Luận văn thạc sĩ khoa học 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 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 Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 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 lòng biết ơn thầy, cô 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 Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 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 CƠNG 17 2.1 Giới thiệu máy cắt dây tia lửa điện 18 2.2 Ưu nhược điểm phương pháp gia cơng cắt dây tia lửa điện 19 2.3 Độ xác gia công 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 thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 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 TƠI 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 thơng số cơng nghệ gia 28 công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau tơi 3.2.1 Mơ hình định tính q trình cắt dây tia lửa điện 28 3.2.2 Các thông 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 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 Trên thực tế sản xuất nước ta, có nhiều sản phẩm sản phẩm xác cần sử dụng ngun cơng 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 tơi” 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 tơi 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 công: thép 9CrSi sau tơi 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 thông 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 công thép 9CrSi sau tơi Từ đưa tham số tối ưu gia cơng 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 cơng Thêm vào đó, xác định thơng số tối ưu cho q 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 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 công 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 công 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 - Tối ưu hóa hai mục tiêu xác định chế độ gia cơng đảm bảo suất nhám bề mặt theo yêu cầu Chương 4: Kết luận chung khuyến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 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 cơng 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 cơng 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 không 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 cơng tia lửa điện Hình 1.1 [13] biểu diễn sơ đồ hệ thống gia công 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 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 Công nghệ thông tin – ĐHTN 10 http://lrc.tnu.edu.vn Điện cực gia cơng xung điện sử dụng loại vật liệu sau: Graphite, đồng đỏ, đồng graphite, đồng vonfram, đồng thau, thép, vonfram vv… [14] Trong graphite đồng đỏ loại vật liệu dùng phổ biến Điện cực làm graphite chịu mịn tốt dễ gia cơng Tuy nhiên, vật liệu giịn có bụi bẩn gia cơng nên cần ý hút bụi chế tạo điện cực Đồng đỏ có độ dẫn điện độ chịu mịn tốt Thêm vào vật liệu có giá thành rẻ Tuy nhiên, gia công vật liệu không dễ gia công graphite hay đồng thau Trong gia cơng xung điện mịn điện cực đánh giá qua mịn góc, mịn mặt bên, mịn mặt đầu mịn thể tích [15] Điện cực coi mịn khơng đáng kể tỉ số mịn điện cực/chi tiết gia công nhỏ 1% Do điện cực thường mịn góc trước nên mịn góc thường dùng để đánh giá tuổi bền điện cực Các điện cực gia cơng xung điện chế tạo nhiều phương pháp khác như: phương pháp cắt gọt truyền thống (phay, tiện, mài…), phương pháp cắt dây tia lửa điện, phương pháp đùn, ép, phương pháp thiêu kết… Việc lựa chọn phương pháp gia công điện cực tùy thuộc vào vật liệu điện cực, cấu tạo kích thước điện cực điều kiện trang thiết bị sở sản xuất Hình 1.3: Các dạng mịn gia cơng tia lửa điện [15] 1.2.4 Dung dịch điện môi Trong gia công xung điện dung dịch điện môi làm nhiệm vụ môi trường cách ly điện cực chi tiết gia cơng để hình thành kênh phóng điện Thêm vào đó, cịn làm nhiệm vụ dẫn nhiệt, làm mát điện cực chi tiết Ngồi ra, cịn phải làm nhiệm vụ phoi sinh q trình gia công Để thực chức nêu trên, dung dịch điện môi cần đáp ứng yêu cầu sau [15]: - Có độ bền cách điện cao; - Dẫn nhiệt tốt; Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 11 http://lrc.tnu.edu.vn - Ít bị bay hơi, bị phân hủy nhiệt; - Có khả phục hồi nhanh sau bị tia lửa điện đánh thủng; - Dễ điền đầy khe hở, hốc cạnh; - Giá thành rẻ Có nhiều loại dung dịch điện môi khác dầu hỏa, Kerosene, dầu silicone dung dịch điện môi sở nước Trong loại dầu hỏa sử dụng phổ biến cách điện tốt, độ nhớt nhỏ dễ điền đầy khe hỏ gia cơng Hình 4: Các kiểu lưu thơng chất điện môi [15] Trong gia công dung điện cần quan tâm đến việc lưu thơng chất điện mơi ảnh hưởng lớn đến chất lượng suất q trình gia cơng Việc thiết kế lưu thơng chất điện môi cần theo nguyên tắc sau [15]: - Nên lưu thơng qua lịng điện cực; - Lưu thông qua nhiều lỗ nhỏ tốt qua lỗ lớn; - Nên tạo dịng chảy chất điện mơi ổn định bao trùm điện cực chi tiết gia cơng; - Nên có lỗ thơng cho hàm ếch Hình 1.4 trình bày số phương pháp lưu thơng chất điện mơi 1.3 Bản chất q trình gia cơng xung điện Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 12 http://lrc.tnu.edu.vn Bản chất phương pháp gia công xung điện bóc tách vật liệu khỏi bề mặt phơi nhờ tia lửa điện Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện thể hình 1.1 Q trình bóc tách vật liệu cụ thể sau: Một điện áp đặt vào điện cực phôi mà chúng điền đầy chất lỏng cách điện (gọi chất điện môi) Khi cho hai điện cực tiến sát vào đến khoảng cách chúng xảy tượng phóng tia lửa điện Do có tia lửa điện nên tạo nhiệt độ cực lớn làm nóng chảy bốc vật liệu gia công – tạo bóc tách vật liệu (Hình 1.5) Năng lượng chiều đặt vào mạch xung với điện áp từ 30 đến 250 V tần số 50 đến 500 KHz tạo điện cực xung vng (Hình 1.6) Khi sử dụng tạo xung RC, xung điện làm nhiệm vụ bóc tách vật liệu (Hình 1.7) [15] Do tác dụng xung áp (Hình 1.7) nên gây nên tượng ngắt dòng chất điện phân kênh có bán kính 10 µm Hiện tượng ngắt dòng tăng electron gia tốc điện cực dương Các electron va chạm với nguyên tử nơtron chất điện môi tạo nên ion dương electron chúng gia tốc phía anot catot Hình 1.5: Cơ chế bóc tách vật liệu [14] Hình 1.6: Chuỗi xung điển hình gia cơng xung điện [16] Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 13 http://lrc.tnu.edu.vn Hình 1.7: Sự thay đổi điện áp theo thời gian sử dụng tạo xung RC [14] Do electron ion dương tiến phía anot catot nên làm động chúng biến thành nhiệt Nhiệt độ lên tới 8000 đến 10000 độ C làm tỏa nhiệt lượng 1017 W/m2 làm điện cực bay Sự bay điện cực làm áp suất kênh plasma tăng nhanh lên khoảng 200 atmotphe [14] Vào cuối chu kỳ xung, áp xuất giảm đột ngột làm kim loại bị nung nóng bay khốc liệt dẫn đến kim loại bóc tách khỏi điện cực Nhờ chất điện mơi cung cấp liên tục vào mà phoi lấy bề mặt gia công làm mát Thêm vào đó, chút kim loại nóng chảy khơng nên tạo lớp đúc lại bề mặt (Hình 1.5) Chu kỳ phóng tia lửa điện để bóc tách vật liệu đặc trưng đại lượng điện sau (Hình 1.8): - Thời gian trễ Tđ: Là khoảng thời gian lúc đóng điện máy phát đến lúc xảy phóng tia lửa điện, thời gian cho phép chất điện mơi ion hóa hình thành kênh phóng điện - Thời gian phóng điện Te: Là khoảng thời gian từ lúc bắt đầu phóng tia lửa điện lúc ngắt điện (từ vài đến vài trăm s) phụ thuộc pha II làm kim loại nóng chảy - Độ kéo dài xung Ton: Là 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 Tđ thời gian phóng tia lửa điện Te Đây cịn thời gian để chất điện mơi ion hóa, chuẩn bị cho chu kỳ phóng điện đạt kích thước gia cơng u cầu Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN 14 http://lrc.tnu.edu.vn Hình 1.8 Đồ thị điện áp dịng điện xung phóng điện - Khoảng cách xung Toff: Là khoảng thời gian hai lần đóng ngắt máy phát hai chu kỳ xung liên tiếp nhau, to gọi độ kéo dài nghỉ xung Hình 1.5 biểu diễn diễn biến điện áp dòng điện máy gia công tia lửa điện sinh máy phát tĩnh xung Đặc điểm đồ thị cho thấy dòng điện xung xuất trễ khoảng thời gian td so với thời điểm bắt đầu có điện áp máy phát VM SV Ie giá trị trung bình điện áp dịng điện phóng tia lửa điện Trong đó: Te: Thời gian kéo dài xung hay gọi độ kéo dài xung Tđ: Thời gian trễ đánh lửa Ton: Độ kéo dài xung máy phát xung Toff: khoảng cách xung Tp: Chu kỳ xung VM: Điện máy phát mở SV: Điện áp phóng tia lửa điện Ie: Dịng phóng tia lửa điện Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN 15 http://lrc.tnu.edu.vn 1.4 Kết luận chương - Bản chất q trình gia cơng tia lửa điện trình điện – nhiệt tạo nóng chảy làm bốc kim loại - Phương pháp gia công xung điện cho phép gia công vật liệu dẫn điện khó gia cơng, loại thép tơi cứng… Nó hay sử dụng để gia cơng chi tiết khn mẫu, chi tiết có thành mỏng, chi tiết có profin phức tạp… - Gia công xung điện sử dụng ngày rộng rãi phát triển kỹ thuật điều khiển CNC; - Các thông số công nghệ q trình gia cơng xung điện gồm điện áp phóng điện, cường độ dịng điện, thời gian đóng ngắt xung, điện cực, chất điện môi… Các thông số có ảnh hưởng lớn đến suất chất lượng trình xung Vì cần tiến hành nghiên cứu tìm ảnh hưởng yếu tố xác định chế độ xung tối ưu gia công loại vật liệu khác nhằm nâng cao suất chất lượng trình xung Cụ thể áp dụng gia cơng chi tiết lỗ thủng hình rãnh then thép 9CrSi qua tơi Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 16 http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA QÚA TRÌNH GIA CƠNG 2.1 Giới thiệu máy cắt dây tia lửa điện Máy cắt dây tia lửa điện (Wire EDM machine) thiết bị gia công tia lửa điện hoạt động cách sử dụng điện cực dây mảnh có đường kính từ 0,1mm đến 0,3mm chạy liên tục theo quỹ đạo cho trước lập trình sẵn Sơ đồ máy cắt dây tia lửa điện có dạng sau [13]: Hình 2.1 Sơ đồ máy cắt dây tia lửa điện [13] Trong cụm thiết bị là: 1- Thân máy 7- Bàn công tác 2- Phần thân máy 8- Dẫn hướng bàn công tác 3- Bộ phận tạo góc nghiêng cắt 9- Thùng chứa chất điện môi 4- Dẫn hướng dây 10- Bệ máy 5- Lô quấn dây 11- Bảng điện 6- Bể làm việc 12- Tủ điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 17 http://lrc.tnu.edu.vn Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện hay dùng để gia công sản phẩm điện cực dùng cho gia cơng xung định hình, rãnh hẹp, gấp khúc, chi tiết lỗ dạng lưới phức tạp, loại bánh răng, dưỡng kiểm, lỗ cối định hình vv… (Hình 2.2) Phương pháp đặc biệt hiệu gia cơng loại vật liệu khó gia cơng, thép tơi vv… Hình 2.2: Các dạng chi tiết gia công cắt dây [15] 2.2 Ưu nhược điểm phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện Phương pháp cắt dây tia lửa điện có ưu điểm sau: - Độ xác gia cơng cao (có thể tới 1μm); - Kết cấu máy đơn giản; - Có khả tự động hóa q trình gia cơng, đơn giản, dễ vận hành Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm: - Khi gia cơng có chiều dày lớn (>100mm) khó khăn việc cung cấp chất điện mơi khó; - Chi phí điện cực (dây cắt) cao; - Độ bền dây điện cực khơng cao dây có kích thước nhỏ (từ 0,1 ÷ 0,3mm) Vì cắt chi tiết chiều dầy lớn dây điện cực bị uốn cong làm ảnh hưởng tới độ xác gia cơng dễ bị đứt dây nên giảm suất gia cơng 2.3 Độ xác gia cơng tia lửa điện Độ xác phương pháp cắt dây tia lửa điện từ ±(0,002÷0,003)mm Có nhiều thơng số ảnh hưởng đến độ xác độ xác máy, độ xác thiết bị đo, độ cứng vững hệ thống công nghệ, bàn kẹp, ảnh hưởng rung động dây cắt vv… Ngồi ra, độ xác gia cơng cịn bị ảnh hưởng độ xác dây cắt, dung dịch điện mơi (bị bẩn) … Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 18 http://lrc.tnu.edu.vn 2.4 Dây cắt vật liệu làm dây 2.4.1 Yêu cầu vật liệu làm dây cắt Nói chung, vật liệu dẫn điện dẫn nhiệt tốt làm dây cắt (điện cực) gia cơng tia lửa điện Tuy nhiên, để trình cắt hiệu vật liệu làm dây cắt cần phải thỏa mãn u cầu sau: - Có tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt Yêu cầu dẫn điện tốt để tạo điện cực phục vụ cho việc phóng điện tạo vết cắt chi tiết gia cơng Yêu cầu dẫn nhiệt tốt để có khả tản nhiệt nhanh, tránh gây sai số trình gia cơng - Có tính chất vật lý tốt độ dẫn nhiệt, khả nhận nhiệt, có điểm nóng chảy điểm sơi cao - Có độ bền mòn cao, tức độ bền vững gia cơng tia lửa điện phải cao - Có độ bền học tốt, tức phải có độ bền vững hình dáng hình học gia cơng tia lửa điện Phải có ứng suất riêng nhỏ, hệ số dãn nở nhiệt nhỏ, độ bền kéo lớn - Vật liệu điện cực giá phải rẻ có tính chất gia công cao, dễ chế tạo 2.4.2 Các loại dây điện cực Đặc tính dây điện cực bao gồm: - Đường kính dây: Thường dịng loại dây có đường kính d = 0,1 ÷ 0,3mm - Vật liệu dây: Tùy thuộc vào vật liệu gia cơng mà người ta chọn vật liệu dây cho phù hợp Thường vật liệu dây đồng, đồng thanh, molpđen, Volfram, loại dây có lớp phủ Các loại dây có lớp phủ thường có độ bền kéo căng học cao độ nhiệt cao Ví dụ dây HSW-25X bao gồm lõi đồng thau (CuZn30) phủ lớp oxít kẽm nên có độ bền kéo từ 750 ÷ 790N/mm2 khả thoát nhiệt tốt Đặc biệt gia cơng chi tiết có chiều dày lớn đòi hỏi độ căng dây phải lớn để giảm sai số hình học độ trùng dây gây Vì vậy, cần phải nghiên cứu ứng dụng loại dây cho thích hợp với điều kiện sản xuất bảo đảm điều kiện kinh tế 2.5 Sự thoát phoi gia công cắt dây tia lửa điện Trong q trình gia cơng phoi cần thiết với mục đích làm tăng khả cách điện chất điện môi, làm nguội điện cực chi tiết gia cơng Các kỹ thuật phoi gia cơng cắt dây tia lửa điện gồm có: Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 19 http://lrc.tnu.edu.vn - Thổi chiều trục áp lực (dịng chảy chiều trục): Chất điện mơi đưa vào khe hở phóng điện với áp lực cao (từ 15 ÷ 20 bar) qua dẫn Ở địi hỏi phải có tiếp xúc tốt dẫn dây phơi để có áp lực cao khe hở - Dịng chảy tuần hồn tự nhiên: sử dụng trường hợp phơi nhấn chìm chất điện mơi Hình 2.3 Các trường hợp khó gia cơng dòng chảy đồng trục - Trong trường hợp chiều cao phơi lớn dịng chảy đồng trục áp lực cao sử dụng cho gia công thô, cịn dịng chảy phía bên, áp lực dùng cho gia cơng tinh Khi phơi lớn, địi hỏi cụm điện mơi đảm bảo độ xác giá thành vừa phải Một hệ thống phun sử dụng để trì nhiệt độ thùng phơi số - Đối với dòng chảy đồng trục áp lực, điều kiện không luôn tối ưu Nếu chiều cao thay đổi thường xuyên độ nghiêng dây lớn khơng thể sử dụng áp lực cao Hình 2.3 thể vài trường hợp khó khăn việc sử dụng dòng áp lực cao đồng trục 2.6 Độ nhám bề mặt gia công Trong gia công cắt dây tia lửa điện xét mặt cắt vng góc với dây điện cực mặt phẳng cắt ta dễ dàng nhận thấy có kiểu khe hở phóng điện tồn đồng thời sau (Hình 2.4): - Khe hở phóng điện mặt trước gf - khoảng cách dây phôi đo theo hướng tiến dây; - Khe hở phóng điện mặt bên gls - khoảng cách dây phôi đo theo chiều vng góc với hướng tiến dây Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 20 http://lrc.tnu.edu.vn ... 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