Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới năng suất của quá trình gia công cắt dây tia lửa điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ĐỖ DŨNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ANTEN RFID CHO HỆ THỐNG GIAO THÔNG MINH ITS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT … NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn TrọngĐức PGS TS VũVănYêm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Duy Mạnh -1- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN………………………………………………………………………… 11 1.1 Lịch sử phương pháp 11 1.2 Phương pháp gia công tia lửa điện 11 1.2.1 Bản chất vật lý 11 1.2.2 Cơ chế bóc kim loại gia cơng tia lửa điện 16 1.3 Đặc điểm khả công nghệ gia công tia lửa điện 17 1.3.1 Đặc điểm phương pháp gia công tia lửa điện 17 1.3.2 Khả công nghệ phương pháp gia công tia lửa điện 17 1.4 Các phương pháp gia công tia lửa điện 17 1.4.1 Phương pháp gia cơng xung định hình 17 1.4.2 Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 18 1.4.3 Các phương pháp gia công tia lửa điện khác 20 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình gia cơng tia lửa điện 22 1.5.1 Các đặc tính điện phóng điện 22 1.5.2 Ảnh hưởng khe hở phóng điện δ 27 1.5.3 Ảnh hưởng điện dung C 30 1.5.4 Ảnh hưởng diện tích gia cơng F 31 1.5.5 Ảnh hưởng ăn mòn điện cực 31 1.5.6 Các tượng xấu gia công tia lửa điện 32 1.5.7 Các yếu tố không điều khiển 35 1.6 Các chất điện môi gia công tia lửa điện 36 1.6.1 Nhiệm vụ chất điện môi 36 -2- 1.6.2 Các loại chất điện môi 37 1.6.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 38 1.6.4 Các loại dịng chảy chất điện mơi lỗi dòng chảy 40 1.6.5 Hệ thống lọc chất điện môi 42 1.7 Kết luận 43 Chương MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH TRONG QUA TRÌNH GIA CƠNG 44 2.1 Giới thiệu máy cắt dây tia lửa điện 44 2.1.1 Công dụng máy cắt dây 45 2.1.2 Ưu nhược điểm phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 46 2.2 Độ xác gia cơng cắt dây tia lửa điện 47 2.3 Điện cực vật liệu điện cực 51 2.3.1 Yêu cầu vật liệu điện cực 51 2.3.2 Các loại dây điện cực 51 2.4 Sự thoát phoi gia công cắt dây tia lửa điện 52 2.5 Nhám bề mặt cắt dây 53 2.6 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 54 2.6.1 Dịng phóng tia lửa điện Ie bước dòng điện 54 2.6.2 Độ kéo dài xung ti 54 2.6.3 Khoảng cách xung to 54 2.6.4 Điện áp đánh lửa Uz 55 2.6.5 Khe hở phóng điện 55 2.7 Lập trình gia công máy cắt dây 56 2.7.1 Các trục điều khiển hệ tọa độ 56 2.7.2 Các chức “G” 57 2.8 Kết luận 68 Chương THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 69 3.1 Sơ đồ nghiên cứu trình cắt dây tia lửa điện 69 3.1.1 Các đại lượng đầu vào 70 3.1.2 Đại lượng đầu 70 3.1.3 Các đại lượng cố định 71 3.1.4 Các đại lượng nhiễu 71 -3- 3.2 Vật liệu thí nghiệm 71 3.2.1 Mẫu tiến hành thí nghiệm 72 3.2.2 Vật liệu điện cực chất điện môi 73 3.2.3 Các thông số cố định khác 73 3.3 Thiết bị thí nghiệm 74 3.4 Xây dựng mơ hình tốn học 75 3.5 Thiết kế thí nghiệm 77 3.6 Xử lý số liệu thực nghiệm 80 3.7 Kết luận 84 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 -4- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT NC CNC BQP EDM AEDG MEDM MWEDM ISO Numerical Control Computer Numerical Control Bộ Quốc Phòng Electrical Discharge Machining Abrasive Electrical Discharge Grinding Micro Electrical Discharge Machining Micro Wire Electrical Discharge Machining International System Organization -5- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1.Danh mục mã G 57 Bảng 2.2.Danh mục mã M 60 Bảng 2.3.Các lệnh dịch chuyển 64 Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật máy cắt dây GS40B 74 Bảng 3.2.Tính kĩ thuật máy Beyond crystaC544 74 Bảng 3.3.Đầu đo tay MH20I 75 Bảng 3.4.Cảm biến chạm TP-20 75 Bảng 3.5.Bảng mã hóa điểm thực thí nghiệm 78 Bảng 3.6.Bảng kết thí nghiệm: 79 Bảng 3.7.Bảng tính tốn độ xác cơng thức thực nghiệm 83 -6- DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1:Sơ đồ ngun lý gia công tia lửa điện 11 Hình 1.2: Pha I - Sự đánh lửa 12 Hình 1.3:Pha II - Sự hình thành kênh phóng điện 12 Hình 1.4: Pha III - Sự hình thành bốc vật liệu 13 Hình 1.5: Đồ thị điện áp dòng điện xung phóng điện 14 Hình 1.6: Mối quan hệ suất Vw độ kéo dài xung ti 25 Hình 1.7: Mối quan hệ độ mòn điên cực tương đối θ độ kéo dài xung ti 25 Hình 1.8: Mối quan hệ chiều cao nhấp nhô bề mặt Ra độ kéo dài xung ti 26 Hình 1.9: Ảnh hưởng độ kéo dài xung ti khoảng cách xung t0 đến lượng hớt vật liệu 27 Hình 1.10: Mối quan hệ hệ số cơng suất ap hệ số điện tích η 30 Hình 1.11: Ảnh hưởng điện dung C tới suất hớt vật liệu Vw 30 Hình 1.12: Ảnh hưởng diện tích vùng gia cơng F đến suất Vw độ mòn điện cực tương đối θ 31 Hình 1.13: Hiện tượng hồ quang điện 33 Hình 1.14: Hiện tượng ngắn mạch sụt áp 34 Hình 1.15: Hiện tượng xung mạch hở 34 Hình 1.16: Dịng chảy bên ngồi 40 Hình 1.17: Dòng chảy áp lực 41 Hình 2.1.Sơ đồ máy cắt dây 45 Hình 2.2.Sự cân lực cắt thẳng sai số hình học cắt góc 50 Hình 2.3.Các trường hợp khó khăn dịng chảy đồng trục 53 Hình 2.4.Khe hở phóng điện gia cơng cắt dây tia lửa điện 53 Hình 2.5.Khe hở phóng điện gia công cắt dây tia lửa điện 63 Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu trình cắt dây tia lửa điện thực nghiệm 69 Hình 3.2: Mẫu tiến hành thí nghiệm 73 Hình 3.3: Đồ thị điện áp dịng điện xung phóng điện 77 Hình 3.4.Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm với thông số công nghệ (Ui, Ie, te) 79 Hình 3.5.Mối quan hệ suất gia công V Ui, Ie, t0 gia công thép 3X13 chế độ thường 82 -7- PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ở nước giới, chi tiết máy có độ xác, chất lượng bề mặt độ bền cao sở cho đời loại thiết bị máy móc đại, chất lượng cao Tại Việt Nam năm gần có hòa nhập sâu rộng với kinh tế giới nên địi hỏi sản phẩm khí phải đạt tiêu chuẩn quốc tế để đủ sức cạnh tranh thị trường Đặc biệt công nghiệp quốc phòng Việt Nam nay, việc sản xuất sản phẩm vũ khí, khí tài nhằm đáp ứng yêu cầu chiến tranh đại đòi hỏi tất yếu Vì vậy, có hoạch định sách nhằm phát triển cơng nghệ chế tạo máy, để bước áp dụng tiến khoa học kỹ thuật vào sản xuất khí, hội nhập với giới Để thực điều đó, biện pháp cung cấp thiết bị máy móc đại cho sở sản xuất khí Trong năm gần ngành khí Việt Nam nói chung sở cơng nghiệp quốc phịng nói riêng đầu tư máy gia công đại điều khiển theo chương trình số (NC, CNC) máy tiện, máy phay, đặc biệt máy gia công cắt dây tia lửa điện (WEDM)… Công nghệ cắt dây tia lửa điện phương pháp gia công đặc biệt hiệu gia công vật liệu cứng, gia công khuôn mẫu… Tuy nhiên, vấn đề đặt suất gia công cắt dây tia lửa điện phụ thuộc lớn vào số thông số công nghệ q trình sản xuất Do đó, việc nghiên cứu thơng số có ảnh hưởng lớn đến suất gia cơng, việc tìm biện pháp nhằm nâng cao suất có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn lĩnh vực gia cơng khí -8- Xuất phát từ đặc điểm tình hình tác giả chọn đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ tới suất q trình gia cơng cắt dây tia lửa điện” Đối tượng nghiên cứu phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài trình cắt dây tia lửa điện Đối tượng gia cơng thép 3X13 có chiều dầy 10mm nhiệt luyện với độ cứng đạt 56 - 60HRC Các thông số công nghệ đặt theo chế độ có thiết bị, kết hiển thị máy tính thiết bị đo kiểm phòng Kiểm nghiệm nhà máy Z117 thuộc Tổng cục cơng nghiệp quốc phịng Đề tài thực phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: - Nghiên cứu sở lý thuyết - Tiến hành thí nghiệm xử lý số liệu thí nghiệm - Phân tích đánh giá kết Nội dung nghiên cứu đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học - Xác định ảnh hưởng số thơng số cơng nghệ tới suất q trình gia cơng cắt dây tia lửa điện 3.2 Ý nghĩa thực tiễn - Các kết nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn sản xuất nhà máy Z117 - Tổng cục công nghiệp quốc phịng để chế tạo khn dập cắt hình Các kết áp dụng điều kiện gia công cụ thể tương tự điều kiện nghiên cứu Kết giúp cho việc gia công chi tiết nhanh tăng độ xác gia cơng, từ làm giảm giá thành sản phẩm tăng sức cạnh tranh thị trường -9- TP hóa học C Si P Ni Cr Mn S Cu Ti % nguyên tố 0,32 0,8 0,003 0,6 13 0,8 0,025 0,3 0,2 3.2.1 Mẫu tiến hành thí nghiệm Để nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ tới khe hở phóng điện ta cần nghiên cứu ảnh hưởng chiều rộng rãnh cắt ∆ Ta tiến hành đo kích thước D lỗ phơi kích thước chi tiết d - Khi chiều rộng rãnh cắt thực tế ( Hình 3.2): 1000.( D − d ) ∆= (mm) (3.1) - Năng suất gia công cắt dây: V= S h (mm2/ph) t (3.2) Trong đó: + h: chiều dày phôi cắt (h = 15mm) + t: thời gian cắt + S: chiều dài cắt - 72 - 95 Chi tiÕt Chi tiÕt Dây d1 D1 D d2 50 d Dây Ph«i D2 Hình 3.2: Mẫu tiến hành thí nghiệm 3.2.2 Vật liệu điện cực chất điện môi Vật liệu điện cực dây đồng CuZn35 theo tiêu chuẩn Đức có đường kính dây d = 0,25 mm Đây loại điện cực dây mà doanh nghiệp thường sử dụng q trình gia cơng, chúng có thành phần hóa học đảm bảo, độ bền kéo cao độ mòn thấp so với loại dây khác có thị trường Chất điện môi dung dịch emuxi nước pha với tỷ lệ 1/15 (1 lít emuxi pha với 15 lít nước) Đây chất điện môi mà doang nghiệp thường sử dụng sản xuất 3.2.3 Các thông số cố định khác Trong q trình thí nghiệm cịn có điều kiện công nghệ khác cố định như: - Kích thước phơi thí nghiệm khơng đổi (chiều dày, rộng, dài) - Sức căng dây không đổi - Khoảng cách puli puli không đổi - Khoảng cách từ mặt định vị phôi đến puli không đổi vv… - Nhiệt độ theo nhiệt độ phịng nghiệm - 73 - 3.3 Thiết bị thí nghiệm • Máy thí nghiệm Máy cắt dây hiệu GS40B hãng GOLDSUN – Trung Quốc, model sản xuất năm 2005 Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật máy cắt dây GS40B STT Thơng số kỹ thuật Giá trị Kích thước bàn máy (dài × rộng) 660×450 (mm) Hành trình trục X,Y lớn 320×400 (mm) Chiều dày lớn chi tiết Góc gia cơng lớn Đường kính dây Mơlipđen sử dụng Tốc độ cắt lớn Độ bóng bề mặt lớn 100mm2/min Kw 1700 × 1200 ì 1690 ã Thit b o kớch thc khe hở: Để đo kích thước tác giả sử dụng máy đo Beyond Crystal C544 hãng Mitutoyo – Nhật cung cấp Độ xác kích thước đạt tới 1/1000mm Máy sử dụng đầu đo tay MH20I cảm biến chạm TP-20 hãng Renishaw-Anh Quốc sản xuất Bảng 3.2.Tính kĩ thuật máy Beyond crysta C544 TT Đặc tính kỹ thuật Chiều cao máy (mm) - 74 - Giá trị 2185 10 11 Chiều rộng máy (mm) Chiều dài máy (mm) Khoảng đo trục X (mm) Khoảng đo trục Y (mm) Khoảng đo trục Z (mm) Độ phân giải (mm) Chiều cao lớn vật đo (mm) Khối lượng lớn vật đo (kg) Chiều dài bàn đặt chi tiết đo (mm) Chiều rộng bàn đặt chi tiết đo (mm) 12 Vật liệu bàn đặt chi tiết đo 1082 1122 505 405 405 0,001 545 180 860 713 Đá Granite có độ phẳng