(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu khi cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9crsi đã qua tôi​

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ HOA NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN LỖ HÌNH RÃNH THEN THÉP 9CrSi ĐÃ QUA TƠI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ THÁI NGUYÊN, 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Trừ phần tham khảo nêu rõ Luận văn Tác giả NGUYỄN THỊ HOA Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – PGS.TS Vũ Ngọc Pi, người hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết hồn chỉnh Luận văn Tác giả chân thành cảm ơn TS Đỗ Thị Tám, phòng KHCN Hợp tác quốc tế Th.s Nguyễn Mạnh Cường, Ths Lưu Anh Tùng, giảng viên khoa Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp tận tình giúp đỡ tác giả trình thực phân tích kết thí nghiệm Xin chân thành cám ơn hỗ trợ Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp, ĐH Thái Nguyên thông qua đề tài KHCN mã số T2018-B13 Nhà trường Tác giả bày tỏ lịng biết ơn thầy, giáo bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tác giả NGUYỄN THỊ HOA Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mở đầu I Tính cấp thiết đề tài II Mục đích đối tượng phương pháp nghiên cứu III Ý nghĩa đề tài IV Nội dung đề tài CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 10 1.1 Giới thiệu 10 1.2 Hệ thống gia công tia lửa điện 10 1.2.1 Bộ tạo xung 10 1.2.2 Cơ cấu servo 10 1.2.3 Điện cực 11 1.2.4 Dung dịch điện môi 12 1.3 Bản chất q trình gia cơng xung điện 13 1.4 Kết luận chương 16 CHƯƠNG II MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THƠNG SỐ ĐIỀU CHỈNH TRONG Q TRÌNH GIA CÔNG 17 2.1 Giới thiệu máy cắt dây tia lửa điện 18 2.2 Ưu nhược điểm phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 19 2.3 Độ xác gia cơng tia lửa điện 19 2.4 Dây cắt vật liệu điện cực 20 2.5 Sự thoát phoi cắt dây tia lửa điện 20 2.6 Độ nhám bề mặt gia công 21 2.7 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 22 2.8 Kết luận chương 23 24 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ NĂNG SUẤT GIA CÔNG TRONG GIA CÔNG CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN THÉP 90CrSi SAU KHI TÔI 3.1 Thiết kế thí nghiệm 25 3.1.1 Các giả thiết thí nghiệm 25 3.1.2 Điều kiện thực thí nghiệm 25 3.1.2.1 Thiết bị thí nghiệm 25 3.1.2.2 Vật liệu gia công 26 3.1.2.3 Các dụng cụ đo kiểm 27 3.2 Xây dựng hàm mục tiêu tối ưu hóa số thông số công nghệ gia 28 công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau 3.2.1 Mơ hình định tính q trình cắt dây tia lửa điện 28 3.2.2 Các thơng số đầu vào thí nghiệm 31 3.3 Ảnh hưởng thông số gia công đến nhám bề mặt vận tốc cắt 32 cắt thẳng 3.4 Ảnh hưởng thông số gia công đến nhám bề mặt vận tốc cắt 48 cắt cong CHƯƠNG IV 63 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KHUYẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 BÀI BÁO ĐÃ XUẤT BẢN 66 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com PHẦN MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - Gia công cắt dây tia lửa điện (gọi tắt gia công cắt dây) phương pháp gia công tiên tiến sử dụng rộng rãi Trong gia công cắt dây, dây cắt chuyển động liên tục điện cực sử dụng để cắt vật liệu dẫn điện Gia công cắt dây sử dụng rộng rãi để gia công chi tiết dạng lỗ thông khuôn đùn, ép kim loại, loại cối đột thép, cối đột định hình, cối dập viên định hình cho ngành dược vv… Phương pháp đặc biệt hiệu gia công lỗ nhỏ sâu, lỗ, rãnh có thành mỏng vật liệu dẫn điện khó gia cơng thép khơng rỉ, thép tơi cứng… Vì có nhiều nghiên cứu ngồi nước lĩnh vực Có thể nêu số nghiên cứu điển hình tối ưu hóa gia cơng cắt dây sau: Trong [1] trình bày tiến mà công nghệ cắt dây đạt Dao động dây cắt khảo sát [2, 3] nhằm nâng cao độ xác gia công Trong [4] nghiên cứu nguyên nhân gây đứt dây cắt phương pháp điều khiển để hạn chế đứt dây Trong [5] đưa kết nghiên cứu xác định giá trị tối ưu tham số trình cắt thép SKD11 thời gian đóng thời gian ngắt xung, tốc độ di chuyển bàn, lực căng dây Trong gia cơng cắt dây, có nhiều thơng số cơng nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, suất gia cơng, độ xác gia cơng Chất lượng bề mặt suất gia công hai yếu tố quan tâm nhiều Do vậy, có nhiều nghiên cứu tập trung vào xác định thông số tối ưu để nâng cao chất lượng bề mặt suất cắt [6, 7, 8, 9, 10], nghiên cứu tối ưu dạng đơn mục tiêu [8, 11], có tối ưu dạng đa mục tiêu [6, 7, 9, 10] ] Bên cạnh đó, nghiên cứu tập trung vào việc xác định chế độ cắt tối ưu cho loại vật liệu khác chế độ tối ưu gia công hợp kim ti tan, vonfram… [11, 12] Ở nước ta đến có số nghiên cứu tối ưu hóa cắt dây tia lửa điện Cụ thể, [13] khảo sát ảnh hưởng thời gian đóng, ngắt xung điện áp đánh lửa đến suất gia công độ nhám bề mặt gia cơng thép 9CrSi Trong [14] trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng điện áp phóng điện cường độ dịng điện đến suất gia cơng độ nhám bề mặt gia công cắt dây vật liệu SKD61 Từ phân tích trên, nói có khơng nghiên cứu gia công cắt dây tia lửa điện Các nghiên cứu đề cập đến nhiều vấn đề trình cắt dây có xác định thơng số tối ưu trình cắt dây nhằm nâng cao độ xác tăng suất cắt Bài tốn tối ưu hóa q trình cắt dây nghiên cứu gia công nhiều loại vật liệu khác Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Trên thực tế sản xuất nước ta, có nhiều sản phẩm sản phẩm xác cần sử dụng nguyên công cắt dây để chế tạo loại khuôn đùn, ép kim loại, khuôn cối đột, cắt kim loại, khuôn cối dập viên vv Tại Doanh nghiệp tư nhân khí xác Thái Hà gia cơng sản phẩm chi tiết lỗ hình rãnh then vật liệu 9CrSi, chiều sâu 22mm chế độ cắt sử dụng chưa tối ưu Như phân tích trên, có nhiều nghiên cứu xác định thông số tối ưu cắt dây chưa có nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi Chính “Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi qua tôi” cấp thiết II MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục đích đề tài - Nghiên cứu xác định ảnh hưởng thơng số q trình (Thời gian đóng xung Ton, thời gian ngắt xung Toff, điện áp phóng điện SV, điện áp đánh tia lửa điện VM, vận tốc dây WF, vận tốc cắt SPD) đến độ nhám bề mặt suất gia công cắt dây vật liệu 9CrSi sau - Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi qua 2.2 Đối tượng nghiên cứu Máy: Máy cắt dây Fanus Robotcut α-1iA (của Doanh nghiệp tư nhân Cơ khí Chính xác Thái Hà); Vật liệu gia cơng: thép 9CrSi sau đạt độ cứng 5562HRC Dây: Dây đồng có đường kính 0,25mm 2.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm III Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Ý nghĩa khoa học - Từ kết nghiên cứu thực nghiệm, đề tài đưa hàm tốn học mơ tả mối quan hệ nhám bề mặt suất cắt với thơng số q trình gia cơng với thời gian phóng điện Ton, thời gian ngắt xung Toff, điện áp phóng điện SV, điện áp đánh tia lửa điện VM, vận tốc dây WF, vận tốc cắt SPD gia cơng thép 9CrSi sau tơi Từ đưa tham số tối ưu gia công làm sở phục vụ cho nghiên cứu khác - Đề tài góp phần hiểu rõ ảnh hưởng thơng số q trình đến suất chất lượng gia công Thêm vào đó, xác định thơng số tối ưu cho trình cắt dây lỗ hình then thép 9CrSi nói riêng Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Gia công tia lửa điện cắt dây ngày sử dụng rộng rãi nhiều nước giới Vì vậy, đề tài có ý nghĩa thực tiễn gia công khuôn dập, khuôn ép, cối dập thuốc… Áp dụng gia cơng sản phẩm Doanh nghiệp khí Thái Hà IV NỘI DUNG ĐỀ TÀI Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, phần mở đầu, kết luận chung phụ lục luận văn trình bày nội dung sau: Chương Tổng quan gia công tia lửa điện Nghiên cứu tổng quan EDM Chương Máy cắt dây thông số điều chỉnh q trình gia cơng - Nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tượng xảy trình cắt - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến trình cắt Chương Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt suất gia công gia công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau tơi - Thiết lập thí nghiệm - Xây dựng hàm mục tiêu tối ưu hóa số thơng số cơng nghệ gia công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau - Nghiên cứu thực nghiệm xác định hàm toán học biểu diễn mối quan hệ số thông số công nghệ với nhám bề mặt suất gia công gia công cắt dây thép 9CrSi sau tơi - Tối ưu hóa hai mục tiêu xác định chế độ gia công đảm bảo suất nhám bề mặt theo yêu cầu Chương 4: Kết luận chung khuyến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 1.1 Giới thiệu Nguyên lý gia công tia lửa điện phát nhà nghiên cứu người Anh Toseph Priestley (1733-1809) vào năm 1770 Tuy nhiên, đến năm 1943 vợ chồng Lazarenko (người Nga) giới thiệu phương pháp gia cơng tia lửa điện Q trình gia công tia lửa điện (tiếng anh Electrical Discharge Machining (viết tắt EDM)) q trình bóc tách vật liệu nhờ tia lửa điện phóng thơng qua q trình điện nhiệt làm nóng chảy bốc kim loại Tiếp đó, phát triển công nghệ điều khiển CNC tạo bước phát triển lớn gia công tia lửa điện phương pháp trở thành phương pháp gia công không truyền thống ứng dụng nhiều gia công Phương pháp gia cơng tia lửa điện có đặc điểm sau: - Điện cực (hay dụng cụ cắt): Có độ cứng thấp nhiều so với vật liệu phôi Vật liệu điện cực thường đồng, grafit… - Vật liệu phôi: phải vật liệu dẫn điện; thường vật liệu khó gia cơng thép khơng gỉ, loại thép khó gia cơng, thép tơi cứng, hợp kim cứng vv - Trong gia công tia lửa điện phải sử dụng chất lỏng điện môi làm môi trường gia công Đây dung dịch khơng dẫn điện điều kiện làm việc bình thường Phạm vi sử dụng: Phương pháp gia công tia lửa điện thường dùng để tạo mặt trụ, mặt có biên dạng định hình, phức tạp; để gia cơng mặt địi hỏi độ xác cao biên dạng cam, biên dạng thân khai, cycloid… Phương pháp đặc biệt hiệu gia công lỗ nhỏ sâu, lỗ, rãnh có thành mỏng với độ bóng tương đối cao (Ra = 1,6 ÷ 0,8 μm) độ xác cao thơng thường khoảng ±0.013mm 1.2 Hệ thống gia công tia lửa điện Hình 1.1 [13] biểu diễn sơ đồ hệ thống gia cơng tia lửa điện Hệ thống gồm có tạo xung, cấu điều khiển chạy dao servo, điện cực dung dịch điện mơi Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com 1.2.1 Bộ tạo xung Bộ tạo xung nhằm tạo xung điện chiều đóng ngắt theo thời gian định với điện áp cường độ dòng điện xác định Bộ tạo xung có kiểu RC, RLC kiểu CC kiểu RC (mạch điện trở - tụ điện) (Hình 1.2) sử dụng phổ biến [14] 1.2.2 Cơ cấu servo Cơ cấu servo nhằm đảm bảo khoảng cách định hai điện cực để trì phóng điện Thơng thường khoảng cách từ 0,01 đến 0,02 mm [14] Việc điều khiển chuyển động điện cực thực mạch điều khiển tự động Các mạch mạch điều khiển cuộn dây hình ống kiểu điện động [14] Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống gia cơng xung điện [13] Hình 2.2: Mạch tạo xung RC [14] 1.2.3 Điện cực Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN 10 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Hình 3.14 Đồ thị ảnh hưởng chuẩn hóa ảnh hưởng yếu tố VM, Tbon, Toff, SV, WF, SPD, R đến Ra Trên hình 3.14, đồ thị vẽ cho hàm mục tiêu với mức ý nghĩa α = 0,05 Các yếu tố có ảnh hưởng lớn (Significant) biểu diễn qua điểm hình vng Các yếu tố bao gồm: A (biến VM), B (biến Ton), C (Toff), E (WF), F (SPD), G (biến R), tương tác bậc 2: BD (Ton*SV), BG (Ton*R) tương tác bậc 3: BCE (Ton*Toff*WF), BCG (Ton*Toff*R) Theo đó, Biến R có ảnh hưởng mạnh nhất, VM, Ton, SPD, Ton*R, Ton*SV, Toff , Ton*Toff*WF, Ton*Toff*R, WF Dựa vào bảng 3.17, biến tương tác có giá trị P < 0.05 biến tương tác có ý nghĩa thống kê Các biến tương tác là: R, VM, Ton, SPD, Ton*R, Ton*SV, Toff , Ton*Toff*WF, Ton*Toff*R, WF Như tất biến ảnh hưởng đến Ra trực tiếp thông qua tương tác với Các biến tương tác có giá trị P > 0.05 cịn có kể đến tương tác bậc Bảng 3.17 Thơng tin mơ hình hồi quy sau loại bỏ yếu tố ảnh hưởng yếu Coded Coefficients Term Effect Constant Coef SE Coef T-Value P-Value 3.4881 0.0139 250.24 0.000 VIF VM -0.3756 -0.1878 0.0139 -13.47 0.000 1.00 Ton 0.2195 0.1097 0.0139 7.87 0.000 1.00 Toff 0.1221 0.0611 0.0139 4.38 0.000 1.00 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 52 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com SV -0.0325 -0.0163 0.0139 -1.17 0.260 1.00 WF 0.0607 0.0303 0.0139 2.18 0.045 1.00 SPD -0.1761 -0.0880 0.0139 -6.32 0.000 1.00 R -0.5494 -0.2747 0.0139 -19.71 0.000 1.00 Ton*Toff 0.0045 0.0023 0.0139 0.16 0.873 1.00 Ton*SV -0.1415 -0.0707 0.0139 -5.07 0.000 1.00 Ton*WF -0.0542 -0.0271 0.0139 -1.94 0.070 1.00 0.1530 0.0765 0.0139 5.49 0.000 1.00 Toff*WF -0.0081 -0.0041 0.0139 -0.29 0.775 1.00 Toff*R -0.0416 -0.0208 0.0139 -1.49 0.155 1.00 Ton*Toff*WF -0.1189 -0.0594 0.0139 -4.26 0.001 1.00 0.1149 0.0574 0.0139 4.12 0.001 1.00 Ton*R Ton*Toff*R Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 0.0788524 98.03% 96.17% 92.10% b Phân tích hồi quy-phương sai Mơ hình hồi quy mức tương tác hai yếu tố bao gồm 01 số hạng số (b0), 07 số hạng ứng với biến thí nghiệm có ảnh hưởng đáng kể khơng đáng kể, số hạng ảnh hưởng tương tác bậc hai số hạng tương tác bậc Phương trình hồi quy có dạng: Ra = b0 + b1 VM + b2 Ton + b3 Toff + b4SV+b5WF+b6SPD + b12VM*Ton + b13VM*Toff + b14VM*SV+ b15VM*WF+ b16VM*SPD+ b23Ton*Toff+ b24Ton *SV+ b25Ton *WF+ b26T on*SPD+ b34Toff*SV + b35Toff*WF+ b36Toff*SPD+ b45SV*WF+ b46SV*SPD+ b56WF*SPD (3.3) Các hệ b0, bx, bxx Minitab liệt kê giá trị cột Coef (cột thứ bảng 3.17) Tên yếu tố (bao gồm biến thí nghiệm tương tác) liệt kê cột Term (cột thứ bảng 3.17) Giá trị b0 phương trình (3.3) ký hiệu constant (hằng số) cột Term bảng Các giá trị hệ số liệt kê cột “Coef” Cột T biểu diễn giá trị tính theo phân phối t đại lượng xét; cột P liệt kê giá trị xác suất p (pvalue) kiểm định giả thuyết thống kê khả hệ số không Giá trị p lớn mức ý nghĩa α báo hiệu việc tồn hệ số tương ứng khơng có ý nghĩa Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 53 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com thống kê Nói cách khác, p > α, tin tưởng đến (1-α) % để lấy hệ số khơng Tức ảnh hưởng thành phần tương ứng không đáng kể đến hàm mục tiêu Quan sát cột giá trị p (cột cuối bên phải bảng) có kết luận thành phần ảnh hưởng đến hàm mục tiêu Trước hết, giá trị p thông số tương tác chúng nhỏ so với mức ý nghĩa  (bằng 0.05) Điều chứng tỏ thông số tương tác có ảnh hưởng mạnh đến Ra Hàng cuối bảng hiển thị thông số đánh giá mô hình hồi quy Các thơng số định r2 (ký hiệu R-Sq) (ký hiệu R-Sq(Adj)) lớn 92.1%, chứng tỏ mơ hình khớp tốt với liệu Phương trình quan hệ 3.3 Ra thơng số ảnh hưởng viết: Regression Equation in Uncoded Units Ra = 3.4881- 0.1878VM +0.1097 Ton +0.0611 Toff -0.0163SV +0.0303 WF - 0.0880 SPD -0.2747 R + 0.0023 Ton*Toff - 0.0707 Ton*SV -0.0271 Ton*WF +0.0765 Ton*R -0.0041 Toff*WF - 0.0208Toff*R - 0.0594 Ton*Toff*WF + 0.0574Ton*Toff*R Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 0.0788524 98.03% 96.17% 92.10% 3.4.2 Ảnh hưởng thông số gia công đến vận tốc cắt (CS) cắt cong Mỗi mẫu thí nghiệm tiến hành chế độ gia cơng (với thơng số q trình) định, thơng số q trình thay đổi khoảng điều chỉnh cho phép thiết bị thí nghiệm tập hợp để tính tốn, từ đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến CS Bảng 3.18 Phạm vi khảo sát biến thực nghiệm: Mức Biến VM Ton Toff SV WF SPD R Thấp Giá trị thực 13 25 4.5 Mã hóa -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 Cao Giá trị thực 12 18 35 12 5.5 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 54 Mã hóa +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Để khảo sát chi tiết ảnh hưởng thơng số thí nghiệm đến hàm mục tiêu, phương pháp thực nghiệm “Thí nghiệm sàng lọc” (Screening Experiment) áp dụng Phương pháp thí nghiệm sàng lọc tiến hành nhằm mục đích: - Xác định đâu yếu tố ảnh hưởng đến đối tượng hay trình khảo sát; - Đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố; - Đánh giá mức độ ảnh hưởng tương tác yếu tố; - Xác định mối quan hệ ra-vào đơn giản (bậc nhất) dùng làm sở cho trình cải thiện tối ưu hóa sau Phần mềm Minitab®18 chọn để xây dựng kế hoạch thí nghiệm phân tích số liệu sử dụng dạng thiết kế thí nghiệm tồn phần mức Cách thức khai báo biến thí nghiệm cho bước khởi tạo kế hoạch thí nghiệm minh họa hình 3.15 Trên hình 3.15, khai báo giá trị giới hạn cho vùng khảo sát cho biến thí nghiệm Thơng số VM gán cho biến A (Factor A), có tên (Name) đặt VM, giá trị (Low) 3; giá trị (High) Tương tự cho biến B, gán cho thông số Ton; biến C gán cho thông số Toff; biến D gán cho thông số SV, biến E gán cho thông số WF; biến F gán cho thông số SPD, biến G gán cho thông số R Hình 3.15 Khai báo biến thí nghiệm sàng lọc Kết ma trận thí nghiệm thu được trình bày bảng 3.19 Trong bảng 3.19, cột thứ nhất, StdOrder hiển thị thứ tự thí nghiệm theo “tiến trình chuẩn” (Standard Order) Tiến trình chuẩn thứ tự thí nghiệm xác lập theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm Để đảm bảo nguyên tắc ngẫu nhiên hóa, việc thực thí nghiệm theo thứ tự liệt kê cột RunOrder Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 55 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Tồn 32 thí nghiệm thực ca máy, điều kiện gia công Ta xác lập số khối thí nghiệm Do vậy, cột Blocks bảng có giá trị Bảng kế hoạch 3.19 có 32 hàng, tức cần thực 32 thí nghiệm theo thứ tự liệt kê cột RunOrder Mỗi thí nghiệm có biến VM, Tbon, Toff, SV, WF, SPD, R xác lập theo giá trị ghi ô tương ứng cột VM, Tbon, Toff, SV, WF, SPD, R bảng 3.19 Bảng 3.19 Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc theo 1/32 factorial TT StdOrder RunOrder CenterPt Blocks VM Ton 30 1 2 1 1 10 1 25 1 13 1 1 12 1 8 1 19 10 1 12 10 14 11 1 11 12 12 1 12 12 26 13 1 13 29 14 1 14 18 15 1 15 11 16 1 12 16 16 17 1 12 17 24 18 1 12 18 15 19 1 12 19 31 20 1 12 20 27 21 1 12 21 20 22 1 12 22 23 1 12 23 24 1 12 24 25 1 12 25 28 26 1 12 26 23 27 1 12 27 17 28 1 28 32 29 1 12 29 21 30 1 30 31 1 31 22 32 1 32 Toff 18 13 18 13 13 18 13 13 18 13 18 13 13 18 13 13 18 18 18 18 13 13 18 13 18 13 18 13 18 18 13 18 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 56 SV 35 25 25 35 35 35 25 25 25 25 35 35 35 35 25 35 35 25 35 35 35 25 25 25 25 35 25 25 35 25 35 25 WF SPD R 12 2.5 2.5 4.5 4.5 12 2.5 4.5 4.5 4.5 2.5 12 2.5 2.5 2.5 12 4.5 12 4.5 12 2.5 4.5 4.5 12 2.5 2.5 12 2.5 12 4.5 12 4.5 4.5 2.5 2.5 12 2.5 12 4.5 12 4.5 12 4.5 12 2.5 2.5 12 4.5 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Kết xác định cách lấy trung bình CS lần thí nghiệm chế độ cắt trình bày bảng 3.20 Bảng 3.20 Kết thí nghiệm nghiệm sàng lọc theo VM, Tbon, Toff, SV, WF, SPD TT StdOrder RunOrder CenterPt Blocks VM Ton 30 1 2 1 1 10 1 25 1 13 1 1 12 1 8 1 19 10 1 12 10 14 11 1 11 12 12 1 12 12 26 13 1 13 29 14 1 14 18 15 1 15 11 16 1 12 16 16 17 1 12 17 24 18 1 12 18 15 19 1 12 19 31 20 1 12 20 27 21 1 12 21 20 22 1 12 22 23 1 12 23 24 1 12 24 25 1 12 25 28 26 1 12 26 23 27 1 12 27 17 28 1 28 32 29 1 12 29 21 30 1 30 31 1 31 22 32 1 32 Toff 18 13 18 13 13 18 13 13 18 13 18 13 13 18 13 13 18 18 18 18 13 13 18 13 18 13 18 13 18 18 13 18 SV 35 25 25 35 35 35 25 25 25 25 35 35 35 35 25 35 35 25 35 35 35 25 25 25 25 35 25 25 35 25 35 25 WF SPD R CS 12 2.5 2.08 2.5 2.18 4.5 1.98 4.5 1.81 12 2.5 1.34 4.5 1.63 4.5 2.50 4.5 1.51 2.5 1.37 12 2.5 1.79 2.5 1.78 2.5 2.55 12 4.5 1.92 12 4.5 1.19 12 2.5 1.87 4.5 1.65 4.5 2.29 12 2.5 2.70 2.5 1.60 12 2.5 1.80 12 4.5 1.99 12 4.5 2.39 4.5 1.89 2.5 2.31 2.5 2.41 12 2.5 2.30 12 4.5 1.62 12 4.5 1.78 12 4.5 2.25 12 2.5 1.65 2.5 1.83 12 4.5 1.68 Các yếu tố ảnh ảnh hưởng xác định cách định tính thơng qua đồ thị ảnh hưởng (Main Effects Plot) Đồ thị ảnh hưởng biến thí nghiệm vẽ cách độc lập đồ thị chung a Đánh giá ảnh hưởng biến thí nghiệm đến tốc độ nội suy CS (mm/min)  Ảnh hưởng thơng số thí nghiệm đến Ra thể qua biểu đồ Main Effects Plot for CS (Hình 3.16) Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 57 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Hình 3.16 Đồ thị ảnh hưởng yếu tố VM, Tbon, Toff, SV, WF, SPD, R đến CS Trên hình 3.16, đồ thị ảnh hưởng sáu biến vẽ sáu độc lập Ơ góc bên trái đồ thị biểu diễn ảnh hưởng biến VM Nhận thấy đồ thị, VM thay đổi từ (giá trị mã hóa -1) đến (giá trị mã hóa +1), hàm mục tiêu CS thay đổi từ 1.68363 đến 2.16834 Độ dốc đồ thị (2.18634 – 1.68363)/2 = 0.242355 Tương tự, độ dốc CS Ton, Toff, SV, WF, SPD, R thay đổi là: (2.1275-1.72447)/2=0.201515; (1.98194-1.87003)/2=0.055955, (1.97633-1.87564)/2=0.050345, (1.9556-1.89637)/2=0.039615, (1.97179-1.88018)/2 = 0.045805 (2.05938-1.79259)/2=0.133395 So sánh định tính cho thấy, độ dốc đồ thị ảnh hưởng VM lớn nhất; đồ thị Ton, R, Toff, SV, SPD cuối WF Một cách khác để đánh giá ảnh hưởng xem xét đồ thị ảnh hưởng chuẩn hóa (hình 3.17) Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN 58 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Hình 3.17 Đồ thị ảnh hưởng chuẩn hóa ảnh hưởng yếu tố tố VM, Tbon, Toff, SV, WF, SPD, R đến CS Trên hình 3.17, đồ thị vẽ cho hàm mục tiêu với mức ý nghĩa α = 0,05 Các yếu tố có ảnh hưởng lớn (Significant) biểu diễn qua điểm hình vng Các yếu tố bao gồm: A (biến VM), B (biến Ton), C (biến Toff), D (biến SV), G (biến R), tương tác bậc 2: AB (VM*Ton), AG (VM*R) Theo đó, Biến VM có ảnh hưởng mạnh nhất, Ton, R, Toff, VM*Ton, SV, SPD, VM*R Dựa vào bảng 3.21, biến tương tác có giá trị P < 0.05 biến tương tác có ý nghĩa thống kê Các biến tương tác là: VM, Ton, R, Toff, VM*Ton, SV, SPD, VM*R Bảng 3.21 Thơng tin mơ hình hồi quy sau loại bỏ yếu tố có ảnh hưởng yếu Coded Coefficients Term Effect Constant Coef SE Coef T-Value P-Value 1.9260 0.0170 113.11 0.000 VIF VM 0.4847 0.2424 0.0170 14.23 0.000 1.00 Ton 0.4030 0.2015 0.0170 11.83 0.000 1.00 Toff -0.1119 -0.0560 0.0170 -3.29 0.003 1.00 SV -0.1007 -0.0503 0.0170 -2.96 0.007 1.00 SPD -0.0916 -0.0458 0.0170 -2.69 0.013 1.00 R -0.2668 -0.1334 0.0170 -7.83 0.000 1.00 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 59 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Term Effect Coef SE Coef T-Value P-Value VIF VM*Ton 0.1074 0.0537 0.0170 3.15 0.004 1.00 VM*R 0.0821 0.0411 0.0170 2.41 0.024 1.00 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 0.0963261 95.10% 93.40% 90.52% Phân tích hồi quy-phương sai  Mơ hình hồi quy Mơ hình hồi quy mức tương tác hai yếu tố bao gồm 01 số hạng số (b0), 03 số hạng ứng với biến thí nghiệm có ảnh hưởng đáng kể, số hạng ảnh hưởng tương tác mức hai Phương trình hồi quy có dạng: Ra = b0 + b1 VM + b2 Ton + b3 Toff + b4SV+b5WF+b6SPD + b12VM*Ton + b13VM*Toff + b14VM*SV+ b15VM*WF+ b16VM*SPD+ b23Ton*Toff+ b24Ton *SV+ b25Ton *WF+ b26T on*SPD+ b34Toff*SV + b35Toff*WF+ b36Toff*SPD+ b45SV*WF+ b46SV*SPD+ b56WF*SPD (3.4) Các hệ b0, bx, bxx Minitab liệt kê giá trị cột Coef (cột thứ bảng 3.21) Tên yếu tố (bao gồm biến thí nghiệm tương tác) liệt kê cột Term (cột thứ bảng 3.21) Giá trị b0 phương trình (3.4) ký hiệu constant (hằng số) cột Term bảng Các giá trị hệ số liệt kê cột “Coef” Cột T biểu diễn giá trị tính theo phân phối t đại lượng xét; cột P liệt kê giá trị xác suất p (pvalue) kiểm định giả thuyết thống kê khả hệ số không Giá trị p lớn mức ý nghĩa α báo hiệu việc tồn hệ số tương ứng khơng có ý nghĩa thống kê Nói cách khác, p > α, tin tưởng đến (1-α)% để lấy hệ số khơng Tức ảnh hưởng thành phần tương ứng không đáng kể đến hàm mục tiêu Quan sát cột giá trị p (cột cuối bên phải bảng) có kết luận thành phần ảnh hưởng đến hàm mục tiêu Trước hết, giá trị p thông số tương tác chúng nhỏ so với mức ý nghĩa  (bằng 0.05) Điều chứng tỏ thông số tương tác có ảnh hưởng mạnh đến CS Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN 60 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Hàng cuối bảng hiển thị thông số đánh giá mơ hình hồi quy Các thơng số định r2 (ký hiệu R-Sq) (ký hiệu R-Sq(Adj)) lớn 90.52%, chứng tỏ mơ hình khớp tốt với liệu Phương trình quan hệ 3.4 CS thơng số ảnh hưởng viết: Regression Equation in Uncoded Units CS = 1.926 +0.2424 VM + 0.2015 Ton - 0.056Toff - 0.0503 SV - 0.0458 SPD - 0.1334 R + 0.0537 VM*Ton +0.0411 VM*R Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 0.0963261 95.10% 93.40% 90.52% 3.5 Kết luận chương Trong chương nghiên cứu ảnh hưởng thông số đầu vào q trình gia cơng đến độ nhám bề mặt suất gia công (vận tốc cắt) gia công dây cắt tia lửa điện gia công thép 9CrSi sau tơi Từ kết thí nghiệm rút kết sau: - Xây dựng mơ hình định tính q trình gia công xuất phát từ thông số đầu vào đến thực kết thúc trình - Sử dụng phương pháp thực nghiệm giúp đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt suất gia công - Đã xây dựng mối quan hệ thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt suất gia công gia công thép 9CrSi sau máy cắt dây cụ thể sau: + Khi cắt đường thẳng: Ra = 3.4587 - 0.089 VM + 0.2686 Ton - 0.042 Toff - 0.01913SV CS = 1.8962 +0.2333 VM + 0.2705Ton + 0.0952 Toff +0.0784 SV +0.0019 SPD + 0.0447 VM*Toff + 0.0422 SV*SPD + Khi cắt cung cong: Ra = 3.4881- 0.1878VM +0.1097 Ton +0.0611 Toff -0.0163SV +0.0303 WF - 0.0880 SPD -0.2747 R + 0.0023 Ton*Toff - 0.0707 Ton*SV -0.0271 Ton*WF +0.0765 Ton*R -0.0041 Toff*WF - 0.0208Toff*R - 0.0594 Ton*Toff*WF + 0.0574Ton*Toff*R CS = 1.926 +0.2424 VM + 0.2015 Ton - 0.056Toff - 0.0503 SV - 0.0458 SPD - 0.1334 R + 0.0537 VM*Ton +0.0411 VM*R CHƯƠNG Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 61 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ Thực tế sản xuất ngày đòi hỏi phải tối ưu công đoạn dây chuyền sản xuất độ xác, độ bền, suất, tính kinh tế, chất lượng gia cơng… Điều có ý nghĩa thiết thực gia công thép vật liệu khó gia cơng Với phát triển khoa học công nghệ, nhiệm vụ ngày thực hiệu Đặc biệt, thiết bị gia cơng ngày phức tạp địi hỏi phải có chế độ tối ưu để gia cơng nhằm mục đích nâng cao hiệu hạ giá thành sản phẩm Với mục đích tác giả tập trung sâu nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất độ nhám bề mặt gia công dây cắt tia lửa điện Thép 9CrSi loại thép sử dụng nhiều chế tạo khuôn dập, xây dựng, bàn cán, dụng cụ gia công… Việc gia cơng 9CrSi sau tơi gặp khó khăn phương pháp truyền thống chi phí lớn, suất chất lượng khơng cao nhiều thực Tuy nhiên, với việc sử dụng gia công cắt dây tia lửa điện làm cho suất chất lượng gia công nâng lên rõ rệt nhiều trường hợp Do cần tiến hành nghiên cứu tìm các trị số thông số công nghệ tối ưu để nâng cao suất độ nhám bề mặt gia công 9CrSi sau Kết cụ thể nghiên cứu sau: Đã xây dựng cách có hệ thống tham số cơng nghệ đơn kết hợp yếu tố công nghệ khác ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt suất gia công Tác giả đưa kết luận ảnh hưởng thông số công nghệ đến nhám bề mặt suất cắt, điều sở để lựa chọn chế độ gia công tối ưu nhằm nâng cao hiệu q trình gia cơng Cụ thể là: - Điện áp đánh lửa U: yếu tố ảnh hưởng lớn đến suất chất lượng bề mặt gia công Điều hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu gia công dây cắt tia lửa điện - Khoảng cách xung Toff (off time): Đây tham số có ảnh hưởng không nhỏ đến suất, chất lượng bề mặt độ xác kích thước Khi khoảng cách xung lớn lượng hớt vật liệu phơi nhỏ ngược lại Tuy nhiên, khoảng cách xung phải đủ lớn để dung dịch chất điện môi có đủ thời gian thơi ion hóa dịng chảy điện mơi có đủ thời gian vận chuyển hết phoi khỏi vùng gia công làm nguội bề mặt gia cơng Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 62 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com - Độ kéo dài xung Ton (on time): thời gian kéo dài xung ảnh hưởng lớn đến suất chất lượng bề mặt gia công Lượng hớt vật liệu tăng lên độ kéo dài xung tăng, đến mức độ giảm cho dù độ kéo dài xung tăng kéo theo nhám bề mặt tăng lên Xây dựng thành cơng mơ hình tốn học mối quan hệ độ nhám bề mặt suất gia công với thông số công nghệ điện áp đánh lửa U, độ kéo dài xung Ton, khoảng cách xung Toff gia công thép 9CrSi sau Đã xây dựng mối quan hệ thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt suất gia công gia công thép 9CrSi sau máy cắt dây cụ thể sau: + Cắt đường thẳng Ra = 3.4587 - 0.089 VM + 0.2686 Ton - 0.042 Toff - 0.01913SV CS = 1.8962 +0.2333 VM + 0.2705Ton + 0.0952 Toff +0.0784 SV +0.0019 SPD + 0.0447 VM*Toff + 0.0422 SV*SPD + Cắt cung cong Ra = 3.4881- 0.1878VM +0.1097 Ton +0.0611 Toff -0.0163SV +0.0303 WF - 0.0880 SPD -0.2747 R + 0.0023 Ton*Toff - 0.0707 Ton*SV -0.0271 Ton*WF +0.0765 Ton*R -0.0041 Toff*WF - 0.0208Toff*R - 0.0594 Ton*Toff*WF + 0.0574Ton*Toff*R CS = 1.926 +0.2424 VM + 0.2015 Ton - 0.056Toff - 0.0503 SV - 0.0458 SPD - 0.1334 R + 0.0537 VM*Ton +0.0411 VM*R Một số đề nghị: Cần tiếp tục mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng thông số phi công nghệ như: vật liệu gia công, vật liệu điện cực, tốc độ dòng chảy, lực căng dây… đến suất chất lượng bề mặt gia công Cần nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến q trình gia cơng thực với vật liệu khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 63 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com [1] Shajan Kuriakose, Kamal Mohan, M S Shunmugam, Data mining applied to wire-EDM process, Journal of Materials Processing Technology, Volume 142, Issue 1, 10 November 2003, Pages 182-189 [2] D.F Dauw, H Sthioul, R Delpretti, C Tricarico, Wire Analysis and Control for Precision EDM Cutting, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Volume 38, Issue 1, 1989, Pages 191-194 [3] N Kinoshita, M Fukui, Y Kimura, Study on Wire-EDM: Inprocess Measurement of Mechanical Behaviour of Electrode-Wire, CIRP Annals Manufacturing Technology, Volume 33, Issue 1, 1984, Pages 89-92 [4] N Kinoshita, M Fukui, G Gamo, Control of Wire-EDM Preventing Electrode from Breaking, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Volume 31, Issue 1, 1982, Pages 111-114 [5] J.T Huang, Y.S Lyao, Optimization of machining parameters of Wire-EDM based on Grey relational and statistical analyses, Int Journal of Production and Research, 2003, Vol 41, No 8, 1707-1720 [6] G Ugrasen, H.V Ravindra, G.V Naveen Prakash, R Keshavamurthy, Process optimization and estimation of machining performances using artificial neural network in wire EDM, Procedia Materials Science, Volume 6, 2014, Pages 1752-1760 [7] Fuzhu Han, Jie Zhang, Isago Soichiro, Corner error simulation of rough cutting in wire EDM, Precision Engineering, Volume 31, Issue 4, October 2007, Pages 331-336 [8] L’uboslav Straka, Ivan ˇCorný and Ján Pitel’, Properties Evaluation of Thin Microhardened Surface Layer of Tool Steel after Wire EDM, Metal, 25 April 2016 [9] M Panner Selvam, P Ranjith Kumar, Optimization Kerf Width and Surface Roughness in Wirecut Electrical Discharge Machining Using Brass Wire, Mechanics and Mechanical Engineering, Vol 21, No (2017) 37–55 [10] S S Mahapatra, Amar Patnaik, Parametric Optimization of Wire Electrical Discharge Machining (WEDM) process using Taguchi method, CIRP Annals Manufacturing Technology, Volume 41, Issue 2, 1992, Pages 677-688 [11] Basil Kuriachen, Josephkunju Paul, Jose Mathew, Modeling of Wire Electrical Discharge Machining Parameters Using Titanium Alloy (Ti-6AL-4V), International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, Volume 2, Issue 4, April 2012 [12] G Srinivasarao, D Suneel, Parametric Optimization of WEDM on α-β Titanium Alloy using Desirability Approach, Proceedings, Volume 5, Issue 2, Part 2, 2018, Pages 7937-7946 [13] Lưu Anh Tùng, Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt suất gia công gia công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau tôi, Luận văn Thạc sỹ, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên, 2011 [14] Hassan El-Hofy, Advanced Machining Processes, Mc Graw-Hill, 2005 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN 64 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com [15] Nguyễn Văn Tuấn, Vũ Ngọc Pi, Nguyễn Văn Hùng, Các phương pháp gia công tiên tiến, NXB Khoa học [16] Joseph R Davis (Senior Editor), Metals Handbook, Volume 16, Machining, ASM International, 1995 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 65 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com BÀI BÁO ĐÃ XUẤT BẢN [1] Tran Thi Hong, Do Thi Tam, Nguyen Manh Cuong, Luu Anh Tung, Vu Ngoc Pi, Le Hong Ky, Nguyen Quoc Tuan, Nguyen Thi Hoa, Effects of process parameters on cutting speed in wire-cut edm of 9crsi tool steel, International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET) Volume 10, Issue 03, March 2019, pp 644-649 Article ID: IJMET_10_03_067 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 66 http://lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com ... xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi Chính ? ?Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi qua tơi” cấp thiết II... vận tốc dây WF, vận tốc cắt SPD) đến độ nhám bề mặt suất gia công cắt dây vật liệu 9CrSi sau - Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi qua tơi... tiết lỗ hình rãnh then vật liệu 9CrSi, chiều sâu 22mm chế độ cắt sử dụng chưa tối ưu Như phân tích trên, có nhiều nghiên cứu xác định thông số tối ưu cắt dây chưa có nghiên cứu xác định chế độ cắt