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

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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.

Tính cấp thiết của đề tài

Gia công bằng tia lửa điện (tên tiếng Anh là Electrical Discharge Machining

Gia công điện (EDM) là một công nghệ tiên tiến đã được phát triển trong nhiều thập kỷ, trở thành một trong những phương pháp gia công phổ biến nhất hiện nay Nó đặc biệt hiệu quả trong việc gia công các chi tiết từ vật liệu dẫn điện có độ cứng cao, như chi tiết máy trong động cơ máy bay và khuôn mẫu, đặc biệt là những chi tiết có hình dáng phức tạp mà phương pháp gia công truyền thống khó thực hiện Phương pháp này hoạt động dựa trên nguyên lý phóng điện giữa hai điện cực, làm tan chảy và hóa hơi vật liệu bề mặt Ưu điểm của EDM là không bị giới hạn bởi độ cứng giữa dụng cụ và phôi, không phát sinh lực cắt, do đó không gây rung động hay tiếng ồn Tuy nhiên, EDM cũng có nhược điểm như không gia công được vật liệu không dẫn điện, năng suất thấp, và điện cực nhanh mòn, dẫn đến giảm độ chính xác Hơn nữa, chất lượng bề mặt gia công thường không cao, cần thực hiện thêm công đoạn gia công tinh, làm tăng chi phí tổng thể của phương pháp này.

Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm cải thiện các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của quá trình gia công EDM Các giải pháp bao gồm tối ưu hóa thông số công nghệ, lựa chọn cặp vật liệu hợp lý giữa phôi và điện cực, và đặc biệt là sử dụng vật liệu bột có cỡ hạt nhỏ ở mức micro hoặc nano trong dung dịch điện môi Trong số các giải pháp này, việc áp dụng phương pháp trộn bột dẫn điện vào dung dịch điện môi (PMEDM) đã cho thấy kết quả khả quan và thu hút nhiều sự quan tâm trong nghiên cứu về EDM.

Các nghiên cứu về PMEDM cho thấy phương pháp này cải thiện đồng thời năng suất và chất lượng gia công, đồng thời nâng cao tuổi bền của điện cực Mặc dù PMEDM không phải là công nghệ mới, nhưng số lượng công bố về phương pháp này còn hạn chế so với các phương pháp gia công truyền thống Nhiều vấn đề cần làm rõ như vật liệu, kích thước, nồng độ bột, nguyên lý gia công và các thông số công nghệ Do đó, nghiên cứu lý thuyết và tối ưu hóa ứng dụng PMEDM đang được nhiều nhà khoa học quan tâm Tại Việt Nam, EDM được sử dụng phổ biến trong các doanh nghiệp sản xuất cơ khí vừa và nhỏ, với máy móc chủ yếu nhập khẩu từ Đài Loan, Trung Quốc hoặc đã qua sử dụng từ Nhật Bản, Đức Việc lựa chọn thông số công nghệ cho EDM thường dựa vào tài liệu hướng dẫn hoặc kinh nghiệm thực tế, dẫn đến hiệu quả gia công chưa cao Nghiên cứu chuyên sâu về EDM tại Việt Nam còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào vật liệu gia công và điện cực Để nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị EDM và tăng khả năng cạnh tranh sản phẩm cơ khí trong bối cảnh hội nhập hiện nay, cần thiết phải tiến hành các nghiên cứu nhằm cải thiện quy trình gia công EDM.

Các nghiên cứu về EDM hiện nay chủ yếu tập trung vào việc nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công, tuổi bền của điện cực, cũng như cơ tính bề mặt Trong khi đó, PMEDM đã sử dụng nhiều loại vật liệu bột như Si, SiC, Al, W, C, Cu, Ti, Al2O3, WC, và TiC, kết hợp với các loại điện cực như đồng thau, đồng đỏ, hợp kim đồng-vonphram, bít vonphram, và graphit Các vật liệu gia công được nghiên cứu bao gồm SKD61, SKD11, SKH54, SKH51, AISI01, và SKT4 Nghiên cứu cho thấy bột SiC và điện cực đồng đỏ được sử dụng phổ biến, và việc lựa chọn vật liệu bột hợp lý cùng với các thông số công nghệ thích hợp có thể nâng cao năng suất gia công, giảm độ nhám bề mặt và cải thiện cơ tính lớp bề mặt.

Nghiên cứu về gia công PMEDM cho thấy đây là một lĩnh vực phức tạp với nhiều thông số công nghệ ảnh hưởng khác nhau đến các hàm mục tiêu Nhiều công cụ và phương pháp tối ưu, như mạng nơron nhân tạo và phương pháp bề mặt chỉ tiêu, đã được áp dụng Tuy nhiên, phần lớn nghiên cứu hiện tại tập trung vào các bài toán tối ưu đơn mục tiêu.

[16] Tuy nhiên, hiệu quả tối ưu PMEDM sẽ tốt hơn nếu là tối ưu đa mục tiêu.

Trong sản xuất, các chi tiết có bề mặt trụ định hình như chày dập thuốc viên và chày đột thép tấm thường được làm từ các loại thép hợp kim dụng cụ như SKD11, SKD61, SKH51, 90CrSi Gia công những chi tiết này bằng phương pháp truyền thống gặp khó khăn, đặc biệt với bề mặt không lồi Phương pháp phay cao tốc (micro milling) được sử dụng phổ biến nhưng yêu cầu máy phay có tốc độ trục chính cao và năng suất không cao do tốc độ cắt thấp khi sử dụng dụng cụ cắt nhỏ Tại Việt Nam, gia công nguội thường được áp dụng nhưng có năng suất thấp và chất lượng không ổn định, phụ thuộc vào tay nghề thợ Do đó, gia công chi tiết có bề mặt trụ định hình bằng phương pháp EDM trở thành giải pháp hiệu quả.

Đến nay, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả của gia công EDM đối với chi tiết vật liệu 90CrSi, phổ biến trong ngành khuôn mẫu, với bề mặt trụ định hình Kết quả cho thấy gia công bằng EDM không chỉ nâng cao năng suất mà còn cải thiện chất lượng bề mặt Tuy nhiên, hiện chưa có nghiên cứu nào về PMEDM cho các chi tiết dạng này làm từ thép dụng cụ 90CrSi.

NCS đã quyết định nghiên cứu gia công PMEDM cho chi tiết có biên dạng trụ định hình, sử dụng vật liệu thép 90CrSi.

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình gia công tia lửa điện bề mặt trụ ngoài thép 90CrSi Đặc biệt, nghiên cứu sử dụng dung dịch điện môi trộn bột nano SiC để cải thiện hiệu quả gia công Các yếu tố công nghệ được xem xét sẽ giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm.

Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình PMEDM khi sử dụng bột SiC và điện cực đồng đỏ đến năng suất, cụ thể là năng suất bóc tách vật liệu và lượng mòn điện cực Đồng thời, nghiên cứu cũng xem xét độ nhám bề mặt gia công khi xử lý vật liệu thép 90CrSi qua tôi với biên dạng trụ định hình Kết quả nghiên cứu sẽ giúp xác định chế độ xung hợp lý, hay tối ưu, cho quá trình PMEDM vật liệu 90CrSi bằng điện cực đồng kết hợp với dung dịch điện môi có trộn bột SiC.

Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình PMEDM, bao gồm hiệu điện thế (SV), cường độ dòng phóng điện (IP), thời gian phát xung (Ton), thời gian ngừng phát xung (Toff) và nồng độ bột SiC (Cp) đến độ nhám bề mặt gia công (Ra) Đặc biệt, nghiên cứu được thực hiện trên vật liệu 90CrSi với điện cực xung là đồng đỏ, nhằm xác định bộ thông số công nghệ tối ưu để đạt được độ nhám bề mặt gia công tốt nhất.

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình PMEDM đến năng suất bóc tách vật liệu (MRR) Mục tiêu là xác định bộ thông số công nghệ tối ưu nhằm đạt được năng suất bóc tách tốt nhất trong điều kiện cụ thể.

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích tác động của các thông số công nghệ trong quá trình PMEDM đến tốc độ mòn điện cực (TWR) Mục tiêu là xác định bộ thông số công nghệ tối ưu nhằm giảm thiểu tốc độ mòn điện cực đến mức thấp nhất.

Nghiên cứu tối ưu hóa đa mục tiêu trong quá trình PMEDM tập trung vào việc cải thiện đồng thời ba yếu tố quan trọng: giảm độ nhám bề mặt (Ra), tăng năng suất bóc tách vật liệu (MRR) và giảm tốc độ mòn điện cực (TWR).

Việc trộn bột nano SiC vào dung dịch điện môi có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của quá trình PMEDM trong việc gia công chi tiết biên dạng trụ định hình cỡ nhỏ Nghiên cứu cho thấy rằng sự bổ sung này không chỉ cải thiện chất lượng bề mặt mà còn tăng cường độ chính xác của chi tiết gia công Ngoài ra, việc tối ưu hóa tỉ lệ bột nano SiC trong dung dịch điện môi có thể mang lại hiệu suất cao hơn trong quá trình cắt, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, kết hợp các kỹ thuật phân tích thống kê và phát triển mô hình thực nghiệm để đạt được kết quả chính xác và đáng tin cậy.

Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu tổng hợp cơ sở lý thuyết về EDM, PMEDM và các kết quả thuộc về lĩnh vực nghiên cứu của đề tài.

Nghiên cứu thực nghiệm về gia công PMEDM được tiến hành theo các thông số công nghệ xác định, nhằm tối ưu hóa độ nhám bề mặt, năng suất bóc tách vật liệu và lượng mòn điện cực Quá trình này bao gồm các bước cụ thể để đánh giá hiệu quả của từng yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gia công.

- Xây dựng hệ thống thí nghiệm;

- Phân tích kết quả và tối ưu hóa.

Sử dụng phương pháp Taguchi và phương pháp phân tích quan hệ xám cho bài toán đơn mục tiêu và đa mục tiêu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học

Luận án đã nâng cao hiểu biết về quá trình PMEDM, đặc biệt là các khía cạnh chi tiết liên quan đến PMEDM với biên dạng trụ định hình.

Nghiên cứu này làm rõ ảnh hưởng của các thông số công nghệ như hiệu điện thế, cường độ dòng phóng điện, thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung và nồng độ bột đến độ nhám bề mặt gia công, năng suất bóc tách vật liệu và tốc độ mòn điện cực Cụ thể, quá trình xung bề mặt trụ của chi tiết bằng thép 90CrSi được thực hiện với sự có mặt của bột nano SiC trong dung dịch điện môi, góp phần nâng cao hiệu quả gia công.

Các công thức dự đoán nhám bề mặt, tốc độ bóc tách và tốc độ mòn điện cực đã được thiết lập khi sử dụng PMEDM với các chế độ xung hợp lý.

- Chỉ ra được hiệu quả của việc PMEDM khi sử dụng bột nano SiC và điện cực đồng để gia công chi tiết có biên dạng trụ định hình.

Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài đã thành công trong việc ứng dụng phương pháp PMEDM để gia công các chi tiết có biên dạng trụ đình hình kích thước nhỏ, sử dụng bột nano SiC và điện cực đồng Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trực tiếp cho các cơ sở sản xuất cơ khí, đặc biệt trong gia công sản phẩm chày dập thuốc viên nén hoặc chày dập thép tấm, nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công.

- Kết quả của luận án có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu khoa học về quá trình PMEDM.

Những đóng góp mới của luận án

Lần đầu tiên, phương pháp PMEDM đã được ứng dụng thành công để gia công chi tiết có biên dạng trụ đình hình với kích thước nhỏ, sử dụng bột nano SiC kết hợp với điện cực đồng.

Đã giải quyết thành công các bài toán tối ưu hóa đơn mục tiêu trong quá trình PMEDM, từ đó xác định được bộ thông số công nghệ hợp lý, bao gồm nồng độ bột, thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung, cường độ dòng điện và hiệu điện thế Mục tiêu đạt được là tối ưu hóa độ nhám bề mặt, tăng tốc độ bóc tách vật liệu và giảm thiểu tốc độ mòn điện cực.

Nghiên cứu đã phát triển các công thức thực nghiệm nhằm dự đoán giá trị độ nhám bề mặt, tốc độ bóc tách vật liệu tối ưu và độ mòn điện cực trong quá trình PMEDM, với các chế độ công nghệ hợp lý.

Nghiên cứu đã giải quyết bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu cho các thông số công nghệ khi xung bề mặt trụ ngoài bằng thép 90CrSi qua quá trình tôi với dung dịch điện môi có trộn bột nano SiC Phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám đã được áp dụng để tối ưu hóa ba hàm đơn mục tiêu: độ nhám bề mặt gia công nhỏ nhất, tốc độ bóc tách vật liệu lớn nhất và tốc độ mòn điện cực nhỏ nhất.

Bố cục của luận án

Luận án gồm các phần: Mở đầu; 4 chương; kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo và phần phụ lục.

Nội dung của các chương bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về phương pháp gia công bằng tia lửa điện

Chương 2: Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình PMEDM và xây dựng hệ thống thí nghiệm

Chương 3 trình bày nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, năng suất bóc tách và độ mòn điện cực trong quá trình gia công xung điện thép 90CrSi Nghiên cứu này được thực hiện với sự sử dụng dung dịch điện môi có trộn bột SiC, nhằm tối ưu hóa các yếu tố kỹ thuật và nâng cao hiệu quả gia công Kết quả sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và chất lượng bề mặt sản phẩm.

Chương 4: Tối ưu hóa đa mục tiêu các thông số công nghệ khi xung thép

90CrSi qua tôi với dung dịch điện môi có trộn bột SiC

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

Phương pháp gia công bằng tia lửa điện

Gia công bằng tia lửa điện (EDM) là một phương pháp gia công không truyền thống phổ biến trong ngành cơ khí hiện nay Phương pháp này có nguồn gốc từ phát hiện của nhà khoa học Joseph Priestly vào năm 1770 về sự mòn vật liệu do phóng điện Sau đó, các nhà khoa học Nga B R Lazarenko và N I Lazarenko đã phát triển thành công kỹ thuật điều khiển tia lửa điện cho gia công kim loại vào năm 1943 Những năm 1950, kỹ thuật viên Mỹ đã ứng dụng mạch điện servo để điều chỉnh khoảng cách giữa điện cực và phôi Đến những năm 1970, sự phát triển trong công nghệ máy cắt dây EDM đã cải thiện đáng kể khả năng gia công Sự ra đời của máy EDM - CNC vào những năm 1980 đã khẳng định hiệu quả của phương pháp này Hiện nay, với hệ thống điều khiển thích nghi, năng suất và chất lượng gia công EDM ngày càng được nâng cao, khiến phương pháp này ngày càng được ưa chuộng trong gia công cơ khí, đặc biệt là tại Việt Nam.

1.1.2 Nguyên lý gia công tia lửa điện

Hình 1.1 Nguyên lý gia công bằng xung điện [23]

Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý gia công bằng xung điện Sơ đồ gia công này bao gồm:

Dụng cụ trong gia công EDM bao gồm nhiều loại vật liệu làm điện cực như đồng (Cu), hợp kim đồng – kẽm (Cu-Zn), nhôm (Al) và graphite, trong đó Cu và graphite là hai loại phổ biến nhất Những vật liệu này đều có tính dẫn điện tốt và dễ gia công tạo hình chính xác Việc lựa chọn loại vật liệu điện cực phù hợp không chỉ giúp tăng năng suất bóc tách vật liệu mà còn giảm lượng mòn điện cực và giá thành gia công.

Trong gia công EDM, điện cực có thể có điện tích âm hoặc dương, và việc lựa chọn phân cực này phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể như gia công tinh hay gia công thô Các yếu tố quyết định bao gồm vật liệu dụng cụ, vật liệu gia công, cường độ dòng điện và thời gian phát xung.

Trong gia công EDM, vật liệu chi tiết cần có tính dẫn điện, vì khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt, điểm nóng chảy và độ cứng ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng gia công Cụ thể, chi tiết làm từ vật liệu có điểm nóng chảy cao và khả năng dẫn nhiệt thấp sẽ dẫn đến năng suất bóc tách vật liệu thấp hơn Hơn nữa, độ cứng của vật liệu cũng tác động đến năng suất và độ nhám bề mặt của sản phẩm gia công.

Hình 1.2 Dung dịch điện môi sử dụng trong EDM [15].

Dung dịch điện môi đóng vai trò quan trọng trong gia công EDM, giúp điều khiển quá trình phóng điện, làm nguội bề mặt chi tiết và điện cực, đồng thời cuốn phoi ra khỏi vùng gia công Nó cũng hấp thụ và giải phóng năng lượng nhiệt, với tính chất cách điện ảnh hưởng lớn đến hiện tượng điện phân giữa dụng cụ và phôi Để đảm bảo hiệu quả, dung dịch điện môi cần có tính ổn định lâu dài, khả năng cách điện thấp, phục hồi nhanh sau khi bị tia lửa điện đánh thủng, và khả năng làm nguội tốt Trong quá trình gia công, dung dịch được phun vào khe hở giữa điện cực và chi tiết, với đường kính vòi phun và áp suất phun ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ khí, cuốn phoi và duy trì nhiệt độ ổn định Lưu lượng và loại dung dịch cũng tác động đến mức độ mòn điện cực, năng suất bóc tách vật liệu và chất lượng bề mặt gia công.

[12, 24] Trong gia công EDM, dung dịch điện môi được sử dụng phổ biến nhất là dầu và nước (hình 1.2) [15].

1.1.3 Các dạng của gia công bằng tia lửa điện

Gia công EDM bao gồm các phương pháp chính như gia công xung điện, cắt dây bằng tia lửa điện, cưa tia lửa điện, mài tia lửa điện và khoan tia lửa điện Các kỹ thuật này đều sử dụng tia lửa điện để thực hiện quá trình gia công, mang lại độ chính xác cao và hiệu quả trong việc chế tạo các chi tiết phức tạp.

Gia công xung điện chìm, hay còn gọi là die-Sinking EDM, là phương pháp gia công phổ biến nhất trong kỹ thuật EDM Trong quy trình này, bề mặt của điện cực có hình dạng âm bản của bề mặt cần gia công Phương pháp này thường được sử dụng để gia công các hốc và các loại khuôn như khuôn rèn, khuôn dập, và khuôn đúc.

Hình 1.3 Sơ đồ phương pháp cắt dây tia lửa điện [23]

Gia công cắt dây tia lửa điện : tên tiếng Anh là Wire Electrical Discharge

Machining (viết tắt WEDM) Đây là một dạng đặc biệt của gia công xung điện.

Phương pháp này áp dụng dây cắt chuyển động liên tục như một điện cực, trong khi chi tiết gia công được đặt trên bàn máy và di chuyển theo hai phương trong mặt phẳng nằm ngang.

Gia công bằng cắt dây cho phép tạo ra bề mặt 2D và 3D phức tạp với độ chính xác cao Dây cắt được làm từ vật liệu dẫn điện, có đường kính từ 0,05 đến 0,3 mm, và được chia thành hai loại: dây phủ và dây không phủ Dây phủ có cấu tạo từ lõi thép và lớp phủ bằng kẽm, đồng hoặc graphite, trong khi dây không phủ thường được làm bằng đồng đỏ, molipđen và đồng thau Độ chính xác thông thường của gia công cắt dây là ±0,013 mm, nhưng với công nghệ tiên tiến, các máy cắt dây có thể đạt độ chính xác lên tới ±0,005 mm.

Hình 1.4 Sơ đồ phương pháp mài xung điện [28]

Mài xung điện (Electrical Discharge Grinding - EDG) là một quá trình gia công tương tự như EDM, sử dụng một đá mài làm từ vật liệu dẫn điện làm điện cực Trong phương pháp này, đá mài (cực âm) và phôi (cực dương) được ngâm trong chất điện môi và kết nối với nguồn điện một chiều Chuyển động quay của đá

Cơ chế bóc tách vật liệu của EDG tương tự như EDM, nhưng với chuyển động quay của dụng cụ giúp đẩy vật liệu nóng chảy ra hiệu quả hơn Khác với phương pháp mài thông thường, EDG không có tiếp xúc trực tiếp giữa dụng cụ và phôi, cho phép gia công các chi tiết mỏng một cách dễ dàng Nghiên cứu cho thấy rằng quá trình mài xung điện tiết kiệm chi phí hơn so với mài bằng đá mài kim cương truyền thống.

Cưa tia lửa điện là một phương pháp cắt hiện đại, bao gồm hai loại chính: cưa vòng và cưa đĩa, như được trình bày trong Hình 1.5 Phương pháp này cho phép tạo ra mạch cưa nhỏ và có năng suất gấp đôi so với cưa truyền thống.

Hình 1.5 Sơ đồ phương pháp cưa tia lửa điện [23]

Khoan tia lửa điện lỗ sâu là phương pháp gia công hiệu quả cho các lỗ nhỏ có chiều dài lớn gấp nhiều lần đường kính Mũi khoan rỗng, hoạt động như điện cực, kết hợp với dung dịch điện môi áp suất cao, giúp đẩy phoi ra khỏi vùng gia công Phương pháp này có khả năng gia công lỗ với đường kính từ 0,2 đến 3 mm và chiều sâu lên đến 300 mm, đạt năng suất từ 30 đến 60 mm/phút.

Hình 1.6 Sơ đồ phương pháp khoan tia lửa điện [29]

Ưu nhược điểm của gia công tia lửa điện

Gia công tia lửa điện nói chung và gia công xung điện nói riêng có những ưu điểm chính sau [23]:

- Không yêu cầu dụng cụ phải có độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiết gia công;

- Không gây biến dạng chi tiết gia công do không có sự tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi trong suốt quá trình gia công;

Có khả năng gia công bề mặt kích thước nhỏ với hình dạng phức tạp, quy trình này dễ dàng tự động hóa nhờ vào các chuyển động gia công đơn giản.

- Điều chỉnh máy dễ dàng; thao tác máy khi gia công đơn giản.

Năng lượng nhiệt sử dụng trong quá trình bóc tách vật liệu phôi để gia công chi tiết không lớn, do đó, ít gây ra biến dạng nhiệt cho sản phẩm gia công.

- Gia công không có ba via.

Tuy nhiên, gia công xung điện cũng có một số nhược điểm như [23]:

- Chỉ gia công được các loại vật liệu dẫn điện;

- Bề mặt lỗ gia công có độ côn nguyên nhân do điện cực bị mòn.

- Năng suất và chất lượng bề mặt gia công thấp; khi tăng năng suất bóc tách vật liệu thì độ nhám bề mặt gia công cũng tăng theo;

- Trong quá trình gia công điện cực bị mòn làm ảnh hưởng không tốt đến độ chính xác gia công;

- Thiết bị gia công có giá thành cao;

- Tiêu thụ năng lượng lớn.

Các thông số công nghệ của gia công xung điện

Điện áp đánh lửa (U d) trong quá trình EDM liên quan mật thiết đến khe hở phóng điện và độ cách điện của dung dịch điện môi Khi điện áp tại khe hở phóng điện tăng lên, dòng ion sẽ đánh thủng sự cách điện, dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện Khi đó, điện áp tối đa (U0) sẽ giảm xuống và duy trì ở mức ổn định (Ud) Giá trị điện áp này phụ thuộc vào kích thước khe hở nhỏ nhất giữa điện cực và phôi Việc tăng điện áp sẽ làm gia tăng khe hở phóng điện, từ đó tạo điều kiện cho dòng dung môi chảy qua, ổn định quá trình gia công Năng suất bóc tách vật liệu, lượng mòn điện cực và độ nhám bề mặt cũng sẽ tăng lên khi điện áp được nâng cao.

Hình 1.7 Sơ đồ mô tả quan hệ điện áp, dòng điện và thời gian xung trong

+) Cường độ dòng phóng tia lửa điện I d :

Cường độ dòng điện là một thông số công nghệ quan trọng trong quá trình gia công EDM Trong gia công xung điện, cường độ dòng điện được xác định dựa trên chế độ gia công, cụ thể là trong gia công thô, cường độ dòng điện cần đạt giá trị tối thiểu là Id ≥.

Khi gia công bán tinh, cường độ dòng điện Id dao động từ 8 đến 15 A, trong khi đó, khi gia công tinh, Id không vượt quá 8 A Sử dụng cường độ dòng điện cao trong gia công thô và cho các bề mặt lớn giúp tăng tốc độ bóc tách vật liệu Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến việc tăng lượng mòn điện cực và giảm chất lượng bề mặt gia công.

+) Thời gian phát xung T on :

Thời gian phát xung Ton bao gồm thời gian trễ (Tde) và thời gian phóng tia lửa điện (Td) Thời gian phát xung và số chu kỳ xung trong một giây là yếu tố quan trọng trong gia công xung điện Năng suất bóc tách vật liệu tỷ lệ thuận với năng lượng sử dụng trong thời gian phát xung Ton.

Năng lượng được điều khiển bởi cường độ dòng điện cực đại và thời gian phát xung (Ton), trong đó lượng vật liệu bị nóng chảy và bay hơi tăng khi Ton tăng Tuy nhiên, kéo dài Ton sẽ làm tăng cường độ và tốc độ lan truyền của nhiệt vào bề mặt phôi, dẫn đến tác động sâu hơn đến lớp bề mặt gia công Ngược lại, nếu Ton quá lớn, lượng bóc tách vật liệu có thể giảm và điện cực không bị hao mòn Khi Ton ngắn, sẽ tạo ra các vết lõm lớn hơn trên bề mặt phôi, làm tăng độ nhám của bề mặt gia công.

+) Thời gian ngừng phát xung T off :

Chu kỳ xung hoàn thành với thời gian Toff phù hợp trước khi chuyển sang chu kỳ tiếp theo, ảnh hưởng đến năng suất bóc tách vật liệu và độ ổn định của quá

Trong gia công xung điện, điện cực được tự động điều khiển để duy trì khe hở phóng điện ổn định, có thể điều chỉnh theo từng điều kiện gia công cụ thể Hệ thống cơ điện và thủy lực, bao gồm động cơ servo, đảm nhiệm việc điều khiển chuyển động của điện cực Mục tiêu của việc điều khiển này là đảm bảo kích thước khe hở ổn định và tốc độ thích nghi nhanh chóng với các tình huống như ngắn mạch hoặc thay đổi kích thước khe hở Mặc dù độ lớn của khe hở phóng điện không thể đo trực tiếp, nhưng nó có thể được suy ra thông qua điện áp trung bình tại khe hở.

Năng suất, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công

+) Năng suất gia công MRR:

Năng suất gia công trong EDM, hay còn gọi là năng suất bóc tách vật liệu (Material Removal Rate - MRR), được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng vật liệu phôi được bóc tách và thời gian gia công.

Wi: Khối lượng ban đầu của phôi (g).

Wf: Khối lượng phôi sau gia công (g). t: Thời gian gia công (phút).

: Khối lượng riêng của vật liệu phôi (g/cm 3 ).

+) Lượng mòn điện cực TWR:

Lượng mòn điện cực (Tool Wear Rate - TWR) là chỉ số đo lường lượng vật liệu của điện cực bị hao mòn trong một khoảng thời gian gia công nhất định TWR được xác định thông qua một công thức cụ thể, giúp đánh giá hiệu suất và độ bền của điện cực trong quá trình sử dụng.

Ti - Khối lượng ban đầu của điện cực (g)

Tf - Khối lượng điện cực sau gia công (g).

T - Khối lượng riêng của vật liệu điện cực (g/cm 3 ) t: Thời gian gia công cho mỗi lần xung (phút).

Lượng mòn điện cực liên quan đến năng suất bóc tách vật liệu, cường độ dòng điện, diện tích bề mặt gia công, khe hở phóng điện và sự phân cực điện cực Vật liệu điện cực có nhiệt độ nóng chảy cao hơn sẽ gia tăng độ bền mòn, từ đó nâng cao độ chính xác gia công MRR và TWR chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ cường độ dòng điện và thời gian phát xung Cụ thể, anod (chi tiết gia công) sẽ bị mòn nhiều hơn với thời gian phát xung ngắn, trong khi catot (điện cực) sẽ mòn nhiều hơn khi thời gian phát xung tăng Ngoài thời gian phát xung, các thông số công nghệ khác cũng tác động đến năng lượng tia lửa điện, ảnh hưởng đến MRR và TWR.

+) Chất lượng bề mặt gia công

Bề mặt gia công bằng EDM có đặc điểm về hình dạng, thành phần hóa học, tổ chức tế vi và cơ lý tính Độ nhám bề mặt gia tăng khi năng lượng xung điện tăng, và tác động nhiệt từ tia lửa điện tạo ra nhiều lớp trên bề mặt phôi, bao gồm lớp đúc lại, lớp biến cứng và lớp thấm tôi Lớp trắng bên ngoài, có độ dày từ 1 đến 72 micromet, có thành phần hóa học và cấu trúc tổ chức tế vi khác biệt so với lớp thấm tôi Lớp trắng này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của bề mặt chi tiết Sau quá trình gia công bằng xung điện, bề mặt thường có cơ tính thấp, độ nhám lớn và nhiều vết nứt tế vi, gây ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng làm việc của các chi tiết như khuôn rèn, khuôn dập và dụng cụ cắt Chiều dày của lớp đúc lại và vùng ảnh hưởng nhiệt có thể xác định thông qua phân tích tác động của năng lượng nhiệt từ tia lửa điện.

Hình 1.8 Sơ đồ minh họa lớp bề mặt sau EDM [23]

Trong gia công EDM, các tia lửa điện tạo ra nhiệt độ cao, khiến vật liệu điện cực bị nóng chảy và bay hơi, từ đó xâm nhập một lượng đáng kể vào bề mặt phôi.

Bề mặt thép không gỉ sau khi gia công EDM bằng điện cực Si được phủ lớp vô định hình, với lượng lớn Si nóng chảy từ điện cực, giúp cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn hóa học và chịu mài mòn Việc sử dụng điện cực thiêu kết từ bột Ti trong gia công khuôn có thể tăng độ bền của khuôn từ 3 đến 7 lần Hơn nữa, việc trộn bột kim loại hoặc hợp kim vào dung dịch điện môi (PMEDM) tạo ra vật liệu bột trên bề mặt gia công, từ đó nâng cao chất lượng bề mặt một cách đáng kể Những kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc nâng cao chất lượng bề mặt trong quá trình EDM.

+) Độ chính xác kích thước gia công:

Trong quá trình gia công bằng điện, tia lửa điện làm nóng chảy và bay hơi vật liệu của phôi và điện cực, dẫn đến sự thay đổi hình dáng bề mặt điện cực và bề mặt gia công Khe hở phóng điện giữa điện cực và phôi luôn tồn tại, cùng với lượng mòn của điện cực, gây ra sai số hình dáng bề mặt gia công Những sai số này có thể được điều chỉnh thông qua độ chính xác hình dáng của điện cực và các thông số công nghệ.

Độ chính xác của profile bề mặt gia công là yếu tố quan trọng, liên quan đến hình dạng và kích thước của các bề mặt sau khi được gia công bằng xung định hình Đặc biệt, đối với những bề mặt được gia công lần cuối bằng EDM, chỉ tiêu này có ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của sản phẩm.

Phương pháp gia công tia lửa điện có trộn bột - PMEDM

Trong những năm gần đây, nghiên cứu về việc trộn bột kim loại hoặc hợp kim kích thước nano và micro vào dung dịch điện môi trong quá trình EDM, hay còn gọi là PMEDM, đã cho thấy khả năng cải thiện năng suất gia công và chất lượng bề mặt chi tiết Sự tham gia của các hạt bột dẫn điện đã làm biến đổi đáng kể quá trình phóng tia lửa điện, từ đó ảnh hưởng đến cả quá trình gia công lẫn chất lượng bề mặt của sản phẩm Sơ đồ gia công của phương pháp PMEDM được thể hiện trong Hình 1.9.

Hình 1.9 Sơ đồ gia công PMEDM [45]

Khi bột được trộn vào dung dịch điện môi, quá trình phóng điện trong các pha xung sẽ thay đổi, dẫn đến việc tăng khe hở phóng điện và số lượng tia lửa điện phóng ra cũng tăng lên, như thể hiện trong hình 1.10 [45].

Hình 1.10 Minh họa quá trình phóng điện của phương pháp EDM và PMEDM

Tổng quan tình hình nghiên cứu về EDM và PMEDM

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Cho đến nay, đã có nhiều nghiên cứu của các tác giả trong nước liên quan đến EDM và PMEDM Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào những hướng phát triển và ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực này.

Nghiên cứu của nhóm tác giả Bành Tiến Long, Trần Xuân Thái, Hoàng Vĩnh Sinh và Trần Thế Lục tập trung vào việc ứng dụng bộ điều khiển PLC và vi điều khiển 8051 trong quá trình điều khiển máy xung EDM, nhằm thay thế các bộ điều khiển nhập khẩu từ nước ngoài.

Vào năm 2012, Vũ Quang Hà đã tiến hành nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến năng suất và chất lượng bề mặt trong gia công cắt dây EDM Tiếp theo, vào năm 2019, Trần Quang Huy đã nghiên cứu mòn biên dạng điện cực và chất lượng bề mặt gia công khi sử dụng hai loại vật liệu điện cực là đồng đỏ và đồng đỏ mạ crom, với chi tiết gia công là thép SKD11.

Hình 1.11 Hình ảnh chi tiết gia công có bề mặt trụ định hình được gia công bằng EDM [50]

Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Văn Đức xác định chế độ công nghệ tối ưu trong gia công EDM với các loại điện cực và vật liệu gia công khác nhau Cụ thể, chế độ công nghệ tối ưu được đề xuất cho xung thép SKD11 sử dụng điện cực bằng đồng.

Trong sản xuất, nhiều chi tiết có bề mặt trụ ngoài định hình như chày dập thuốc viên và chày đột lỗ thép tấm thường gặp khó khăn trong gia công, đặc biệt với hình dáng phức tạp và biên dạng không lồi Những chi tiết này thường được gia công bằng phay tốc độ siêu cao (micro milling) trên thế giới, trong khi tại Việt Nam, phương pháp nguội được áp dụng dẫn đến năng suất và chất lượng gia công thấp Gần đây, Trần Thị Hồng và các đồng nghiệp đã công bố nghiên cứu về gia công bề mặt trụ ngoài định hình bằng EDM với xung thép 90CrSi và điện cực đồng, làm nổi bật ảnh hưởng của các thông số công nghệ đầu vào.

Toff, IP, SV) đến các kết quả đầu ra (nhám bề mặt, độ mòn điện cực, năng suất bóc tách vật liệu) đã được khảo sát.

Nghiên cứu về việc trộn bột dẫn điện vào dung dịch điện môi trong quá trình gia công tia lửa điện (PMEDM) tại Việt Nam mới chỉ bắt đầu cách đây khoảng 10 năm Đây là lĩnh vực còn mới mẻ và chưa nhận được nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu Một số nghiên cứu PMEDM của các tác giả trong nước đã được thực hiện nhưng vẫn còn hạn chế.

Các tác giả Bành Tiến Long và Nguyễn Hữu Phấn đã nghiên cứu ảnh hưởng của bột titan đến năng suất bóc tách vật liệu, độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt chi tiết Nghiên cứu tối ưu đa mục tiêu cho thấy bột titan khi trộn vào dung dịch điện môi, cùng với vật liệu điện cực là đồng và graphite, đã cải thiện rõ rệt hiệu suất gia công thép SKD61 Cụ thể, năng suất bóc tách vật liệu (MRR) tăng 474,5%, độ mòn điện cực (TWR) giảm 64,4%, độ nhám bề mặt (Ra) giảm 41,3%, và số lượng cũng như kích thước các vết nứt tế vi trên bề mặt gia công nhỏ hơn, trong khi chiều dày lớp trắng đồng đều hơn và cơ tính của lớp bề mặt được nâng cao.

Nghiên cứu của tác giả Lê Văn Tạo đã chỉ ra rằng việc sử dụng bột Các bít Vonfram trong quá trình PMEDM gia công thép SKD61 có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng bề mặt Cụ thể, khi áp dụng chế độ xung IP = 2A, Ton = 16µs, Cp = 60g/l, chất lượng bề mặt được cải thiện đáng kể với độ nhẵn bề mặt tăng 53,3% và độ cứng tế vi tăng 81,5% so với phương pháp xung không có bột.

Qua các phân tích, có thể nhận thấy rằng phương pháp PMEDM đang thu hút sự chú ý nghiên cứu từ các nhà khoa học trong nước nhiều hơn so với EDM Điều này xuất phát từ việc PMEDM đã khắc phục những nhược điểm cơ bản của EDM, nâng cao năng suất bóc tách, giảm độ mòn điện cực và cải thiện độ nhám bề mặt Do đó, nghiên cứu về PMEDM là một hướng đi quan trọng cần được chú trọng tại Việt Nam.

1.6.2 Tình hình nghiên cứu về EDM và PMEDM trên thế giới

EDM và PMEDM là hai phương pháp gia công không truyền thống đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu toàn cầu Các nghiên cứu liên quan đến EDM và PMEDM chủ yếu tập trung vào các hướng phát triển và ứng dụng của chúng trong công nghiệp.

- Nghiên cứu nâng cao năng suất gia công, chủ yếu để tăng hiệu quả bóc tách vật liệu (MRR), và giảm độ mòn điện cực (TWR).

Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện chất lượng bề mặt sau gia công của chi tiết thông qua phương pháp EDM và PMEDM, nhằm giảm độ nhám bề mặt (SR), giảm vết nứt tế vi và tăng cường độ cứng tế vi của lớp bề mặt Đặc biệt, khả năng bóc tách vật liệu (MRR) và độ mòn điện cực (TWR) của phương pháp PMEDM được phân tích để đánh giá hiệu quả của quy trình gia công.

Nghiên cứu của Shabgard và cộng sự về EDM trong gia công thép SKD61 với điện cực đồng đỏ chỉ ra rằng cường độ dòng phóng điện và thời gian phát xung có tác động lớn đến tốc độ bóc tách vật liệu (MRR), độ mòn điện cực (TWR) và độ nhám bề mặt (Ra) Cụ thể, khi cường độ dòng điện tăng, MRR, TWR và Ra cũng tăng nhanh chóng, như thể hiện trong đồ thị hình 1.12.

Hình 1.12 Đồ thì ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới MRR, Ra, TWR [5]

Khi thời gian phát xung Ton tăng, MRR và Ra có xu hướng tăng, trong khi TWR giảm mạnh Nghiên cứu chỉ ra rằng cường độ dòng điện ảnh hưởng nhiều hơn đến MRR, TWR và Ra so với thời gian phát xung.

Hình 1.13 Đồ thì ảnh hưởng của thời gian phát xung đến MRR, Ra, TWR [5]

Năm 1980, Erden và Bilgin đã nghiên cứu ảnh hưởng của các loại bột như đồng, nhôm, sắt và carbon khi trộn vào chất điện môi EDM, sử dụng dầu làm dung môi và thép làm vật liệu gia công Kết quả cho thấy việc thêm bột vào dung môi đã làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu Tuy nhiên, ở nồng độ bột cao, quá trình gia công trở nên không ổn định do sự xuất hiện của các ngắn mạch.

Hình 1.14 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ bột graphite tới MRR, TWR và WR [57]

M.L Jeswani trong nghiên cứu [57] về PMEDM đã trộn bột than chì với nồng độ 4 g/l vào dung dịch điện môi dầu để tăng khoảng cách phóng điện giữa điện cực - phôi và giảm sự cố điện áp Nghiên cứu cho thấy quá trình gia công đã được cải thiện với khả năng bóc tách vật liệu tăng đến 60% (MRR) và mòn điện cực giảm 28% (TWR) (hình 1.14).

MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CHI TIẾT TỪ THÉP 90CrSi

Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình PMEDM

Trong sản xuất gia công cơ khí, việc chế tạo sản phẩm phải đảm bảo độ chính xác và dự đoán kết quả để điều khiển quá trình gia công theo ý muốn Các yếu tố kỹ thuật cần chú trọng bao gồm độ chính xác kích thước, chất lượng bề mặt và năng suất chế tạo, đồng thời cũng cần xem xét tính kinh tế của sản phẩm Nghiên cứu thường tập trung vào việc nâng cao hiệu quả kỹ thuật, cải thiện độ chính xác và chất lượng bề mặt, giảm nhiệt, lực cắt, rung động, và tìm kiếm giải pháp để nâng cao năng suất gia công Để kết hợp hài hòa giữa các yếu tố này, luận án đề xuất xây dựng một mô hình nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình PMEDM.

2.1.1 Sơ đồ và cơ sở của nghiên cứu quá trình gia công tia lửa điện có trộn bột

Gia công xung điện EDM, đặc biệt là gia công PMEDM, là một quy trình phức tạp với nhiều thông số đầu vào ảnh hưởng đến kết quả gia công Hiện nay, mô hình được trình bày trong hình 2.1 được xem là mô hình tổng quát và phù hợp cho quá trình EDM.

Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm[81]

Theo [81], sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm được thể hiện ở hình 2.1, trong đó:

X là các thông số đầu vào quan trọng cần nghiên cứu và xây dựng kế hoạch thực nghiệm Những thông số này bao gồm hiệu điện thế (SV), cường độ dòng phóng điện (IP), thời gian phát xung (Ton) và thời gian ngừng phát xung (Toff).

Các thông số đầu ra bao gồm nhám bề mặt gia công, tốc độ bóc tách vật liệu (MRR) và lượng mòn điện cực (TWR) Những thông số này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả và chất lượng của quá trình gia công.

Z là các tham số có thể điều khiển, và giá trị của Z được lựa chọn dựa trên mục đích nghiên cứu Một ví dụ điển hình là nồng độ bột kim loại.

Các tham số nhiễu, hay còn gọi là các yếu tố không thể kiểm soát, đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu thực nghiệm Những tham số này rất đa dạng và ảnh hưởng đến kết quả của các thí nghiệm.

Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là xác định mối quan hệ giữa thông số đầu vào và đầu ra, từ đó giúp điều khiển quá trình hoặc dự đoán kết quả đầu ra dựa trên thông số đầu vào đã biết Các thí nghiệm có thể thực hiện trực tiếp trên đối tượng hoặc thông qua mô hình thực nghiệm, vì vậy việc đảm bảo độ chính xác của mô hình là rất quan trọng để thu thập thông tin chính xác.

2.1.2 Chọn thông số đầu vào

Theo [82], việc lựa chọn thông số đầu vào cần đáp ứng các yêu cầu sau: các biến độc lập phải có thể điều chỉnh được, điều này cho phép thu được các ước

- Là các thông số định lượng;

- Có ảnh hưởng đến các hàm mục tiêu lớn hơn nhiều so với mức độ ảnh hưởng của nhiễu.

Việc lựa chọn thông số đầu vào được thực hiện dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm quan sát hiện tượng thực tế, tham khảo tài liệu, ý kiến từ các chuyên gia, và kết quả nghiên cứu thực nghiệm thăm dò.

Trong gia công xung điện có trộn bột, các thông số được phân chia thành 4 nhóm chính: (1) Thông số điện bao gồm sự phân cực, điện áp, cường độ dòng phóng điện, thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung; (2) Thông số không điện bao gồm thời gian gá đặt, thời gian gia công, lưu lượng dung môi và loại dung môi; (3) Thông số về điện cực bao gồm vật liệu, hình dạng và kích thước của điện cực; (4) Thông số về bột bao gồm loại bột, nồng độ, kích thước, mật độ và tính chất vật lý.

Các thông số công nghệ đầu vào quan trọng trong quá trình gia công EDM bao gồm hiệu điện thế (SV), cường độ dòng phóng điện (IP), thời gian phát xung (Ton) và thời gian ngừng phát xung (Toff) Những thông số này có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hiệu quả của quá trình gia công, do đó đã thu hút sự chú ý nghiên cứu từ các nhà khoa học.

Nồng độ bột trong dung dịch điện môi là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công trong quá trình PMEDM Vì vậy, đây là một thông số công nghệ đầu vào mà tác giả quyết định nghiên cứu.

Hệ thống thí nghiệm

Dựa trên thực tế và nhu cầu trong khu vực sản xuất, mô hình nghiên cứu được triển khai với các trang thiết bị cụ thể.

Máy xung CNC Sodick model MarkA30, được sử dụng trong thực nghiệm, là sản phẩm của Nhật Bản Thiết bị này hiện đang được vận hành tại xưởng sản xuất của Doanh nghiệp Cơ khí Chính xác Thái Hà, tọa lạc tại Tổ 7, Phường Phú Xá, TP Thái Nguyên.

Hình 2.2 Hình ảnh máy xung thí nghiệm Sodick A30

Các đặc tính kỹ thuật của máy:

- Hành trình bàn máy X/Y/Z: 300*250*250 (mm)

- Kích thước thùng máy: 660*492*250 (mm)

- Mức điện môi (min~max, mm): 100~300

- Khối lượng phôi tối đa: 400 (kg)

- Khối lượng điện cực tối đa: 50 (kg)

Vật liệu thép dụng cụ 90CrSi được tôi luyện để đạt độ cứng bề mặt từ 58-60 HRC Chế độ nhiệt luyện của thép 90CrSi được trình bày chi tiết trong Bảng 2.1 nhằm đảm bảo đạt được độ cứng yêu cầu.

Kích thước phôi được mô tả trong hình 2.3 với chiều dài xung 15 mm và đường kính xung là 10.4 mm, dung sai cho phép là ±0.01 mm Để đảm bảo độ chính xác cao, kích thước phôi sẽ được gia công lần cuối bằng phương pháp mài trên máy mài tròn ngoài.

Hình 2.3 Hình ảnh phôi và kích thước của phôi

- Thành phần hóa học của phôi thí nghiệm thép 90CrSi thí nghiệm được cho trong Bảng 2.2.

Bảng 2.1 Chế độ nhiệt luyện thép 90CrSi [88]

Nhiệt độ ủ ( 0 C) Độ cứng sau ủ (HB) Tôi ( 0 C) Làm nguội Độ cứng sau tôi (HRC)

Ram ( 0 C) Độ cứng sau ram (HRC)

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của mẫu thí nghiệm thép 90CrSi [88]

Hình 2.4 Hình ảnh và kích thước của điện cực

Bảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật của vật liệu điện cực đồng [2]

Để nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công bằng PMEDM, vật liệu điện cực đồng đỏ (Cu) được lựa chọn cho thí nghiệm, đại diện cho nhóm vật liệu điện cực chủ yếu trong gia công tinh tại các cơ sở sản xuất ở Việt Nam Vật liệu điện cực đồng mang lại chất lượng bề mặt cao và khả năng chống phóng hồ quang tốt, tuy nhiên, năng suất bóc tách vật liệu lại thấp Thông tin kỹ thuật về vật liệu điện cực đồng được trình bày trong Bảng 2.3, và hình dạng cùng kích thước điện cực được mô tả trong Hình 2.4.

2.2.4 Bột trộn vào dung dịch điện môi

Bột SiC (silicon carbide) cỡ hạt 500nm với độ tinh khiết 99% từ Guangzhou Hongwu Material Technology Co., Ltd, Trung Quốc, được trộn vào dung dịch điện môi cho thí nghiệm Loại bột này không chỉ phổ biến trong gia công mà còn được nghiên cứu nhiều trong PMEDM, với nhiều đặc tính cơ bản đáng chú ý.

- Độ bền cao (độ dai va đập: 3.5-4.1 MPa.m 1/2 )

- Có khả năng chống ô xi hóa

- Độ cứng cao và chống mòn tốt (độ cứng: 2300-2600 HV(0.3) Kg/mm2

- Giãn nở vì nhiệt thấp và khả năng dẫn nhiệt cao (hệ số giãn nở về nhiệt: 60-120 10 -6 /°C)

Hình 2.5 Hình ảnh bột nano SiC kích thước hạt 500 nm

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của dầu xung điện Total Diel MS7000

Các đặc tính Phương pháp Đơn vị DIEL MS

Tỉ trọng Độ nhớt ở 20 C Điểm chớp cháy Pensky-

Tổng hàm lượng các chất thơm

Bằng mắt ASTM D 156 ISO 3675 ISO 3104 ISO 2719 ISO 3106 TOTAL I L 14(DMSO-

Dung dịch điện môi được chọn cho thí nghiệm là dầu xung Diel MS7000 của hãng Total, nổi bật trong lĩnh vực gia công xung định hình tại Việt Nam nhờ vào nhiều ưu điểm Dầu có nguồn gốc khoáng, rất lỏng và trong suốt, đồng thời có khả năng chống ô xi hóa tốt và điểm chớp cháy cao Sản phẩm này được chọn từ phân đoạn chưng cất dầu hẹp, có tính bay hơi thấp, hàm lượng chất thơm ít và điểm đông đặc thấp, cho phép bảo quản ngoài trời dễ dàng Thông số kỹ thuật của dầu xung điện Total Diel MS7000 được trình bày chi tiết trong Bảng 2.4.

2.2.6 Bể chứa dung dịch điện môi

Bể chứa dung dịch điện môi cần đảm bảo sự phân bố đồng đều của bột, không bị lắng đọng, và thuận tiện cho việc thay đổi dung dịch cũng như gá đặt điện cực và phôi Những yếu tố này ảnh hưởng quyết định đến độ chính xác của kết quả thí nghiệm Sơ đồ thí nghiệm và bể chứa dung dịch điện môi được thể hiện trong hình 2.6 Bể được hàn khung inox và gắn bằng tôn SUS204 dày 1 mm, với kích thước dài 320 mm, rộng 280 mm, và cao 250 mm.

Hình 2.6 Sơ đồ gia công xung và hình ảnh hệ thống thí nghiệm

Các thông số điện được xác định dựa trên nghiên cứu gần đây về EDM với xung thép 90CrSi, cũng như theo catalog khuyến cáo của máy về gia công các cặp vật liệu phôi và điện cực Cụ thể, cường độ dòng điện IP được điều chỉnh trong khoảng từ 4 đến 8 A, thời gian phát xung từ 6 đến 14 µs, thời gian ngừng phát xung từ 14 đến 30 µs, và điện áp trong khoảng 3 đến 5 V.

2.2.8 Thông số và nồng bột SiC trộn vào dung dịch điện môi

Nghiên cứu này sử dụng bột SiC với kích thước hạt 500 nm và các nồng độ khác nhau, từ 0 đến 4.5 g/l, dựa trên các tài liệu tham khảo trong và ngoài nước [51-53] Các thí nghiệm khảo sát đã được thực hiện để xác định hiệu quả của các mức nồng độ bột này.

Thiết bị đo, kiểm tra

2.3.1 Cân điện tử Để đánh giá năng suất bóc tách vật liệu và lượng mòn điện cực sử dụng cân điện tử (electronic balance) WT3003NE (Hình 2.7) với độ chính xác 0.001 gram, cân có thể cân được khối lượng lớn nhất là 200 gram. Để xác định năng suất bóc tách vật liệu, tác giả tiến hành làm sạch (xịt sạch bằng dòng khí áp suất cao, sau đó ngâm trong dung dịch đồng sun phát 2-3% khoảng 2 giờ), sấy khô phôi, cân trước và sau khi xung để tính khối lượng kim loại đã bóc tách Tiến hành tương tự đối với điện cực để tính mòn điện cực.

Hình 2.7 Hình ảnh cân điện tử WT3003NE

2.3.2 Máy đo độ nhám bề mặt gia công

Trị số độ nhám bề mặt gia công (Ra) được đo bằng máy đo biên dạng tiếp xúc SV3100 của Mitutoyo Nhật Bản, đặt tại phòng KCS của Công ty Cổ phần Phụ Tùng Máy Số 1, địa chỉ đường 3/2, Tổ 10, Phường Mỏ Chè, Thành Phố Sông Công, Tỉnh Thái Nguyên Mỗi lần đo sử dụng chiều dài chuẩn 5 mm với 3 lần lặp cho mỗi mẫu thí nghiệm, và kết quả cuối cùng là giá trị trung bình của các lần đo.

Các thông số đặc trưng của máy đo độ nhám bề mặt SV3100:

- Nguyên lý: Phương pháp đầu dò tiếp xúc.

- Trục Z: Phạm vi đo: 350 àm; tốc độ đo: 0.25ữ0.5 mm/s.

- Trục X: Phạm vi đo: 12.5 mm; tốc độ đo: 0.25÷0.5 mm/s.

- Lực đo: 4 mN hoặc 0.75 mN.

- Khuếch đại: Đứng 10X đến 100 000X; ngang: 1X đến 1000X.

- Thông số: Ra, Ry, Rz, Rt, Rp, Rq, Rv, Sm, S, Pc, R3z.

Hình 2.8 Hình ảnh máy đo độ nhám bề mặt SV3100

2.3.3 Máy đo tọa độ CMM Để kiểm tra độ chính xác kích thước của điện cực và phôi trước khi tiến hành thí nghiệm sử dụng máy đo tọa độ CMM dạng CNC, hãng Mitutoyo, Nhật Bản, model CRYSTA-Apex S544, của Trung tâm thí nghiệm thực hành, khoa Cơ khí, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên (Hình 2.9 và phụ lục - hình 1) Các thông số kỹ thuật của máy:

- Độ phân giải (độ chính xác): 0.0001 mm (0.1 μmm)

- Tốc độ đo max: 8 mm/s

- Tốc độ di chuyển của trục max: 8-300 mm/s (dạng CNC)

Hình 2.9 Hình ảnh máy đo tọa độ CMM CRYSTA-Apex S544

Việc sử dụng máy đo tọa độ CMM giúp đo kích thước đường kính phôi và đường kính lỗ của điện cực, đảm bảo rằng lượng dư gia công trong các thí nghiệm là đồng đều và nhất quán.

2.3.4 Kính hiển vi điện tử quét (SEM/EDX) Jeol JMS 6490

Máy phân tích hình thái bề mặt gia công mẫu với độ phóng đại cao (SEM) mang tên Jeol JMS 6490, xuất xứ từ Nhật Bản, được sử dụng để thực hiện phân tích tại Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu thuộc Viện khoa học Vật liệu Địa chỉ của trung tâm là số 18, đường Hoàng Quốc Việt, quận Cầu Giấy, Hà Nội.

Từ các kết quả, phân tích và trình bày trong chương 2, tác giả rút ra các kết luận sau:

1 Đã phân tích được cơ sở và lựa chọn các thông số đầu vào và kết quả đầu ra của nghiên cứu:

Trong quá trình EDM, có bốn thông số công nghệ chính cần chú ý: hiệu điện thế (SV), cường độ dòng phóng điện (IP), thời gian phát xung (Ton) và thời gian ngừng phát xung (Toff) Ngoài ra, nồng độ bột SiC (CP) cũng rất quan trọng để trộn vào dung dịch điện môi.

- Thông số đầu ra bao gồm: độ nhám bề mặt gia công (Ra), năng suất bóc tách vật liệu (MRR), tốc độ mòn điện cực (TWR).

2 Đã đề xuất mô hình nâng cao hiệu quả quá trình PMEDM sử dụng bột SiC trong dung dịch điện môi khi xung chi tiết có bề mặt trụ định hình vật liệu 90CrSi.

3 Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm, sử dụng các thiết bị đo kiểm tin cậy đáp ứng được yêu cầu của nghiên cứu thực nghiệm.

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT, NĂNG SUẤT BÓC TÁCH VÀ ĐỘ MÒN ĐIỆN CỰC KHI GIA CÔNG XUNG ĐIỆN THÉP

90CrSi VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CÓ TRỘN BỘT SiC

Đặt vấn đề

Chương này đánh giá ảnh hưởng của các thông số đầu vào trong quá trình xung thép 90CrSi với dung dịch điện môi có trộn bột nano SiC đến các thông số đầu ra như độ nhám bề mặt Ra, năng suất bóc tách MRR, và tốc độ mòn điện cực TWR Nghiên cứu xác định các chế độ xung với thông số đầu vào hợp lý nhằm đạt được độ nhám bề mặt nhỏ nhất, tốc độ bóc tách lớn nhất, và tốc độ mòn điện cực nhỏ nhất Để thực hiện điều này, một nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành bằng phương pháp Taguchi để thiết kế và phân tích kết quả thí nghiệm, với chi tiết về thí nghiệm và kết quả sẽ được trình bày ở các phần tiếp theo.

Thí nghiệm

Nghiên cứu này xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ quá trình xung đến độ nhám bề mặt, năng suất bóc tách và tốc độ mòn điện cực Cụ thể, quá trình xung thép 90CrSi được thực hiện trong môi trường dung dịch điện môi có trộn bột nano SiC, nhằm tối ưu hóa các yếu tố trên.

Đề xuất các chế độ công nghệ xung hợp lý nhằm tối ưu hóa độ nhám bề mặt, đạt năng suất bóc tách tối đa và giảm thiểu tốc độ mòn của điện cực.

Việc lựa chọn thông số đầu vào như phôi, điện cực, bột nano và dụng cụ đo kiểm đã được trình bày trong chương 2 Các thông số đầu ra bao gồm độ nhám bề mặt (Ra), năng suất bóc tách (MRR) và tốc độ mòn điện cực (TWR) Đây là ba hàm đơn mục tiêu cần được khảo sát để đánh giá hiệu quả của quá trình.

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi, được đặt theo tên của nhà khoa học Nhật Bản, đã được chọn để thiết kế và phân tích kết quả thí nghiệm Phương pháp này giúp tối ưu hóa quy trình và cải thiện chất lượng sản phẩm thông qua việc thực hiện các thí nghiệm có hệ thống.

Phương pháp này sử dụng ma trận trực giao để thiết kế các ma trận thí nghiệm, cho phép đưa vào số lượng lớn các thông số công nghệ (từ 3 đến 50) với nhiều mức độ khác nhau Điều này giúp xác định ảnh hưởng của hầu hết các thông số đến giá trị trung bình của kết quả đầu ra, đồng thời giảm thiểu số lượng thí nghiệm, thời gian và chi phí Phương pháp cũng cho phép xác định các thông số có ảnh hưởng mạnh nhất, từ đó loại bỏ những thông số không đáng kể và điều chỉnh đến mức tối ưu Mục tiêu là đạt được sự ổn định và chất lượng tốt nhất cho quá trình hoặc sản phẩm, qua đó nhanh chóng tối ưu hóa các thông số cần thiết.

Phần mềm Minitab 19 đã được áp dụng để thiết kế và phân tích thí nghiệm dựa trên phương pháp Taguchi L18 (6^1 3^4), bao gồm một biến với 6 mức và 4 biến với 3 mức Các thông số đầu vào và mức độ của chúng được trình bày trong Bảng 3.1, trong khi việc khai báo biến thí nghiệm theo phương pháp Taguchi được minh họa trong hình ảnh kèm theo.

3.1 Thêm vào đó, kế hoạch thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.2.

Các bước thực hiện theo phương pháp Taguchi:

Phương pháp Taguchi là một công cụ hiệu quả trong việc tối ưu hóa, và các bước cơ bản để thực hiện phương pháp này đã được trình bày chi tiết trong tài liệu [89] Luận án này sẽ tập trung vào một số ứng dụng cụ thể của phương pháp Taguchi nhằm giải quyết các bài toán tối ưu trong lĩnh vực nghiên cứu.

Bảng 3.1 Các mức thí nghiệm của các thông số đầu vào C p , T on , T off , IP và SV

Thời gian phỏt xung T on [às] 6 10 14 - - -

Thời gian ngừng phát xung T off

Cường độ dòng phóng điện IP [A] 4 8 12 - - -

Hình 3.1 Khai báo biến thí nghiệm theo phương pháp Taguchi (L18 = 6^1

Trong các thí nghiệm với ma trận thí nghiệm, thí nghiệm có tỉ số S/N cao nhất sẽ mang lại kết quả đáng tin cậy nhất và ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu Tỉ số này giúp xác định mức đầu ra tối ưu và được tính toán theo một công thức cụ thể.

(1)Đối với kết quả mong muốn Lớn hơn thì tốt hơn (Larger - the better)

Trong đó: n là số lần lặp ở mỗi thí nghiệm; y ij là giá trị đo được ở lần đo thứ i

Giá trị này được áp dụng cho các mục tiêu quan tâm mà mong muốn tìm kiếm được tối đa hoá các đặc tính chất lượng.

(2) Đối với kết quả mong muốn Giá trị tiêu chuẩn (danh nghĩa) là tốt nhất (Nominal - the best)

Vấn đề loại danh nghĩa tốt nhất liên quan đến việc giảm thiểu sai số bình phương xung quanh giá trị mục tiêu cụ thể.

Chuẩn hóa là quá trình chuyển đổi dữ liệu đầu vào nhằm phân phối đồng đều và đưa dữ liệu về một phạm vi chấp nhận được, từ đó phục vụ cho việc phân tích sâu hơn.

(3)Đối với kết quả mong muốn Nhỏ hơn thì tốt hơn (Smaller - the - better)

Giá trị này được áp dụng cho các mục tiêu quan tâm mà mong muốn tìm kiếm được giá trị tối thiểu. b) Phân tích phương sai ANOVA

Tổng các bình phương (SS) là một chỉ số quan trọng dùng để đo lường độ lệch của dữ liệu thử nghiệm so với giá trị trung bình SST được tính toán thông qua một công thức cụ thể, giúp phân tích sự biến thiên trong tập dữ liệu.

Trong đó: n là số lượng giá trị được kiểm tra; 𝑦̅ là giá trị trung bình các kết quả yi của đối tượng thứ i.

- Tổng bình phương của thông số B (SSB)

Trong đó: Bi là giá trị tại mức i của thí nghiệm; nBi là số kết quả khảo sát ở điều kiện Bi; T là tổng các giá trị kiểm tra.

- Tổng bình phương các lỗi (SSe): Phân bố bình phương của các giá trị khảo sát từ giá trị trung bình của trạng thái B.

- Phần trăm ảnh hưởng của thông số B:

𝑆𝑆 𝑇 c) Tối ưu hóa kết quả đầu ra

Giá trị tối ưu (Em) được ước tính bởi các thông số có ảnh hưởng mạnh và được xác định theo công thức sau:

𝑘̅ − 𝑦̅) + (𝐵̅ 𝑙 − 𝑦̅) + (̅𝐶̅ 𝑚 ̅̅ − 𝑦̅) (3.10) Trong đó: 𝑦̅là trị số trung bình của đặc trưng khảo sát;

𝑚̅̅ lần lượt là giá trị trung bình tại các mức thứ k, l và m. d) Khoảng phân bố của giá trị tối ưu:

Khoảng phân bố của một tập mẫu CIm xác định bởi công thức:

Trong đó: 𝐹  là hệ số F ở mức tin cậy (1 – ) đối với DF = 1 và DF của lỗi fe; ve là trị số thay đổi của lỗi.

Trong đó: DF là bậc tự do tổng của các thông số tính trị số trung bình; N là tổng số thí nghiệm khảo sát.

Thí nghiệm xung thép 90CrSi với dung dịch điện môi trộn bột nano SiC đã được thực hiện theo kế hoạch với 18 chế độ xung khác nhau, mỗi chế độ được lặp lại 3 lần để đảm bảo độ chính xác Trước khi thí nghiệm, khối lượng của các điện cực và phôi được xác định bằng cân điện tử WT3003NE với độ chính xác 0.001 g Thời gian xung được ghi lại qua máy xung CNC, và sau thí nghiệm, độ nhám bề mặt Ra của các phôi được đo trung bình qua 3 lần cho mỗi phôi Khối lượng của các chi tiết gia công và điện cực cũng được xác định sau khi xung, từ đó tính toán năng suất bóc tách vật liệu MRR và độ mòn điện cực TWR theo các công thức đã được thiết lập.

Trong quá trình gia công, khối lượng phôi được ghi nhận trước và sau khi gia công lần lượt là mp,t và mp,s (đơn vị: gram) Tương tự, khối lượng điện cực trước và sau khi gia công được ký hiệu là md,t và md,s (đơn vị: gram) Thời gian xung, hay còn gọi là thời gian gia công, được ký hiệu là tx (đơn vị: giây).

Bảng 3.2 Kế hoạch thí nghiệm với các thông số đầu vào C p , T on , T off , IP và SV

TT C p T on T off IP SV

Kết quả và nhận xét

3.3.1 Ảnh hưởng của các thông số đầu vào quá trình xung đến độ nhám bề mặt

Bảng 3.3 trình bày giá trị độ nhám bề mặt từ ba lần đo và trị số nhám trung bình của 18 thí nghiệm Để xác định chế độ đầu vào tối ưu cho quá trình xung nhằm giảm thiểu độ nhám bề mặt, phương pháp Taguchi đã được áp dụng để phân tích tỷ số tín hiệu/nhiễu (S/N) Thí nghiệm với tỷ số S/N cao nhất sẽ mang lại kết quả tối ưu ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu Mục tiêu là đạt được độ nhám bề mặt càng nhỏ càng tốt, vì vậy giá trị đặc tính yi được xác định là “càng nhỏ càng tốt” Tỷ số S/N của các kết quả đầu ra được tính toán theo công thức (3.5).

Với n là số thí nghiệm.

Bảng 3.3 Độ nhám bề mặt gia công ứng với các thông số đầu vào khác nhau

TT C p T on T off IP SV

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình S/N

+) Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến độ nhám bề mặt Ra

Kết quả tính toán tỉ số S/N ứng với kết quả của 18 phương án thí nghiệm được thể hiện như trong Bảng 3.3.

Bảng 3.4 ANOVA giá trị 𝑅̅̅̅𝑎̅ sau khi xung

Phân tích phương sai giá trị trung bình

Kết quả ANOVA cho độ nhám bề mặt trung bình (𝑅̅̅̅𝑎̅) được trình bày trong Bảng 3.4 và Hình 3.2 Thời gian ngừng phát xung có ảnh hưởng lớn nhất đến Ra với tỷ lệ đóng góp 29.71%, tiếp theo là nồng độ bột nano.

(18.65%), hiệu điện thế (15.43%), cường độ dòng phóng điện (11.05%) và cuối cùng là thời gian phát xung (10.79%).

Theo Bảng 3.5 và Hình 3.2, khi sử dụng dung dịch có trộn bột nano, độ nhám bề mặt giảm so với dung dịch không chứa bột nano Nồng độ bột nano ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt.

Khi cường độ phát xung (Cp) tăng, độ nhám bề mặt sẽ giảm và sau đó tăng trở lại, đạt giá trị nhỏ nhất tại mức 5 (4 g/l) Thời gian phát xung tăng cũng dẫn đến sự gia tăng độ nhám bề mặt, với giá trị nhỏ nhất đạt được tại mức 1 (6 às) Tương tự, khi thời gian ngừng phát xung tăng, độ nhám bề mặt sẽ giảm rồi tăng trở lại, với giá trị nhỏ nhất tại mức 2 (2 às) Cuối cùng, khi cường độ phóng điện tăng, độ nhám bề mặt sẽ giảm sau đó tăng, đạt giá trị nhỏ nhất tại một mức cụ thể.

2 (8 A) Hiệu điện thế phóng điện tăng thì độ nhám bề mặt giảm sau đó tăng và đạt trị số nhỏ nhất tại mức 2 (4 V).

Bảng 3.5 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến 𝑅̅̅̅𝑎̅ khi xung.

Bảng phản hồi về giá trị trung bình

Mức Cp Ton Toff IP SV

Hình 3.2 Đồ thị ảnh hưởng chính của các yếu tố đến 𝑅̅̅̅𝑎̅ khi xung

Hình 3.3 Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ bột SiC đến độ nhám bề mặt khi xung

Nồng độ bột SiC trong dung dịch điện môi có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt gia công Cụ thể, khi trộn bột SiC vào dung dịch, độ nhám bề mặt (Ra) giảm mạnh và tiếp tục giảm khi nồng độ bột tăng lên Sự giảm này có thể được giải thích bởi sự cải thiện trong quá trình gia công.

Hình 3.3 cho thấy mối quan hệ giữa nồng độ bột và Ra: khi nồng độ bột tăng từ 2 đến 4 g/l, độ dốc của đồ thị giảm mạnh, dẫn đến Ra giảm 29.86% từ 3.434 μm xuống 2.403 μm Để đánh giá ảnh hưởng của việc trộn bột vào dung dịch điện môi đối với chất lượng bề mặt gia công, kỹ thuật phân tích bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) đã được áp dụng Mẫu không trộn bột có nồng độ nano Cp = 0 g/l, với các thông số phát xung là Ton 6 (μs), Toff 0 (μs), cường độ dòng phóng điện IP (A), và hiệu điện thế xung SV 5 (V), cho ra độ nhám bề mặt trung bình 2.388 μm sau 3 lần thí nghiệm.

Cường độ dòng phóng điện đạt 8 A với hiệu điện thế xung 3 V, thời gian phỏt xung Ton là 6 às và thời gian ngừng phỏt xung Toff là 14 às Độ nhám bề mặt trung bình được ghi nhận là 2.080 μmm.

Kết quả phân tích SEM cho thấy sự khác biệt rõ rệt về topography bề mặt gia công giữa hai phương pháp: khi xung không trộn bột và khi có trộn bột Hình 3.4 cho thấy rằng số lượng vết lõm trên bề mặt gia công tăng lên khi có trộn bột, nhờ vào việc tạo ra nhiều tia lửa nhỏ hơn thay vì một tia lửa lớn như trong trường hợp không có bột Điều này dẫn đến việc các vết lõm nông hơn và độ nhám bề mặt khi có trộn bột (1.6700 μm) thấp hơn so với khi không có trộn bột (2.93933 μm).

Hình 3.4: Hình ảnh topography bề mặt gia công a) b)

Hình 3.5 Dạng sóng điện áp và dòng điện khi xung không trộn bột (a) và trộn bột SiC (b) [7] a) b)

Hình 3.6 Hình ảnh các vết nứt tế vi trên bề mặt gia công a) b)

Hình 3.7 Hình ảnh cấu trúc và chiều dày lớp biến trắng trên bề mặt gia công

Hình 3.6 cho thấy rằng số lượng vết nứt khi xung có trộn bột (2 vết nứt – Hình 3.6b) giảm đáng kể so với khi xung không trộn bột (5 vết nứt – Hình 3.6a), điều này phù hợp với kết luận trong [90] Sự giảm này có thể giải thích bởi việc xung có trộn bột tạo ra nhiều tia lửa điện hơn (Hình 3.5), dẫn đến thời gian ngừng phóng tia lửa điện (Toff) nhỏ hơn so với khi không trộn bột Kết quả là bề mặt gia công trải qua sự thay đổi nhiệt độ đột ngột hơn khi không có trộn bột, gây ra nhiều vết nứt tế vi hơn Việc giảm số lượng vết nứt tế vi khi có trộn bột giúp tăng cường độ bền mỏi của chi tiết gia công, vì các vết nứt tế vi là nguyên nhân chính làm giảm độ bền mỏi khi hoạt động.

Hình 3.7 minh họa cấu trúc lớp bề mặt gia công với và không có trộn bột Kết quả đo chiều dày lớp biến trắng trên máy SEM được trình bày trong Bảng 3.6 và Bảng 3.7 Kết quả cho thấy rằng chiều dày lớp biến trắng khi không có bột (Hình 3.7 a) dày hơn, với chiều dày trung bình tại vị trí 1 là 12.4 μmm và tại vị trí 2 là 11.51 μmm, so với mẫu có trộn bột (chiều dày trung bình tại vị trí 1 là 6.97 μmm và tại vị trí 2 là 7.48 μmm) (Hình 3.7b) Việc trộn bột vào dung dịch điện môi giúp lớp biến trắng trở nên đồng đều hơn, dẫn đến chất lượng bề mặt tốt hơn khi có trộn bột Kết quả này cũng tương đồng với nghiên cứu về xung thép dụng cụ SKD61 trong tài liệu tham khảo [90].

Bảng 3.6 Chiều dày lớp biến trắng khi xung không trộn bột

Chiều dầy lớp biến trắng (μmm) Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 Lần đo 4 Lần đo 5 Trung bình

Bảng 3.7 Chiều dày lớp biến trắng khi xung có trộn bột

Chiều dầy lớp biến trắng (μmm) Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 Lần đo 4 Lần đo 5 Trung bình

+) Xác định bộ thông số chế độ xung hợp lý nhằm đạt độ nhám bề mặt nhỏ nhất:

Kết quả từ Bảng 3.3 cho thấy thí nghiệm số 15 với chế độ xung có nồng độ bột nano Cp là 4 g/l, thời gian phát xung Ton là 6 às, thời gian ngừng phát xung Toff là 30 às, cường độ dòng điện IP là 8 A và hiệu điện thế xung SV là 5.

Kết quả cho thấy độ nhám bề mặt nhỏ nhất đạt được là Ra = 1.67 m với tỉ số S/N = -4.4587, cho thấy tác động của thí nghiệm đến độ nhám bề mặt là lớn nhất và ảnh hưởng của nhiễu là nhỏ nhất Tuy nhiên, các thông số hiện tại vẫn chưa đạt mức hợp lý để tối ưu độ nhám bề mặt Để xác định chế độ tối ưu, cần phân tích phương sai tỉ số S/N của Ra nhằm tìm ra các thông số xung được khảo sát một cách hợp lý.

Bảng 3.8 ANOVA tỉ số S/N của 𝑅̅̅̅𝑎̅ khi xung

Phân tích phương sai chi tỉ số S/N

ANOVA trị số S/N của Ra được thể hiện trong Bảng 3.8, Bảng 3.9 và Hình3.8 Kết quả cho thấy: Nồng độ bột nano Cp = 4 g/l (Cp5), thời gian phát xung

Ton = 6 às (Ton1), thời gian ngừng phỏt xung Toff = 21 às (Toff2), cường độ dũng phóng điện IP

Mức điện thế xung SV = 4 V (SV2) và 8 A (IP2) là các thông số tối ưu cho tỉ số S/N cao nhất, giúp đạt được độ nhám bề mặt nhỏ nhất Những trị số này đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình xử lý bề mặt.

Bảng 3.9 Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi xung

Bảng tín hiệu phản hồi của tỉ số S/N

Nhỏ hơn thì tốt hơn

Mức Cp Ton Toff IP SV

Hình 3.8 Đồ thị ảnh hưởng chính của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi xung

+) Tính toán dự đoán giá trị độ nhám bề mặt:

Trị số bề mặt trung bình dự đoán (𝑅̅̅̅𝑎̅ 𝑂𝑃) được xác định dựa trên các thông số ảnh hưởng mạnh đến tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) của độ nhám bề mặt, theo công thức 3.10.

Trong đó, theo Bảng 3.9 ta có:

5 là độ nhám bề mặt trung bình ứng với Cp ở mức 5:

TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI

Đặt vấn đề

Chương này tập trung vào tối ưu hóa đa mục tiêu các thông số đầu vào của quá trình xung thép 90CrSi sử dụng dung dịch điện môi có trộn bột SiC, với các hàm đơn mục tiêu như độ nhám bề mặt Ra, năng suất bóc tách MRR, và tốc độ mòn điện cực TWR Nghiên cứu thực nghiệm đã được thực hiện, và chi tiết về thiết kế thí nghiệm cũng như kết quả của các hàm đơn mục tiêu đã được trình bày trong chương 3 Phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám được áp dụng để giải quyết bài toán tối ưu đa mục tiêu liên quan đến các hàm đơn mục tiêu này.

Khái quát về phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám

Tối ưu hóa đa mục tiêu được thực hiện thông qua phân tích quan hệ xám, phân biệt giữa các giá trị "trắng" và "đen" Phương pháp Taguchi, như đã trình bày trong chương 3, chỉ áp dụng cho bài toán đơn mục tiêu.

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám để tối ưu hóa đa mục tiêu, sử dụng phần mềm Minitab cho việc giải quyết bài toán Các bước thực hiện bao gồm việc áp dụng phương pháp Taguchi kết hợp với phân tích quan hệ xám nhằm đạt được kết quả tối ưu.

- Bước 1: Xây dựng cơ sở dữ liệu dưới dạng mảng trực giao.

- Bước 2: Phân tích quan hệ xám.

- Bước 3: Tối ưu hóa bằng phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám.

- Bước 4: Thực nghiệm kiểm chứng kết quả.

Tối ưu đa mục tiêu khi xung bề mặt trụ định hình với dung dịch điện môi có trộn bột bằng phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám

có trộn bột bằng phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám

4.3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu dưới dạng mảng trực giao

Trong chương 3, chúng tôi đã thiết kế và thực hiện thí nghiệm cho ba hàm đơn mục tiêu: độ nhám bề mặt nhỏ nhất, tốc độ bóc tách vật liệu lớn nhất và tốc độ mòn điện cực nhỏ nhất (xem mục 3.2) Bảng 4.1 cung cấp ma trận trực giao các thông số đầu vào cùng với kết quả đầu ra, bao gồm Ra, MRR và TWR.

Bảng 4.1 Ma trận trực giao các thông số đầu vào và kết quả đầu ra

TT Độ nhám bề mặt Ra (m) Tốc độ mòn điện cực TWR

Năng suất bóc tách vật liệu MRR

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3

4.3.2 Phân tích quan hệ xám

Việc phân tích quan hệ xám để tối ưu hóa đa được tiến hành như sau:

+) Chuẩn hóa số liệu thí nghiệm

Để so sánh dữ liệu đo của các mục tiêu đơn như Ra, MRR và TWR, cần tiến hành chuẩn hóa dữ liệu do chúng có thứ nguyên, miền giới hạn và chiều biến thiên khác nhau Quá trình chuẩn hóa này được thực hiện bằng cách sử dụng giá trị chuẩn hóa Zij (0≤Zij≤1), được xác định theo công thức cụ thể.

Với j là số thí nghiệm (j).

Tỉ số S/N và giá trị chuẩn hóa Zij cho từng mục tiêu đầu ra được trình bày trong Bảng 4.2 Tất cả các đại lượng đầu ra đã được điều chỉnh theo hướng "càng lớn càng tốt", trong đó 1 được xem là trị số tham chiếu Do đó, giá trị chuẩn hóa càng gần 1 thì càng thể hiện hiệu quả tốt hơn.

Bảng 4.2 Tỉ số S/N và giá trị chuẩn hóa Z của Ra, TWR và MRR

+) Tính hệ số quan hệ xám

Hệ số quan hệ xám thể hiện khoảng cách giữa giá trị chuẩn đang xét và giá trị lý tưởng Nó được xác định theo công thức sau:

𝛾(𝑘) = Δ ∆𝑚𝑖𝑛+𝜁Δ𝑚𝑎𝑥 0𝑗 (𝑘)+𝜁Δ𝑚𝑎𝑥 (4.2)Trong đó, j=1, 2, n; k=1, 2, ….m; n là số thí nghiệm; k là số mục tiêu đầu ra.

∆ot(k) là giá trị tuyệt đối của sai lệch giữa giá trị chuẩn đang xét Zj(k) (trị số

Z của thí nghiệm thứ j của mục tiêu thứ k) và giá trị lý tưởng Z0(k) (trị số tham chiếu): Δ0𝑗(𝑘) = ‖𝑍0(𝑘) − 𝑍𝑗(𝑘)‖ (4.3)

+) Δmin = min min‖𝑍0(𝑘) − 𝑍𝑗(𝑘)‖ là giá trị nhỏ nhất của 0j

+) Δmax = max max‖𝑍0(𝑘) − 𝑍𝑗(𝑘)‖ là giá trị lớn nhất của 0j

+)  là hệ số phân biệt; 0 ≤ K ≤ 1 Hệ số này có thể được điều chỉnh dựa trên yêu cầu thực tế của hệ thống; Trong nghiên cứu này lấy  = 0.5.

Để xác định trị số quan hệ xám trung bình, các dữ liệu đo ban đầu, vốn là những đại lượng vật lý không thể so sánh, đã được chuyển đổi thành hệ số quan hệ xám có thể so sánh được Mặc dù vậy, chúng vẫn đại diện cho ba tiêu chí khác nhau Để tổng hợp thành một hàm mục tiêu duy nhất trong hàm đa mục tiêu, cần tính trị số quan hệ xám trung bình theo công thức đã được thiết lập.

Với k là số hàm đơn mục tiêu (k=3).

Bảng 4.3 thể hiện trị số quan hệ xám ứng với các mục tiêu đơn và trị số quan hệ xám trung bình.

Bảng 4.3 Hệ số quan hệ xám và trị số quan hệ xám trung bình

TT Hệ số quan hệ xám  i

+) Xác định mức tối ưu của các thông số đầu vào:

Trị số quan hệ xám cao cho thấy chất lượng sản phẩm tốt hơn, cho phép ước lượng tác động và mức độ tối ưu của các yếu tố kiểm soát Bảng 4.3 trình bày trị số quan hệ xám cho từng thí nghiệm, bao gồm cả trị số quan hệ xám tương tác Đặc biệt, thí nghiệm số 15 (Cp5, Ton1) nổi bật với trị số quan hệ xám cao.

IP2, SV3) tương ứng với chế độ xung cú Cp = 4 g/l, Ton = 6 às, Toff = 30 às, IP = 8

A, SV = 5 V, có trị số quan hệ xám tương tác lớn nhất (0,634) Điều đó chỉ ra rằng thí nghiệm số 15 thu được có tỉ số S/N tương ứng gần với tỉ số S/N được chuẩn hóa và nó có nhiều đặc tính tốt trong số 18 thí nghiệm Tuy nhiên, đây chưa phải là mức độ tối ưu của các yếu tố Theo phương pháp của Taguchi, cần xác định trị số quan hệ xám trung bình cho mỗi yếu tố ở các mức khác nhau Sử dụng phần mềm Minitab 19 để phân tích, ta xác định được trị số quan hệ xám trung bình tại các mức của mỗi yếu tố được xác định (Bảng 4.4 và Hình 4.1).

Bảng 4.4 Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến hệ số quan hệ xám

Mức Cp Ton Toff IP SV

Hình 4.1 Đồ thị các ảnh hưởng của các thông số chính đến mục tiêu chung

Mức tối ưu của mỗi thông số được xác định bởi trị số quan hệ xám lớn nhất, như thể hiện trong Hình 4.1 với các chấm tròn màu đỏ Bộ thông số tối ưu cho quá trình xung đáp ứng yêu cầu về độ nhám bề mặt và lượng mòn điện cực với tiêu chí “nhỏ hơn thì tốt hơn” cho độ mòn và “lớn hơn thì tốt hơn” cho năng suất gia công là: Cp5/Ton3/Toff2/IP3/SV2, tương ứng với các giá trị Cp = 4.0 g/l, Ton = 14 às, Toff = 21 às, IP = 12 A, SV = 4 V.

Phần mềm Minitab được sử dụng để thực hiện phân tích hồi quy phương sai (ANOVA), nhằm xác định các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mục tiêu của quá trình Phương pháp thống kê này giúp phân tích tác động của từng yếu tố, từ đó rút ra kết luận về sự ảnh hưởng của chúng.

Tỉ lệ đóng góp trong ANOVA giúp khắc phục việc không đánh giá được ảnh hưởng của các thông số trong toàn bộ quá trình của phương pháp Taguchi.

Bảng 4.5 Kết quả ANOVA của hệ số quan hệ xám

Phân tích phương sai của giá trị trung bình

T.số DF Seq SS Adj SS Adj MS F P C%

Kết quả phân tích ANOVA cho thấy nồng độ bột nano Cp có ảnh hưởng mạnh nhất đến mục tiêu chung với tỷ lệ 39.69% Tiếp theo, thời gian ngừng phát xung Toff chiếm 15.01%, hiệu điện thế SV là 13.69%, cường độ dòng phóng điện IP là 13.01%, và cuối cùng là thời gian phát xung Ton.

Trị số quan hệ xám tối ưu được xác định theo công thức sau:

(4.5) Trong đó, T là trị số quan hệ xám trung bình: T = 0.561, các trị số Cp5, Ton3,

Toff2, IP3, SV2 là trị số quan hệ xám của các thông số ứng với mức tối ưu hóa tương ứng và được lấy từ Bảng 4.3 Theo đó, 𝛾̅̅ 𝑜 ̅ 𝑝 ̅ = 0.732

Khoảng tin cậy CI được tính như sau:

Trong đó: 𝐹 ∝ (1, 𝑓 𝑒 ) = 3.776 là hệ số tra bảng với mức ý nghĩa % = 90%, fe

= 6 là bậc tự do của lỗi, Ve = 0.005826 là sai số trung bình của lỗi, Ne là số lần lặp hiệu quả, R = 3 là số lần lặp của một thí nghiệm.

𝑁𝑒 1 + tổng bậc tự do của các yếu tố ưa vào tính toán tối ưuđưa vào tính toán tối ưu

Với mức ý nghĩa α = 90%, trị số quan hệ xám được dự đoán hợp lý dựa trên các thông số đầu vào Cp5/Ton3/Toff2/IP3/SV2 như sau:

Giá trị tối ưu của hàm đa mục tiêu (𝑅𝑎, 𝑇𝑊𝑅, MRR) được xác định trong khoảng 0.618 ≤ 𝛾 𝑜 ̅ 𝑝 ≤ 0.846, dựa trên các thông số đầu vào tối ưu Các hàm đơn Ra, MRR và TWR sẽ được sử dụng để tính toán giá trị tối ưu này theo công thức đã đề ra.

5̅ là trị số trung bình lượng độ nhám bề mặt hoặc mòn điện cực hoặc năng suất bóc tách vật liệu khi nồng độ bột nano ở mức 5; ̅𝑇̅ 𝑜 ̅ ̅𝑛̅

3̅ là trị số trung bình lượng độ nhám bề mặt hoặc mòn điện cực hoặc năng suất bóc tách vật liệu khi thời gian phát xung ở mức 3; ̅𝑇̅ 𝑜 ̅ ̅𝑓̅

2̅ là trị số trung bình độ nhám bề mặt hoặc lượng mòn điện cực hoặc năng suất bóc tách vật liệu khi thời gian ngừng phát xung ở mức

Giá trị ̅𝐼̅𝑃̅ 3 ̅ đại diện cho độ nhám bề mặt trung bình, lượng mòn điện cực hoặc năng suất bóc tách vật liệu khi cường độ dòng điện đạt mức 3 Tương tự, giá trị ̅𝑆̅ ̅𝑉̅ 2 ̅ thể hiện độ nhám bề mặt trung bình, lượng mòn điện cực hoặc năng suất bóc tách vật liệu khi hiệu điện thế ở mức 2 Cuối cùng, 𝑇̅ là giá trị trung bình tổng thể về độ nhám bề mặt, lượng mòn điện cực hoặc năng suất bóc tách vật liệu trong toàn bộ thí nghiệm.

Bảng 4.6 Kết quả so sánh giữa tính toán và thực nghiệm Đặc trưng gia công

Cp5/Ton3/Toff2/IP3/SV2 Cp5/Ton3/Toff2/IP3/SV2 lệch Độ nhám bề mặt Ra

Năng suất bóc tách vật liệu MRR

Giá trị quan hệ xám 0.811 0.701

Kết quả thực nghiệm cho các thông số tối ưu là (Ra)op = 2.127 μm, (TWR)op = 55.874 mg/h và (MRR)op = 265.61 mg/h Để đánh giá độ chính xác của các phép tính, đã tiến hành kiểm chứng với bộ thông số công nghệ xung tối ưu qua 3 lần lặp Các thông số thực nghiệm bao gồm: Cp = 4.0 g/l, Ton = 14 às, Toff = 21 às, IP = 12 A, SV = 4.

V Kết quả thực nghiệm và so sánh với kết quả tính toán tối ưu được thể hiện trong Bảng 4.6.

Kết luận chung

Luận án đã tiến hành nghiên cứu quy trình xung tia lửa điện trong gia công bề mặt trụ ngoài định hình của vật liệu 90CrSi, sử dụng dung dịch điện môi có trộn bột SiC 500 (nm) Đây là nghiên cứu tiên phong về xung điện với bột trộn trong dung dịch điện môi cho bề mặt trụ ngoài định hình Từ kết quả đạt được, các kết luận quan trọng đã được rút ra, đánh dấu những điểm mới trong lĩnh vực này, khẳng định tính độc đáo của luận án.

1 Đã góp phần bổ sung kiến thức về gia công PMEDM nói chung và PMEDM bề mặt trụ ngoài định hình nói riêng.

2 Đã xây dựng thành công hệ thống thí nghiệm PMEDM bề mặt trụ ngoài, cho phép thực hiện được các nghiên cứu thí nghiệm đảm bảo yêu cầu.

3 Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình xung tia lửa điện đến chất lượng bề mặt gia công thông qua độ nhám bề mặt, tốc độ bóc tách vật liệu, và độ mòn của điện cực khi gia công chi tiết có bề mặt trụ ngoài vật liệu 90CrSi qua tôi với dung dịch điện môi có trộn bột SiC khi sử dụng điện cực đồng.

4 Đã đưa ra được bộ các thông thông số công nghệ hợp lý khi xung bao gồm nồng độ bột, thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung, dòng điện, và hiệu điện thế khi gia công bề mặt trụ ngoài nhằm để đạt ba hàm đơn mục tiêu, gồm có: độ độ nhám bề mặt nhỏ nhất, tốc độ bóc tách vật liệu lớn nhất và tốc độ mòn điện cực nhỏ nhất Cụ thể như sau:

- Bộ thông số chế độ xung hợp lý nhằm đạt độ nhám bề mặt nhỏ nhất là: Cp

= 4 (g/l), Ton = 6 (às), Toff = 21 (às), IP = 8 (A), và SV = 4 (V).

- Bộ thông số chế độ xung hợp lý nhằm đạt năng suất bóc tách lớn nhất là: Cp

= 3.5 (g/l), Ton = 6 (às), Toff = 30 (às), IP = 12 (A), và SV = 5 (V).

- Bộ thông số chế độ xung hợp lý nhằm đạt tốc độ mòn điện cực nhỏ nhất là:

Cp = 4 (g/l), Ton = 14 (às), Toff = 21 (às), IP = 4 (A), và SV = 3 (V).

5 Đã xây dựng được các công thức dự đoán giá trị độ nhám bề mặt gia công tối ưu (𝑅̅̅̅𝑎̅ 𝑂𝑃 ), tốc độ bóc tách vật liệu tối ưu (̅𝑀̅ ̅ ̅𝑅̅̅𝑅̅ 𝑂𝑃 ), và độ mòn điện cực tối ưu (̅𝐸̅̅𝑊̅̅̅𝑅̅ 𝑂𝑃 ) (các công thức (3.15), (3.16) và (3.21)).

6 Đã tối ưu hóa đa mục tiêu các thông số công nghệ khi xung bề mặt trụ ngoài bằng thép 90CrSi qua tôi với dung dịch điện môi có trộn bột nano SiC bằng áp dụng phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám với ba hàm đơn mục tiêu là độ nhám bề mặt gia công nhỏ nhất, tốc độ bóc tách vật liệu lớn nhất và tốc độ mũn điện cực nhỏ nhất Bộ thụng số tối ưu là: Cp = 4.0 (g/l), Ton = 14 (às), Toff = 21(às), IP = 12 (A), SV = 4 (V).

Hướng nghiên cứu tiếp theo

Luận án đã điều tra quá trình xung tia lửa điện trong gia công bề mặt trụ ngoài của vật liệu 90CrSi qua quá trình tôi với dung dịch điện môi có trộn bột nano SiC Mặc dù đã đạt được một số kết quả đáng kể, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu thêm để hoàn thiện hơn.

1 Nghiên cứu về quá trình PMEDM khi gia công bề mặt trụ ngoài các loại vật liệu gia công khác nhau như thép dụng cụ SKD11, SKD61, thép HARDOX 500,

2 Nghiên cứu về quá trình PMEDM khi gia công bề mặt trụ ngoài khi sử dụng vật liệu điện cực khác nhau như graphite, Các bit vonfram,

3 Nghiên cứu và đánh giá sâu hơn về ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi xung đến chất lượng của lớp bề mặt sau khi gia công như độ cứng tế vi, lớp biến trắng bề mặt, mức độ bám vào bề mặt gia công của các hạt bột.

4 Nghiên cứu về gia công PMEDM kết hợp với rung động siêu âm.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

1 Thi-Hong Tran, Manh-Cuong Nguyen, Anh-Tung Luu, The-Vinh Do, Thu- Quy Le, Trung-Tuyen Vu, Ngoc-Giang Tran, Thi-Tam Do and Ngoc-Pi Vu;

Electrical Discharge Machining with SiC Powder-Mixed Dielectric: An Effective Application in the Machining Process of Hardened 90CrSi Steel;

Machines (MDPI), July 2020, pp 1-12 (SCIE Q2); https://doi.org/10.3390/machines8030036

2 Tran Thi Hong, Nguyen Manh Cuong, Nguyen Dinh Ngoc, Luu Anh Tung,

Tran Ngoc Giang, Le Thu Quy, Nguyen Thanh Tu, and Do Thi Tam conducted a study on optimizing process parameters in the electrical discharge machining of hardened 90CrSi steel They utilized the Taguchi technique combined with grey relational analysis to enhance machining efficiency and precision Their research, published in Advances in Engineering Research, highlights the effectiveness of multi-objective optimization in improving manufacturing processes.

Application, 2020, vol 178 Springer, pp 572–583 (SCOPUS Q4); https://doi.org/10.1007/978-3-030-64719-3_63

3 Tran Thi Hong, Do Thi Tam Do, The Vinh, Luu Anh Tung, Le Thu Quy,

Thangaraj Muthuramalingam, Vu Ngoc Pi, Nguyen Manh Cuong;

Optimization of PMEDM Parameters for Improving MMR in Machining 90CrSi Steel - A Taguchi Approach; Advances in Engineering Research and

Application - ICERA 2020, vol 178 Springer, pp 648–657 (SCOPUS Q4); https://doi.org/10.1007/978-3-030-64719-3_71

4 Tran Thi Hong, Bui Thanh Danh, Nguyen Van Cuong, Le Hong Ky, Nguyen

Hong Linh, Nguyen Thi Thanh Nga, Tran Ngoc Giang, Nguyen Manh Cuong*; A Study on Influence of Input Parameters on Surface Roughness in

PMEDM Cylindrical Shaped Parts; Materials Science Forum (Volume

1018), January 2021, pp 65-70 (SCOPUS Q4) https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1018.65

5 Tran Thi Hong, Nguyen Hong Linh, Nguyen Van Cuong, Bui Thanh

Danh, Le Hong Ky, Le Thu Quy, Nguyen Manh Cuong, Vu Ngoc Pi, Do Thi Tam*; Effect of Process Parameters on Machining Time in PMEDM

Cylindrical Shaped Parts with Silicon Carbide Powder Suspended Dielectric; Materials Science Forum (Volume 1018), January 2021, pp 97-

102 https://doi.org/10.4028/ www.scientific.net/MSF.1018.97