Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số dao động tới quá trình gia công tia lửa điện

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHNGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ DAO ĐỘNGTỚI QUÁ TRÌNH GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆNLUẬN VĂN THẠC SĨLÊ NGUYỄN H

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ DAO ĐỘNG

TỚI QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LÊ NGUYỄN HOÀNG TÂN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LÊ NGUYỄN HOÀNG TÂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ DAO ĐỘNG

TỚI QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN

MỤC LỤC

Trang Trang tựa

Quyết định giao đề tài

Biên bản chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ - năm 2022

Phiếu nhận xét luận văn thạc sĩ - hướng ứng dụng

1.7 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 18 1.8 Phương pháp nghiên cứu 18

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lý thuyết gia công tia lửa điện 20 2.2 Rung động và thiết bị truyền động áp điện 21

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CƠ CẤU HỖ TRỢ RUNG

ĐỘNG CHO GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN

3.2 Mô hình hóa ý tưởng thiết kế 29 3.3 Thiết kế cơ cấu khớp mềm 30 3.4 Thiết kế các chi tiết khác 39 3.5 Chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh cơ cấu hỗ trợ rung 42

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT

tiêu

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 185/5 Lý Thường Kiệt, Dĩ An, Bình Dương

Điện thoại: 0983 020 667

E-mail: tanlenguyenhoang@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2009 đến 2011

Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Công Thương Tp HCM

Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Cơ khí

2 Cao đẳng:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2011 đến 2013

Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Công Thương Tp HCM

Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Cơ khí

3 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2015 đến 2017

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TpHCM

Ngành học: Công nghệ chế tạo máy

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo máy khắc CNC 3 trục

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 05/07/2017 tại khoa Công nghệ Cơ khí Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TpHCM

Người hướng dẫn: ThS Lý Thanh Hùng

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

2017 - 03/2019 Công ty TNHH Intel Products Việt Nam Kỹ thuật viên bảo trì 04/2019 - nay Công ty TNHH Intel Products Việt Nam Kỹ sư thiết bị quy trình

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 10 năm 2022

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Lê Nguyễn Hoàng Tân

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới giảng viên hướng dẫn là thầy PGS.TS Phạm Huy Tuân, thầy TS Đặng Quang Khoa và NCS Nguyễn Văn Khiển Các thầy không những cung cấp đầy đủ tài liệu, bài báo liên quan mà còn chia sẻ cho tôi rất nhiều kiến thức, công cụ hỗ trợ nghiên cứu Những kiến thức quý báu mà các thầy chia sẻ không chỉ hỗ trợ hoàn thành luận văn mà còn phục vụ thiết thực cho công việc thực tế Tôi cảm thấy thực sự may mắn khi được các thầy hướng dẫn

Ngoài ra, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS Trần Văn Trọn, học viên Nguyễn Thanh Hải và các quý thầy cô Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM đã hỗ trợ về kiến thức cũng như thiết bị cho việc thực hiện nghiên cứu

TÓM TẮT

Gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining-EDM) là quá trình gia công vật liệu dẫn điện bằng cách sử dụng tia lửa điện giữa điện cực và chi tiết gia công khi có chất lỏng điện môi để loại bỏ vật liệu EDM

có một lợi thế lớn trong việc gia công các vật liệu cứng, giòn hoặc có biên dạng phức tạp Tuy nhiên, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thời gian gia công

và chất lượng bề mặt sau khi gia công Một trong những cách hiệu quả để cải thiện quy trình EDM là sử dụng quy trình gia công hỗ trợ rung (Vibration Assisted Machining-VAM) Gia công hỗ trợ rung VAM là một quá trình sử dụng rung động tần số cao biên độ nhỏ được áp dụng cho một công cụ cắt để cải thiện quá trình gia công

Nghiên cứu mô tả quá trình thiết kế và chế tạo một cơ cấu hỗ trợ rung động cho điện cực sử dụng trong quá trình gia công tia lửa điện Cơ cấu hỗ trợ rung động điện cực gồm điện cực đồng, cơ cấu bản lề uốn được thiết kế và tối ưu với độ cứng thích hợp để truyền rung động, bộ truyền động áp điện và hệ thống tạo xung có thể tạo ra rung động với biên độ và tần số được kiểm soát Thí nghiệm được tiến hành với máy EDM AccuteX DS430S CM và gia công phôi thép NAK80 bằng cách thay đổi các thông

số đầu vào của máy như: cường độ dòng điện, thời gian xung mở, thời gian xung tắt… kết hợp với tần số rung, biên độ rung của cơ cấu hỗ trợ rung động Kết quả thí nghiệm được tổng hợp và phân tích để đánh giá ảnh hưởng của thông số dao động đến tỉ lệ loại bỏ vật liệu, độ nhám bề mặt, tỉ lệ mòn điện cực Các kết quả cũng được sử dụng để tìm bộ thông số gia công tối

ưu cho từng mục tiêu riêng lẻ như MRR, TWR hoặc SR Phương trình hồi quy cũng được xây dựng để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu giúp kỹ thuật viên có thể dự đoán đoán được MRR và TWR từ đó chọn được bộ thông số gia công tối ưu

ABSTRACT

Electrical Discharge Machining (EDM) is the process of machining conductive materials by using a serial electric spark between an electrode and the workpiece in the presence of a dielectric fluid to remove the material EDM has a great advantage in machining hard, brittle or complex profiled materials However, there are many factors affecting machining time and surface roughness post-machining One of the effective ways to improve the EDM process is to use Vibration Assisted Machining (VAM) VAM is a process that uses small amplitude and high-frequency vibrations applied to a cutting tool to improve machining

The research describes the process of a vibration support mechanism for electrodes which used in the EDM process is designed and fabricated Vibration support mechanisms include a copper electrode, a flexure hinge designed and optimized with suitable rigidity to transmit vibration, a piezoelectric actuator and pulse generating system that can generate vibration with controlled pitch and frequency The experiment was conducted with the AccuteX DS430S CM EDM machine and processed the NAK80 workpiece by changing the input parameters of the machine such

as discharge current, spark duration, pause time between two sparks…and combination with frequency, amplitude of vibrating electrode mechanism Experiment results were collected and analyzed to evaluate the influence of vibrations on material removal rate, surface roughness, and electrode wear rate The results are also used to find the optimal set of machining parameters for each individual target such as MRR, TWR or SR The regression equation is also built to solve the multi-objective optimization problem so that the technician can predict the MRR and TWR, thereby choosing the optimal set of machining parameters

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

PCD Polycrystalline Diamond

HMP Hybrid Machining Process

VAM Vibration Assisted Machining

EDM Electrical Discharge Machining

EDM Micro Electrical Discharge Machining VAEDM Vibration-Assisted EDM

WEDM Wire Electrical Discharge Machining

WEDM Micro Wire Electrical Discharge Machining PZT Piezoelectric actuator

POM Polyoxymethylene

FEA Finite Element Analysis

RSO Response Surface Optimization

MRR Material Removal Rate

TWR Tool Wear Rate

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Phân loại cơ bản của gia công hỗn hợp

Hình 1.2 Hiệu ứng xảy ra khi nén một vật liệu áp điện

Hình 1.3 Cơ cấu rung: PZT dạng màng tấm mỏng (a), PZT dạng đĩa (b) Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống VAM điển hình

Hình 1.5 Độ bám dính của phoi ảnh hưởng đến độ ổn định gia công trong

quy trình EDM

Hình 1.6 Gia công µ-WEDM khô có hỗ trợ rung

Hình 1.7 Cơ cấu rung siêu âm hỗ trợ gia công

Hình 1.8 Thiết kế bản lề uốn

Hình 1.9 Sơ đồ cơ bản của gia công hỗ trợ rung

Hình 1.10 Ảnh hưởng của rung động và góc độ khoan trong khoan

EDM nghiên

Hình 1.11 Cấu trúc của thiết bị rung trong gia công rãnh hợp kim Titan

Hình 2.1 Nguyên lý gia công ta lửa điện

Hình 2.2 Hiệu ứng áp điện

Hình 2.3 a) Trục cực đối xứng b) Trục cực không đối xứng

Hình 2.4 Cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu PZT

Hình 2.5 Kết cơ học và kết nối điện của các các lớp trong thiết bị truyền

động Piezo

Hình 2.6 Khớp xoay thông thường và khớp đàn hồi

Hình 2.7 Quy trình gia công tiện có rung động hỗ trợ

Hình 2.8 Quy trình gia công phay có rung động hỗ trợ

Hình 3.1 Mô hình động học của cơ cấu hỗ trợ dao động cho gia công tia lửa

điện

Hình 3.2 Mô hình khớp mềm hình hộp chữ nhật

Hình 3.3 Mô hình khớp mềm dạng đĩa

Hình 3.4 Mô hình khớp mềm dạng trụ lò xo

Hình 3.5 Mô hình khớp mềm dạng trụ với khớp zigzag

Hình 3.6 Mô hình khớp mềm dạng trụ với khớp zigzag 3 khớp Hình 3.7 Mô hình khớp mềm dạng trụ với khớp zigzag cặp đối xứng Hình 3.7 Thiết kế khớp mềm được chọn

Hình 3.8 Điều kiện biên của khớp mềm a)Fixed support b)Force Hình 3.9 Bộ thông số kích thước khớp mềm và miền khảo sát

Hình 3.10 Hàm mục tiêu của thiết kế

Hình 3.11 Kết quả tối ưu

Hình 3.12 Khảo sát đối tượng tối ưu được chọn

Hình 3.13 Thiết kế hoàn chỉnh của khớp mềm

Hình 3.13 Mô hình lắp ráp cơ cấu hỗ trợ rung

Hình 3.14 Thiết kế nắp trên

Hình 3.15 Thiết kế trục gá

Hình 3.16 Thiết kế tấm cách điện trên

Hình 3.17 Thiết kế tấm cách điện dưới

Hình 3.18 Thiết kế mũi tiếp xúc

Hình 3.19 Thiết kế tấm che

Hình 3.20 Lắp ráp cơ cấu hỗ trợ rung hoàn chỉnh

Hình 3.21 Mô hình kiểm nghiệm cơ cấu hỗ trợ rung

Hình 3.22 Bố trí kiểm nghiệm cho bộ hỗ trợ rung động

Hình 4.1 Thiết kế và hình ảnh phôi thép NAK80

Hình 4.2 Thiết kế đồ gá định vị phôi

Hình 4.3 Thiết kế và hình ảnh điện cực đồng

Hình 4.4 Máy EDM AccuteX DS-430S CM

Hình 4.5 Máy đo độ nhám bề mặt SJ – 210, Mututoyo

Hình 4.6 Đồ gá thiết bị đo độ nhám

Hình 4.7 Máy đo biên dạng 3D Keyence VK-X1050

Hình 4.8 Cân điện tử MC FHB323

Hình 4.9 Sơ đồ xương cá quy trình gia công tia lửa điện

Hình 4.10 Biểu đồ Pareto đánh giá ảnh hưởng các yếu tố đến quy trình

Hình 4.17 Ảnh hưởng của các thông số gia công đến độ nhám bề mặt trong

gia công VAEDM

Hình 4.18 So sánh tỉ lệ loại bỏ vật liệu MRR giữa EDM và VAEDM

Hình 4.19 Ảnh hưởng tích cực của VAEDM đến tỉ lệ loại bỏ vật liệu

Hình 4.20 So sánh độ mòn điện cực TWR giữa EDM và VAEDM

Hình 4.21 Độ mòn điện cực theo biên độ rung

Hình 4.22 So sánh độ nhám mặt đáy giữa EDM và VAEDM theo biên độ

Hình 4.26 Hệ số 𝑹𝟐 khi sử dụng mô hình Kriging

Hình 4.27 Các biến đầu vào, đầu ra và kết quả đáp ứng cho MRR và TWR Hình 4.28 Đồ thị 3D ảnh hưởng của tần số và biên độ dao động đến các thông số

đầu ra

Hình 4.29 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến các thông số đầu ra Hình 4.30 Lịch sử số lần lặp tìm kiếm giá trị tối ưu

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Lựa chọn ma trận trực giao LN

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của nhôm Al7075

Bảng 3.2 Cơ lý tính và thông số kỹ thuật của nhôm AL7075

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật PZT P – 225.10

Bảng 3.4: Thông số của cảm biến Laser LK – G30

Bảng 3.5: Giá trị thực nghiệm chuyển vị của điện cực theo điện áp và tần

số

Bảng 4.1 Thành phần hóa học thép NAK80

Bảng 4.2 Bảng thông số máy EDM AccuteX DS-430S CM

Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật của máy đo nhám SJ-210

Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật của máy đo biên dạng 3D Keyence VK-X1050 Bảng 4.5: Thông số ký thuật của cân điện tử MC FHB323

Bảng 4.6 Cause and Effect Matrix quy trình EDM

Bảng 4.7 Các nhân tố và mức giá trị

Bảng 4.8 Cấu trúc bảng ma trận trực giao L16

Bảng 4.9 Kết quả 16 thí nghiệm gia công EDM không có rung động hỗ trợ

gia công (EDM)

Bảng 4.10 Kết quả 16 thí nghiệm gia công EDM có rung động hỗ trợ gia

công (VAEDM)

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Gia công hỗn hợp

Với sự tiến bộ của các ngành như hàng không vũ trụ, y sinh, điện tử, môi trường, truyền thông và ô tô, ngày càng nhiều vật liệu tiên tiến đang được phát triển Ngành sản xuất ngày nay đang phải đối mặt với những thách thức từ những vật liệu tiên tiến

và khó gia công đó như Inconel-718, Ti6Al4V, PCD, aluminide γ-Ti, Al2O3, Si3N4, ZrO2, Những vật liệu này đang được gia công không phải bằng các quy trình gia công truyền thống hay bất kỳ quy trình gia công phi truyền thống nào một cách hiệu quả Các nhà khoa học sản xuất đã phát triển một số quy trình gia công, có thể được

sử dụng để gia công những vật liệu tiên tiến như đã đề cập nhưng những quy trình đó không có tính kinh tế Điều này đòi hỏi sự phát triển của quy trình gia công mới hơn bằng cách tận dụng các cơ chế loại bỏ vật liệu của hai hoặc nhiều quy trình gia công Những nỗ lực của các nhà khoa học đã cho ra đời nhận thức mới về công nghệ gia công, hiện được biết đến với tên gọi quy trình gia công hỗn hợp (Hybrid Machining Process-HMP)

Các lý do để phát triển quy trình gia công hỗn hợp (HMP) không chỉ để tận dụng các lợi thế kết hợp hoặc tăng cường lẫn nhau mà còn để tránh hoặc giảm một số tác động bất lợi đến các quá trình gia công khi chúng được áp dụng riêng lẻ

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã mô tả các khả năng gia công, những ưu điểm, nhược điểm, những nỗ lực và phát triển có thể có trong tương lai của quy trình gia công hỗn hợp hiện đại có thể phân thành hai hạng mục chính: kỹ thuật hỗ trợ (Assisted Techniques) và kỹ thuật kết hợp (Combined Techniques):

✓ Kết hợp: trong đó tất cả các quy trình cấu thành đều trực tiếp tham gia vào loại bỏ vật liệu

✓ Hỗ trợ: trong đó chỉ một trong các quy trình tham gia trực tiếp loại bỏ

vật liệu trong khi những quy trình khác chỉ hỗ trợ trong việc loại bỏ

Hình 1.1 Phân loại cơ bản của gia công hỗn hợp [1]

Trong cả hai kỹ thuật trên, ảnh hưởng của các quá trình chảy dẻo, mài mòn cơ học, gia nhiệt, nóng chảy, bay hơi và hòa tan diễn ra và làm thay đổi các điều kiện hóa lý của quá trình gia công và tính chất vật liệu của phôi Bằng cách sử dụng các tương tác khác nhau, các quy trình gia công hỗn hợp chính đang được phát triển trên khắp thế giới Chủ yếu có ba loại tương tác: Tương tác cơ học (Mechanical

Interaction), Tương tác nhiệt (Thermal Interaction) và Hóa chất và Điện hóa

Chemical and Electro-chemical Interaction)

• Tương tác cơ học: Tất cả các phương pháp hoàn thiện cắt, mài và mài mòn đều dựa trên tương tác cơ học của lưỡi cắt của dụng cụ cắt và vật liệu mài mòn với vật liệu phôi Dòng mài mòn và mài mòn tạo ra sự mài mòn trên phôi Tiện, phay và khoan, … tạo ra tác động cắt do biến dạng dẻo của phôi Tia nước áp suất cao, tia nước treo áp suất thấp, tạo ra dòng chảy chất lỏng tác động trên phôi Tuy nhiên, những tương tác cơ học này có một số nhược điểm như nó tạo ra lực cắt cao hơn làm phát sinh nhiệt, mài mòn dụng cụ, các hiệu ứng cơ và nhiệt khác nhau trên bề mặt Độ cứng của các cấu trúc động

học của máy công cụ nên cao hơn để vượt qua lực cắt

• Tương tác nhiệt: Gia công bằng tia Laser (Laser Beam Machining_LBM), Gia công bằng tia điện tử (Electron Beam Machining_EBM), Gia công chùm tia Plasma (Plasma Beam Machining_PBM), Gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining_EDM) và các quá trình nhiệt trong đó vật liệu được loại bỏ qua sự thay đổi pha, bằng cách nấu chảy hoặc hóa hơi vật liệu Việc dẫn hướng và điều khiển chùm tia điện tử, chùm tia laser, chùm tia plasma và điện phóng điện tạo ra các hiệu ứng nhiệt trên bề mặt làm việc để loại bỏ vật liệu để đạt được hình dạng mong muốn Tuy nhiên, hiện tượng thứ cấp liên quan đến chất lượng bề mặt xảy ra trong quá trình gia công, chẳng hạn như nứt vi mô, hình thành vùng ảnh hưởng nhiệt và hình thành các vân do tác động nhiệt là những hạn chế chính

• Tương tác hóa học và điện hóa học: Gia công hóa học (Chemical

Machining_CM), Gia công điện hóa (Electrochemical Machining_ECM), Xung gia công điện hóa (Pulse electrochemical machining_PECM), Đánh bóng điện (Electropolishing_EP) là các quá trình định hình và hoàn thiện dựa trên ứng dụng của sự hòa tan vật liệu sử dụng năng lượng hóa học hoặc điện hóa Là một quá trình loại bỏ kim loại phi cơ học, các quá trình này có khả năng gia công bất kỳ vật liệu dẫn điện nào bất kể chúng là gì các tính chất cơ học, chẳng hạn như độ bền, độ cứng, độ dai và độ giòn Tuy nhiên, những tương tác này không thể loại bỏ vật liệu trơ về mặt hóa học, độ chính xác gia công cũng là một hạn chế

1.2 Gia công có hỗ trợ rung động

1.2.1 Giới thiệu

Gia công hỗ trợ rung là một phần của gia công hỗn hợp trong đó sử dụng rung động từ tần số thấp đến cao với biên độ nhỏ hỗ trợ cho việc gia công các vật liệu cứng hoặc giòn Rung siêu âm cũng được sử dụng trực tiếp trong nhiều gia công tiên tiến ứng dụng để hỗ trợ cơ chế loại bỏ vật liệu Ưu điểm của gia công hỗ trợ rung là giảm

mài mòn và hư hỏng dụng cụ cắt, giảm lực cắt, cải thiện chất lượng bề mặt của sản phẩm, chất lượng hình học tốt hơn và cải thiện năng suất quy trình

Có hai phương pháp tạo rung thường dùng dựa trên hai hiện tượng vật lí là hiện tượng từ giảo và hiện tượng áp điện Phương pháp tạo rung bằng hiệu ứng áp điện được sử dụng phổ biến hơn so với phương pháp từ giảo do có nhiều ưu điểm: tần số làm việc không bị hạn chế và thay đổi dễ dàng, hiệu suất chuyển đổi năng lượng điện-

cơ cao (khoảng 95 %) và không gây tiếng ồn khi làm việc Trong khi đó, đầu rung từ giảo có tần số làm việc bị hạn chế (< 30 kHz) và khó thay đổi, hiệu suất chuyển đổi điện-cơ thấp (< 50 %) và gây tiếng ồn lớn khi làm việc (> 85 dB)

Hiệu ứng áp điện được mô tả như sau: khi tác dụng một lực lên một tấm vật liệu

áp điện sẽ sinh ra một điện áp tại hai cực của tấm Ngược lại, nếu đặt một điện áp đổi lên hai mặt của tấm sẽ gây nên sự thay đổi về biến dạng (hình 1.2)

Hình 1.2 Hiệu ứng xảy ra khi việc nén một vật liệu áp điện

Có hai dạng kết cấu phổ biến tạo rung bằng hiệu ứng áp điện là: kết cấu sử dụng gốm PZT dạng tấm mỏng xếp chồng (hình 1.3a) và kết cấu sử dụng gốm PZT dạng đĩa (hình 1.3b)

(a) (b)

Hình 1.3 Cơ cấu rung: PZT dạng màng tấm mỏng (a), PZT dạng đĩa (b)

1.2.2 Gia công cơ khí có hỗ trợ rung động

Trong nỗ lực để nâng cao hiệu suất gia công đã cho thấy rằng chất lượng gia công

có thể được cải thiện bằng cách sử dụng rung động cho dụng cụ cắt hoặc phôi Gia công có hỗ trợ rung (Vibration Assisted Machining-VAM) được giới thiệu lần đầu vào cuối những năm 1950 và đã được áp dụng trong các quy trình gia công khác nhau, bao gồm cả gia công truyền thống như: tiện, khoan, mài và gần đây là phay… và gia công phi truyền thống như: gia công bằng laser, in 3D, gia công tia lửa điện, và gia công điện hóa… Hiện nay VAM thường được sử dụng trong cơ khí chính xác để sản xuất các bộ phận làm từ các vật liệu có độ cứng cao Gia công hỗ trợ rung động bổ sung năng lượng bên ngoài vào quá trình gia công và tạo ra rung động biên độ thấp, tần số cao cho dụng cụ cắt hoặc phôi, có thể đạt được sự phân tách tuần hoàn giữa phôi chưa cắt và dụng cụ Điều này có thể làm giảm lực cắt gia công trung bình và tạo ra phoi mỏng hơn, do đó dẫn đến hiệu quả xử lý cao, kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, nâng cao chất lượng bề mặt và độ chính xác, đồng thời giảm sự tạo ra gờ trên bề mặt phôi [2-7] Hơn nữa, khi vật liệu cứng và giòn, chẳng hạn như hợp kim titan, gốm và thủy tinh quang học, có thể tăng chiều sâu cắt [8] Do đó, hiệu suất cắt có thể được cải thiện đồng thời tránh được các quá trình xử lý không cần thiết sau gia công, điều này cho phép sản xuất các chi tiết có hình dạng phức tạp hơn [9]

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống VAM điển hình

Chất lượng bề mặt tốt hơn có thể đạt được với rung siêu âm Các phoi ngắn hoặc thậm chí không liên tục có thể được tạo ra do vỡ phoi do cắt hỗ trợ rung động Ngoài

ra, lợi thế của việc cắt hỗ trợ rung là giảm các cạnh và gờ tích hợp trong quá trình cắt hoạt động cắt Tiện hỗ trợ rung cũng có khả năng tạo ra các vi cấu trúc bề mặt được xác định trước mà không cần sử dụng bất kỳ công cụ tạo kết cấu bổ sung nào [10] trong đó, rung động nên được áp dụng theo hướng xuyên tâm hoặc theo hướng tiến dao

Việc khoan được hỗ trợ rung cũng có thể được thực hiện bằng rung dao hoặc phôi

Do động học rung động, lực cắt thấp hơn, phá vỡ phoi tốt hơn và loại bỏ phoi nói chung là đạt được [11] Lực khoan giảm tới 20% đối với biên độ rung cao ở nhiệt độ cao hơn so với khoan thông thường của Ti6Al4V Khoan lỗ sâu có hỗ trợ rung của Inconel 738LC tạo ra lực khoan thấp hơn, độ nhám bề mặt tốt hơn do vỡ phoi [12] Kết quả lực và mômen cũng được giảm bớt trong quá trình khoan có hỗ trợ rung Phay và mài có hỗ trợ rung ít được áp dụng hơn vì sự phức tạp trong động học cấu trúc máy cần thiết cho dạng hình học phức tạp của phôi Biên độ của dao động là một thông số quan trọng cần được tối ưu hóa để đạt được độ nhám bề mặt tốt [13]

1.2.3 Gia công tia lửa điện có hỗ trợ rung động

Trong phương pháp gia công tia lửa điện, phoi được tạo ra, chúng tích lũy trong khe

hở giữa điện cực và phôi Nếu số lượng phoi trong khe hở gia công quá lớn, tính dẫn điện của chất lỏng điện môi tăng lên và xảy ra sự phóng điện bất thường, dẫn đến việc hao mòn điện cực nhanh và làm chậm tốc độ loại bỏ vật liệu (Material Removal Rate-MRR) [14]

Hình 1.5 Độ bám dính của phoi ảnh hưởng đến đến độ ổn định gia

công trong quy trình EDM [14]

Kết quả ở trên liên quan đến sự bám dính giữa phôi và điện cực, cũng như chiều dài phôi Trong hình 1.5, các mảnh phoi có thể là nguồn gốc của hiện tượng này Sự bám dính gây ra chập điện giữa phôi và điện cực, cản trở sự cách điện trở lại của máy EDM Dẫn đến việc điều kiện gia công trở nên không ổn định Máy EDM thường dùng hệ thống điều khiển tốc độ nạp cố định cho hệ thống cấp liệu Khi xảy ra sự bám dính, trục chính được điều khiển để di chuyển theo hướng ngược lại so với hướng cắt

để duy trì khoảng cách giữa phôi và điện cực Vì vậy, thời gian gia công tăng

Cải thiện việc xả phoi trong gia công EDM là trọng tâm của những nghiên cứu trong thập kỷ qua nhằm tăng cường việc loại bỏ các mảnh vụn trong khe hở Các đề tài về ảnh hưởng của rung động tần số cao cho điện cực được áp dụng cho phương pháp gia công EDM đã được tiến hành và một số kết quả đầy hứa hẹn đã được ghi nhận Nó chỉ ra rằng, hỗ trợ rung động làm giảm sự bám dính, cải thiện độ ổn định gia công và giúp giảm thời gian gia công Theo kết quả thí nghiệm, sự gia tăng tần số xả và hạn chế việc di chuyển theo hướng ngược lại bằng cách áp dụng rung động trong quy trình

EDM dẫn đến sự ổn định trong việc bắn điện Người ta kết luận rằng, các mảnh vụn còn lại trong khe hở giữa phôi và điện cực được loại bỏ một cách hiệu quả Takashi Endo và các cộng sự đã báo cáo rằng, việc áp dụng rung động trong quá trình EDM tạo điều kiện cho việc loại bỏ các mảnh vụn trong mỗi chu kỳ gia công, giúp tăng 11% tốc độ loại bỏ vật liệu và điện cực tương đối giảm mòn gần 21% [15]

Với ứng dụng trực tiếp của rung động, các cấu trúc phức tạp có thể được gia công

và tốc độ xử lý được cải thiện Rung tần số thấp chủ yếu làm giảm độ lệch của quy trình, cả về thời gian gia công và độ chính xác hình dạng Tốc độ gia công tăng trong khoảng 10% so với quy trình thông thường Sử dụng tần số siêu âm trực tiếp hỗ trợ

EDM, tốc độ xử lý có thể tăng lên tới 40% Trạng thái khe hở cũng được cải thiện bằng việc cắt giảm những lần phóng hồ quang dài

1.3 Các nghiên cứu về rung động hỗ trợ trong gia công tia lửa điện trong và ngoài nước

1.3.1 Các nghiên cứu trong nước

Phương pháp gia công có hỗ trợ rung ở Việt Nam vẫn còn đang khá mới Mặc dù

đã có một số các công trình nghiên cứu, nhưng việc nghiên cứu gia công có hỗ trợ rung còn hạn chế Các công trình nghiên cứu như:

Nguyễn Văn Dự, Chu Ngọc Hùng công bố "Giải pháp khoan lỗ sâu trên hợp kim nhôm có trợ giúp của rung động tần số thấp" vào năm 2015 [16] Báo cáo này đã giới thiệu một thiết bị tạo rung có kết cấu đơn giản, gọn và rẻ tiền được tích hợp nhằm bổ sung rung động dọc trục với biên độ khoảng 10 micromet, tần số dưới 60Hz, theo phương dọc trục mũi khoan Và khẳng định sự ưu việt của khoan có rung động trợ giúp

Vào năm 2014, Hoàng Trung Kiên và S.H.Yang công bố “Nghiên cứu về ảnh hưởng của các phương pháp hỗ trợ rung động khác nhau trong micro-WEDM”[17] Trong gia công tia lửa điện micro-WEDM (μWEDM), do năng lượng phóng điện rất thấp và thường được thực hiện bởi bộ tạo điện trở-tụ điện (RC) nên quá trình phóng điện rất phức tạp và không thể đoán trước Ngoài ra, do năng lượng phóng điện thấp,

sự phóng điện không ổn định và hiệu suất gia công bị giảm dẫn đến tình trạng xả nước kém trong khe hở rất nhỏ Điều này ảnh hưởng lớn đến năng suất và hạn chế các ứng dụng của WEDM Nghiên cứu này mô tả cách cải thiện hiệu quả gia công của quy trình gia công cắt dây WEDM, bằng cách sử dụng rung động siêu âm Người

ta thấy rằng khi áp dụng rung động vào quy trình WEDM, phóng điện hiệu quả hơn nhiều với ít ngắn mạch hơn Từ kết quả thí nghiệm, người ta quan sát thấy rằng có thể đạt được sự cải thiện lớn hơn khi tác động của rung động lên phôi thay vì dây Với rung động tác dụng lên phôi, hiệu quả gia công có thể tăng 250% so với không rung và 150% so với trường hợp rung dây Ngoài ra, tồn tại một mối liên hệ giữa các thông số rung động, năng lượng và tốc độ tiến dao sao cho EDM ở tốc độ tiến dao không đổi có thể cải thiện hơn nữa hiệu quả gia công

Hình 1.6 Gia công WEDM khô có hỗ trợ rung [17]

Năm 2018, nhóm tác giả Hoàng Trung Kiên, Văn Nguyễn Thịnh Phát, Phạm Lê Đăng Hải cũng công bố nghiên cứu “Thiết kế bản lề uốn sử dụng cho cơ cấu siêu âm

hỗ trợ gia công” [18] Trong đề tài này, một cơ cấu siêu âm hỗ trợ gia công đã được nghiên cứu Cơ cấu này có thể được lắp đặt cho nhiều máy cũng như dùng hỗ trợ quá trình gia công với mục đích cải thiện năng xuất gia công đặc biệt là khả năng gia công

các vật liệu giòn, cứng Trọng tâm của nghiên cứu này là thiết kế của cơ cấu đàn hồi kết hợp với thiết bị áp điện trong một mô-đun rung động Mô-đun sẽ bao gồm một bộ truyền động áp điện, một bản lề uốn, một hệ thống điều khiển và giám sát Thiết kế của bản lề uốn được tối ưu hóa để đạt được mức tối ưu hiệu suất Tần số và biên độ rung động sẽ có thể được điều chỉnh để thích ứng với nhiều quy trình gia công

Hình 1.7 Cơ cấu rung siêu âm hỗ trợ gia công [18]

Năm 2019, nghiên cứu “Thiết kế và chế tạo điện cực rung hỗ trợ rung động cho gia công EDM” [19] của nhóm tác giả: Hoàng Trung Kiên, Tạ Nguyễn Minh Đức, Nguyễn Hoài Nam cũng được công bố Báo cáo mô tả quá trình mà một điện cực rung được thiết kế và chế tạo cho quá trình gia công tia lửa điện có hỗ trợ rung động

Sự rung động điện cực là sản phẩm của bộ truyền động áp điện, uốn bản lề, hệ thống tạo xung (Pulse Generator System_PGS) và điện cực bằng đồng Bộ truyền động áp điện có thể tạo ra rung động với biên độ và tần số được kiểm soát lên đến 500 Hz Các bản lề uốn được thiết kế với độ cứng thích hợp để giúp truyền dao động cho điện cực đồng Sự rung động sẽ giúp cải thiện việc xả các mảnh vụn trong quá trình gia

công và cải tiến quá trình gia công Bản lề uốn được mô hình hóa và phân tích để tối

ưu hóa cấu trúc Các thí nghiệm điều tra của điện cực rung được tiến hành và các kết quả thí nghiệm cũng được phân tích và được trình bày trong báo cáo Nghiên cứu cho thấy các yếu tố được kiểm soát ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt, đặc biệt là điện đầu vào điện áp thấp (Low Voltage_LV) Bề mặt gia công tăng độ nhám khi LV tăng Điều này là do tia lửa năng lượng đầu vào cao gây ra đường kính lớn hơn và các

hố xả sâu hơn Trong trường hợp đầu vào điện áp cao (High Voltage_HV), sự hiện diện của rung động đã cải thiện tình trạng xả giúp quá trình xả có thể dễ dàng hơn Quá trình phóng điện được hưởng lợi từ sự hỗ trợ rung động như trong trường hợp của chu kỳ xả Chu kỳ phóng điện có thể giảm để giảm độ nhám bề mặt nhưng không ảnh hưởng đến thời gian gia công Điều này giúp giảm năng lượng đầu vào và tiết kiệm chi phí cho quá trình gia công Nó cũng có thể thấy rằng độ nhám thấp nhất ở

độ rung biên độ 3 µm và tần số 200 Hz

Hình 1.8 Thiết kế bản lề uốn [19]

1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Thành phần rất cơ bản của gia công có hỗ trợ rung là bộ truyền động áp điện Lấy giai đoạn này làm điểm khởi đầu, nhiều thiết kế của bộ truyền động áp điện đã được phát triển thành các yêu cầu ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như tiện hỗ trợ rung, phay, khoan, mài, gia công phóng điện (EDM) Công nghệ gia công hỗ trợ rung đã được nghiên cứu bởi nhiều nhóm tác giả Tất cả các đề tài này phân tích theo các cách khác nhau về khái niệm, thiết kế động lực học, đặc điểm và hành vi của rung động bằng cách xem xét việc tạo bề mặt, tuổi thọ công cụ và tốc độ loại bỏ vật liệu

Gia công hỗ trợ rung đã trở thành một phương pháp nổi tiếng và nhiều nhà nghiên cứu đã cho ra đời các thiết kế phù hợp với ứng dụng của họ Ví dụ, cắt vật liệu cứng

và giòn hiện đã trở nên phổ biến với sự trợ giúp của cắt rung Một số nhà máy có các thành phần đa chức năng như thấu kính Fresnel hoặc quang học cấu hình khác nhau khác đòi hỏi các hình thức chính xác cao hơn và lực cắt thấp hơn có thể đạt được với

sự trợ giúp của cắt rung Nhiều công ty liên kết với hàng không vũ trụ hoặc sản xuất linh kiện quang học đang xem xét việc tiện kim cương để có hiệu quả cao hơn Tiện kim cương có hỗ trợ rung là một quá trình sử dụng máy cắt kim cương mặt đất chính xác có khả năng định vị nanomet để tạo ra các hình dạng gần như không có lỗi (trong phạm vi micromet của những gì mong muốn) với bề mặt chất lượng cao (độ nhám ở quy mô nanomet) Với sự trợ giúp của chuyển động hỗ trợ rung, độ dẻo cao và độ gãy của kim cương tạo ra một công cụ giữ được sự đồng đều, sắc nét trên khoảng cách cắt kéo dài lên đến hàng km (Ikawa, 1991) [20]

Quy trình cải thiện EDM bằng cách sử dụng các điện cực với mặt cắt không tròn hoặc cấu trúc mảng cùng phương pháp hỗ trợ dao động phôi tần số cao đã giới thiệu

và thực nghiệm bởi Hao Tong, Yong Li và Yang Wang vào năm 2008[21] Phôi rung với tần số 6 kHz với biên độ 3 µm đã được chứng minh làm tăng hiệu suất gia công lên 18 lần và độ chính xác về kích thước cải thiện 10,5 µm

Trong nghiên cứu của Garn, Schubert và Zeidler vào năm 2010 [22] để cải thiện quy trình của EDM bằng cách áp dụng các rung động cho thấy thời gian gia công được giảm đáng kể Rung động giảm hoặc loại bỏ độ trễ gia công trên bề mặt phôi trong quá trình khởi động là một phần quan trọng tiết kiệm thời gian gia công Năm 2016 Eckart Uhlmann và David Carlos Domingos đã trình bày một phân tích chi tiết về ảnh hưởng của EDM hỗ trợ rung động đến việc gia công làm kín các khe trong hợp kim đúc niken MAR-M247 sử dụng điện cực than chì [23] Các phân tích thống kê cho thấy rằng biên độ dao động là nhân tố chính và tích cực ảnh hưởng đến kết quả quá trình gia công, bao gồm tốc độ loại bỏ vật liệu và tốc độ gia công ngắn hơn Các biên độ rung tần số thấp hiệu quả hơn về điều kiện xả tốt hơn đạt được thông

qua rung động của điện cực Các bộ phận được sản xuất bằng công nghệ EDM hỗ trợ rung động, áp dụng cả điện cực than chì EDM-3 và HK-6, phù hợp với các yêu cầu, với bề mặt độ nhám Ra <6,4 µm, vết nứt nhỏ chiều dài dưới 102 µm EDM hỗ trợ rung động cải thiện điều kiện xả ở độ sâu gia công cao, loại bỏ cả các mảnh vụn và hạt mài mòn từ khe hở gia công và do đó làm tăng hiệu quả quá trình gia công Số lượng phóng điện ở độ sâu cao với việc áp dụng rung động trên điện cực hiệu quả hơn quá trình gia công mà không có bất kỳ rung động nào Điều này giải thích rung động giúp quá trình gia công ổn định và hiệu quả hơn liên thông qua đánh giá việc loại bỏ vật liệu

Năm 2016 Goiogana và các cộng sự cũng trình bày các thí nghiệm trên thép hợp kim tôi luyện 1.2344 (X40CrMoSiV5-1) [24] bằng cách sử dụng phương pháp EDM với điện cực đồng Ảnh hưởng của rung động với 2 chế độ rung đến độ nhám bề mặt

và tính đồng nhất của độ nhám đã được nghiên cứu Nghiên cứu chứng minh rung động giúp quá trình gia công đạt được sự phân bố đồng nhất hơn của phoi trong toàn

bộ khu vực gia công, điều này dẫn đến độ nhám bề mặt đồng nhất hơn và độ bóng cao Độ nhám bề mặt đạt được khi không có rung động trong quá trình gia công EDM

đã giảm 14% ở trung tâm của khu vực được gia công và 20% ở viền

Hình 1.9 Sơ đồ cơ bản của gia công hỗ trợ rung [24]

Năm 2016 Liao và Liang cũng đã công bố nghiên cứu về hiệu quả của khoan

EDM bằng cách cho điện cực nghiêng kết hợp với sự rung động của điện cực theo hướng dọc [25] Người ta thấy rằng cho ăn nghiêng hoặc dao động dọc trục của điện cực dẫn đến sự gia tăng độ sâu của lỗ được khoan so với phương pháp cấp liệu ngang, cải thiện đáng kể thu được khi cả hai được áp dụng đồng thời Máy khoan EDM nghiêng được hỗ trợ rung là được đề xuất và hiện thực hóa bằng cách sửa đổi một trục thông thường máy khoan EDM Cả hai hướng cho khoan nghiêng lên trên và hướng xuống đều có lợi Cho khoan bằng cách nghiêng 15° hướng lên dẫn đến sự cải thiện lớn nhất của độ sâu khoan như so với cho khoan ngang Sự rung động dọc trục của điện cực có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của khoan EDM Các thông số rung động thích hợp là tần số 250 Hz và biên độ 4 μm Nghiêng 10° và cho ăn hướng xuống

là tốt nhất khi sự rung động của điện cực được kết hợp Trong hợp kim nhôm 6061, phương pháp này tăng 75% độ sâu khoan so với cách cho ăn ngang thông thường

Hình 1.10 Ảnh hưởng của rung động và góc độ khoan trong khoan EDM

nghiêng [25]

Trong báo cáo của Tsai và các cộng sự vào năm 2018 về gia công tia lửa điện có rung động hỗ trợ của rảnh bằng hợp kim Titan [26] Các mẫu hợp kim titan (Ti-6Al-4V) được gia công bằng hai phương pháp khác nhau: EDM thông thường và EDM

hỗ trợ rung động (Vibration-Assisted EDM – VAEDM), sử dụng vật liệu điện cực công cụ bằng đồng, đồng-vonfram và than chì Các thông số đầu ra như tốc độ loại

bỏ vật liệu, tốc độ mòn điện cực dụng cụ, và độ nhám bề mặt của các mẫu đã được

so sánh trong gia công VAEDM được thực hiện ở 40Hz, 90Hz và 140Hz Kết quả thử nghiệm cho thấy tỷ lệ loại bỏ vật liệu với VAEDM tốt hơn so với EDM không hỗ trợ rung với điện cực đồng và đồng vonfram Trong nghiên cứu này, tần số rung động được tìm thấy có giá trị tối ưu là 90Hz đối với độ nhám bề mặt Người ta thấy rằng thời gian gia công cho rãnh sâu 10 mm với VAEDM đã giảm 200% so với EDM không có rung hỗ trợ

Hình 1.11 Cấu trúc của thiết bị rung trong gia công rãnh hợp kim

Titan [26]

1.4 Tính cấp thiết của đề tài

Phương pháp gia công có hỗ trợ rung động được nghiên cứu nhiều trên thế giới và

đã áp dụng trên một số thiết bị gia công với nhiều loại vật liệu mà trước nay không thể gia công bằng các phương pháp thông thường Tuy nhiên, hiện tại ở Việt Nam các vấn đề nghiên cứu về gia công có hỗ trợ rung còn hạn chế, các thiết bị, dụng cụ được sản xuất ở nước ngoài có giá thành cao

Với tình hình trên đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số dao động tới quá trình gia công tia lửa điện”, là cần thiết, góp phần phục vụ công tác nghiên cứu và phổ biến công nghệ gia công trên vật liệu cứng và giòn trong chế tạo cơ khí của Việt Nam hiện nay Trong nghiên cứu này, việc thiết kế, chế tạo một cơ cấu hỗ trợ rung động tối ưu cho gia công tia lửa điện được trình bày và thực hiện Việc thử nghiệm

nhằm thiết lập mối quan hệ khoa học giữa các biến quy trình như tần số rung, biên độ rung, cường độ dòng diện, thời gian mở và tắt xung …và các kết quả như tỉ lệ loại bỏ vật liệu, độ nhám bề mặt, độ mòn của điện cực Sau đó, thông qua các kết quả thí nghiệm sự ảnh hưởng của dao động được đánh giá, chế độ gia công tối ưu của gia công tia lửa điện cũng được tìm ra

1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

1.5.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đề tài góp phần bổ sung và hoàn thiện thêm các kiến thức về gia công phi truyền thống, đặc biệt là gia công tia lửa điện trên vật liệu có độ cứng cao với sự trợ giúp của rung động

Khẳng định được ảnh hưởng của rung động quá trình gia công tia lửa điện thông qua các chỉ tiêu đánh giá về tốc độ cắt, độ mòn điện cực, độ nhám bề mặt gia công trên vật liệu có độ cứng cao

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Công tác nghiên cứu tạo ra các thiết bị, máy móc hiện đại, luôn được ưu tiên hàng đầu trong việc cải tiến năng suất, việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số dao động đến quá trình gia công nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiễn Dựa trên kết quả thu được có thể áp dụng trực tiếp vào sản xuất để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí gia công bằng phương pháp khác trên vật liệu cứng, giảm chi phí dụng cụ cắt

1.6 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

1.6.1 Mục tiêu chung

Tổng hợp, đánh giá và phân tích những nghiên cứu về ứng dụng rung động trong gia công tia lửa điện trong và ngoài nước từ đó định hướng mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu về các cơ chế, thiết bị truyền động áp điện và các ứng dụng của chúng Tổng hợp nội dung từ các nguồn liên quan như tài liệu tham khảo, internet, phần mềm, … để chọn lọc và so sánh

Lựa chọn phương án phù hợp để nghiên cứu từ các phương án được đề xuất

Tạo mẫu một cơ cấu hoàn chỉnh của mô đun hỗ trợ rung động, sau đó thử nghiệm

cơ cấu với các chế độ mong muốn với các thiết bị đo thích hợp

Đánh giá và lựa chọn các thông số đầu vào có ảnh hưởng đến quá trình gia công

để phục vụ cho việc nghiên cứu

Thí nghiệm quá trình gia công tia lửa điện có dao động và không có dao động hỗ trợ

Đánh giá ảnh hưởng của rung động tới quá trình gia công đồng thời tìm ra thông

số gia công tối ưu và hướng phát triển đề tài

1.7 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.7.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là quá trình gia công tia lửa điện có hỗ trợ rung động

1.7.2 Phạm vi nghiên cứu

Thiết kế, tối ưu và chế tạo một cơ cấu đàn hồi kết hợp với bộ truyền động áp điện tạo thành một mô đun hỗ trợ rung động, nhằm phục vụ cho quá trình gia công tia lửa điện

Để hỗ trợ cho quá trình thí nghiệm ảnh hưởng của dao động đến quá trình gia công tia lửa điện các thông số đầu vào của quy trình EDM cũng như tần số rung, biên độ rung thích hợp được đánh giá và lựa chọn Gia công được tiến hành các trường hợp

có dao động và không có dao động hỗ trợ, các kết luận và đánh giá kết quả có được sau khi gia công

Các thí nghiệm được thực hiện trên máy gia công tia lửa điện tại xưởng thực hành của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TpHCM với đầu gia công được thiết kế có hỗ

trợ rung động

1.8 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu tài liệu bao gồm nghiên cứu sách báo, tài liệu, đề tài có liên quan đến phương pháp gia công tia lửa điện có hỗ trợ rung Dựa vào các bài báo khoa học uy tín cho những thông tin xác thực và mới nhất trên thế giới cũng như trong nước, góp phần làm cơ sở để phát triển đề tài

Phương pháp thiết kế, mô phỏng và tối ưu hóa trên các phần mềm cơ khí như: Inventor, SolidWorks, Labview, ANSYS

Phương pháp phân tích: Sau khi đã tham khảo các tài liệu và có được các số liệu cần thiết thì việc phân tích các số liệu, các tài liệu có liên quan là việc hết sức cần thiết Phương án thiết kế tối ưu cũng được tìm thông qua phân tích và so sánh Phương pháp chế tạo, thực nghiệm và đánh giá: Hoàn thiện cơ cấu và thử nghiệm trên các đối tượng nghiên cứu từ đó có được số liệu và tiến hành đánh giá bằng việc

sử dụng phần mềm Minitab

1.9 Kế hoạch nghiên cứu

Kế hoạch nghiên cứu được thực hiện theo các bước sau:

1 Tổng quan về các phương pháp gia công hỗn hợp và gia công có hỗ trợ rung động cũng như các nghiên cứu đã được công bố trong và ngoài nước

2 Cơ sở lý thuyết về gia công tia lửa điện, rung động và thiết bị tạo rung động, cơ cấu đàn hồi và các ứng dụng, lý thuyết quy hoạch thực nghiệm

3 Sử dụng các phần mền cơ khí như Inventor, SolidWorks và Ansys WorkBench

để thiết kế cơ cấu và tối ưu hóa thiết kế

4 Tiến hành gia công và kiểm nghiệm sau gia công để đảm bảo các thiết kế đúng yêu cầu đề ra, tiến hành điều chỉnh nếu có thiết kế nào chưa đạt yêu cầu

5 Sử dụng phần mềm Minitab để thiết kế thí nghiệm, tiến hành thực nghiệm, ghi nhận kết quả và đánh gía kết quả

6 Viết báo cáo tổng kết