tác động với những
mức độ khác nhau, như các thông số công nghệ, vật liệu gia công…Được sự đồng ý của
giáo viên hướng dẫn nên đề tài chỉ tập trung vào việc tìm hiểu sự ảnh hưởng của các yếu
tố công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công thép SKD11 với chiều dày gia công
khác nhau là 20mm và 40mm.

22


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MÁY EDM VÀ CÁC
THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
2.1.NGHIÊN CỨU VỀ BẢN CHẤT CÔNG NGHỆ MÁY EDM
Trong nửa đầu thế kỷ 20, nhu cầu về các vật liệu lâu mịn tăng lên khơng ngừng ở
các nước cơng nghiệp phát triển. Nhưng vấn đề là gia công những vật liệu đó bằng cơng
nghệ thơng thường thì rất khó khăn, nhiều khi không thực hiện được. Sự xuất hiện của
các máy CNC EDM ( Electrical Discharge Machining) đã nhanh chóng thay đổi việc sản
xuất công nghiệp. Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc
phức tạp 3 chiều cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người
thực hiện được giảm thiểu.
2.1.1. Nguyên lý gia công tia lửa điện (EDM):
Về ngun lý gia cơng thì đây là hiệu quả ăn mịn vật liệu gây ra bởi sự phóng
điện. Khi các tia lửa điện được phóng xạ, vật liệu trên bề mặt phơi bị hớt đi bởi một q
trình gia cơng bằng tia lửa điện gọi tắt là gia công EDM ( Electrical Discharge
Machining).
Đặc điểm chính của phương pháp gia cơng tia lửa điện:
- Điện cực (đóng vai trị là dụng cụ cắt): có độ cứng thấp hơn nhiều so với vật liệu
phôi. Vật liệu phôi thường là những vật liệu cứng và đã qua nhiệt luyện như thép đã tôi,
các loại hợp kim cứng. Vật liệu điện cực thường là đồng, grafit…
-

Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi đều phải có tính chất dẫn điện tốt.

- Mơi trường gia công: khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi làm môi
trường gia công. Đây là dung dịch khơng dẫn điện ở điều kiện làm việc bình thường.
Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện: phương pháp gia cơng
tia lửa điện có thể tạo được các mặt định hình là đường thẳng, đường cong, các rãnh định

23