Gia ông hi tiết khuôn mẫu bằng edm trong môi trường ó bột kim loại ứng tungsten

Trang 1 B GIÁO DỘỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I ỌỘ--- o0o --- HỒNG VĂN TRỌNG, GIA CƠNG CHI TIẾT KHUÔN MẪU BẰNG EDM TRONG MÔI TRƢỜNG DUNG DỊCH CÓ BỘT KIM LOẠI CỨNG TUNGSTEN

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

- o0o -

HOÀNG VĂN TRỌNG,

GIA CÔNG CHI TIẾT KHUÔN MẪU BẰNG EDM TRONG MÔI TRƯỜNG DUNG DỊCH CÓ BỘT KIM LOẠI CỨNG TUNGSTEN

Chuyên ngành: Kỹ thuât cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS KHTS .BÀNH TIẾN LONG

HÀ NỘI - 2016

u c

qu nghiên c u c a lu

b trong b t k công trình khoa h c nào khác

t qu

các thày cô tham gia gi ng d y khóa CTM2014B - i h c Bách Khoa Hà N

trang b cho tôi ki n th c, t o m u ki tôi trong su t quá trình nghiên c u và hoàn thành Lu

cho tôi trong su t th i nghiên c tài Lu

tâm th c nghi m H c vi n K thu t Quân s

thu c Vi n Hàn Lâm Khoa h c và Công ngh

L i

L I C ii

M C L C iii

DANH M C CÁC C M T VI T T T viii

DANH M C B NG BI U ix

DANH M C HÌNH V xi

PH N M U 1

1 Tính c p thi t c tài 1

ng, m ng nghiên c u

2.2 M u

2.3 N i dung nghiên c u 2

u

3 Ý tài 3

NGHIÊN C U T NG QUAN GIA CÔNG B NG TIA L A N 4

1.1 t v 4

1.2 L ch s

1.3 Nguyên lý gia công c ng Tia l a 1.3.1 B n ch n

lý thuy t gia công tia l n

1.3.2.1 B n ch t v t lý c a quá trình phóng tia l n 6

tách v t li u

c tính v n- Các thông s công ngh c a EDM

ng h t v t li u

1.3.2.5 Ch ng b m t gia công b ng EDM 16

1.3.2.6 S n c c 19

1.3.2.7 Ch n môi 22

1.3.2.8 M t s v n c c và v t li m c m

m

1.3.4 ng d ng c

nh hình

1.3.4.2 C t dây 26

c nh b ng EDM ( - EDM) 26

m t v t li u

1.3.5 Nghiên c t và ch ng gia công b n 1.4 K t lu 28

GIA CÔNG B NG TIA L N V I DUNG D MÔI CÓ TR N B T 30

(PMEDM- EDM with Powder-Mixed in Dielectric Fluid) 30

t v 30

ng Tia l n v i dung tr n 31

2.2.2 B n ch c

2.2.3 Các lo i b t h p kim tr n

i c a quá trình EDM khi b t tr n vào dung môi 35

b n c a dung d n môi

l n khe h n

2.2.4.3 Gi m nh p nhô b m t gia công 36

t gia công

2.2.4.5 ng th i nâng cao t và gi m nh p nhô b m t gia công 39

a l p b m t gia công

2.3 K t lu 40

LÝ THUY T V KHUÔN M U, THI T K KHUÔN GIA CÔNG 42

t v 42

lý thuy t v khuôn 42

3.2.1 C u t o c a khuôn 43

3.2.2.Thi t k khuôn 45

3.2.2.1 Các v c n quan tâm khi thi t k khuôn 45

m công ngh c a s n xu t khuôn

3.3 Thi t k khuôn d p vu t chi ti t d ng c c 46

3.3.1 Chi ti t 46

3.3.2 Khuôn 48

3.3.2.2 :

3.3.2.3 V t li u làm khuôn: 50

K t lu 56

XÂY D NG H TH NG THÍ NGHI M KH O SÁT NH NG C A B T TUNGSTEN CARBIDE KHI GIA CÔNG CHI TI T KHUÔN M U (THÉP SKD61) 57

4.1 thí nghi m 57

4.2.Các y u t th c nghi m 57

4.2.1 Máy thí nghi m 57

4.2.2 Dung d n môi 59

4.2.3 V t li u phôi 59

4.2.4 V t li n c c 60

4.2.5 V t li u b t Tungsten carbide 60

4.2.5.1 Thành ph n hóa h c b t tungsten carbide 60

c h t b t tungsten carbide

4.2.6 Các thông s công ngh v n 61

4.2.7 Thi t b i m 61

1 Máy ng 61

c ng t vi 6

3 Máy hi n t quét (SEM) 62

4 Máy quan sát c u trúc m t c t ngang l p b m t 62

5 Máy phân tích thành ph n hóa h c b m t (EDX) 63

4.3 K t lu 4 63

KH O SÁT CH NG B M T SAU GIA CÔNG B NG EDM VÀ PMEDM 64

5.1 Kh o sát ch ng l p b m t khuôn m u sau EDM 64

5.1.1 M 64

5.1.2 K t qu kh o sát 64

5.1.2.1 C u trúc c a l p b m t gia công 64

5.1.2.2 Thành ph n hóa h vi c a l p b m t gia c 5.1.2.3 Kh o sát các v t n t t vi trên b m t gia công 66

5.1.2.4 Kh nhám trên b m t gia công (Ra) 67

5.1.3 Nh n xét 68

5.2 Kh o sát ch ng l p b m t khuôn m u sau PMEDM s d ng b kim lo i Tungsten 68

5.2.1 M 68

5.2.2 K t qu kh o sát 68

5.2.2.1 C u trúc c a l p b m t gia công 68

5.2.2.2 Thành ph n hóa h vi c a l p b m t gia c 5.2.2.3 Kh o sát các v t n t t vi trên b m t gia công 70

5.2.2.4 Kh nhám trên b m t gia công (Ra) 71

5.2.3 Nh n xét 75

5.3 K t lu 76

K T LU N VÀ KI N NGH 78

TÀI LI U THAM KH O 80

-460

Shell EDM Fluid 2

4.6 4.7

6

1 và T1 khi PMEDM 71

1 và T2 khi PMEDM 72

1 và T3 khi PMEDM 72

1 và T4 khi PMEDM 72

2 và T1 khi PMEDM 73

2 và T2 khi PMEDM 73

2 và T3 khi PMEDM 73

2 và T4 khi PMEDM 73

3 và T1 khi PMEDM 74

3 và T2 khi PMEDM 74

3 và T3 khi PMEDM 74

3 và T4 khi PMEDM 75

H Hình 81 : 17

i 20

quá trình EDM[20]. 33

Hình 4.1

Hình 4.2: Máy Xu

thép SKD6

thông s công ngh trong th c t s n xu t ch y u d a vào tài li ng d n c

c t nên hi u qu ng d ng nó c

ch y u là nghiên c u chuy n giao công ngh Vì v ng nghiêncòn khá m i m c ta

Khuôn m u là m t s n ph m ph c t c s d ng p

3 ng d ng k t qu nghiên c nâng cao hi u qu công ngh ch t o

ch ng b m t sau gia công thép làm khuôn SKD61 b

hình có tr n b t Tungsten trong dung d n môi theo các ch tiêu v ch

nhám và n t t vi b m

3 L a ch n thông s công ngh t gia công chi ti t khuôn m u th

ng gi nhám b m t chi ti t sau gia công

4 c và ki m ch ng b ng th c nghi m

5 Nghiên c u ng d ng th c ti n: K t qu nghiên c u s ng d

thi c a PMEDM trong th c ti n s n xu t

- Nghiên c lý thuy t v gia công b ng EDM, PMEDM

- Nghiên c u b ng th c nghi m bao g c:

- Nghiên c u nâng cao hi u qu gia công c a EDM b ng cách tr n b t d n

1.1 t v n

i v i m i n n s n xu t trên th gi i, nghiên c i m i và phát tri n côngngh luôn là m t nhu c u c p bách Trong nghành công nghi

pháp gia công truy n th n, phay, mài,

c u các s n ph m trong th gi i hi i; ngay c khi có s

c a các trung tâm gia công CNC tiên ti t khó ho c không th gia công

c các chi ti t t các v t li u siêu c ng, lâu mòn,thành m ng dùng cho máy bay,

n Th c t i ph i phát tri

Th c ra gia công tia l n không ph i là m

gia công tia l n hi n nay

1.2 L ch s

n (Electric Discharg

Ti ng d ng r ng rãi trong b ngu n cung c p c a máy EDM

EDM Trong th x y ra cu c cách m ng v gia công trên máy cEDM nh vào vi c phát tri n các máy phát xung công su t l n, các lo i dây c t và

c ch n môi h u hi u Hi

i Các máy gia công tia l

ng hóa cao Các h u khi n CNC trên th ng hi

pháp gia công truy n th ng và nó tr ành s l a ch n c a r t nhi u Công ty , tth p

gi i nói chung và 1.3

- ng gia công: Khi gia công ph i s d ng m t ch t l n mô

ng

1.

t m n áp 1 chi u gi n c c, trong quá trình gia công d ng

m t chi u có t n s 20 - 500kHz, kho ng cách khe h nh là 0,02

hóa làm cho chúng tr nên d n, làm xu t hi n tia l n gi

Nhi vùng có tia l n lên r t cao, có th oC, làm nóng ch y, n 12.000

t cháy ph n kim lo i trên c

ion hóa c c m nh và t o nên áp l p r t l y phoi ra kh i vùng gia Toàn b quá trình trên x y ra trong th i gian r t ng n t -4 10 n 10-7 ch

n thì quá trình trên l i di n ra m có kho ng cách g n nh t

Phôi c a quá trình gia công là các gi t kim lo i b tách ra kh n c c

c l i thành nh ng h t nh hình c u Khi các h t này b y ra kh i vùng g

nhau thì s không có hi ng phóng tia l n mà s t o ra 1 dòng ng n m

có h n quá trình gia công N u khe h l n quá thì s không th x y ra s phóng

n là ngu n cung c ng d ng xung Và trong các máy gia công tia l

n thì b ph n quy nh kh

Ngu n cung c p d ng xung   : Th i gian ng t ngu n là kho ng th i gian

c n ti dung d n ly có th khôi ph c l i tr ng thái không d

và s n sàng cho xung gia công ti p theo N u th i gian này không có ho c quá nh

phát tri n thành h quang gây h ng b m t chi ti t và d ng c umong mu n trong quá trình ch t

ch nh kho ng cách xung quá ng n thì s x y ra hi ng xung phía sau s

u trên b m t phôi

Hinh 1.4: S n qua kênh d n

W/mm2) làm cho nhi t ot t i 10.000 C và dung d ch ch n môi b c

c b , áp su t bong bóng s y ch t l

nh t nên ch n môi t o ra m t s c n tr h n ch s l n lên c a kênh ph

tùy thu c vào công d ng Gi o (là th i gian gi a các xung), tr t

cho phép ch n môi thôi ion hóa và có th i gian chuy n phoi ra kh i khe h gi a

không d n M t xung gia công k

xung gia công k ti p theo

Sau hàng lo t xung gia công có ích, v t li u c n c c b

(b ng hay graphite) nên chi ti t d n b u và s mang hình dá

d ng c

li n c c/phôi nên th c ch ng tách v t li u ch ph thu c

n r t l n trong kho u tiên c a s nhân gây ra s nóng ch y r t m nh c

t t i c

ra s nóng ch y và b a v t li u cat

V t li n c c khi ti p xúc v i plasma này m t pha có áp l c cao t i 1kbar

và nhi c c cao t i 10.000oC trong kênh plasma

ng v t li u h thu

i ta nghiên c u m t cách chính xác tu n t theo th i gian c n áp và dòng

n trong lúc trong lúc phóng tia l

nh t c a quá trình gia công

M i máy phát c a thi t b gia công tia l u có nhi m v là cung c

thành nhi t, vì v y lo i máy này ch có hi u su t kho ng 50% Ngày nay các t bù

- n áp phóng tia l e: Khi bn U u phóng tia l

áp t t t Uzxu ng giá tr Ue n áp trung bình trong su t th i gian phóntia l e là m t h ng s v t lý ph thu c vào c p v t lin U n c c/phôi Ue

- Dòng phóng tia l e: Là giá tr trung bình cn I n t kh

nh t e, kèm theo là s n giá tr I t cháy Ie ng l n t i

Nhìn chung Ie càng l ng h t v t li u càng l nhám càng l

n c c l i gi m

- Th i gian phóng tia l e: Là kho ng th i gian gi a lúc bn t u phóng tia l n và lúc ng n (th e trong 1 l n phóng n In)

- kéo dài xung ti: Là kho ng th i gian gi a hai l t c a máyphát trong cùng 1 chu k phóng tia l kéo dài xung ti là t ng c a th i gian

- Kho ng cách xung to: Là kho ng th i gian gi a hai l t c

- S u khi h t v t li u: Khi x y ra s n, trên b m

Khi gia công thô s nhám r t l n, t o ra b m c công tinh B m t càng thô thì tính ch

Hình trên cho ta th y c u trúc t vi c a b m t gia công b ng tia l n Nó

u, nhi u nghiên c u ch ng minh r ng t s c ng kính

bên ch ra s ng ci a t nhám b m t gia công

V v t n t t vi và l p ng nhi t sau khi gia công có th c mô

400 600 800 1000 Hv

1- L p tr ng

2- L p tôi c ng 3-L p ng nhi t 4-L p không ng

Hình 1.9

Hình trên cho th y rõ c u trúc l p b m t phôi và s c ngchúng theo chi u sâu Ta phân bi c các l p và các c

1-L p tr p k t tinh l i, v i các v t n t t vi do ng sunóng l t l p l kéo dài xung te càng l n thì l p này càng dày

2-L p b tôi c ng: v i c u trúc òn, lgi c

i kim lo i n n

Fe3C) trong m t th i gian ng c ng c a l p này gi m so v i l p tôi c ng,

4- i cùng là l p không b ng nhi t Nó tr l c ng

ng c a v t li u n n

Nhi cao sinh ra do s n gây ra nóng ch y và b

rõ ràng là nhi này tác d ng lên tính ch t c a l p m ng (2,5- a bgia công L p ngoài cùng b ngu

n c c và phôi theo b ng sau:

Thô Tinh Thô Tinh

A

B

C D

A

B

C D

B

A

A A

B

A

A A

Thô Tinh Thô

10 20-

20 30-

30 50- 50-100

10 20-

20 30-

30 50- 50-100 100-200

c b mD: V i v t li u c a mi ng gia công là c

phôi Nó ph m b o s cách ly gi n c c v i phôi khi khe h

Ch có m t kho ng cách nh nh t có th có gi n c c và phôi m i cho phép

Ch n môi ph i t o nên nh u ki n t phón

a là nó ph c ion hoá vào th m chu n b phóng tia l

ng kênh plasma, giúp cho s h t v t li u khi phóng tia l n N u xung ng

cho ch n môi d b phân hu thành khí và cacbon t do Khí này s làm m

- c kh khoáng: ch y u dùng cho c t dây

Ngoài ra, trên th ng th gi i v a xu t hi n m t lo i ch n môi

khó nh c b m t tinh sau gia công

nh t cao (gia công

thô)

T(gia công thô) L

- Có các tính ch t nhi t v t lý t d n nhi t, kh

- b n mòn cao, t b n v ng trong gia công tia l

tiêu chu n quan tr ng nh c th hi n b i công th c v b n mòn E:

- Nhóm v t li u phi kim lo i: Graphit

- Nhóm v t li u pha tr n kim lo i-phi kim lo ng-graphit

phôi trong su t quá trình gia công nên không gây bi n d ng chi Ti

tách v t li ng nhi t truy n vào chi Ti t gia công là không l

m t sau EDM không có các v c mà là t p h p c a r t nhi u các v t l

khi làm vi c EDM có th d dàng t ng hóa do r t ít các chuy ng khi gia công

1.3.3.2 

i v t li u dCh

b m t gia công th p Nh p nhô b m t gia công l

li u b phân h y do quá trình công t

trong vi c t o hình b m t các khuôn rèn, khuôn d

b m t gia công làm c i thi ch ng b m t gia công [19], [ 22 

trình EDM

1.3.5

t gia công th n c c liên t c b

th i gian chính xác gia công [14], [15] L p b m ng có tr s nh p

tâm c a các nghiên c u hi n b t thích h p v i dung d

(PMEDM: EDM with Powder-Mixed in Dielectric Fluid), tích h ng vào PMEDM Các k t qu nghiên c u cho th

hi u qu gia công c a EDM

khuôn m u và ch u n ng b i r t nhi u các thông s công ngh

kim lo i ho c h ng vào trong ch chúng xâm

công

(PMEDM- EDM with Powder-Mixed in Dielectric Fluid)

Sau k t qu nghiên c u t ng quan v

thêm m t s y u t vào quá trình gia công này nh m c i thi n ch ng b m t c

s n ph m sau quá trình gia công tia l n M t s tác gi thì dùng b t h p kim

có m t s tính ch t quý khi nó k t h p v i carbon trong dung d n môi cách

n xâm nh p vào b m t chi ti t gia công trong quá trình phóng tia l a n(PMEDM- EDM with Powder-

nhám t t, c u trúc t vi ch u mài cao

dung d n môi hoàn toàn khác v

[13] Các h t b t nh

l n s m Hi n nay r t nhi u các k t qu nghiên c

h p kim v i nh ng h t kim lo i b t cháy trong quá trình xung

inch [19]

Nhi u nghiên c u[6,20-22] miêu t các ng x c a b t thêm vào ch t l nglàm vi c phân tích nh ng các h t b n kho ng cách c a s xu t hi

r t ph c t p Trong khi s hi n di n c a quá nhi u h t b t có th gây ra ho n

không nh và không hi u qu c a quá trình EDM M t yêu c u quá trình gia

ion c a n môi ch t ng và c i thi n chl ng c a b m t phôi[ ] Tuy nh22

b t xu t hi n trong kho ng cách phóng tia l n có th c coi là y u t qua

b n môi ch t l ng Các h t di chuy n v phía m n c c và tr l i m

ng ng phóng n V n t c c a các h t r t cao nên khi m

l p, nhi u chu i h t thu h p kho ng cách trong m t th i gian r t ng n Trong th i gian phóng này, trong vùng lân c n c m phóng các chu i h t dây , chuy

u h t các dây chuy n h t khác vxung ti c thi t l p, s phóng tia l n x y ra sau m t th i gian

m g n nh t Ti p t c th y r ng th i gian phóng tia l n ch m còn g i là th i gian kích ho t là c n thi t cho h t, t o thành cây c u gi a hai

Hình 2.2: ng c a h t b

c a quá trình EDM[20]

B t tr n vào dung d n môi ph m b o các yêu c u : kh

n và d n nhi t t t, không b hòa tan, kh ng riêng không quá l

c ( 100 m) và n 

- Th ng kê t l các lo i b t h c nghiên c u:

Hình 2.3: Th ng kê các lo i b t h c s d ng nghiên c u[24].

2

p N p I

1 2 1

2 2 1

2

i N f

N r

p

p kT E