luận án tiến sĩ 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

DANH MĀC KÝ HIÆU, CHĀ CÁI VI¾T TÂT EDM – Electrical discharge machining Gia công bÅng tia lĉa đián CNC - Computer Numerical Control ĐiÅu khiÇn sá bÅng máy tính PMEDM – Powder mixed elec

VIÆN NGHIÊN CĄU C¡ KHÍ

NguyÅn M¿nh C°ãng

BÀ M¾T TRĀ NGOÀI THÉP 90CrSi VàI DUNG DàCH ĐIÆN MÔI

VIÆN NGHIÊN CĄU C¡ KHÍ

Đ¾N QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TIA LþA ĐIÆN BÀ M¾T TRĀ NGOÀI

LâI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bá nhċng nái dung đ°ÿc trình bày trong luÁn án này

đ°ÿc nghiên cąu bçi bÁn thân tôi d°ãi sč h°ãng d¿n khoa hãc căa ThÅy PGS.TS Vũ Ngãc Pi và ThÅy PGS.TS Lê Thu Quý Trć nhċng phÅn tham khÁo đã đ°ÿc

ghi rõ trong luÁn án, các sá liáu, kÃt quÁ nêu trong luÁn án là trung thčc và ch°a tćng đ°ÿc ai công bá trong bÃt kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

LâI CÀM ¡N

ĐÇ hoàn thành LuÁn án TiÃn sĩ này, ngoài sč cá gÃng nß lčc căa bÁn thân, tôi đã nhÁn đ°ÿc sč đáng viên và giúp đỡ rÃt lãn căa nhiÅu thÅy giáo, cô giáo và tÁp thÇ nghiên cąu khoa hãc

Tr°ãc tiên, tôi xin đ°ÿc bày tß lòng biÃt ¢n sâu sÃc tãi tÁp thÇ ng°åi h°ãng d¿n khoa hãc PGS.TS Vũ Ngãc Pi và PGS.TS Lê Thu Quý, nhċng ng°åi thÅy đã

tÁn tình h°ãng d¿n, đánh h°ãng nghiên cąu, đào t¿o và chß bÁo tôi trong suát quá trình nghiên cąu

Tôi xin trân trãng cÁm ¢n lãnh đ¿o Vián Nghiên cąu C¢ khí và Trung tâm Đào t¿o thuác Vián Nghiên cąu C¢ khí cũng nh° Ban giám hiáu, Ban chă nhiám khoa C¢ khí căa Tr°ång Đ¿i hãc Kā thuÁt Công nghiáp, Đ¿i hãc Thái Nguyên đã t¿o mãi điÅu kián thuÁn lÿi cho tôi trong suát quá trình hãc tÁp, hoàn thành luÁn án

ĐÇ có đ°ÿc nhċng kÃt quÁ nh° ngày hôm nay, tôi xin trân trãng cÁm ¢n sč giúp đỡ nhiát tình căa cán bá, công nhân căa Doanh nghiáp t° nhân C¢ khí chính xác Thái Hà và Công ty cá phÅn Phā tùng Máy sá 1, trung tâm Thí nghiám thčc hành khoa C¢ khí, tr°ång Đ¿i hãc Kā thuÁt Công nghiáp đã giúp đỡ tôi hoàn thành các công viác liên quan đÃn thí nghiám, thčc nghiám và đo đ¿c

Tôi muán cÁm ¢n sč hß trÿ giúp đỡ vô t° căa b¿n bè, đßng nghiáp t¿i Bá môn C¢ sç ThiÃt kà máy và Robot, khoa C¢ khí, Tr°ång Đ¿i hãc Kā thuÁt Công nghiáp Thái Nguyên đã dành nhċng điÅu kián thuÁn lÿi đÇ tôi hoàn thành luÁn án căa mình Cuái cùng tôi gĉi låi cÁm ¢n và biÃt ¢n sâu sÃc tãi gia đình, nhċng ng°åi đã luôn đáng viên, chia s¿ giúp đỡ tôi vÅ mÁt tinh thÅn trong suát thåi gian qua

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Nghiên cąu sinh

NguyÅn M¿nh C°ãng

NguyÅn M¿nh C°ãng

1 Tính cÃp thiÃt căa đÅ tài 1

2 Đái t°ÿng, māc tiêu nghiên cąu căa đÅ tài 4

2.1 Đái t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu 4

2.2 Māc tiêu nghiên cąu 5

1.1.2 Nguyên lý gia công tia lĉa đián 10

1.1.3 Các d¿ng căa gia công bÅng tia lĉa đián 12

1.2 ¯u nh°ÿc điÇm căa gia công tia lĉa đián 15

1.3 Các thông sá công nghá căa gia công xung đián 16

1.4 Nng suÃt, chÃt l°ÿng bÅ mÁt và đá chính xác gia công 19

1.5 Ph°¢ng pháp gia công tia lĉa đián có trán bát - PMEDM 22

1.6 Táng quan tình hình nghiên cąu vÅ EDM và PMEDM 24

1.6.1 Tình hình nghiên cąu trong n°ãc 24

1.6.2 Tình hình nghiên cąu vÅ EDM và PMEDM trên thà giãi 26

KÃt luÁn ch°¢ng 1 37

CH¯¡NG 2 MÔ HÌNH THČC NGHIàM GIA CÔNG TIA LĈA ĐIàN CÓ TRàN BàT TRONG DUNG DàCH ĐIàN MÔI CHI TIÂT TĆ THÉP 90CrSi QUA TÔI VÀ XÂY DČNG Hà THàNG THÍ NGHIàM 39

2.1 Mô hình nâng cao hiáu quÁ quá trình PMEDM 39

2.1.1 S¢ đß và c¢ sç căa nghiên cąu quá trình gia công tia lĉa đián có trán bát 39

2.1.2 Chãn thông sá đÅu vào 40

2.2 Há tháng thí nghiám 41

2.2.1 Máy xung đián 42

2.2.2 Phôi thí nghiám 43

2.2.3 Đián cčc thí nghiám 44

2.2.4 Bát trán vào dung dách đián môi 45

2.2.5 Dung dách đián môi 46

2.2.6 BÇ chąa dung dách đián môi 47

2.2.7 Thông sá vÅ đián 48

2.2.8 Thông sá và nßng bát SiC trán vào dung dách đián môi 48

2.3 ThiÃt bá đo, kiÇm tra 48

2.3.1 Cân đián tĉ 48

2.3.2 Máy đo đá nhám bÅ mÁt gia công 49

2.3.3 Máy đo tãa đá CMM 50

2.3.4 Kính hiÇn vi đián tĉ quét (SEM/EDX) Jeol JMS 6490 51

KÃt luÁn ch°¢ng 2 51

CH¯¡NG 3 NGHIÊN CĄU THČC NGHIàM ÀNH H¯æNG CĂA CÁC THÔNG Sà CÔNG NGHà ĐÂN Đà NHÁM BÄ MÀT, NNG SUÂT BÓC TÁCH VÀ Đà MÒN ĐIàN CČC KHI GIA CÔNG XUNG ĐIàN THÉP 90CrSi VâI DUNG DàCH

ĐIàN MÔI CÓ TRàN BàT SiC 53

3.3.1 Ành h°çng căa các thông sá đÅu vào quá trình xung đÃn đá nhám bÅ mÁt 60

3.3.2 Ành h°çng căa các thông sá đÅu vào quá trình xung đÃn nng suÃt bóc tách vÁt liáu 72

3.3.3 Ành h°çng căa các thông sá đÅu vào quá trình xung đÃn tác đá mòn đián cčc 81

KÃt luÁn ch°¢ng 3 91

CH¯¡NG 4 TàI ¯U HÓA ĐA MĀC TIÊU CÁC THÔNG Sà CÔNG NGHà KHI XUNG THÉP 90CrSi QUA TÔI VâI DUNG DàCH ĐIàN MÔI CÓ TRàN BàT NANO SiC 93

4.1 ĐÁt vÃn đÅ 93

4.2 Khái quát vÅ ph°¢ng pháp Taguchi và phân tích quan há xám 93

4.3 Tái °u đa māc tiêu khi xung bÅ mÁt trā đánh hình vãi dung dách đián môi có trán bát bÅng ph°¢ng pháp Taguchi và phân tích quan há xám 94

4.3.1 Xây dčng c¢ sç dċ liáu d°ãi d¿ng mÁng trčc giao 94

4.3.2 Phân tích quan há xám 95

KÃt luÁn ch°¢ng 4 105

KÂT LUÀN CHUNG VÀ H¯âNG NGHIÊN CĄU TIÂP THEO 107

1 KÃt luÁn chung 107

2 H°ãng nghiên cąu tiÃp theo 108

DANH MĀC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HâC ĐÃ CÔNG Bà 110

TÀI LIàU THAM KHÀO 111

PHĀ LĀC 119

DANH MĀC KÝ HIÆU, CHĀ CÁI VI¾T TÂT

EDM – Electrical discharge machining Gia công bÅng tia lĉa đián

CNC - Computer Numerical Control ĐiÅu khiÇn sá bÅng máy tính PMEDM – Powder mixed electrical

discharge machining

Gia công bÅng tia lĉa đián có trán bát

vào dung dách đián môi

WEDM– Wire Electrical discharge machining Gia công bÅng cÃt dây tia lĉa đián EDG - Electrical Discharge Grinding Mài xung đián

MRS – Material removal speed Tác đá bóc tách vÁt liáu MRR – Material removal rate Nng suÃt bóc tách vÁt liáu

TWR – Tool wear rate Tác đá mòn dāng cā (đián cčc)

EWR - Electrode wear rate Tác đá mòn đián cčc

MSD - Mean square displacement Táng nghách đÁo bình ph°¢ng trung bình căa các giá trá đo

SEM - scanning electron microscopy Kính hiÇn vi đián tĉ quét SR – Surface roughness Đá nhám bÅ mÁt

GRA - Grey relational analysis Phân tích quan há xám S/N - Signal to Noise ratio Tÿ sá tín hiáu/nhißu ANOVA - Analysis of variance Phân tích ph°¢ng sai

RSM - Response surface methodology Ph°¢ng pháp bÅ mÁt đáp ąng

Ton - Pulse on time Thåi gian phát xung (µs)

Toff - Pulse off time Thåi gian ngćng phát xung (µs) IP – Peak current C°ång đá dòng phóng đián (A) SV - Servo voltage Đián áp/Hiáu đián thà phóng đián (V)

Cp – Powder concentration Nßng đá bát (g/l)

DANH MĀC HÌNH VẼ

Hình 1.7 Sơ đồ mô tả quan hệ điện áp, dòng điện và thời gian xung trong 17

Hình 1.10 Minh họa quá trình phóng điện cÿa phương pháp EDM và PMEDM 23 Hình 1.11 Hình ảnh chi tiết gia công có bề mặt trụ định hình được gia công

Hình 1.12 Đồ thì ảnh hưởng cÿa cường độ dòng điện tới MRR, Ra, TWR 27 Hình 1.13 Đồ thì ảnh hưởng cÿa thời gian phát xung đến MRR, Ra, TWR 28 Hình 1.14 Đồ thị ảnh hưởng cÿa nồng độ bột graphite tới MRR, TWR và WR 28 Hình 1.15 Đồ thị giữa MRR, TWR và tỉ số mòn điện cực với các māc nồng độ

Hình 1.19 Sự thay đổi độ cāng tế vi lớp bề mặt khi sử dụng bột Ti trong PMEDM 34 Hình 1.20 Sơ đồ phân loại các thông số chính cÿa quá trình gia công PMEDM 35

Hình 1.21 Biểu đồ thống kê māc độ phổ biến cÿa các loại bột trong PMEDM 36

Hình 3.2 Đồ thị ảnh hưởng chính cÿa các yếu tố đến ýþ khi xung 63 Hình 3.3 Biểu đồ ảnh hưởng cÿa nồng độ bột SiC đến độ nhám bề mặt khi xung 63

Hình 3.5 Dạng sóng điện áp và dòng điện khi xung không trộn bột (a) và trộn

Hình 3.7 Hình ảnh cấu trúc và chiều dày lớp biến trắng trên bề mặt gia công 67 Hình 3.8 Đồ thị ảnh hưởng chính cÿa các yếu tố đến tỉ số S/N cÿa Ra khi xung 70

Hình 3.11 Đồ thị ảnh hưởng chính cÿa các thông số đầu vào khi xung đến �㕴�㕹�㕹 76 Hình 3.12 Biểu đồ năng suất bóc tách với các māc nồng nồng độ bột 76

Hình 3.14 Đồ thị chuyển đổi Johnson cho MRR 80 Hình 3.15 Đồ thị ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào đến TWR qua các māc

Hình 3.16 Đồ thị ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào đến tỉ số S/N cÿa TWR 87

Hình 4.1 Đồ thị các ảnh hưởng cÿa các thông số chính đến mục tiêu chung 100

DANH MĀC BÀNG BIÂU

Bảng 1.1 Các loại bột thông dụng dùng cho PMEDM và đặc trung vật lý cÿa

Bảng 2.2 Thành phần hóa học cÿa mẫu thí nghiệm thép 90CrSi 44

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật cÿa dầu xung Total Diel MS7000 46 Bảng 3.1 Các māc thí nghiệm cÿa các thông số đầu vào Cp, Ton, Toff, IP và

Bảng 3.2 Kế hoạch thí nghiệm và kết quả thí nghiệm xung theo các thông số

Bảng 3.3 Độ nhám bề mặt gia công āng với các thông số đầu vào khác nhau 60

Bảng 3.5 Māc độ ảnh hưởng cÿa các yếu tố đến ýþ khi xung 62 Bảng 3.6 Chiều dày lớp biến trắng khi xung không trộn bột 68

Bảng 3.9 Māc độ ảnh hưởng cÿa các yếu tố đến tỉ số S/N cÿa Ra khi xung 69 Bảng 3.10 Tốc độ bóc tách vật liệu và S/N āng với các thông số đầu vào

Bảng 3.11 ANOVA giá trị ýýý khi xung 74 Bảng 3.12 Māc độ ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào khi xung đến ýýý 75

Bảng 3.13 Tốc độ mòn điện cực và S/N āng với các thông số đầu vào khác

Bảng 3.14 Kết quả phân tích (ANOVA) ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào

Bảng 3.15 Thā tự ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào đến TWR 83 Bảng 3.16 Kết quả phân tích (ANOVA) ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào

Bảng 3.17 Thā tự ảnh hưởng cÿa các thông số đầu vào đến tỉ số S/N cÿa

Bảng 4.1 Ma trận trực giao các thông số đầu vào và kết quả đầu ra 94 Bảng 4.2 Tỉ số S/N và giá trị chuẩn hóa Z cÿa Ra, MRR và TWR 96 Bảng 4.3 Hệ số quan hệ xám và trị số quan hệ xám trung bình 99 Bảng 4.4 Māc độ ảnh hưởng cÿa các thông số đến hệ số quan hệ xám 100

PHÄN Mä ĐÄU

1 Tính cÃp thi¿t căa đÁ tài

Gia công bÅng tia lĉa đián (tên tiÃng Anh là Electrical Discharge Machining - EDM) nói chung và gia công xung đián nói riêng đã đ°ÿc phát minh, nghiên cąu và phát triÇn cÁi tiÃn tć nhiÅu thÁp kÿ gÅn đây Cho đÃn nay, đây là mát trong nhċng công nghá gia công tiên tiÃn phá biÃn nhÃt trên thà giãi Nó là mát ph°¢ng pháp rÃt hiáu quÁ trong viác gia công chi tiÃt là vÁt liáu d¿n đián, có đá cąng cao (tć cąng đÃn siêu cąng) và khó gia công nh° các chi tiÃt máy trong đáng c¢ máy bay, tua bin phát đián, dāng cā cÃt, khuôn m¿u ĐÁc biát là các chi tiÃt có bÅ mÁt, hình dáng phąc t¿p mà ph°¢ng pháp gia công cÃt gãt truyÅn tháng khó hoÁc gÅn nh° không thÇ thčc hián đ°ÿc [1] Ph°¢ng pháp EDM sĉ dāng nng l°ÿng nhiát cao phát sinh theo nguyên lý phóng đián giċa hai đián cčc âm – d°¢ng làm tan chÁy, hóa h¢i vÁt liáu bÅ mÁt gia công Ph°¢ng pháp gia công này không bá ràng buác bçi đá cąng giċa dāng cā và phôi, không phát sinh lčc cÃt nên không có rung đáng, ąng suÃt c¢ hãc, tiÃng ßn trong quá trình gia công Tuy nhiên, ph°¢ng pháp EDM còn mát sá nh°ÿc điÇm c¢ bÁn nh°: không gia công đ°ÿc vÁt liáu không d¿n đián; nng suÃt bóc tách vÁt liáu thÃp; dāng cā đián cčc bá mòn nhanh d¿n đÃn giÁm đá chính xác kích th°ãc chi tiÃt gia công Bên c¿nh đó, chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công không cao, đÇ l¿i trên bÅ mÁt gia công lãp trÃng có cÃu trúc, đá cąng, ąng suÃt d° khác vãi lãp kim lo¿i nÅn nên th°ång phÁi có thêm nguyên công gia công tinh sau khi gia công EDM [2-4] ĐiÅu này là nguyên nhân làm tng giá thành gia công căa ph°¢ng pháp EDM

Nhċng nm gÅn đây, đã có nhiÅu nghiên cąu cÁ ç trong và ngoài n°ãc nhÅm đ°a ra các giÁi pháp vÅ cÁi thián các chß tiêu kinh tÃ, kā thuÁt căa quá trình gia công EDM nh°: Tái °u hóa các thông sá công nghá gia công; lča chãn, phái hÿp cÁp vÁt liáu hÿp lý giċa phôi và đián cčc; đÁc biát là chãn vÁt liáu bát có cỡ h¿t nhß ç mąc micro hoÁc nano đÇ trán vào dung dách đián môi Trong nhċng giÁi pháp trên, tiÃn

hành EDM vãi trán bát d¿n đián vào dung dách đián môi (tên tiÃng Anh là Powder Mixed Electrical Discharge Machining – PMEDM) là giÁi pháp cho kÃt quÁ rÃt khÁ quan Bián pháp này đã và đang đ°ÿc quan tâm nhiÅu trong sá các nghiên cąu vÅ EDM [5-8]

Các kÃt quÁ nghiên cąu vÅ PMEDM cho thÃy khi sĉ dāng bián pháp này có thÇ cÁi thián đßng thåi cÁ nng suÃt và chÃt l°ÿng căa quá trình gia công, nâng cao tuái bÅn căa đián cčc [2, 3, 9-11] PMEDM đÃn nay không phÁi là ph°¢ng pháp công nghá mãi, tuy nhiên các kÃt quÁ công bá vÅ ph°¢ng pháp này cho đÃn nay còn ch°a nhiÅu (so vãi các công bá vÅ các ph°¢ng pháp gia công truyÅn tháng) Bên c¿nh đó, còn nhiÅu vÃn đÅ vÅ quá trình gia công này cÅn đ°ÿc làm rõ nh°: vÁt liáu, kích th°ãc, nßng đá căa bát; nguyên lý gia công; các thông sá công nghá Chính vì vÁy, viác nghiên cąu vÅ c¢ sç lý thuyÃt cũng nh° tái °u hóa và phát triÇn ąng dāng căa ph°¢ng pháp này đã và đang là h°ãng nghiên cąu đ°ÿc nhiÅu nhà khoa hãc cÁ trong và ngoài n°ãc quan tâm

æ n°ãc ta hián nay, ph°¢ng pháp EDM đ°ÿc sĉ dāng khá nhiÅu trong các doanh nghiáp sÁn xuÃt c¢ khí vća và nhß Các máy gia công EDM nh° máy cÃt dây tia lĉa đián, máy xung đánh hình, và máy đāc lß tia lĉa đián phÅn lãn đ°ÿc nhÁp khẩu tć Đài Loan, Trung Quác hoÁc là các máy đã qua sĉ dāng tć NhÁt BÁn, Đąc& Quá trình gia công EDM có nhiÅu thông sá công nghá vãi ph¿m vi thay đái ráng [12] Trong sÁn xuÃt, viác lča chãn các thông sá công nghá căa quá trình này th°ång dča vào tài liáu h°ãng d¿n đi kèm theo máy hoÁc theo kinh nghiám thčc tà nên hiáu quÁ căa quá trình EDM còn h¿n chà Bên c¿nh đó, nhċng nghiên cąu chuyên sâu vÅ EDM ç n°ãc ta còn ch°a nhiÅu hoÁc chß dćng l¿i ç khai thác các vÁt liáu gia công, vÁt liáu đián cčc cā thÇ Vì vÁy, đÇ sĉ dāng có hiáu quÁ các thiÃt bá EDM vÅ cÁ kinh tà và kā thuÁt nhÅm tng khÁ nng c¿nh tranh căa các sÁn phẩm c¢ khí nói chung và sÁn phẩm c¢ khí đ°ÿc gia công bÅng ph°¢ng pháp EDM nói riêng trong

bái cÁnh hái nhÁp và c¿nh tranh khác liát hián nay đòi hßi cÅn có các công trình nghiên cąu theo h°ãng nâng cao hiáu quÁ căa gia công căa EDM

Cho đÃn nay, các nghiên cąu vÅ EDM tÁp trung theo các h°ãng nh° nâng cao nng suÃt, chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công; nâng cao tuái bÅn căa đián cčc; hoÁc nâng cao c¢ tính bÅ mÁt gia công vv& Các nghiên cąu vÅ PMEDM đã sĉ dāng nhiÅu lo¿i vÁt liáu bát khác nhau nh° Si, SiC, Al, W, C, Cu, Ti, Al2O3, WC, TiC&, vãi các lo¿i đián cčc khác nhau nh° đßng thau, đßng đß, hÿp kim đßng –vonphram,

các bít vonphram, graphit&, và vãi các vÁt liáu gia công khác nhau nh° SKD61,

SKD11, SKH54, SKH51, AISI01, SKT4, [2, 3, 8, 13] Các nghiên cąu đã chß ra rÅng, bát SiC và đián cčc đßng đß đ°ÿc sĉ dāng khá phá biÃn [14, 15] Thêm vào đó, nghiên cąu vÅ PMEDM đã khẳng đánh viác sĉ dāng vÁt liáu bát hÿp hÿp lý, kÃt hÿp vãi các thông sá công nghá gia công phù hÿp sÁ nâng cao đßng thåi cÁ vÅ nng suÃt gia công, giÁm đá nhám bÅ mÁt và cÁi thián c¢ tính lãp bÅ mÁt gia công

Nghiên cąu vÅ gia công PMEDM cho thÃy đây là lĩnh včc rÃt phąc t¿p bçi có sá l°ÿng các thông sá công nghá lãn và chúng có Ánh h°çng rÃt khác nhau đÃn các hàm māc tiêu Đã có nhiÅu công cā, ph°¢ng pháp tái °u đ°ÿc sĉ dāng trong lĩnh včc này nh° ph°¢ng pháp m¿ng n¢ron nhân t¿o, ph°¢ng pháp bÅ mÁt chß tiêu,& PhÅn lãn các nghiên cąu đã thčc hián cho các bài toán tái °u đ¢n māc tiêu [16] Tuy nhiên, hiáu quÁ tái °u PMEDM sÁ tát h¢n nÃu là tái °u đa māc tiêu

Trong thčc tà sÁn xuÃt, có nhċng chi tiÃt có bÅ mÁt trā đánh hình nh° chày dÁp thuác viên đánh hình, chày đát thép tÃm đánh hình VÁt liáu căa nhċng chi tiÃt này th°ång là các thép hÿp kim dāng cā nh° SKD11, SKD61, SKH51, 90CrSi& Đây là nhċng chi tiÃt khó gia công nÃu sĉ dāng các ph°¢ng pháp gia công truyÅn tháng, đÁc biát khi chúng có bÅ mÁt ç d¿ng không lßi ĐÇ gia công nhċng chi tiÃt này, trên thà giãi th°ång sĉ dāng ph°¢ng pháp phay cao tác (micro milling) Tuy nhiên ph°¢ng pháp này đòi hßi sĉ dāng máy phay cao tác có tác đá trāc chính cao Thêm vào đó, nng suÃt căa ph°¢ng pháp này cũng không cao vì tác đá cÃt th°ång

khá thÃp khi gia công vãi dāng cā cÃt có đ°ång kính nhß æ Viát Nam th°ång sĉ dāng ph°¢ng pháp gia công nguái đÇ gia công các chi tiÃt d¿ng này Gia công nguái là ph°¢ng pháp cho nng suÃt thÃp, chÃt l°ÿng gia công không án đánh và phā thuác nhiÅu vào tay nghÅ căa thÿ nguái Vì nhċng lý do nêu trên nên gia công chi tiÃt có bÅ mÁt trā đánh hình bÅng ph°¢ng pháp EDM là mát giÁi pháp khá hiáu quÁ

Cho đÃn nay đã có mát sá nghiên cąu ąng dāng gia công EDM đÇ gia công các chi tiÃt vÁt liáu 90CrSi (mát lo¿i vÁt liáu đ°ÿc sĉ dāng khá phá biÃn trong các ngành khuôn m¿u) có bÅ mÁt trā đánh hình Các nghiên cąu này đã cho thÃy hiáu quÁ cao khi sĉ dāng EDM đÇ gia công các chi tiÃt này - cÁ nng suÃt cũng nh° chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công đÅu đ°ÿc cÁi thián [17, 18] Tuy nhiên, đÃn nay ch°a có nghiên cąu nào vÅ PMEDM đái vãi các chi tiÃt d¿ng này làm bÅng vÁt liáu là thép dāng cā 90CrSi

Tć nhċng phân tích trên, NCS đã chãn h°ãng nghiên cąu gia công PMEDM vãi chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình vãi vÁt liáu thép 90CrSi vãi đÅ tài <Nghiên cứu Ánh 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”

2 Đßi t°ÿng, māc tiêu nghiên cąu căa đÁ tài 2.1 Đßi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu

Đái t°ÿng nghiên cąu quá trình PMEDM chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình các chi tiÃt cỡ nhß Ph¿m vi nghiên cąu đ°ÿc giãi h¿n cho chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình kích th°ãc lãn nhÃt không quá 20 mm; vÁt liáu chi tiÃt thép dāng cā 90CrSi qua tôi; sĉ dāng đián cčc xung vãi vÁt liáu đßng đß, gia công EDM vãi dung dách đián môi trán bát SiC kích th°ãc 500 nm Nghiên cąu đ°ÿc thčc hián trên máy xung tia lĉa đián – là lo¿i máy th°ång dùng đÇ chà t¿o các chi tiÃt trong sÁn xuÃt thčc tÃ

2.2 Māc tiêu nghiên cąu 2.2.1 Māc tiêu chung

Nghiên cąu Ánh h°çng căa các thông sá công nghá căa quá trình PMEDM sĉ dāng bát SiC, đián cčc xung là đßng đß đÃn nng suÃt (cā thÇ là nng suÃt bóc tách vÁt liáu, l°ÿng mòn đián cčc), đá nhám bÅ mÁt gia công khi xung chi tiÃt vÁt liáu thép 90CrSi qua tôi có biên d¿ng trā đánh hình Qua đó đ°a ra chà đá xung hÿp lý (hay tái °u) khi PMEDM vÁt liáu 90CrSi qua tôi bÅng đián cčc đßng vãi dung dách đián môi có trán bát SiC

2.2.2 Māc tiêu cā thÃ

- Nghiên cąu Ánh h°çng căa các thông sá công nghá căa quá trình PMEDM gßm: hiáu đián thà (SV); c°ång đá dòng phóng đián (IP); thåi gian phát xung (Ton); thåi gian ngćng phát xung (Toff); nßng đá bát SiC (Cp) đÃn đá nhám bÅ mÁt gia công (Ra) khi xung bÅ mÁt trā ngoài vãi vÁt liáu 90CrSi và đián cčc xung là đßng đß và đ°a ra bá thông sá công nghá gia công hÿp lý đÇ đ¿t đá nhám bÅ mÁt gia công tát nhÃt

- Nghiên cąu Ánh h°çng căa các thông sá công nghá căa quá trình PMEDM trong điÅu kián nh° trên đÃn nng suÃt bóc tách vÁt liáu (MRR) và đ°a ra bá thông sá công nghá hÿp lý nhÅm đ¿t nng suÃt bóc tách tát nhÃt

- Nghiên cąu Ánh h°çng căa các thông sá công nghá căa quá trình PMEDM đÃn tác đá mòn đián cčc (TWR) và đ°a ra bá thông sá công nghá hÿp lý nhÅm đ¿t tác đá mòn đián cčc nhß nhÃt

- Nghiên cąu tái °u hóa đa māc tiêu các thông sá công nghá căa quá trình PMEDM nói trên nhÅm đ¿t đßng thåi đá nhám bÅ mÁt (Ra) nhß, nng suÃt bóc tách vÁt liáu (MRR) lãn và tác đá mòn đián cčc (TWR) nhß

- Đánh giá Ánh h°çng căa viác trán bát nano SiC vào dung dách đián môi đÃn hiáu quÁ quá trình PMEDM chi tiÃt biên d¿ng trā đánh hình cỡ nhß

3 Ph°¢ng pháp nghiên cąu

Sĉ dāng ph°¢ng pháp nghiên cąu lý thuyÃt kÃt hÿp vãi thčc nghiám; sĉ dāng các kā thuÁt phân tích tháng kê và phát triÇn mô hình thčc nghiám, trong đó:

Nghiên cąu lý thuyÃt: nghiên cąu táng hÿp c¢ sç lý thuyÃt vÅ EDM, PMEDM và các kÃt quÁ thuác vÅ lĩnh včc nghiên cąu căa đÅ tài

Nghiên cąu thčc nghiám: thčc nghiám gia công PMEDM theo các thông sá công nghá xác đánh vãi hàm māc tiêu vÅ đá nhám bÅ mÁt, nng suÃt bóc tách vÁt liáu cũng nh° l°ÿng mòn đián cčc, thông qua các b°ãc:

- Xây dčng há tháng thí nghiám; - TiÃn hành thčc nghiám;

- Phân tích kÃt quÁ và tái °u hóa

Sĉ dāng ph°¢ng pháp Taguchi và ph°¢ng pháp phân tích quan há xám cho bài toán đ¢n māc tiêu và đa māc tiêu

4 Ý ngh*a khoa hãc và thăc tiÅn căa đÁ tài 4.1 Ý ngh*a khoa hãc

LuÁn án đã góp phÅn hoàn thián thêm các kiÃn thąc vÅ quá trình PMEDM, đÁc biát kiÃn thąc vÅ PMEDM chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình Cā thÇ:

- Góp phÅn làm rõ Ánh h°çng căa các thông sá công nghá (hiáu đián thÃ, c°ång đá dòng phóng đián, thåi gian phát xung, thåi gian ngćng phát xung và nßng đá bát) đÃn đá nhám căa bÅ mÁt gia công, nng suÃt bóc tách vÁt liáu, và tác đá mòn đián cčc khi xung bÅ mÁt trā căa chi tiÃt vãi vÁt liáu là thép 90CrSi qua tôi có trán bát nano SiC trong dung dách đián môi

- Đã đ°a ra đ°ÿc các công thąc dč đoán nhám bÅ mÁt, tác đá bóc tách và tác đá mòn đián cčc khi PMEDM vãi các chà đá xung hÿp lý

- Chß ra đ°ÿc hiáu quÁ căa viác PMEDM khi sĉ dāng bát nano SiC và đián cčc đßng đÇ gia công chi tiÃt có biên d¿ng trā đánh hình

4.2 Ý ngh*a thăc tiÅn

- ĐÅ tài đã ąng dāng thành công ph°¢ng pháp PMEDM đÇ gia công chi tiÃt có biên d¿ng trā đình hình kích th°ãc nhß khi sĉ dāng bát nano SiC và đián cčc đßng KÃt quÁ có thÇ áp dāng trčc tiÃp cho các c¢ sç sÁn xuÃt c¢ khí khi gia công các sÁn phẩm chày dÁp thuác viên nén (hoÁc chày dÁp thép tÃm) có biên d¿ng trā đánh hình đÇ nâng cao hiáu quÁ căa quá trình gia công

- KÃt quÁ căa luÁn án có thÇ dùng làm tài liáu tham khÁo cho các nghiên cąu khoa hãc vÅ quá trình PMEDM

4.3 Nhāng đóng góp mái căa luÁn án

- LÅn đÅu tiên đã ąng dāng thành công ph°¢ng pháp PMEDM đÇ gia công chi tiÃt có biên d¿ng trā đình hình kích th°ãc nhß khi sĉ dāng bát nano SiC và đián cčc đßng

- Nghiên cąu đã đánh giá Ánh h°çng căa mát sá thông sá công nghá trong quá trình xung tia lĉa đián đÃn đá nhám bÅ mÁt gia công, tác đá bóc tách vÁt liáu, và đá mòn căa đián cčc khi gia công bÅ mÁt trā ngoài vÁt liáu 90CrSi qua tôi sĉ dāng dung dách đián môi có trán bát SiC vãi đián cčc xung là đßng

- Đã giÁi đ°ÿc các bài toán tái °u hóa đ¢n māc tiêu đÇ đ°a ra đ°ÿc bá các thông thông sá công nghá hÿp lý khi PMEDM bao gßm nßng đá bát, thåi gian phát xung, thåi gian ngćng phát xung, c°ång đá dòng đián, và hiáu đián thà khi gia công bÅ mÁt trā ngoài nhÅm đ¿t đ°ÿc các māc tiêu sau: đá nhám bÅ mÁt nhß nhÃt, tác đá bóc tách vÁt liáu lãn nhÃt và tác đá mòn đián cčc nhß nhÃt

- Nghiên cąu đã xây dčng đ°ÿc các công thąc thčc nghiám đÇ dč đoán giá trá đá nhám bÅ mÁt, tác đá bóc tách vÁt liáu tái °u, và đá mòn đián cčc khi PMEDM vãi các chà đá công nghá hÿp lý

- Đã giÁi đ°ÿc bài toán tái °u hóa đa māc tiêu các thông sá công nghá khi xung bÅ mÁt trā ngoài bÅng thép 90CrSi qua tôi vãi dung dách đián môi có trán bát nano SiC bÅng áp dāng ph°¢ng pháp Taguchi và phân tích quan há xám vãi ba hàm đ¢n māc tiêu là đá nhám bÅ mÁt gia công nhß nhÃt, tác đá bóc tách vÁt liáu lãn nhÃt và tác đá mòn đián cčc nhß nhÃt

5 Bß cāc căa luÁn án

LuÁn án gßm các phÅn: Mç đÅu; 4 ch°¢ng; kÃt luÁn chung và h°ãng nghiên cąu tiÃp theo; phÅn phā lāc

Ch°¢ng 1: Táng quan vÅ ph°¢ng pháp gia công bÅng tia lĉa đián

Ch°¢ng 2: Mô hình nâng cao hiáu quÁ quá trình PMEDM và xây dčng há tháng thí nghiám

Ch°¢ng 3: Nghiên cąu thčc nghiám Ánh h°çng căa các thông sá công nghá đÃn đá nhám bÅ mÁt, nng suÃt bóc tách và đá mòn đián cčc khi gia công xung đián thép 90CrSi vãi dung dách đián môi có trán bát SiC

Ch°¢ng 4: Tái °u hóa đa māc tiêu các thông sá công nghá khi xung thép 90CrSi qua tôi vãi dung dách đián môi có trán bát SiC

CH¯¡NG 1 TàNG QUAN VÀ PH¯¡NG PHÁP GIA CÔNG B¾NG TIA LþA ĐIÆN

1.1 Ph°¢ng pháp gia công b¿ng tia lÿa điÇn 1.1.1 Lách sÿ phát triÃn

Gia công bÅng tia lĉa đián (EDM – Electrical Discharge Machining) là ph°¢ng pháp gia công không truyÅn tháng đ°ÿc sĉ dāng phá biÃn nhÃt trong gia công c¢ khí hián nay [19, 20] Ngußn gác xa x°a căa ph°¢ng pháp này đ°ÿc cho là do nhà khoa hãc ng°åi Anh là Joseph Priestly phát hián ra vào nm 1770 khi chąng kiÃn sč mòn vÁt liáu do hián t°ÿng phóng đián gây ra TiÃp đó, sau nhiÅu nghiên cąu, hai nhà khoa hãc B R Lazarenko và N I Lazarenko căa Nga đã điÅu khiÇn thành công sč hình thành các tia lĉa đián đÇ gia công kim lo¿i, và nm 1943 hã đã đ°a ra s¢ đß cÃu trúc căa máy EDM sĉ dāng m¿ch Lazarenko [21] Lo¿i m¿ch này đã liên tāc cÁi tiÃn và đ°ÿc ąng dāng ráng rãi trong bá ngußn cung cÃp căa máy EDM Nhċng nm 1950, các kā thuÁt viên căa Mā sĉ dāng m¿ch đián điÅu khiÇn servo đÇ điÅu chßnh khoÁng cách giċa đián cčc và phôi khi gia công các áng chân không [22] Nhċng nm 1970, gia công trên máy cÃt dây EDM đã có nhċng b°ãc tiÃn lãn do đã t¿o đ°ÿc các máy phát xung công suÃt lãn, gia công cÃt dây vãi các lo¿i dây cÃt khác nhau và viác sĉ dāng chÃt đián môi hiáu quÁ h¢n Tuy nhiên, chß tãi nhċng nm 1980 vãi sč xuÃt hián căa máy EDM - Computer Numerical Control (CNC) thì hiáu quÁ căa ph°¢ng pháp này mãi đ°ÿc khẳng đánh Vãi sč cÁi tiÃn liên tāc, các máy EDM ngày nay đã làm viác ngày càng án đánh Thêm vào đó, quá trình gia công đ°ÿc điÅu khiÇn bçi há tháng điÅu khiÇn thích nghi nên nng suÃt và chÃt l°ÿng gia công EDM không ngćng đ°ÿc nâng lên Vì thà d¿ng gia công này đ°ÿc sĉ dāng ngày càng ráng rãi trong gia công c¢ khí trên thà giãi nói chung và ç Viát Nam nói riêng

1.1.2 Nguyên lý gia công tia lÿa điÇn

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

Hình 1.1 là s¢ đß nguyên lý gia công bÅng xung đián S¢ đß gia công này bao gßm:

- Dụng cụ trong gia công EDM: vÁt liáu sĉ dāng làm đián cčc có nhiÅu lo¿i

khác nhau nh° đßng (Cu), hÿp kim đßng – kÁm (Cu-Zn), nhôm (Al), graphite & trong đó Cu và graphite là hai lo¿i đ°ÿc sĉ dāng phá biÃn h¢n cÁ [24] VÁt liáu làm đián cčc trong gia công EDM đÅu có đÁc điÇm là có tính d¿n đián tát và dß gia công t¿o hình chính xác Viác chãn lo¿i vÁt liáu đián cčc phù hÿp sÁ cho nng suÃt bóc tách vÁt liáu cao, l°ÿng mòn đián cčc nhß, và giá thành gia công thÃp [24] Trong gia công EDM, đián cčc có thÇ mang đián tích âm hoÁc d°¢ng Viác lča chãn phân cčc âm hay d°¢ng tùy thuác vào ąng dāng cā thÇ (gia công tinh hoÁc gia công thô) và các yÃu tá nh° vÁt liáu dāng cā, vÁt liáu gia công, c°ång đá dòng đián và thåi gian phát xung [11]

- Chi tiết gia công: VÁt liáu chi tiÃt trong gia công EDM phÁi có tính d¿n

đián KhÁ nng d¿n đián, d¿n nhiát, điÇm nóng chÁy, đá cąng căa vÁt liáu chi tiÃt

gia công Ánh h°çng đÃn nng suÃt và chÃt l°ÿng gia công Chi tiÃt gia công vãi vÁt liáu có điÇm nóng chÁy càng cao và khÁ nng d¿n nhiát càng nhß thì nng suÃt bóc tách vÁt liáu càng thÃp [25] Bên c¿nh đó, đá cąng căa chi tiÃt gia công cũng có Ánh h°çng đÃn nng suÃt và đá nhám bÅ mÁt gia công [26]

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

- Dung dịch điện môi: Trong gia công EDM, dung dách đián môi có tác dāng

điÅu khiÇn quá trình phóng đián, làm nguái bÅ mÁt chi tiÃt gia công cũng nh° bÅ mÁt đián cčc và hóa rÃn phoi Không chß thÃ, nó còn có chąc nng cuán phoi ra khßi vùng gia công và đ°a vào há tháng lãc, hÃp thā và giÁi phóng nng l°ÿng nhiát Tính chÃt cách đián căa dung dách đián môi có Ánh h°çng lãn đÃn hián t°ÿng đián phân giċa dāng cā và phôi trong suát quá trình gia công Dung dách đián môi trong gia công EDM cÅn đÁm bÁo các yêu cÅu sau: có tính án đánh lâu dài; khÁ nng cách đián thÃp; có thÇ phāc hßi nhanh sau khi bá tia lĉa đián đánh thăng; có khÁ nng làm nguái và cuán phoi tát Trong quá trình gia công, dung dách đián môi đ°ÿc phun vào khe hç phóng tia lĉa đián (khe hç giċa đián cčc và chi tiÃt gia công) Đ°ång kính vòi phun dung dách đián môi và áp suÃt phun Ánh h°çng đÃn khÁ nng lo¿i bß khí, cuán phoi đi và duy trì nhiát đá án đánh căa dung dách đián môi d°ãi điÇm cháy [11] Thêm vào đó, l°u l°ÿng và lo¿i dung dách đián môi có Ánh h°çng đÃn l°ÿng mòn đián cčc, nng suÃt bóc tách vÁt liáu và chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công

[12, 24] Trong gia công EDM, dung dách đián môi đ°ÿc sĉ dāng phá biÃn nhÃt là dÅu và n°ãc (hình 1.2) [15]

1.1.3 Các d¿ng căa gia công b¿ng tia lÿa điÇn

Gia công EDM có các d¿ng chă yÃu sau: gia công xung đián, gia công cÃt dây tia lĉa đián, c°a tia lĉa đián, mài tia lĉa đián, khoan tia lĉa đián

Gia công xung điện chìm: tên tiÃng Anh là die-Sinking EDM D¿ng gia công

này th°ång đ°ÿc gãi là gia công xung đián S¢ đß căa nó thÇ hián trên hình 1.1 Đây là d¿ng gia công đ°ÿc dùng phá biÃn nhÃt căa EDM Trong gia công này, bÅ mÁt đián cčc có hình d¿ng là âm bÁn căa bÅ mÁt gia công D¿ng gia công này đ°ÿc sĉ dāng ráng rãi đÇ gia công bÅ mÁt các hác, các d¿ng khuôn nh° khuôn rèn, khuôn dÁp, khuôn đúc&

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

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

Machining (viÃt tÃt WEDM) Đây là mát d¿ng đÁc biát căa gia công xung đián

Ph°¢ng pháp này sĉ dāng mát dây cÃt chuyÇn đáng liên tāc và đóng vai trò mát đián cčc Chi tiÃt gia công đ°ÿc đÁt trên bàn máy và chuyÇn đáng theo đ°ång bao theo 2 ph°¢ng trong mÁt phẳng nÅm ngang (hình 1.3)

Gia công bÅng cÃt dây có thÇ t¿o đ°ÿc bÅ mÁt 2D và 3D phąc t¿p Dây cÃt làm bÅng vÁt liáu d¿n đián và có đ°ång kính tć 0,05÷0,3 (mm) [23] Dây cÃt có hai lo¿i – phă và không phă Dây phă có cÃu t¿o gßm lõi thép và lãp phă bÅng kÁm, đßng hoÁc graphite Dây không phă th°ång làm bÅng đßng đß, molipđen, đßng thau& [20] Đá chính xác căa gia công cÃt dây th°ång là ±0,013 (mm) BÅng các bián pháp công nghá, các máy cÃt dây có đá chính xác cao có thÇ gia công đ¿t ±0,005 (mm) [27]

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

Mài xung điện: tiÃng Anh là Electrical Discharge Grinding (EDG), là quá

trình gia công dča trên nguyên tÃc t°¢ng tč nh° EDM Trên hình 1.4 là s¢ đß căa ph°¢ng pháp gia công mài xung đián Trong đó, mát đá mài làm bÅng vÁt liáu d¿n đián, đ°ÿc sĉ dāng nh° mát đián cčc Thêm vào đó, đá mài (cčc âm) và phôi (cčc d°¢ng) đÅu đ°ÿc ngâm trong chÃt đián môi và đ°ÿc kÃt nái vãi ngußn đián mát chiÅu ChuyÇn đáng quay căa đá mài đÁm bÁo l°u thông hiáu quÁ chÃt đián môi C¢ chà bóc tách vÁt liáu căa EDG giáng hát nh° trong EDM ngo¿i trć chuyÇn đáng

quay căa dāng cā giúp đẩy vÁt liáu nóng chÁy ra khßi vùng gia công mát cách hiáu quÁ Trái vãi ph°¢ng pháp mài thông th°ång, trong EDG không có tiÃp xúc trčc tiÃp giċa dāng cā và phôi, do đó nó có thÇ dß dàng gia công các chi tiÃt thành mßng KÃt quÁ nghiên cąu cũng cho rÅng quá trình mài xung đián kinh tà h¢n so vãi mài kim c°¢ng thông th°ång [23, 28]

Cưa tia lửa điện: Hình 1.5 trình bày nguyên lý căa ph°¢ng pháp c°a tia lĉa

đián Cũng giáng nh° ph°¢ng pháp c°a truyÅn tháng, c°a tia lĉa đián gßm c°a tia lĉa đián kiÇu c°a vòng (Hình 1.5.a) và c°a tia lĉa đián kiÇu c°a đĩa (Hình 1.5.b) C°a tia lĉa đián cho m¿ch c°a nhß và có thÇ gia công vãi nng suÃt gÃp hai lÅn ph°¢ng pháp c°a truyÅn tháng [23]

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

Khoan tia lửa điện lỗ sâu: Ph°¢ng pháp khoan tia lĉa đián th°ång áp dāng

đÇ gia công các lß sâu – các lß nhß có chiÅu dài gÃp nhiÅu lÅn đ°ång kính Hình 1.6 là s¢ đß ph°¢ng khoan tia lĉa đián æ đây mũi khoan rßng, có chuyÇn đáng quay đóng vai trò là đián cčc, dung dách đián môi vãi áp suÃt cao đ°ÿc b¢m qua áng rßng căa mũi khoan đÇ đẩy phoi ra khßi vùng gia công [29] Ph°¢ng pháp khoan

tia lĉa đián có thÇ gia công đ°ÿc các lß đ°ång kính tć 0,2 đÃn 3 (mm) vãi chiÅu sâu tãi 300 (mm) Nng suÃt gia công căa máy có thÇ đ¿t 30±60 (mm/phút) [30]

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

1.2 ¯u nh°ÿc điÃm căa gia công tia lÿa điÇn

Gia công tia lĉa đián nói chung và gia công xung đián nói riêng có nhċng °u điÇm chính sau [23]:

- Không yêu cÅu dāng cā phÁi có đá cąng cao h¢n đá cąng căa chi tiÃt gia công;

- Không gây biÃn d¿ng chi tiÃt gia công do không có sč tiÃp xúc giċa dāng cā và phôi trong suát quá trình gia công;

- Có khÁ nng gia công đ°ÿc các bÅ mÁt có kích th°ãc nhß vãi hình d¿ng phąc t¿p; dß dàng tč đáng hóa do các chuyÇn đáng khi gia công khá đ¢n giÁn;

- ĐiÅu chßnh máy dß dàng; thao tác máy khi gia công đ¢n giÁn

- Nng l°ÿng nhiát đ°ÿc sĉ dāng đÇ bóc tách vÁt liáu phôi truyÅn vào chi tiÃt gia công không lãn nên ít gây biÃn d¿ng nhiát cho chi tiÃt gia công;

- BÅ mÁt phôi sau gia công xung đián là tÁp hÿp căa các vÃt lõm nhß phân bá ng¿u nhiên nên giúp l°u giċ dÅu bôi tr¢n trên bÅ mÁt tát và làm tng đá bÅn mßi căa chi tiÃt khi làm viác;

- Gia công không có ba via

Tuy nhiên, gia công xung đián cũng có mát sá nh°ÿc điÇm nh° [23]: - Chß gia công đ°ÿc các lo¿i vÁt liáu d¿n đián;

- BÅ mÁt lß gia công có đá côn nguyên nhân do đián cčc bá mòn

- Nng suÃt và chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công thÃp; khi tng nng suÃt bóc tách vÁt liáu thì đá nhám bÅ mÁt gia công cũng tng theo;

- Trong quá trình gia công đián cčc bá mòn làm Ánh h°çng không tát đÃn đá chính xác gia công;

- ThiÃt bá gia công có giá thành cao; - Tiêu thā nng l°ÿng lãn

1.3 Các thông sß công nghÇ căa gia công xung điÇn

+) Điện áp đánh lửa Ud:Đián áp trong EDM có liên quan đÃn khe hç phóng đián và đá cách đián căa dung dách đián môi [11] Đián áp t¿i khe hç phóng đián tng liên tāc đÃn khi xuÃt hián dòng ion đánh thăng sč cách đián căa dung dách đián môi, khi dòng đián bÃt đÅu xuÃt hián thì đián áp lãn nhÃt (U0) giÁm xuáng và giċ ç tr¿ng thái án đánh (Ud) t¿i khe hç phóng đián (hình 1.7) Giá trá đián áp đ°ÿc xác đánh theo kích th°ãc khe hç nhß nhÃt giċa đián cčc và phôi Đián áp càng cao càng

làm tng khe hç phóng đián, điÅu này sÁ t¿o điÅu kián cho dòng dung môi chÁy qua và làm án đánh quá trình gia công Nng suÃt bóc tách vÁt liáu, l°ÿng mòn đián cčc

và đá nhám bÅ mÁt tng khi đián áp tng [31]

Hình 1.7 Sơ đồ mô tả quan hệ điện áp, dòng điện và thời gian xung trong EDM [11]

+) Cường độ dòng phóng tia lửa điện Id:

C°ång đá dòng đián là mát trong nhċng thông sá công nghá quan trãng nhÃt căa quá trình gia công EDM [11] Trong gia công xung đián, c°ång đá dòng đián có thÇ xác đánh qua chà đá gia công Cā thÇ nh° sau: khi gia công thô: Id 15 A; khi gia công bán tinh: Id = 8÷15 A; và khi gia công tinh: Id 8 A) [11] C°ång đá dòng đián cao sĉ dāng đÇ gia công thô và các bÅ mÁt có dián tích lãn C°ång đá dòng đián cao sÁ làm tng tác đá bóc tách vÁt liáu nh°ng cũng làm l°ÿng mòn đián cčc tng và chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công giÁm [22]

+) Thời gian phát xung Ton:

Thåi gian phát xung Ton (Hình 1.6) bao gßm thåi gian trß (Tde) và thåi gian phóng tia lĉa đián (Td) Thåi gian phát xung và sá chu kỳ xung (Tp) trong mát giây là đ¿i l°ÿng quan trãng Trong gia công xung đián, nng suÃt bóc tách vÁt liáu tÿ lá thuÁn vãi sá nng l°ÿng đ°ÿc sĉ dāng trong thåi gian phát xung Ton [32] Nng l°ÿng này đ°ÿc điÅu khiÇn bçi c°ång đá dòng đián cčc đ¿i và thåi gian phát xung L°ÿng vÁt liáu bá nóng chÁy và bay h¢i sÁ tng khi Tontng lên Tuy nhiên nÃu kéo dài Ton sÁ làm tng c°ång đá và tác đá lan truyÅn căa nhiát xung vào bÅ mÁt phôi d¿n đÃn tác đáng căa nó đÃn lãp bÅ mÁt gia công sÁ ráng và sâu h¢n MÁt khác, khi Ton quá lãn còn có thÇ d¿n đÃn l°ÿng bóc tách vÁt liáu giÁm và đián cčc có thÇ không bá hao mòn [11] Khi Ton ngÃn sÁ t¿o ra các vÃt lõm trên bÅ mÁt phôi có đ°ång kính và chiÅu sâu lãn h¢n và d¿n đÃn làm tng đá nhám bÅ mÁt gia công

+) Thời gian ngừng phát xung Toff:

Mát chu kỳ xung sÁ hoàn thành vãi Toff phù hÿp tr°ãc khi sang chu kỳ tiÃp theo Thåi gian Toff (Hình 1.6) có Ánh h°çng đÃn nng suÃt bóc tách vÁt liáu và đá án đánh căa quá trình gia công [32] VÅ lý thuyÃt, khi Toff càng ngÃn thì quá trình gia công sÁ càng nhanh nh°ng nÃu nó quá ngÃn sÁ không có đă thåi gian đÇ vÁn chuyÇn phoi và ion hóa hoàn toàn dung dách đián môi Khi đó sÁ gây ra sč mÃt án đánh căa quá trình gia công nh° xuÃt hián nhċng chu kỳ phát xung bÃt th°ång, rút ngÃn sč dách chuyÇn servo căa đián cčc và d¿n đÃn nng suÃt gia công giÁm Thåi gian ngćng phát xung Toff phÁi lãn h¢n thåi gian ngćng ion hóa dung môi đÇ không làm xuÃt hián hián t°ÿng phóng tia lĉa đián liên tāc t¿i mát điÇm Thčc tà cho thÃy, khi Ton và Toffkhông đ°ÿc xác đánh chính xác sÁ xuÃt hián nhiÅu xung lßi gây tán thÃt hiáu suÃt gia công [32]

+) Khe hở phóng điện:

Trong gia công xung đián, đián cčc đ°ÿc điÅu khiÇn tč đáng nhÅm duy trì khe hç phóng đián không thay đái mà khe hç này có thÇ điÅu chßnh đ°ÿc nhÅm

thích ąng vãi mßi điÅu kián gia công nhÃt đánh Há tháng c¢ đián (đáng c¢ servo) và há tháng thăy lčc đ°ÿc sĉ dāng đÇ điÅu khiÇn chuyÇn đáng căa đián cčc ChuyÇn đáng đián cčc đ°ÿc điÅu khiÇn nhÅm đÁm bÁo các yêu cÅu: kích th°ãc khe hç án đánh và tác đá thích nghi nhanh đÇ đáp ąng vãi sč ngÃn m¿ch hoÁc kích th°ãc khe hç Đá lãn căa khe hç phóng đián không thÇ đo l°ång trčc tiÃp nh°ng có thÇ đ°ÿc suy ra bçi đián áp trung bình t¿i khe hç [11]

1.4 Nng suÃt, chÃt l°ÿng bÁ m¿t và đß chính xác gia công

+) Năng suất gia công MRR:

Nng suÃt gia công trong EDM còn gãi là nng suÃt bóc tách vÁt liáu (tiÃng Anh là Material Removal Rate (MRR)) đ°ÿc xác đánh bçi tÿ sá giċa khái l°ÿng vÁt liáu phôi bóc tách đ°ÿc vãi thåi gian gia công:

MRR =Wi2Wf

.t 1000 (mm3/phút) (1.1)

Trong đó:

Wi: Khái l°ÿng ban đÅu căa phôi (g) Wf: Khái l°ÿng phôi sau gia công (g) t: Thåi gian gia công (phút)

: Khái l°ÿng riêng căa vÁt liáu phôi (g/cm3)

+) Lượng mòn điện cực TWR:

L°ÿng mòn đián cčc (tiÃng Anh là Tool Wear Rate (TWR)) là l°ÿng vÁt liáu đián cčc bá hao mòn trong mát đ¢n vá thåi gian gia công TWR xác đánh theo công thąc:

TWR = Ti2Tf

T.t 1000 (mm3/phút) (1.2)

Trong đó:

Ti - Khái l°ÿng ban đÅu căa đián cčc (g) Tf - Khái l°ÿng đián cčc sau gia công (g)

T - Khái l°ÿng riêng căa vÁt liáu đián cčc (g/cm3) t: Thåi gian gia công cho mßi lÅn xung (phút)

L°ÿng mòn đián cčc có quan há vãi nng suÃt bóc tách vÁt liáu phôi, vÁt liáu gia công, c°ång đá dòng đián, dián tích bÅ mÁt gia công, khe hç phóng đián và sč phân cčc đián cčc VÁt liáu đián cčc có nhiát đá nóng chÁy cao h¢n sÁ làm đá bÅn mòn lãn h¢n d¿n đÃn đá chính xác gia công tng lên [33] MRR và TWR phā thuác vào thông sá công nghá căa EDM C°ång đá dòng đián và thåi gian phát xung là thông sá có Ánh h°çng m¿nh nhÃt đÃn MRR và TWR [34] Anot (chi tiÃt gia công) sÁ bá mòn lãn h¢n vãi thåi gian phát xung ngÃn h¢n, ng°ÿc l¿i catot (đián cčc) sÁ bá mòn lãn h¢n khi tng thåi gian phát xung [35] Bên c¿nh Ánh h°çng căa thåi gian phát xung thì các thông sá công nghá khác cũng có Ánh h°çng đÃn nng l°ÿng tia lĉa đián d¿n đÃn sÁ Ánh h°çng đÃn MRR và TWR

+) Chất lượng bề mặt gia công

BÅ mÁt gia công bÅng EDM đ°ÿc đÁc tr°ng bçi hình d¿ng, thành phÅn hóa hãc, tá chąc tà vi và c¢ lý tính căa nó Trong gia công xung đián, đá nhám bÅ mÁt tng khi nng l°ÿng xung tng [36] Bên c¿nh đó, d°ãi tác dāng nhiát do các tia lĉa đián sinh ra sÁ t¿o ra lãp bÅ mÁt phôi gßm nhiÅu lãp: Lãp đúc l¿i, lãp biÃn cąng và lãp thÃm tôi (Hình 1.8) Bên c¿nh đó, trên bÅ mÁt còn bá phă mát lãp trÃng có chiÅu dÅy tć 1÷72 (µm) [37] Lãp này có thành phÅn hóa hãc, cÃu trúc tá chąc tà vi và c¢ lý tính khác so vãi lãp thÃm tôi [38] Lãp trÃng là lãp ngoài cùng trên bÅ

mÁt gia công nên nó Ánh h°çng trčc tiÃp đÃn khÁ nng làm viác căa bÅ mÁt chi tiÃt Sau khi xung đián, lãp bÅ mÁt gia công th°ång có c¢ tính thÃp, đá nhám bÅ mÁt lãn và có nhiÅu vÃt nąt tà vi nên Ánh h°çng không tát đÃn khÁ nng làm viác căa chi tiÃt (nhÃt là các chi tiÃt khuôn rèn, khuôn dÁp, dāng cā cÃt, ) [39] ChiÅu dày lãp đúc l¿i và vùng Ánh h°çng nhiát có thÇ đ°ÿc xác đánh thông qua phân tích sč tác đáng bçi nng l°ÿng nhiát căa tia lĉa đián

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

Trong gia công EDM, d°ãi tác dāng căa các tia lĉa đián, vÁt liáu đián cčc bá nóng chÁy, bay h¢i và xâm nhÁp mát l°ÿng đáng kÇ lên bÅ mÁt phôi [36] Trong [40] cho biÃt bÅ mÁt căa thép không gß sau khi EDM vãi đián cčc Si đã đ°ÿc phă mát lãp vô đánh hình vãi sč xuÃt hián căa l°ÿng lãn Si nóng chÁy tách ra tć đián cčc ĐiÅu đó giúp nâng cao đáng kÇ khÁ nng cháng n mòn hóa hãc và cháu mài mòn Viác sĉ dāng đián cčc thiêu kÃt tć bát Ti trong gia công khuôn có thÇ nâng cao đá bÅn căa khuôn tć 3 đÃn 7 lÅn [41, 42] Ngoài ra, vãi viác trán bát kim lo¿i hoÁc hÿp kim thích hÿp vào trong dung dách đián môi (PMEDM) có thÇ làm xuÃt hián vÁt liáu bát t°¢ng ąng trên bÅ mÁt gia công và kÃt quÁ sÁ nâng cao đáng kÇ chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công [42-44] Nhċng kÃt quÁ đó mç ra h°ãng nâng cao chÃt

l°ÿng bÅ mÁt gia công ngay trong quá trình EDM

+) Độ chính xác kích thước gia công:

Khi gia công, các tia lĉa đián sÁ làm nóng chÁy và bay h¢i vÁt liáu căa cÁ phôi và đián cčc ĐiÅu này sÁ làm hình dáng hình hãc căa bÅ mÁt đián cčc bá thay đái, d¿n đÃn bÅ mÁt gia công cũng bá thay đái theo Ngoài ra, trong suát quá trình EDM luôn tßn t¿i khe hç phóng đián giċa đián cčc và phôi Khe hç này cùng vãi l°ÿng mòn đián cčc gây ra nhċng sai sá hình dáng hình hãc căa bÅ mÁt gia công Các sai sá khi gia công có thÇ điÅu chßnh đ°ÿc thông qua đá chính xác hình dáng hình hãc căa đián cčc và các thông sá công nghá

- Độ chính xác profile bề mặt gia công: là đá chính xác hình d¿ng và kích

th°ãc căa các bÅ mÁt sau gia công bÅng xung đánh hình Vãi các bÅ mÁt sĉ dāng gia công lÅn cuái bÅng EDM thì chß tiêu này sÁ Ánh h°çng trčc tiÃp đÃn đá chính xác căa sÁn phẩm

1.5 Ph°¢ng pháp gia công tia lÿa điÇn có trßn bßt - PMEDM

Trong nhċng nm gÅn đây các nhà khoa hãc đã nghiên cąu Ánh h°çng căa viác trán bát kim lo¿i hoÁc hÿp kim kích th°ãc cỡ nano và micro vào dung dách đián môi trong quá trình EDM (tên tiÃng Anh: Powder Mixed Electrical Discharge Machining – PMEDM) nhÅm cÁi thián nng suÃt gia công, đßng thåi cÁi thián chÃt l°ÿng bÅ mÁt căa chi tiÃt Khi có sč tham gia căa các h¿t bát d¿n đián đã làm quá trình phóng tia lĉa đián có sč biÃn đái đáng kÇ ĐiÅu này đã làm thay đái quá trình gia công cũng nh° chÃt l°ÿng bÅ mÁt chi tiÃt [3] S¢ đß gia công căa ph°¢ng pháp PMEDM thÇ hián hián trên Hình 1.9

Hình 1.9 Sơ đồ gia công PMEDM [45]

Khi bát đ°ÿc trán vào dung dách đián môi đã làm thay đái quá trình phóng đián khi xung nh° làm tng khe hç phóng đián, sá l°ÿng tia lĉa đián đ°ÿc phóng trong mát pha xung tng lên đ°ÿc thÇ hián trên hình 1.10 [45]

Hình 1.10 Minh họa quá trình phóng điện cÿa phương pháp EDM và PMEDM [45]

1.6 Táng quan tình hình nghiên cąu vÁ EDM và PMEDM 1.6.1 Tình hình nghiên cąu trong n°ác

Cho đÃn nay đã có mát sá nghiên cąu căa các tác giÁ trong n°ãc vÅ EDM cũng nh° PMEDM Các nghiên cąu này chă yÃu tÁp trung vào các h°ãng sau:

- Nghiên cąu vÅ bá điÅu khiÇn CNC căa máy xung: Nhóm các tác giÁ Bành TiÃn Long, TrÅn Xuân Thái, Hoàng Vĩnh Sinh, TrÅn Thà Lāc đã nghiên cąu ąng dāng bá điÅu khiÇn PLC và vi điÅu khiÇn 8051 đÇ điÅu khiÇn quá trình EDM thay thà các bá điÅu khiÇn nhÁp khẩu căa n°ãc ngoài [46, 47]

- Nm 2012, tác giÁ Vũ Quang Hà đã nghiên cąu Ánh h°çng căa chà đá công nghá đÃn nng suÃt và chÃt l°ÿng bÅ mÁt khi gia công cÃt dây EDM [48] Nghiên cąu vÅ mòn biên d¿ng đián cčc và chÃt l°ÿng bÅ mÁt gia công khi EDM đ°ÿc tác giÁ TrÅn Quang Huy thčc hián nm 2019 Trong nghiên cąu này, tác giÁ sĉ dāng hai lo¿i vÁt liáu đián cčc là đßng đß và đßng đß m¿ crom vãi chi tiÃt gia công là thép SKD11 [49]

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

- Nghiên cąu xác đánh chà đá công nghá tái °u khi gia công EDM vãi các lo¿i đián cčc kÃt hÿp vãi các lo¿i vÁt liáu gia công khác nhau Trong nghiên cąu căa mình, tác giÁ Nguyßn Vn Đąc đã đ°a ra chà đá công nghá tái °u khi xung thép SKD11 vãi vÁt liáu đián cčc là đßng [4]

- Trên thčc tà sÁn xuÃt, có nhiÅu chi tiÃt ç d¿ng bÅ mÁt trā ngoài đánh hình nh° chày dÁp thuác viên đánh hình, chày đát lß thép tÃm đánh hình vv Các chi tiÃt này thuác d¿ng chi tiÃt khó gia công, đÁc biát khi chúng có hình dáng bÃt kỳ mà biên d¿ng không lßi (nh° chày dÁp thuác viên hình trái tim, hình Đô-rê-mon, hình khúc x°¢ng, chày đát lß thép hình các lo¿i vv ) Các chi tiÃt này cho đÃn nay trên thà giãi th°ång đ°ÿc gia công bÅng phay tác đá siêu cao (micro milling) æ n°ãc ta các chi tiÃt này th°ång đ°ÿc gia công bÅng ph°¢ng pháp nguái nên nng suÃt và chÃt l°ÿng gia công thÃp GÅn đây, TrÅn Thá Hßng và các đßng nghiáp đã công bá mát sá kÃt quÁ nghiên cąu vÅ EDM khi gia công bÅ mÁt trā ngoài đánh hình khi xung thép 90CrSi (hình 1.11) bÅng đián cčc đßng [17, 51-53] Trong các nghiên cąu này, Ánh h°çng căa các thông sá công nghá đÅu vào (Ton, Toff, IP, SV) đÃn các kÃt quÁ đÅu ra (nhám bÅ mÁt, đá mòn đián cčc, nng suÃt bóc tách vÁt liáu) đã đ°ÿc khÁo sát

Viác nghiên cąu vÅ trán bát d¿n đián vào dung dách đián môi khi gia công tia lĉa đián (quá trình PMEDM) ç n°ãc ta mãi đ°ÿc tiÃn hành khoÁng 10 nm trç l¿i đây Các nghiên cąu này còn khá mãi và cũng ch°a đ°ÿc quan tâm nghiên cąu nhiÅu Mát sá nghiên cąu vÅ PMEDM căa các tác giÁ trong n°ãc có thÇ kÇ ra nh° sau:

- Các tác giÁ Bành TiÃn Long và Nguyßn Hċu PhÃn đã nghiên cąu Ánh h°çng bát titan đÃn nng suÃt bóc tách vÁt liáu, đá mòn đián cčc, chÃt l°ÿng bÅ mÁt căa chi tiÃt Trong nghiên cąu này, các tác giÁ đã tiÃn hành tái °u đa māc tiêu vãi các hàm đ¢n māc tiêu là nng suÃt bóc tách vÁt liáu, đá mòn đián cčc và chÃt l°ÿng bÅ mÁt [2, 9, 54] Bên c¿nh đó, vÁt liáu bát titan đ°ÿc dùng đÇ trán vào dung dách đián