(Luận án) nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến quá trình gia công tia lửa điện bề mặt trụ ngoài thép 90crsi với dung dịch điện môi trộn bột nano sic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ Nguyễn Mạnh Cường NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN QUÁ TRÌNH GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN BỀ MẶT TRỤ NGỒI THÉP 90CrSi VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TRỘN BỘT NANO SiC m NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NGUYỄN MẠNH CƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN Q TRÌNH GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN BỀ MẶT TRỤ NGỒI THÉP 90CrSi VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MƠI TRỘN BỘT NANO SiC Ngành: Kỹ thuật Cơ khí m Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Ngọc Pi PGS.TS Lê Thu Quý Hà Nội - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn nội dung trình bày luận án nghiên cứu thân hướng dẫn khoa học Thầy PGS.TS Vũ Ngọc Pi Thầy PGS.TS Lê Thu Quý Trừ phần tham khảo ghi rõ luận án, số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh m Nguyễn Mạnh Cường Người hướng dẫn Người hướng dẫn PGS.TS Vũ Ngọc Pi PGS.TS Lê Thu Quý ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, ngồi cố gắng nỗ lực thân, tơi nhận động viên giúp đỡ lớn nhiều thầy giáo, cô giáo tập thể nghiên cứu khoa học Trước tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể người hướng dẫn khoa học PGS.TS Vũ Ngọc Pi PGS.TS Lê Thu Quý, người thầy tận tình hướng dẫn, định hướng nghiên cứu, đào tạo bảo tơi suốt q trình nghiên cứu Tơi xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo Viện Nghiên cứu Cơ khí Trung tâm Đào tạo thuộc Viện Nghiên cứu Cơ khí Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp, Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập, hồn thành luận án Để có kết ngày hôm nay, xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình cán bộ, cơng nhân Doanh nghiệp tư nhân Cơ khí m xác Thái Hà Công ty cổ phần Phụ tùng Máy số 1, trung tâm Thí nghiệm thực hành khoa Cơ khí, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp giúp đỡ tơi hồn thành cơng việc liên quan đến thí nghiệm, thực nghiệm đo đạc Tôi muốn cảm ơn hỗ trợ giúp đỡ vô tư bạn bè, đồng nghiệp Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy Robot, khoa Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên dành điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án Cuối gửi lời cảm ơn biết ơn sâu sắc tới gia đình, người ln động viên, chia sẻ giúp đỡ mặt tinh thần suốt thời gian qua Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Mạnh Cường Nguyễn Mạnh Cường iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT .vii DANH MỤC HÌNH VẼ ix DANH MỤC BẢNG BIỂU .xii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.2 Mục tiêu nghiên cứu m Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học 4.2 Ý nghĩa thực tiễn 4.3 Những đóng góp luận án Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN 1.1 Phương pháp gia công tia lửa điện 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Nguyên lý gia công tia lửa điện 10 1.1.3 Các dạng gia công tia lửa điện 12 1.2 Ưu nhược điểm gia công tia lửa điện 15 1.3 Các thông số công nghệ gia công xung điện 16 iv 1.4 Năng suất, chất lượng bề mặt độ xác gia cơng 19 1.5 Phương pháp gia cơng tia lửa điện có trộn bột - PMEDM 22 1.6 Tổng quan tình hình nghiên cứu EDM PMEDM 24 1.6.1 Tình hình nghiên cứu nước 24 1.6.2 Tình hình nghiên cứu EDM PMEDM giới 26 Kết luận chương 37 CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN CĨ TRỘN BỘT TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CHI TIẾT TỪ THÉP 90CrSi QUA TÔI VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 39 2.1 Mơ hình nâng cao hiệu trình PMEDM 39 2.1.1 Sơ đồ sở nghiên cứu q trình gia cơng tia lửa điện có trộn bột 39 2.1.2 Chọn thông số đầu vào 40 2.2 Hệ thống thí nghiệm 41 m 2.2.1 Máy xung điện 42 2.2.2 Phơi thí nghiệm 43 2.2.3 Điện cực thí nghiệm 44 2.2.4 Bột trộn vào dung dịch điện môi 45 2.2.5 Dung dịch điện môi 46 2.2.6 Bể chứa dung dịch điện môi 47 2.2.7 Thông số điện 48 2.2.8 Thông số nồng bột SiC trộn vào dung dịch điện môi 48 2.3 Thiết bị đo, kiểm tra 48 2.3.1 Cân điện tử 48 2.3.2 Máy đo độ nhám bề mặt gia công 49 2.3.3 Máy đo tọa độ CMM 50 2.3.4 Kính hiển vi điện tử quét (SEM/EDX) Jeol JMS 6490 51 Kết luận chương 51 v CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT, NĂNG SUẤT BĨC TÁCH VÀ ĐỘ MỊN ĐIỆN CỰC KHI GIA CÔNG XUNG ĐIỆN THÉP 90CrSi VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MƠI CĨ TRỘN BỘT SiC 53 3.1 Đặt vấn đề 53 3.2 Thí nghiệm 53 3.2.1 Mục đích thí nghiệm 53 3.2.2 Thiết kế thí nghiệm 53 3.2.3 Tiến hành thí nghiệm 57 3.3 Kết nhận xét 60 3.3.1 Ảnh hưởng thông số đầu vào trình xung đến độ nhám bề mặt 60 3.3.2 Ảnh hưởng thông số đầu vào q trình xung đến suất bóc tách vật liệu 72 m 3.3.3 Ảnh hưởng thơng số đầu vào q trình xung đến tốc độ mòn điện cực 81 Kết luận chương 91 CHƯƠNG TỐI ƯU HĨA ĐA MỤC TIÊU CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ KHI XUNG THÉP 90CrSi QUA TÔI VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MƠI CĨ TRỘN BỘT NANO SiC 93 4.1 Đặt vấn đề 93 4.2 Khái quát phương pháp Taguchi phân tích quan hệ xám 93 4.3 Tối ưu đa mục tiêu xung bề mặt trụ định hình với dung dịch điện mơi có trộn bột phương pháp Taguchi phân tích quan hệ xám 94 4.3.1 Xây dựng sở liệu dạng mảng trực giao 94 4.3.2 Phân tích quan hệ xám 95 Kết luận chương 105 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 107 vi Kết luận chung 107 Hướng nghiên cứu 108 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 PHỤ LỤC 119 m vii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT Gia công tia lửa điện CNC - Computer Numerical Control Điều khiển số máy tính PMEDM – Powder mixed electrical discharge machining Gia công tia lửa điện có trộn bột vào dung dịch điện mơi WEDM– Wire Electrical discharge machining Gia công cắt dây tia lửa điện EDG - Electrical Discharge Grinding Mài xung điện MRS – Material removal speed Tốc độ bóc tách vật liệu MRR – Material removal rate Năng suất bóc tách vật liệu TWR – Tool wear rate Tốc độ mòn dụng cụ (điện cực) EWR - Electrode wear rate Tốc độ mòn điện cực MSD - Mean square displacement Tổng nghịch đảo bình phương trung bình giá trị đo m EDM – Electrical discharge machining SEM - scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét SR – Surface roughness Độ nhám bề mặt GRA - Grey relational analysis Phân tích quan hệ xám S/N - Signal to Noise ratio Tỷ số tín hiệu/nhiễu ANOVA - Analysis of variance Phân tích phương sai RSM - Response surface methodology Phương pháp bề mặt đáp ứng Ra Độ nhám bề mặt (m) Ton - Pulse on time Thời gian phát xung (µs) Toff - Pulse off time Thời gian ngừng phát xung (µs) IP – Peak current Cường độ dịng phóng điện (A) SV - Servo voltage Điện áp/Hiệu điện phóng điện (V) viii Cp – Powder concentration Nồng độ bột (g/l) Sp – Powder size Cỡ hạt (nm) m 121 m 122 m 123 m 124 m 125 m 126 m 127 Bảng P2 Ảnh chụp đo chiều dày lớp biến trắng m 128 m 129 m 130 m 131 m 132 m 133 Hình Đo kích thước điện cực máy đo tọa độ CMM CRYSTA-Apex S544 m Hình NCS thực thí nghiệm 134 Hình Đo độ nhám bề mặt máy đo độ nhám bề mặt SV3100 m Hình Gá đặt đo độ nhám bề mặt Ra máy SV3100 135 Hình Kính hiển vi điện tử qt (SEM/EDX) Jeol JMS 6490 m Hình Đo chiều dày lớp biến trắng