Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 1 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http //www lrc tnu edu vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ MẠNH HÙNG NG[.]
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ MẠNH HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM CỨNG BK8 BẰNG PHƢƠNG PHÁP CẮT DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật khí THÁI NGUYÊN – 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Cơng nghệ CTM LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo TS Nguyễn Văn Hùng - Thầy hƣớng dẫn khoa học em định hƣớng đề tài, hƣớng dẫn tận tình Thầy việc tiếp cận khai thác tài liệu nhƣ bảo trình em làm thực nghiệm viết luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Thầy giáo ThS Đặng Văn Thanh tạo điều kiện thuận lợi cho đƣợc tiến hành thí nghiệm Trung tâm thí nghiệm trƣờng ĐHKT Cơng Nghiệp suốt q trình hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn cán Khoa Sau đại học trƣờng, cán phịng thí nghiệm khoa khí – ĐHKTCN dành cho em điều kiện thuận lợi nhất, giúp em hoàn thành nghiên cứu Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, đồng nghiệp ủng hộ, động viên, giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Thái Nguyên, Ngày 22 tháng 06 năm 2014 Học viên Vũ Mạnh Hùng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM MỤC LỤC Trang 1………………………………………………………………………………1 Lời cảm ơn Mục lục………………………………………………………………………………3 Danh mục bảng số liệu………………………………………………………….5 Danh mục hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp………………………………………… PHẦN I: MỞ ĐẦU……………………………………………………………… 1.Tính cấp thiết đề tài………………………………………………………… Mục đích, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu……………………………… 2.1 Mục đích đề tài…………………………………………………………… 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu………………………………………………………… 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………………….8 Ý nghĩa đề tài……………………………………………………………… 3.1 Ý nghĩa khoa học……………………………………………………………….8 3.2 Ý nghĩa thực tiễn……………………………………………………………… Nội dung………………………………………………………………………… PHẦN II: NỘI DUNG 10 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 10 1.1 Đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện 10 1.1.1 Các đặc điểm phƣơng pháp gia cơng tia lửa điện 10 1.1.2 Khả công nghệ phƣơng pháp gia công tia lửa điện 10 1.2 Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện 11 1.2.1 Phƣơng pháp gia cơng xung định hình 11 1.2.2 Phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện 11 1.2.3 Các phƣơng pháp khác: 11 1.3 Cơ sở phƣơng pháp gia công tia lửa điện 12 1.3.1 Bản chất vật lý 12 1.3.2 Cơ chế bóc tách vật liệu 17 1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình gia công tia lửa điện 18 1.4.1 Các đặc tính điện phóng tia lửa điện 18 1.4.2 Dòng điện bƣớc dòng điện 22 1.4.3 Ảnh hƣởng khe hở phóng điện 22 1.4.4 Ảnh hƣởng điện dung C 24 1.4.5 Ảnh hƣởng diện tích vùng gia cơng 25 1.4.6 Ảnh hƣởng ăn mòn điện cực 25 1.5 Lƣợng hớt vật liệu gia công tia lửa điện 26 1.6 Chất lƣợng bề mặt 27 1.6.1 Độ nhám bề mặt 27 1.6.2 Vết nứt tế vi ảnh hƣởng nhiệt 28 1.7 Độ xác tạo hình gia cơng tia lửa điện 29 1.8 Các tƣợng xấu gia công tia lửa điện 30 1.8.1 Hồ quang 30 1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp 30 1.8.3 Xung mạch hở, khơng có dịng điện 31 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 1.8.4 Sự nhiệt chất điện môi 31 1.9 Các yếu tố không điều khiển đƣợc 32 1.9.1 Nhiễu hệ thống 32 1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên 32 1.10 Chất điện môi gia công tia lửa điện 32 1.10.1 Nhiệm vụ chất điện môi 32 1.10.2 Các loại chất điện môi 34 1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 35 1.10.4 Các loại dòng chẩy chất điện môi 36 1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi 38 1.11 Hợp kim cứng gia công hợp kim cứng 39 1.11.1 Khái niệm 39 1.11.2 Phƣơng pháp chế tạo 39 1.11.3 Phân loại hợp kim cứng 40 1.11.4 Gia công hợp kim cứng 42 KẾT LUẬN CHƢƠNG I 44 Chƣơng 45 MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH 45 TRONG Q TRÌNH GIA CƠNG 45 2.1 Sơ máy cắt dây tia lửa điện 45 2.1.1 Công dụng máy cắt dây 45 2.1.2 Đặc điểm phƣơng 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 50 2.3.1 Yêu cầu vật liệu điện cực 50 2.3.2 Các loại dây điện cực 51 2.4 Sự thoát phoi cắt dây tia lửa điện 51 2.5 Nhám bề mặt cắt dây 52 2.6 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 53 2.6.1 Dịng phóng tia lửa điện Ie bƣớc dòng điện 53 2.6.2 Độ kéo dài xung ti: 53 2.6.3 Khoảng cách xung t0 53 2.6.4 Điện áp đánh lửa Ui 53 2.6.5 Khe hở phóng điện 54 2.7 Lập trình gia công máy cắt dây 54 2.7.1 Các trục điều khiển hệ toạ độ 55 2.7.2 Các chức “G” 55 KẾT LUẬN CHƢƠNG II 65 Chƣơng 66 THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM CỨNG TRÊN MÁY CẮT DÂY EDM 66 3.1 Thiết kế thí nghiệm 66 3.1.1 Các giả thiết thí nghiệm 66 3.1.2 Lý thuyết thí nghiệm 66 3.1.3 Điều kiện thực thí nghiệm 67 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.1.4 Thiết bị thí nghiệm 67 3.1.5 Vật liệu gia công 69 3.1.6 Thiết bị đo 69 3.2 Triển khai thí nghiệm 71 3.2.1 Mơ hình định tính trình cắt dây tia lửa điện 71 3.2.2 Các thông số đầu vào thí nghiệm 72 3.3 Ảnh hƣởng thông số gia công đến nhám bề mặt 74 3.4 Ảnh hƣởng thông số gia công đến suất gia công 79 3.5 Ảnh hƣởng thông số gia công đến sai số biên dạng 83 3.6 Tối ƣu hoá đa mục tiêu 89 KẾT LUẬN CHƢƠNG III 91 PHẦN III: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO……92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1 Danh mục mã G 56 Bảng 2.2 Danh mục mã M 58 Bảng 3.1.Các thông số kỹ thuật máy cắt dây CW322S……………………… 67 Bảng 3.2 Thành phần hoá học nguyên tố 69 Bảng 3.3 Tính kỹ thuật máy đo CMM C544 70 Bảng 3.4 phạm vi khảo sát biến thực nghiệm: 73 Bảng 3.5 Kế hoạch thí nghiệm tối ƣu hóa nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 76 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 76 Bảng 3.7 Ma trận thí nghiệm kết thí nghiệm ảnh hƣởng Ton, Toff, U đến suất cắt V 80 Bảng 3.8 Kết thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa sai số gia cơng theo Ton, Toff, U 83 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH CHỤP Hình 1.1- Sơ đồ ngun lý gia cơng tia lửa điện 13 Hình 1.2- Pha đánh lửa 14 Hình 1.3- Sự hình thành kênh phóng điện 14 Hình 1.4- Sự hình thành bốc vật liệu 15 Hình 1.5- Đồ thị điện áp dòng điện xung phóng điện 16 Hình 1.6- Mối quan hệ Vw ti 20 Hình 1.7- Mối quan hệ ti 21 Hình 1.8- Mối quan hệ Rmax ti (với ti = td + te) 21 Hình 1.9- Ảnh hƣởng ti t0 đến suất gia công 22 Hình 1.10- Ảnh hƣởng khe hở phóng điện 23 Hình 1.11- Quan hệ ap 24 Hình 1.12- Ảnh hƣởng điện dung C 25 Hình 1.13- Ảnh hƣởng diện tích vùng gia công F 25 Hình 1.14- Các thơng số ảnh hƣởng đến suất gia cơng EDM 27 Hình 1.15- Vùng ảnh hƣởng nhiệt bề mặt phôi 28 Hình 1.16- Hiện tƣợng hồ quang điện 30 Hình 1.17- Hiện tƣợng ngắn mạch sụt áp 31 Hình 1.18- Hiện tƣợng xung mạch hở 31 Hình 1.19- Dịng chảy bên ngồi 37 Hình 1.20- Dịng chảy áp lực 37 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 trƣờng hợp khó khăn dòng chảy đồng trục 52 Hình 2.4- Khe hở phóng điện gia cơng cắt dây tia lửa điện 52 Hình 2.5- Các lệnh dịch chuyển đƣờng kính dây G41/G42 61 Hình 3.1- Máy cắt dây CW322S 68 Hình 3.2 Ảnh máy đo tọa độ chiều Beyond Crysta C544 69 Hình 3.3 Ảnh máy nhám SJ-201 hãng Mitutoyo 71 Hình 3.4 Khai báo biến thí nghiệm cho thiết kế Box-Behnken 74 Hình 3.5 Phân tích kết thí nghiệm tối ƣu nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 77 Hình 3.6 Đồ thị quan hệ nhám bề mặt phụ thuộc Ton Toff U=45v 78 Hình 3.7 Đồ thị đƣờng mức nhám bề mặt phụ thuộc Ton T0ff U=45v 79 Hình 3.11 Đồ thị đƣờng mức suất cắt phụ thuộc Ton T0ff U=45v 82 Hình 3.12 Phân tích kết thí nghiệm sai số gia cơng theo Ton, Toff, U 84 Hình 3.13 Đồ thị quan hệ sai số gia công phụ thuộc Ton Toff U=45v 85 Hình 3.14 Đồ thị đƣờng mức sai số gia cơng phụ thuộc Ton T0ff U=45v 85 Hình 3.15 Đồ thị tối ƣu hóa theo đồng thời tiêu nhám bề mặt thời gian 89 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN I: MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong chế tạo máy có nhiều chi tiết chế tạo từ vật liệu khó gia cơng có độ cứng độ bền cao Trong vật liệu hợp kim cứng đƣợc sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy Việc gia công chúng công nghệ cắt gọt thông thƣờng (Tiện; Phay; Mài v.v ) vơ khó khăn, đơi khơng thể gia cơng đƣợc Thực tế địi hỏi cần phải phát triển công nghệ gia công để gia cơng vật liệu Ngày số phƣơng pháp gia công tia lửa điện phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện Phƣơng pháp đƣợc gọi gia công WEDM (Wire Electrical Discharge Machine), phƣơng pháp gia công đƣợc phát minh sử dụng rộng rãi giới vào năm 50 kỷ XX nhƣng tự động hóa đến ngày nhờ phát triển điều khiển số công nghệ thông tin mà phƣơng pháp đƣợc đại hóa cao trang bị điều khiển số CNC máy WEDM Từ năm 80 kỷ XX đến nay, nhiều doanh nghiệp nƣớc trang bị loại máy, thiết bị sử dụng công nghệ EDM nhằm cải tiến phƣơng pháp gia công, nâng cao giá trị sản phẩm - Để nâng cao hiệu sử dụng loại máy có nhiều cách nhƣng theo hƣớng cơng nghệ ta cần thiết lập chế độ công nghệ hợp lý để đạt đƣợc độ xác kích thƣớc nhƣ suất gia cơng chất lƣợng sản phẩm cao Điều doanh nghiệp nƣớc thƣờng xác định dựa theo tài liệu kèm theo máy theo kinh nghiệm Do chƣa thấy đƣợc ảnh hƣởng thông số cơng nghệ đến độ xác, suất chất lƣợng gia cơng Vì mà hiệu khai thác, sử dụng máy hạn chế - Chế độ công nghệ gia công máy cắt dây phụ thuộc nhiều thành phần hóa học vật liệu chi tiết gia cơng nhƣ tính dẫn điện dẫn nhiệt Do loại vật liệu chi tiết gia cơng khác (có độ cứng khác nhau) có chế độ cơng nghệ gia cơng khác Trong vật liệu hợp kim cứng đƣợc sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Việc gia công vật liệu hợp kim cứng phƣơng pháp thơng thƣờng địi hỏi chi phí lớn, suất chất lƣợng gia công không cao, nhƣng sử dụng phƣơng cắt dây tia lửa điện hiệu Do việc tiến hành nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 phƣơng pháp cắt dây” cần thiết Mục đích, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Xác định ảnh hƣởng thông số ( Điện áp đánh lửa Ui, độ kéo dài xung Ton khoảng cách xung toff ) cắt dây với vật liệu hợp kim cứng BK8 để đảm bảo độ nhám theo yêu cầu 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu Máy: máy cắt dây CW322S Vật liệu gia cơng: Hợp kim cứng BK8 Dây: Dây đồng có đƣờng kính 0,25mm Đối tƣợng gia cơng: biên dạng đƣờng thẳng cung trịn Các thơng số cơng nghệ nghiên cứu là: Điện áp đánh lửa Ui, độ kéo dài xung Ton khoảng cách xung Toff 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Bằng cách nghiên cứu sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài đƣa đƣợc hàm tốn học mơ tả mối quan hệ điện áp đánh lửa U i, cƣờng độ dòng điện Ie, độ kéo dài xung Ton khoảng cách xung Toff với độ nhám bề mặt gia cơng hợp kim cứng BK8, từ đƣa sở cho việc tối ƣu hố q trình cắt nhƣ cho nghiên cứu khác trình cắt Làm sở cho việc nghiên cứu khía cạnh khác q trình gia cơng tia lửa điện Đề tài góp phần vào việc hồn thiện việc xác định điều chỉnh thông số công nghệ gia cơng máy cắt dây nói chung gia cơng hợp kim cứng BK8 máy cắt dây nói riêng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu xây dựng chế độ cắt tối ƣu gia công máy cắt dây EDM -CNC có ý nghĩa thực tiễn nghiên cứu khoa học nhƣ sản xuất nhƣ sau: - Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ gia công hợp kim cứng máy cắt dây đƣợc hợp lý hơn, hiệu khai thác, sử dụng máy tốt Góp phần vào việc nâng cao chất lƣợng hạ giá thành sản phẩm Đây yếu tố có ý nghĩa lớn phát triển doanh nghiệp môi trƣờng sản xuất kinh doanh phải đối mặt với cạnh tranh khốc liệt thị trƣờng nhƣ trình hội nhập - Đạt đƣợc khả cho suất cao nhƣng đảm bảo chất lƣợng bề mặt theo yêu cầu gia công hợp kim cứng sản xuất, số lƣợng sản phẩm không nhiều Nội dung luận văn Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, phần mở đầu, kết luận chung phụ lục luận văn có nội dung nhƣ sau: Chƣơng Tổng quan gia công tia lửa điện - Nghiên cứu tổng quan kỹ thuật EDM Chƣơng Nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến suất, chất lƣợng bề mặt gia công máy cắt dây - Nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tƣợng xảy trình cắt - Nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố công nghệ đến trình cắt Chƣơng Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng số thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây EDM - Thiết lập thí nghiệm - Xây dựng mơ hình tốn xác định độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây - Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ công nghệ với độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 Chƣơng 4: Kết luận chung khuyến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 10 Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN II: NỘI DUNG Chƣơng TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN Năm 1943, thông qua nghiên cứu tuổi bền thiết bị phóng điện, hai vợ chồng ngƣời Nga Lazarenko tìm phƣơng pháp gia cơng tia lửa điện Họ sử dụng tia lửa điện để hớt lớp vật liệu mà không phụ thuộc vào độ cứng vật liệu Khi tia lửa điện phóng lớp vật liệu bề mặt phôi bị hớt trình điện – nhiệt thơng qua nóng chảy bốc kim loại Từ đến q trình hớt vật liệu gia công tia lửa điện đƣợc coi phức tạp liên quan đến khoảng cách khe hở phóng điện, đến thơng tin kênh plasma, hình thành cầu phóng điện điện cực, ăn mòn điện cực, nghiên cứu tƣợng phóng điện nhà khoa học làm cho công nghệ gia công tia lửa điện có phát triển lớn năm gần đời thêm số phƣơng pháp gia công dùng nguyên lý phƣơng pháp gia công tia lửa điện 1.1 Đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện Gia công tia lửa điện phƣơng pháp gia cơng cách phóng điện ăn mòn sở tác dụng nhiệt xung điện đƣợc tạo phóng điện điện cực 1.1.1 Các đặc điểm phƣơng pháp gia cơng tia lửa điện - Điện cực (đóng vai trị dụng cụ cắt): có độ cứng thấp nhiều so với vật liệu phôi vật liệu phôi thƣờng vật liệu cứng qua nhiệt luyện nhƣ thép tôi, loại hợp kim cứng vật liệu điện cực thƣờng đồng, grafit - Vật liệu dụng cụ cắt vật liệu phôi phải có tính chất dẫn điện tốt - Mơi trƣờng gia công: gia công phải sử dụng chất lỏng điện môi làm môi trƣờng gia công Đây dung dịch không dẫn điện điều kiện làm việc bình thƣờng 1.1.2 Khả cơng nghệ phƣơng pháp gia công tia lửa điện Phƣơng pháp gia công tia lửa điện tạo đƣợc mặt định hình đƣờng thẳng, đƣờng cong, rãnh định hình, bề mặt có profin phức tạp, với độ bóng bề mặt tƣơng đối cao (Ra = 1.25m 5m) độ xác cao (IT5) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 11 Chuyên ngành: Công nghệ CTM 1.2 Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện Ngày nay, gia cơng khí giới có phƣơng pháp gia công tia lửa điện chủ yếu, đƣợc ứng dụng rộng rãi có đóng góp đáng kể cho phát triển khoa học kỹ thuật nhân loại là: phƣơng pháp gia cơng xung định hình phƣơng pháp gia cơng cắt dây tia lửa điện EDM 1.2.1 Phƣơng pháp gia cơng xung định hình: Đây phƣơng pháp dùng điện cực đƣợc tạo hình sẵn để in hình (âm bản) lên bề mặt phơi Phƣơng pháp đƣợc dùng để chế tạo khn có hình dạng phức tạp, khn ép định hình, khn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông 1.2.2 Phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện: Là phƣơng pháp dùng dây dẫn điện có đƣờng kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) liên tục chạy theo biên dạng định trƣớc để tạo thành vết cắt phôi phƣơng pháp thƣờng dùng để gia cơng lỗ suốt có biên dạng phức tạp nhƣ lỗ khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia cơng rãnh hẹp, gấp khúc, dƣỡng kiểm, 1.2.3 Các phƣơng pháp khác: Ngoài phƣơng pháp gia công chủ yếu trên, ngày giới cịn có số phƣơng pháp gia công sử dụng nguyên lý gia công tia lửa điện nhƣ sau: - Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM): phƣơng pháp sử dụng điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực ăn mịn tia lửa điện theo kiểu phay Sử dụng phƣơng pháp để gia cơng hình dáng phức tạp chế tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau điều khiển cho điện cực cắt theo chƣơng trình - Phủ tia lửa điện (EDD): phƣơng pháp sử dụng hiệu ăn mòn tia lửa điện để phủ lên bánh mài sau thời gian sử dụng nghiền khí vật liệu rắn Trong q trình này, bánh mài phải có tính dẫn điện bánh mài kim cƣơng liên kết kim loại thƣờng đƣợc làm theo phƣơng pháp điện áp xung đƣợc đặt vào điện cực bánh mài, trình mài, tia lửa điện sinh bóc tách cạnh sắc bánh mài Quá trình đƣợc sử dụng để chế tạo bánh mài có hình dạng đặc biệt Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 12 Chuyên ngành: Công nghệ CTM - Gia công EDM trợ giúp siêu âm (Ultrasonic Aided EDM): phƣơng pháp hớt vật liệu tia lửa điện kết hợp với việc rung điện cực dụng cụ với tần số rung tần số siêu âm Rung điện cực với tần số siêu âm giúp nâng cao khả công nghệ tăng đáng kể tốc độ gia công gia công lỗ nhỏ siêu nhỏ - Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding - AEDG): phƣơng pháp gia công vật liệu đƣợc bóc tách nhờ tác dụng kết hợp ăn mòn tia lửa điện ăn mịn khí - Gia cơng xung định hình siêu nhỏ (MEDM): dạng xung định hình đặc biệt điện cực đƣợc quay với tốc độ lớn (tới 10.000vg/ph) Điện cực sử dụng MEDM có kích thƣớc nhỏ đƣợc chế tạo phƣơng pháp gia công tia lửa điện khác Phƣơng pháp dùng để gia cơng lỗ siêu nhỏ với độ xác cao - Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM): phƣơng pháp cắt dây sử dụng điện cực Tungsten, Wolfram có đƣờng kính dây nhỏ dƣới 10m Phƣơng pháp dùng để gia công cắt dây lỗ siêu nhỏ có kích thƣớc từ 0,11mm, vật liệu khó gia cơng, chi tiết có chiều dày mỏng, dùng công nghệ chế tạo chi tiết bán dẫn - Gia công tia lửa điện theo kiểu đê chắn (Mole EDM): trình gia công đặc biệt cho phép gia công hốc, rãnh dạng đƣờng cong đƣờng xuyến Hình dáng điện cực đƣợc sử dụng phƣơng pháp giống nhƣ dẫn uốn cong hệ thống nhận dạng Ngƣời ta sử dụng sóng siêu âm để nhận dạng đƣờng hầm gia công chi tiết - Xung định hình với điện cực quay: phƣơng pháp sử dụng điện cực quay để ăn mịn phơi quay Khi phối hợp chuyển động điện cực phơi tạo hình dạng chi tiết khác theo yêu cầu Phƣơng pháp phƣơng pháp gia cơng siêu xác độ bóng siêu cao 1.3 Cơ sở phƣơng pháp gia công tia lửa điện 1.3.1 Bản chất vật lý Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 13 Chuyên ngành: Cơng nghệ CTM () (+) Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện Thực chất phƣơng pháp gia công tia lửa điện tách vật liệu khỏi bề mặt phôi nhờ tia lửa điện Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp gia công tia lửa điện đƣợc mơ tả nhƣ Hình 1.1 Q trình tách vật liệu khỏi bề mặt phơi cụ thể nhƣ sau: Một điện áp đƣợc đặt vào điện cực phôi, không gian điện cực đƣợc điền đầy chất lỏng cách điện gọi chất điện môi (Dielectric) Khi hai điện cực tiến lại gần khoảng cách đạt đến giá trị tới hạn xẩy tƣợng phóng điện, dịng điện đƣợc hình thành điện cực mà khơng có tiếp xúc hai điện cực Do có xuất tia lửa điện bóc lớp vật liệu bề mặt phôi tạo thành vết cắt Xét cụ thể diễn biến chu kỳ phóng điện diễn pha nhƣ sau: Pha I: Pha đánh lửa Máy phát tăng điện áp khởi động qua khe hở (đóng điện áp máy phát Ui) dƣới ảnh hƣởng điện trƣờng, từ cực âm (điện cực) bắt đầu phát điện tử (electron) chúng bị hút phía cực dƣơng (phơi) mật độ electron tăng gây tính dẫn điện cục dung dịch chất điện môi khe hở điện cực Do bề mặt điện cực phôi khơng hồn tồn phẳng nên điện trƣờng mạnh điểm điện cực phơi có khoảng cách gần mặt khác chất điện môi bị ion hố nên kênh phóng điện đƣợc hình thành phóng tia lửa điện bắt đầu xẩy Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 14 Chun ngành: Cơng nghệ CTM Hình 1.2- Pha đánh lửa Pha II: Sự hình thành kênh phóng điện Ở thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm, số lƣợng pha dẫn điện (các electron ion dƣơng) tăng lên cách kinh khủng bắt đầu xuất dòng điện chạy qua điện cực Dòng điện cung cấp lƣợng khổng lồ làm cho dung dịch điện môi bốc cục tạo bọt khí, bọt khí áp suất đẩy chất điện môi sang bên Nhƣng có độ nhớt chất điện mơi nên tạo cản trở hạn chế lớn lên kênh phóng điện điện cực Hình 1.3- Sự hình thành kênh phóng điện Pha III: Sự nóng chẩy bốc vật liệu Phía trung tâm vùng bọt khí bao gồm kênh plasma, plasma chất khí có lẫn điện tử ion dƣơng áp suất cao nhiệt độ cực lớn (áp suất khoảng 1kbar nhiệt độ khoảng 100000C) Khi kênh plasma tới mức tới hạn (điện áp qua hai điện cực đạt tới giá trị điện áp phóng điện Ue, Ue số phụ thuộc vào cặp vật liệu), chất điện môi giữ kênh plasma tạo tập trung lƣợng cục bộ, mặt khác va chạm electron lên phôi ion dƣơng lên điện cực làm nóng chẩy bốc vật liệu bề mặt phơi điện cực Sau Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 15 Chuyên ngành: Công nghệ CTM diễn xung, máy phát ngắt dòng điện Điện áp kênh phóng điện áp suất bị ngắt đột ngột kim loại nóng chẩy bị đẩy ngồi bị bốc Hình 1.4- Sự hình thành bốc vật liệu Chu kỳ phóng tia lửa điện để lại “vết” bóc tách vật liệu tóm tắt thơng qua đại lƣợng điện sau: - Thời gian trễ td khoảng thời gian lúc đóng điện máy phát đến lúc xảy phóng tia lửa điện, thời gian cho phép chất điện mơi ion hố hình thành kênh phóng điện - Thời gian phóng điện te khoảng thời gian từ lúc bắt đầu phóng tia lửa điện lúc ngắt điện (từ vài đến vài trăm s) thuộc pha II làm kim loại nóng chảy - Độ kéo dài xung ti khoảng thời gian hai lần đóng ngắt máy phát chu kỳ phóng tia lửa điện Độ kéo dài xung tổng thời gian trễ đánh lửa td thời gian phóng tia lửa điện te Đây cịn khoảng thời để chất điện mơi thơi ion hố, chuẩn bị cho chu kỳ phóng điện đạt kích thƣớc gia cơng u cầu - Khoảng cách xung to khoảng thời gian hai lần đóng ngắt máy phát hai chu kỳ xung nhau, to đƣợc gọi độ kéo dài nghỉ xung Hình 1.5 biểu diễn diễn biến điện áp dịng điện máy gia cơng tia lửa điện đƣợc sinh máy phát tĩnh xung Đặc điểm đồ thị cho thấy dòng điện xung xuất trễ khoảng thời gian td so với thời Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 16 Chuyên ngành: Cơng nghệ CTM điểm bắt đầu có điện áp máy phát Ui Ue Ie giá trị trung bình điện áp dịng điện phóng tia lửa điện Hình 1.5- Đồ thị điện áp dịng điện xung phóng điện Trong đó: te: Thời gian kéo dài xung hay gọi độ kéo dài xung td: Thời gian trễ đánh lửa ti: Độ kéo dài xung máy phát xung t0: Khoảng cách xung tp: Chu kỳ xung Ui: Điện áp máy phát mở Ue: Điện áp phóng tia lửa điện Ie: Dịng phóng tia lửa điện Các nghiên cứu cho thấy vùng lân cận điện cực, plasma có nhiệt độ cao từ 60000C 100000C Tốc độ dòng chuyển dịch điện tử ion phụ thuộc vào lƣợng điện đặc tính chất điện mơi Qn tính chất Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 17 Chuyên ngành: Công nghệ CTM điện môi cản trở bành trƣớng kênh plasma làm cho áp suất kênh lớn (có thể lên tới 1kbar) Khi khoảng không kênh plasma hẹp mật độ lƣợng tăng (lƣợng hớt vật liệu tỉ lệ thuận với độ nhớt động học tỉ lệ nghịch với điện trở dẫn suất chất điện môi) Đồng thời với phát triển kênh plasma theo thời gian có chuyển đổi lƣợng điện thành lƣợng nhiệt điểm, đƣợc gọi “nguồn nhiệt” Các điện tử cận anốt di chuyển dẫn nhiệt tới làm nóng chảy bốc vật liệu Các ion dƣơng đến catốt nung nóng điểm catốt điểm đối diện thuộc kênh plasma Tuy nhiên, khối lƣợng ion dƣơng lớn điện tử nhiều lần (khoảng 103 lần) nên chúng tới catốt chậm điện tử atốt Chính động khác chúng tạo phân nhiệt khác anốt catốt, điều dẫn đến ăn mòn khác điện cực (thực tế điện cực dƣơng nóng chảy lớn nhiều so với điện cực âm) Lƣợng ion dƣơng tăng nhanh luồng di chuyển tổng, khoảng thời gian ngắn tỷ lệ chia nhiệt trở nên cân với kéo dài thời gian phóng tia ion dƣơng gây tƣợng nóng chảy bốc Catốt Khi kết thúc pha phóng điện, điện đột ngột đồng thời với sụt áp tạo chênh lệch làm vỡ kênh plasma túi khí Các lực áp lực tạo nên phá huỷ nội lực kênh plasma làm bung phần tử kim loại bị nóng chảy khỏi bề mặt Lƣợng vật liệu bị hớt bề mặt điện cực phụ thuộc vào trình chuyển đổi lƣợng nhiệt thẩm nhiệt 1.3.2 Cơ chế bóc tách vật liệu Trƣớc hết, muốn tách vật liệu khỏi phơi phải có lƣợng tách vật liệu We We = Ue.Ie.te (1.1) [1] Trong Ue Ie điện áp dòng điện trung bình tia lửa điện, te thời gian xung nhƣ trình bày phần Ue số phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực phôi nên thực chất We phụ thuộc vào Ie te Thực tế dòng điện tổng cộng qua kênh plasma qua khe hở phóng điện tổng dòng điện tử chạy tới điện cực dƣơng dòng ion dƣơng chạy tới điện cực âm Tuy nhiên khối lƣợng ion dƣơng lớn nhiều lần so với khối Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 18 Chuyên ngành: Công nghệ CTM lƣợng electron tốc độ electron có tốc độ lớn nhiều lần so với tốc độ ion dƣơng Vì thực chất dịng điện ion dƣơng chuyển động cực âm nhỏ so với dòng electron chuyển động cực dƣơng Do bỏ qua dịng điện chuyển động ion dƣơng gây Do tốc độ electron lớn nhiều lần so với ion dƣơng nên mật độ electron tập trung cực dƣơng cao nhiều so với mật độ ion dƣơng cực âm Khi mức độ tăng dịng điện bắt đầu có phóng điện lớn, điều gây nóng chẩy mạnh cực dƣơng Trong dịng ion dƣơng tới cực âm nhỏ nên không gây tƣợng ăn mòn cực âm Một lý quan trọng để tách vật liệu nóng chẩy khỏi bề mặt biến đột ngột kênh plasma điều dẫn đến sút giảm áp suất đột ngột xuống áp suất môi trƣờng xung quanh nhiệt độ khơng giảm nhanh nhƣ dẫn đến nổ bốc khối lƣợng kim loại nóng chẩy Tốc độ cắt dòng điện mức độ sút giảm áp suất định đến nổ bốc lớp kim loại nóng chẩy Trong thời gian sụt dịng điện yếu tố định tới độ nhám gia cơng 1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình gia cơng tia lửa điện 1.4.1 Các đặc tính điện phóng tia lửa điện Khác với phƣơng pháp gia công cắt gọt truyền thống, phƣơng pháp gia công tia lửa điện bên cạnh tham số công nghệ nhƣ cặp vật liệu, đấu cực, điều kiện dịng chảy chất điện mơi, tham số điều khiển xung nhƣ thời gian, điện áp, dịng điện đóng vai trị quan trọng đến suất đặc biệt đến chất lƣợng bề mặt gia công Các tài liệu nghiên cứu đƣa kết luận trở thành kiến thức gia công tia lửa điện nhƣ điện áp xung Ue có tác động đến lƣợng bóc tách vật liệu, số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực – phơi Dịng xung Ie ảnh hƣởng lớn đến lƣợng hớt vật liệu phôi, độ mòn điện cực chất lƣợng bề mặt gia cơng Trong mối quan hệ với lƣợng bóc tách vật liệu, Ie lớn lƣợng hớt vật liệu Vw lớn, độ nhám gia công tăng độ mịn điện cực giảm Giá trị trung bình Ie đọc bảng điều khiển điện suốt q trình gia cơng, số máy xung định hình, Ie thƣờng đƣợc thể theo bƣớc dịng điện Phụ thuộc vào kiểu máy, Ie đƣợc điều chỉnh theo 18 21 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 19 Chuyên ngành: Công nghệ CTM bƣớc, xác định tƣơng đƣơng với 0.5A80A, bƣớc nhỏ đƣợc chọn để gia công tinh, lớn để gia công thô Thời gian xung khoảng ngắt xung ti t0 tham số điều khiển có ảnh hƣởng đáng kể đến chất lƣợng bề mặt gia công Vấn đề thời gian xung t i lớn có lợi cho suất lƣợng hớt vật liệu cao, nhiên bề mặt gia công lại thô (tƣơng tự xảy với t0 nhỏ) Ngoài ra, khoảng thời gian ngắt xung t0 nhỏ, chất điện mơi khơng đủ thời gian để thơi ion hố, phần tử vật liệu bóc tách điện nhiệt không kịp đƣợc đẩy khỏi vùng khe hở, điều gây nên lỗi phóng điện nhƣ ngắn mạch, hồ quang, lỗ gia công bị ngậm xỉ, Về mối quan hệ thời gian xung/khoảng ngắt ta có tỉ lệ ti/t0 10 phù hợp cho gia công thô, tỉ lệ ti/t0 10 cho gia công tinh ti/t0 < cho gia công bề mặt siêu tinh [1] Dƣới ta nghiên cứu sâu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt suất gia công - Điện áp đánh tia lửa điện Ui: Đây điện áp cần thiết để dẫn đến phóng tia lửa điện, điện áp đánh lửa Ui lớn phóng điện nhanh cho phép khe hở phóng điện lớn - Thời gian trễ phóng tia lửa điện td: khoảng thời gian đóng máy phát lúc bắt đầu xuất phóng điện Ngay đóng điện máy phát, chƣa xảy tƣợng phóng điện Điện áp đƣợc trì giá trị điện áp đánh lửa Ui, dòng điện “0” Sau thời gian trễ td xảy phóng tia lửa điện, dịng điện từ giá trị “0” vọt lên Ie - Điện áp phóng tia lửa điện Ue: điện áp trung bình suốt q trình phóng điện Ue hệ số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi Ue khơng điều chỉnh đƣợc Khi bắt đầu xảy phóng tia lửa điện điện áp tụt xuống từ Ui đến Ue - Dịng phóng tia lửa điện Ie: giá trị trung bình dịng điện từ bắt đầu phóng tia lửa điện đến ngắt điện Khi bắt đầu phóng điện dịng điện tăng từ đến Ie kèm theo bốc cháy kim loại Theo nghiên cứu trƣớc Ie có ảnh hƣởng lớn đến ăn mòn vật liệu, độ ăn mòn điện cực Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 20 Chuyên ngành: Công nghệ CTM đến chất lƣợng bề mặt gia cơng Nói chung Ie tăng lƣợng hớt vật liệu tăng độ nhám gia cơng lớn độ ăn mịn điện cực giảm - Thời gian phóng tia lửa điện te: khoảng thời gian lúc bắt đầu phóng tia lửa điện lúc ngắt điện, tức thời gian có dịng điện I e lần phóng điện - Độ kéo dài xung ti: khoảng thời gian hai lần đóng ngắt máy phát chu kỳ phóng tia lửa điện Độ kéo dài xung t i ảnh hƣởng đến nhiều yếu tố quan trọng có liên quan trực tiếp đến chất lƣợng suất gia công nhƣ: * Tỷ lệ hớt vật liệu: Thực nghiệm cho thấy giữ nguyên dòng điện Ie khoảng cách xung t0, tăng ti ban đầu Vw tăng nhƣng tăng đến giá trị cực đại ti định sau Vw giảm đi, tiếp tục tăng ti lƣợng phóng điện khơng cịn đƣợc sử dụng thêm để hớt vật liệu phơi mà lại làm tăng nhiệt độ điện cực dung dịch chất điện môi Mối quan hệ lƣợng hớt vật liệu với ti đƣợc biểu thị Hình 1.6 Hình 1.6- Mối quan hệ Vw ti * Độ mòn điện cực: Độ mòn điện cực giảm ti tăng trí sau đạt lƣợng hớt vật liệu cực đại Nguyên nhân mật độ điện tử tập trung bề mặt phôi (cực dƣơng) cao nhiều lần so với mật độ ion dƣơng tập trung tới bề mặt dụng cụ (cực âm), mức độ tăng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... Nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến suất, chất lƣợng bề mặt gia công máy cắt dây - Nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tƣợng xảy trình cắt - Nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố cơng nghệ đến q... bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây - Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ công nghệ với độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 Chƣơng 4: Kết luận. .. thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 phƣơng pháp cắt dây? ?? cần thiết Mục đích, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Xác định ảnh hƣởng thông số ( Điện