nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi gia công wedm trên vật liệu skh51 và ứng dụng để gia công chế tạo khuôn dập cắt

Hồ Chí Minh, tháng 3/2024 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI GIA CÔNG WEDM TRÊN VẬT LIỆU SKH51 VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ GIA CÔNG CHẾ

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Gia công phóng điện EDM là phương pháp hiện đại dùng gia công vật liệu cứng, hình dạng phức tạp EDM dây có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Trong quá trình gia công, không xảy ra tiếp xúc giữa vật liệu gia công và điện cực máy nên độ cứng vật liệu phôi không ảnh hưởng đến gia công Việc loại bỏ vật liệu thực hiện bằng vật liệu dẫn điện như đồng, vonfram hoặc đồng thau, tạo ra tia lửa điện giữa điện cực máy và phôi EDM dây dùng điện cực dạng dây chuyển động liên tục với bán kính siêu nhỏ, tạo được góc bán kính rất nhỏ Trong gia công EDM, nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình và có nhiều hướng nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình gia công.

Các thông số chính của EDM được chia thành hai loại chính: thông số quy trình và thông số hiệu suất Thông số quy trình bao gồm các thông số được kiểm soát trong quá trình gia công, chẳng hạn như dòng điện, điện áp và thời gian xung Thông số hiệu suất phản ánh hiệu quả của quá trình gia công, chẳng hạn như tốc độ gia công vật liệu, độ chính xác và độ nhám bề mặt.

Thông số đầu vào: Các thông số quá trình trong EDM được sử dụng để kiểm soát và điều khiển các quá trình chạy của máy Các thông số quá trình là các yếu tố đầu vào, có thể kiểm soát chung giúp xác định các điều kiện gia công Những điều kiện gia công này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất kết quả được đo bằng nhiều cách khác nhau bằng các biện pháp thực nghiệm Thông số đầu vào gồm thông số điện (Ton, Toff, SV, WF,…), thông số phi điện (thời gian nâng điện cực, thời gian làm việc, xả vòi phun, loại điện môi), thông số dựa trên điện cực (vật liệu điện cực, kích thước điện cực, hình dạng điện cực) [3]

Thông số đầu ra: các thông số này đo lường hiệu suất các quá trình khác nhau của kết quả EDM Thông số này bao gồm: Tỷ lệ loại bỏ vật liệu (MRR), tốc độ mài mòn điện cực (TWR), tỷ lệ hao mòn giữa điện cực và phôi (WR), độ nhám bề mặt (SR), Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), chất lượng bề mặt (SQ) được đánh giá bằng độ nhám bề mặt và vùng ảnh hưởng nhiệt [3] Về cơ bản EDM có hai loại là EDM xung định hình và EDM cắt dây

EDM xung định hình: bao gồm một điện cực và phôi được ngâm trong chất lỏng cách điện Nguồn điện tạo ra một điện thế giữa điện cực và phôi Khi điện cực đến gần phôi, quá trình phóng điện xảy ra trong chất lỏng, tạo thành kênh plasma và một tia lửa điện nhỏ phóng ra Những tia lửa này thường đánh ra từng tia một vì rất khó có khả năng các vị trí khác nhau trong không gian giữa các điện cực có cùng điểm giống nhau Khi kim loại bị ăn mòn và khe hở tia lửa tăng lên, điện cực sẽ được máy điều chỉnh hạ xuống để quá trình có thể tiếp tục mà không xảy ra sự gián đoạn Hàng trăm nghìn tia lửa điện xuất hiện mỗi giây, với chu kỳ hoạt động được điều khiển bởi các thông số thiết lập [3]

Hình 1.1: Sơ đồ của máy xung định hình [4]

EDM cắt dây: Gia công cắt dây EDM (còn gọi là Spark EDM) là một quy trình sản xuất trong đó sợ dây kim loại mỏng (thường là đồng thau) kết hợp với nước khử ion (dùng để cách điện) cho phép dây cắt xuyên qua kim loại bằng cách sử dụng nhiệt từ tia lửa điện Một dây kim loại sợi đơn mỏng đưa qua phôi, ngâm trong bể chất lỏng điện môi EDM cắt dây thường được sử dụng để cắt các tấm dày tới 300mm và để chế tạo các loại dụng cụ và khuôn dập từ các kim loại cứng rất khó gia công bằng các phương pháp khác EDM cắt dây thường được sử dụng khi cần đạt ứng suất dư thấp vì nó không yêu cầu lực cắt cao để loại bỏ vật liệu EDM cắt dây có thể dễ dàng gia công các bộ phận phức tạp và các bộ phận chính xác từ vật liệu dẫn điện [3]

Hình 1.2: Sơ đồ của máy cắt dây [4]

Nghiên cứu về EDM có những hướng đi như tối ưu hóa các thông số đầu vào để đạt hiệu quả gia công [5], phân tích cấu trúc của điện cực [6], lập mô hình hóa quy trình EDM [7], nghiên cứu hiệu suất của quy trình EDM [8], nghiên cứu về dụng cụ hỗ trợ rung siêu âm trong quy trình EDM [8]

Các bài nghiên cứu gần đây về EDM và WEDM [1 – 22], nhiều loại vật liệu được sử dụng như là các vật liệu làm khuôn D2 [1], [9], SKD61 [10], D3 [2], P20 [11], các mác thép EN-31 steel [12], STAVAX steel [13], hợp kim Ti6Al4V [14], [15], EN41B

[16], các loại hợp kim nhôm Al-Al3Fe [17], Al-SiC-B4C [18], Al2O3-TiC [19], Al alloy[14], [15], và các vật liệu khác như Composite [18], [20]

Những bài báo cáo này nghiên cứu về các vấn đề gồm tối ưu các thông số [1], [2], [11–20], [25], [26], Cải thiện tính toàn diện của bề mặt [24] Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của dòng phóng điện dạng sóng [13], Gia công biên dạng cong của hợp kim Ti6Al4V và điều tra về lỗi hình học [14], Nghiên cứu tạo rãnh siêu nhỏ trên hợp kim Titan [15] Phân tích độ sai lệch của góc cắt [20] Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong các báo cáo gồm Taguchi [1–5], [11–17], [18–23], [24–26], ANOVA [1–11], [14–17], [18–23], [25], [26], và phương pháp Grey relation analysis [1–5], [11], [23], [25] Các phương pháp nghiên cứu sẽ có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau, tùy theo mục đích nghiên cứu để có thể chọn phương pháp phù hợp hoặc có thể kết hợp giữa các phương pháp nghiên cứu Các nghiên cứu trên thường sử dụng phương pháp Taguchi, ANOVA và Grey system để tối ưu các thông số nhằm cho ra những kết quả và kết luận một cách chính xác nhất Trong các nghiên cứu trên không có nhiều nghiên cứu về cải thiện thông số gia công trên WEDM để ứng dụng làm khuôn mẫu, vì vậy nghiên cứu này sẽ tập trung về WEDM

Trước khi triển khai phương pháp nghiên cứu việc xác định các tham số đầu vào và mục đích nghiên cứu nghĩa là xác định yếu tố đầu ra cần được thực hiện trước Thông số đầu vào của các báo cáo đã đề cập ở trên gồm Ton, Toff, SV, WF [1–5], [8], [10], [14] [19–22], Ip [1], [16], [17], [21] Theo thống kê trong những công trình này Ton nằm trong khoảng từ 12 – 120(μs), Toff từ 5,5 – 55(μs), SV từ 10 – 70(V) Mỗi thông số ảnh hưởng đến những yếu tố khác nhau nên cần thực hiện nhiều thí nghiệm để thấy được sự ảnh hưởng của những tham số

Nghiên cứu tối ưu hóa thông số WEDM về độ nhám bề mặt của thép EN41B [16] chỉ ra rằng trong quá trình gia công, người ta thấy rằng việc tăng thời lượng xung và Ip sẽ làm tăng độ nhám bề mặt Gia công tối ưu trong WEDM đạt được nhờ sự kết hợp khác nhau của các cấp độ khác nhau Ton1, Toff1, Ip1 và WF3 Phương pháp Max-min (S/N) nhận thấy Ton, Ip là thông số hiệu quả nhất của SR

Trong nghiên cứu tối ưu hóa tham số quy trình WEDM của vật liệu tổng hợp Al- Al3Fe [17] cho thấy MRR tối đa (16,41 mm 3 phút -1 ) cho tổ hợp yếu tố của VR = 0 vol%,

Ton = 125 às, Sv = 40V và Ip = 150A Trong khi giỏ trị tối thiểu của MRR (1,99 mm 3 phỳt 1) thu được từ thớ nghiệm (VR = 20 vol%, Ton = 105às, Sv = 80V và Ip = 110A) Trong phạm vi điều tra của họ, MRR tối đa xảy ra đối với hợp kim cơ bản khi SV thấp nhất nhưng cả Ton và Ip đều cao nhất MRR được tìm thấy là nhỏ nhất đối với cốt thép hỗn hợp có phần trăm khối lượng hạt tại chỗ cao nhất khi Ton thấp nhất nhưng SV là lớn nhất Trong trường hợp SR, giỏ trị tối thiểu của nú đạt được là 3,39àm so với thớ nghiệm (VR = 20 thể tớch%, Ton = 105às, Sv = 60V và Ip = 70A) Trong khi đú, thử nghiệm (VR = 0 thể tích%, Ton = 115 ls, Sv = 80 V và Ip = 70 A) cung cấp giá trị SR cao nhất (6,58àm) Núi cỏch khỏc, chất lượng bề mặt gia cụng tệ nhất đối với hợp kim cơ bản ở IP thấp nhất và SV cao nhất Tuy nhiên, tốt nhất là dùng composite có cốt thép 20% thể tích khi được gia công bằng cách sử dụng Sv trung gian và giá trị thấp nhất của cả Ton và Ip

Kết quả thu được từ các thí nghiệm khảo sát các thông số quá trình WEDM của vật liệu composite Al-SiC-B4C [18] để loại bỏ vật liệu của điện cực ở cùng tốc độ Giới hạn MMR so với điện cực đồng là 27,391 đến 84,355 g/phút, với đường dây điện phạm vi từ 10 đến 42 A, phạm vi Ton từ 100 đến 200 às và phạm vi Toff từ 4s đến 25 às, MRR cao nhất đạt được là 84,355 g/phỳt với dũng điện 42 A,Ton 100 às và Toff 25 às Tương tự, đối tác đồng, MRR dao động từ 18.034 đến 43.243 g/phút, với dải công suất từ 10 đến 42 A, Ton phạm vi từ 100 đến 200 às và phạm vi Toff từ 4 đến 25 às MRR cao nhất 43,243 g/phỳt với đường dõy điện 42 A, Ton = 100 às và s Toff = 25 às

Trong nghiên cứu về gia công phóng điện Al2O3-TiC trong dầu và khoáng [19] chỉ ra rằng giá trị độ nhám cao có thể là do điện trở nóng chảy của dây thấp, do đó các mạch nước phun có khoảng cách gần nhau với kích thước khoảng 0,3 μm được hình thành Để có được độ nhám chấp nhận được khi sử dụng trong sản xuất của việc cắt chèn, cần phải tăng độ nóng chảy nhiệt độ của điện cực ít nhất ba lần, đó là được cho là có độ nhám Ra là 0,08 μm

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Thông qua thí nghiệm cụ thể và tối ưu hóa tham số bằng phương pháp Taguchi và Grey relational analysis Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ chỉ ra bản chất của quá trình cắt dây trên thép SKH51, bao gồm ảnh hưởng của những yếu tố đầu vào, dây cắt và những yếu tố liên quan

Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa thông số cắt khi gia công thép tôi SKH51 bằng WEDM có ý nghĩa thực tiễn và trong sản xuất như sau:

 Góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm

 Tăng cao năng suất cao khi gia công thép tôi SKH51.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu này tập trung xác định ảnh hưởng của thông số đầu vào trong quy trình gia công bằng dây điện phân (WEDM) lên thép SKH51 đã tôi, đồng thời tối ưu hóa các thông số này Nghiên cứu cũng khám phá mối liên quan giữa thông số đầu vào và thông số đầu ra, cụ thể là độ nhám bề mặt và độ lệch kích thước.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Vật liệu: Thép SKH51 tôi

 Bề dày phôi SKH51: 12 mm

 Số lần thực thí nghiệm: 9 + Thông số xử lý một lần cắt: Servo Voltage (SV) với 3 mức 30, 45 và 60 (V) Thời gian mở xung (Ton) là 3, 9 và 15 (μs) Thời gian ngắt xung (Toff) với 3 mức độ 10, 15 và 20 (μs) Mức xả dây (WF) với 3 mức độ 5, 7 và 9 Đo độ nhám bề mặt, sai lệch kích thước chi tiết và thời gian gia công

+ Thông số xử lý hai lần cắt: Servo Voltage (SV) với 3 mức 30, 45 và 60 (V) Thời gian mở xung (Ton) là 3, 9 và 15 (μs) Thời gian ngắt xung (Toff) với 3 mức độ 10, 25 và 40 (μs) Mức xả dây (WF) với 3 mức độ 5, 7 và 9 Đo độ nhám bề mặt, sai lệch kích thước chi tiết và thời gian gia công

+ Thông số xử lý ba lần cắt: Servo Voltage (SV) với 3 mức 30, 45 và 60 (V) Thời gian mở xung (Ton) là 3, 9 và 15 (μs) Thời gian ngắt xung (Toff) với 3 mức độ 10, 30 và 50 (μs) Mức xả dây (WF) với 3 mức độ 5, 7 và 9 Đo độ nhám bề mặt, sai lệch kích thước chi tiết và thời gian gia công

 Xác định các thông số cắt tối ưu bằng phương pháp Taguchi, Grey và ANOVA.

Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp thu thập số liệu:

Trên mỗi phôi sẽ được cắt 3 lỗ, mỗi lỗ sẽ được lấy số liệu 2 bề mặt và mỗi bề mặt sẽ được lấy số liệu 3 lần gồm đo độ nhám và sai lệch kích thước Thời gian gia công sẽ được đếm trong mỗi lần cắt lỗ

Thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi giúp giảm số lượng thí nghiệm nhưng số liệu đầu ra vẫn được đảm bảo

 Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm:

Phân tích bằng phương pháp ANOVA để kiểm tra lại kết quả tính toán khi sử dụng phương pháp thống kê

 Phương pháp phân tích tổng hợp:

Phương pháp Grey giúp tối ưu đa mục tiêu trong một lần cắt làm cải thiện chất lượng gia công

Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

 Tham khảo các nghiên cứu liên quan đến phương pháp gia công WEDM và sử dụng thông tin thu thập được Nghiên cứu các tài liệu tham khảo từ các tạp chí học thuật, sách, sách tài liệu và Internet

 Sử dụng phần mềm lập trình Mastercam 2019 để lập trình gia công

 Sử dụng Minitab để đánh giá và xử lý dữ liệu nhằm xác định bộ tham số lý tưởng cho quy trình gia công.

Kết cấu của ĐATN

Đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương, trong đó:

- Chương 1: Giới thiệu về tính cấp thiết, mục đích của đề tài và các ý nghĩa khoa học, thực tiễn của đề tài, phương pháp nghiên cứu v.v…

- Chương 2: Giới thiệu về cơ sở lí thuyết, tổng quan về EDM, phương pháp quy hoạch thực nghiệm,

- Chương 3: Nêu các bước cần chuẩn bị để tiến hành thí nghiệm

- Chương 4: Tiến hành thí nghiệm, xử lí số liệu thu được

- Chương 5: Ứng dụng chế tạo khuôn dập cắt

- Chương 6: Hướng phát triển của đề tài

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA THÍ NGHIỆM

Cơ sở gia công cắt dây (WEDM)

Phôi gá trên bàn máy được điều chỉnh dọc theo trục X và Y nhờ động cơ servo Một sợi dây điện cực (thường là dây đồng hoặc hợp kim đồng) được điều khiển chuẩn xác bởi hệ thống CNC (Computer-Numerically Control) Khi dây đi tới bề mặt cần gia công của phôi, lúc này sợi dây hoạt động như là một lưỡi cắt Tại đây, xảy ra các quá trình sau:

Cấp nguồn tạo điện áp và dòng điện

Một bộ điều khiển cấp điện áp, làm tăng cường độ dòng điện giữa dây điện cực và phôi

Hình 2.1: Mô tả quá trình cấp điện áp và dòng điện[26]

Thời gian bắt đầu phát xung

Với điện áp cao được cấp vào dây, dưới sự ảnh hưởng từ điện trường, từ cực âm- catốt phát ra các điện tử và điện cực dương- anốt sẽ hút các điện tử đó về phía cực dương Chất điện môi sẽ bị ion hoá và dòng điện môi đóng vai trò là một chất cách điện Điện áp tăng dần đến mức đủ lớn sẽ làm cho dung dịch điện môi bị bốc hơi cục bộ, năng lượng nhiệt được tạo ra bởi kênh plasma giữa điện cực và phôi có nhiệt độ từ 8000° đến

Chất điện môi ở xung quanh dây dẫn điện cực và phôi Điện áp và dòng điện điều khiển tia lửa điện giữa dây điện cực và phôi

12000°C Bề mặt kim loại giữa điện cực và phôi bị nóng chảy hoặc hoá khí do nhiệt độ cao

Hình 2.2: Mô tả quá trình phóng tia lửa điện[26]

Sau khi quá trình phóng tia lửa điện kết thúc, phoi sẽ được làm nguội bởi chất điện môi Phoi sẽ hoà theo dòng chảy đi ra và được hút đến bộ phận lọc nước của máy

Lọc phoi và tuần hoàn lại quá trình

Một bộ lọc có tác dụng loại bỏ phoi ra khỏi dòng chất điện môi, sau đó dòng điện môi sẽ được tái sử dụng.

Các thông số đầu vào của máy

Máy cắt dây AccuteX– GE43S do Đài Loan sản xuất, được xuất khẩu hơn 40 quốc gia trên thế giới nhằm phục vụ cho ngành khuôn mẫu và gia công cơ khí chính xác Máy có kích thước 2200 x 2400 x 1990 mm tương ứng với WxDxH, trọng lượng máy khoảng 2770 kg, đường kính dây cắt nằm trong khoảng 0,1 – 0,3 mm Kích thước phôi tối đa máy có thể gia công là 830 x 600 x 215 mm Tương tự như những máy cắt dây khác, máy cắt dây AccuteX– GE43S có nhiều thông số đầu vào để kiểm soát quá trình cắt, giúp cho chi tiết đạt được độ hoàn thiện và chính xác cao nhất

Phôi Chất điện môi đóng vai trò là một chất cách điện cho đến khi điện áp đạt đủ sẽ bắt đầu phóng điện làm cho phôi bị nóng chảy hoặc bay hơi

Hình 2.3: Máy cắt dây AccuteX – GE43S

Các thông số đầu vào của máy

IP kiểm soát chế độ cách thức phóng điện Dao động từ 1-10 Thường:

- Chọn 10 khi gia công thô

- Chọn 9 khi gia công bán tinh

- Chọn 1-8 khi gia công tinh

Bắt đầu bằng cách tích hợp năng lượng xung đơn và tần số phóng điện Năng lượng gia công lớn trên mỗi đơn vị thời gian giúp tăng tốc độ gia công, trong khi năng lượng xung nhỏ tạo ra bề mặt mịn Để tạo ra những ưu điểm gia công này, lần cắt đầu tiên (cắt thô) cung cấp một lượng năng lượng lớn dẫn đến tốc độ gia công nhanh Tiếp theo là giai đoạn cắt trung gian (bán tinh) cần thiện độ chính xác và độ nhám bề mặt, đồng thời giảm năng lượng xung trong lần cắt thứ hai Cuối cùng là lần cắt hoàn thiện (tinh) để hoàn thiện bề mặt và độ nhám

Điện áp đánh lửa OV có vai trò quan trọng trong mối hàn hồ quang, giúp xác định sự ổn định của quá trình phóng điện Đối với các phôi hàn dày, thường cần sử dụng điện áp đánh lửa OV lớn hơn để tạo ra dòng điện phóng lớn, nhằm tránh trường hợp đứt dây hàn.

T ON : THỜI GIAN MỞ XUNG (unit: àm)

Tốc độ gia công tăng lên khi thời gian mở xung tăng Và ngược lại, chất lượng bề mặt sẽ giảm đi khi thời gian mở xung tăng Điều này là do năng lượng phóng điện tăng theo thời gian mở xung

T OFF : THỜI GIAN TẮT XUNG (unit: àm)

Khoảng thời gian phóng điện giữa hai tia lửa đồng thời là thời gian tắt xung Toff và được đo bằng àm Phần này của chu kỳ làm việc khụng cú điện ỏp Mỏy cú thời gian Tofftừ 08 – 50, tính theo 1 đơn vị Giá trị Toff thấp hơn cho phép phóng điện nhiều hơn trong một thời gian nhất định, làm tăng hiệu quả đánh lửa Tỷ lệ cắt do đó tăng lên Tuy nhiên sử dụng TOFF rất thấp có thể dẫn đến đứt dây và làm giảm hiệu quả cắt [16]

Aon: THỜI GIAN BẬT HỒ QUANG (đơn vị: àm)

Thời gian mở hồ quang là khoảng thời gian phóng điện xảy ra tia lửa ngắn xuất hiện Giống như Ton, giá trị càng lớn thì năng lượng phóng điện càng nhiều và tốc độ cắt tăng lên Nhưng nếu Aon quá lớn, dây sẽ dễ bị đứt Thông thường Aon nhỏ hơn Ton

Aoff: THỜI GIAN TẮT HỒ QUANG (đơn vị: àm)

Thời gian tắt hồ quang là thời gian nghỉ giữa hai lần phóng điện Giống như Toff giá trị càng lớn thì thời gian giữa hai tia lửa càng lâu và tốc độ cắt sẽ chậm lại Đặt Aoff thích hợp giúp dây cắt ổn định

SV : ĐIỆN ÁP SERVO Điện áp đặt giữa khe hở tia lửa đóng vai trò là điểm chuẩn cho khoảng cách thực tế giữa phôi và dây cắt Thông số này dùng để điều khiển tránh việc tốc độ cắt quá nhanh làm phôi và dây cắt bị tiếp xúc và xảy ra hiện tượng ngắn mạch Dãy SV của máy hiện tại áp theo theo 1 bước vôn Từ 22 – 150V

WA là lượng xả nước Lượng xả tăng theo giá trị từ 1-8 [16]

Nó là giá trị tham chiếu cơ bản của tốc độ cắt Tốc độ thực bị ảnh hưởng bởi F,

SV và FT, SG Phạm vi từ 0,1 – 500 mm 2 /phút [16]

WF: TỐC ĐỘ CẤP DÂY

Giá trị WF đại diện cho bước cấp dây Sự thay đổi của mỗi bước khoảng 1 m/phút

Xác định mức độ hoạt động của điều khiển servo Giá trị càng lớn thì phản ứng của điều khiển servo càng nhanh Phạm vi từ 0,1 – 99, nhưng thông thường nằm trong khoảng 1 – 35 [16]

FT: M90(G95)/M91(G94) (TỐC ĐỘ SERVO/TỐC ĐỘ KHÔNG ĐỔI)

FT là chế độ cắt M90(G95) là chế độ điều khiển servo và M91(G94) là tốc độ cố định Ở chế độ điều khiển servo, tốc độ cắt được xác định bởi F, SV và SG Ở chế độ M91(G94), tốc độ cắt được xác định bởi F và SV Nhưng năng lượng tia lửa ( TON, TOFF,

AON, AOFF ) vẩn xác định tốc độ cắt tối đa [16]

FR là phần trăm tốc độ di chuyển Nó sử dụng để điều chỉnh tốc độ theo giá trị đặt cơ sở đặt trước Phạm vi từ 1 – 300% [16].

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Phương pháp Taguchi [27] được nhà thống kê người Nhật Genichi Taguchi (1924 – 2012) đề xuất đã giải quyết bài toán mô hình đa nhân tố Phương pháp Taguchi dùng bảng trực giao như là một mô hình đa nhân tố tuy nhiên được thiết lập và đánh giá theo một quy trình có sự liên kết, không yêu cầu số lượng thí nghiệm nhiều và cho dữ liệu đầu ra đáng tin cậy Nguyên lí của phương pháp Taguchi [28] là xác định các yếu tố đầu

Để đạt được hiệu quả cao nhất, cần nhận biết và giảm thiểu tác động của nhiễu loạn Một yếu tố (biến đầu vào) tác động đến kết quả theo hướng tích cực, giúp kết quả tiến gần hơn đến mục tiêu, được gọi là tín hiệu hữu ích.

"Tín hiệu" là kết quả mong muốn, trong khi "Nhiễu" gây ra sự sai lệch so với mục tiêu Tỉ lệ "Tín hiệu trên Nhiễu" (S/N) phản ánh hiệu suất, là cơ sở để đánh giá và lựa chọn tham số Các bộ tham số có giá trị S/N lớn là phù hợp, trong khi bộ tham số tối ưu có giá trị S/N lớn nhất.

Các đặc điểm phương pháp Taguchi[29]:

- Phương pháp Taguchi bổ sung cho 2 phương pháp quy hoạch thực nghiệm toàn phần (TNT) và riêng phần (TRT)

- Phương pháp Taguchi dựa trên ma trận thực nghiệm trực giao xây dựng trước và phương pháp để phân tích đánh giá kết quả.

- Các nhân tố có thể có 2, 3, 4, 5,…8 mức giá trị

Phương pháp Taguchi phù hợp nhất trong trường hợp số nhân tố khảo sát từ 3 đến 50, số tương tác không đáng kể và chỉ có một số ít nhân tố mang ý nghĩa.

Theo dạng bài toán có 3 phương pháp tính tỉ số S/N:

+ Bài toán giá trị cụ thể:

   (4) Trong đó: u: thứ tự các phép thử n: số phép thử trong các thí nghiệm

Mục tiêu tối ưu hóa luôn là tối đa hóa tỷ số S/N cho mọi dạng bài toán

Do không sử dụng toàn bộ các tổ hợp thí nghiệm nên phương pháp Taguchi không đưa ra được một con số chính xác về ảnh hưởng của một thông số đầu vào

(nhân tố) nào đó đến kết quả đầu ra mà chỉ mang tính chất định hướng Mặc dù vậy, bằng việc đánh giá qua tỷ số S/N giúp những nhà công nghệ biết xu hướng và mức độ ảnh hưởng của từng thông số công nghệ đến kết quả đầu ra Từ các nhận biết này sẽ giúp các nhà nghiên cứu nhanh chóng tìm ra các thông số công nghệ và phạm vi cần tác động để nhận được hiệu quả đầu ra tốt nhất Trên cơ sở đánh giá ảnh hưởng riêng lẻ các thông số có thể tìm ra được tổ hợp các thông số công nghệ tối ưu cho kết quả đặc tính đầu ra mong muốn[29]

Phương pháp Taguchi đơn giản, số thí nghiệm ít, có thể định lượng hoặc định tính Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm:

- Do số liệu rời rạc nên phương án nhận được chỉ gần tối ưu

- Không đưa được các điều kiện ràng buộc

- Giải được bài toán đơn mục tiêu

Phương pháp ANOVA [28] hay phân tích phương sai là phương pháp kiểm tra kết quả tính toán khi sử dụng các phương pháp thống kê Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau ANOVA kiểm định có sự khác biệt giữa các thí nghiệm khác nhau hay không ANOVA bao gồm các giá trị đáng chú ý như bậc tự do (D.O.F), tổng độ lệch bình phương (SS) và giá trị P Trong đó giá trị P biểu thị độ tin cậy của quá trình thử nghiệm Phân tích phương sai (ANOVA) của dữ liệu ban đầu và dữ liệu S/N được thực hiện để điều tra các biến có ý nghĩa và không có ý nghĩa, và cũng chỉ ra tác động của chúng đối với đặc tính phản hồi Sau đó, các đường cong phản hồi (hiệu ứng chính) được vẽ cho dữ liệu ban đầu và dữ liệu S/N để kiểm tra các tác động tham số đối với các đặc điểm phản hồi Sau đó các giá trị tối ưu của các tham số quy trình cần thiết xét về các đặc tính phản hồi trung bình được xác định dựa trên việc phân tích bảng ANOVA và các đường cong phản hồi

Phương pháp Grey relational analysis [30] được ông Deng phát minh và mục đích để nghiên cứu sự không chắc chắn trong hệ thống mô hình, phân tích mối liên hệ giữa các hệ thống, thiết lập mô hình hóa, đưa ra dự báo và quyết định Ý nghĩa của '' Grey '' có thể là được thể hiện bằng đặc tính giữa màu đen và trắng ''Black'' có nghĩa là thông tin cần thiết không thực sự có sẵn Ngược lại, ''white'' có nghĩa là rằng đã có đủ thông tin cần thiết Mục đích của hệ thống ''Grey'' và các ứng dụng của nó là để thu hẹp khoảng cách giữa ''black'' và ''white.'' Thông tin không đầy đủ là đặc tính cơ bản Grey system Nó tìm kiếm thông tin thuộc tính của hệ thống trong những trường hợp thiếu thông tin Lý thuyết Grey system chỉ tìm kiếm cấu trúc nội tại của hệ thống với lượng dữ liệu hạn chế như vậy Grey system tập trung chủ yếu vào những thông tin mà hệ thống cung cấp được, và cố gắng phát họa nên bức tranh tổng thể của nó từ điều này GRA là một phương pháp quan trọng trong lý thuyết Grey system Hiện tại, GRA đã trở nên phổ biến trong một số lĩnh vực như sản xuất, vận tải và thương mại xây dựng Trong lý Grey system, GRA đã nắm bắt được các phép đo hoặc mối liên quan tương tự trong một hệ thống [10] Với một chuỗi tham chiếu nhất định và một tập hợp so sánh cố định, GRA có thể được sử dụng để xác định cấp độ quan hệ Grey (GRG) giữa tham chiếu và từng phần tử trong tập hợp đã cho Sự so sánh tốt nhất có thể được tìm thấy bằng cách

13 phân tích kết quả GRG Một cách hiểu khác, GRA được xem là thước đo độ tương tự cho chuỗi hữu hạn

Trong nghiên cứu này phương pháp Taguchi sẽ được sử dụng nhiều nhất, các tham số đầu ra càng có giá trị nhỏ càng tốt nên cả ba tham số độ nhám bề mặt (SR), thời gian gia công (TM) và độ lệch kích thước (DD) sẽ được tính toán bằng công thức bài toán cực tiểu:

Trong đó: u: thứ tự các phép thử n: số phép thử trong các thí nghiệm

Nguyên lí hoạt động của máy đo độ nhám

Công thức tính độ nhám: Đối với Ra:

Ra là trị số trung bình của khoảng cách từ các điểm trên đường nhấp nhô đến đường trung bình lấy theo giá trị tuyệt đối trong phạm vi chiều dài chuẩn l Đường trung bình là đường chia các nhấp nhô bề mặt thành hai phần sao cho diện tích của hai phần đó là bằng nhau

Hình 2.4: Prôphin bề mặt Đối với Rz:

Chiều cao trung bình của prôphin theo 10 điểm Rz là giá trị trung bình của 5 khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất của prôphin trong phạm vi chiều dài chuẩn l

Máy đo độ nhám bề mặt cho phép đo độ nhám bề mặt phôi Cảm biến đầu tiên được đặt trên bề mặt phôi cần đo, sau đó khởi động thiết bị đo được điều khiển bởi thiết bị trong cơ chế truyền động chính xác dọc theo bề mặt đo để thực hiện đường lăn tuyến tính với tốc độ không đổi Cảm biến thông qua bút cảm ứng chính xác tích hợp để cảm nhận độ nhám của bề mặt cần đo Độ nhám của bề mặt phôi cần đo lúc này sẽ khiến bút cảm ứng bị dịch chuyển Sự dịch chuyển này làm cho độ tự cảm của cuộn cảm cảm biến thay đổi Tín hiệu tạo ra tương tự với độ nhám bề mặt đo được Tín hiệu sau khi khuếch đại và chuyển đổi mức thành hệ thống thu thập dữ liệu, kết quả đo được tính toán và sẽ hiển thị trên màng hình của máy.

Nguyên lí hoạt động của đồng hồ đo lỗ

Cấu tạo đồng hồ đo lỗ:

Hình 2.5: Cấu tạo của đồng hồ đo lỗ [31]

Cấu tạo đồng hồ đo lỗ được chia làm 2 phần:

- Phần đồng hồ so: giống như đồng hồ so thông dụng

- Phần thân nối: là hệ thống đòn để truyền chuyển động ngang của đầu đo di động đến chuyển động đứng của trục đồng hồ so

Ngoài ra để đảm bảo hai đầu đo đi qua đường kính lỗ cần đo, người ta chế tạo cơ cấu định tâm như Hình 2.5

Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo lỗ được cấu thành bởi đồng hồ so kết hợp với một hệ thống cơ học, hệ thống này biến đổi chuyển động tịnh tiến của thanh đồng hồ đo theo chuyển động của hai đầu dò ngược chiều nhau trên mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng của thanh đồng hồ đo Hai đầu dò di chuyển khi đo lỗ và truyền dữ liệu đó bằng cơ học tới mặt số của đồng hồ so

Công thức tính sai lệch kích thước:

DD: phần trăm sai lệch kích thước

Ddd: kích thước trung bình đo được của lỗ

Ddn: kích thước danh nghĩa của lỗ

Thành phần của phôi thí nghiệm

Mác thép SKH51 thuộc nhóm thép công cụ có khả năng chống mài mòn và có độ dẻo cao Do đó, nó thường được sử dụng để sản xuất các chi tiết làm việc chịu được áp lực va đập trong môi trường làm việc tốc độc cao Xuất phát từ yêu cầu làm việc như trên độ cứng cần thiết để làm các loại khuôn dập trong khoảng từ 64-65HRC sau khi được tôi

SKH51 là mác thép có tên được đặt theo tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản [2] Ở các tiêu chuẩn khác nhau, mác vật liệu này còn có các tên gọi khác như trong bảng:

Bảng 2.1: Tên vật liệu SKH51 ở các tiêu chuẩn khác (Đơn vị %)

Quốc gia Nhật Bản Hoa Kỳ Đức Trung Quốc

Tiêu chuẩn JIS G 4403 ASTM A600 DIN EN ISO 4957 GB/T 9943

2.6.2 Thành phần hoá học Ở nghiên cứu này vật liệu SKH51 được chọn theo tiêu chuẩn JIS G4403:2006[2]

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của vật liệu SKH51

Tên Thành phần hóa học (%)

C Si Mn P S Cr Mo W V Fe

Bảng 2.3: Tính chất vật lý của vật liệu SKH51

Mô đun đàn hồi uốn (N/mm 2 ) 217x10 3 Độ dẫn nhiệt (W/m o C) 19

Nhiệt dung riêng (J/kg o C) 460 Điện trở suất (Ohm*mm 2 /m) 0,54

CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

Chuẩn bị phôi cho thí nghiệm

Trong nghiên cứu này, Trong thí nghiệm này, dây điện cực đồng thau được cung cấp từ nhà cung cấp VPIC Việt Phát được sử dụng để thực hiện thí nghiệm vì các đặc tính nổi bật sau:

- Phù hợp xỏ dây tự động

- Gia công ổn định, tốc độ cao

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của dây điện cực [32]

Vật liệu Đường kính (mm) Khối lượng cuộn dây (kg) Độ bền kéo (MPa)

Hình 3.1: Dây điện cực dùng để thí nghiệm

Trình tự chuẩn bị phôi thí nghiệm

Hình 3.2: Quy trình chuẩn bị phôi thí nghiệm

Quy trình xử lí nhiệt cho phôi thí nghiệm

Hình 3.3: Sơ đồ quy trình xử lí nhiệt thép SKH51

Vật liệu được đưa vào lò nung, trong đó quá trình nung sẽ diễn ra ở 4 mức nhiệt độ khác nhau với thời gian ngâm khác nhau Ban đầu vật liệu được làm nóng đến 600˚C và giữ trong 60 phút sau đó tăng nhiệt độ lên 800˚C giữ trong 45 phút, tiếp tục làm nóng đến 950˚C và giữ trong 45 phút, cuối cùng vật liệu được làm nóng đến 1180˚C trong thời gian 45 phút

Làm nguội trong dầu: ngâm vật liệu trong dầu cho đến khi nhiệt độ còn 200˚C thì lấy phôi ra sau đó làm nguội bằng không khí

Hình 3.4: Sơ đồ quy trình ram thép SKH51

Quá trình ủ sẽ tiến hành theo các bước như sau: đầu tiên thực hiện ủ hai lần ở nhiệt độ 180 độ C trong thời gian 180 phút, tiếp đó ủ lần ba ở nhiệt độ 230 độ C, cuối cùng làm nguội nhanh bằng phương pháp làm mát không khí.

Chuẩn bị phôi cho thí nghiệm, khối thép SKH51 ban đầu sau khi qua quá trình nhiệt luyện được cắt bằng máy cắt dây thành 9 mẫu có kích thước 93 mm x 25 mm x

12 mm (dài x rộng x cao) như trong Hình 3.5

Hình 3.5: quy trình cắt phôi thí nghiệm (a) bản vẽ chi tiết của phôi, (b) độ cứng của phôi trước khi xử lí nhiệt, (c) độ cứng của phôi sau khi xử lí nhiệt, (d) phôi thép sau khi xử lí nhiệt, (e) phôi thép sau khi cắt nhỏ để thí nghiệm

Chuẩn bị dụng cụ đo

Dụng cụ đo trong thí nghiệm này gồm đồng hồ đo lỗ dùng để xác định sai lệch kích thước và máy đo độ nhám để xác định độ nhám

Máy đo độ nhám được sử dụng trong nghiên cứu này là máy đo độ nhám bề mặt

Máy đo độ nhám SJ 201 của TQC có kích thước nhỏ gọn, tiện lợi nên có thể đo độ nhám bề mặt của nhiều chất liệu như sơn, gỗ, gạch men, nhôm, kim loại

Trong nghiên cứu này cần đo kiểm các lỗ để kiểm tra độ lệch kích thước của các lần cắt nên đồng hồ đo lỗ Mitutoyo được sử dụng, đây là một thương hiệu đến từ Nhật bản.

Thông số gia công

Các nghiên cứu về thép SKH51 đưa ra nhiều thông số đầu vào như: Ton, Toff,

SV, WT, IP, Sg, vv Kết quả của các thí nghiệm này đưa ra được bộ thông số tốt nhất và đánh giá mức độ ảnh hưởng của thông số đầu vào đó đến tốc độ bắn phá vật liệu (MRR), chất lượng bề mặt (SR), thời gian gia công (TM) Tuy nhiên vì sự khác biệt về công cụ và điều kiện gia công do đó tuy là cùng nghiên cứu trên một loại vật liệu, nhưng có sự khác biệt về giá trị các thông số cắt cũng như kết quả thí nghiệm

Các nghiên cứu trên đều là các kinh nghiệm đáng giá giúp cho thí nghiệm này dễ dàng hơn khi đánh giá về các mức độ ảnh hưởng của thông số cắt Ton, Toff, SV Ngoài ra các nghiên cứu cũng là tài liệu tham khảo để chọn ra được bộ thông số cắt, kết hợp với Catalogue của máy Sau nhiều lần cắt thực nghiệm để tìm giá trị thích hợp nhất với loại máy sẵn có

Máy sử dụng trong thí nghiệm là AccuteX– GE43S Thông số kỹ thuật được lấy từ tài liệu Catalogue Cutting Data & Cutting Technology đi kèm máy.

Hình 3.6: Máy đo độ nhám Hình 3.7: Đồng hồ đo lỗ

22 nghiên cứu đã đề cập, ta chọn ra được các thông số đầu với các mức độ thí nghiệm như sau:

Bảng 3.2: Bảng thông số thí nghiệm

No Thông số đầu vào Đơn vị

Thông số thí nghiệm cho từng mẫu

Bảng 3.3: Bảng thông số thí nghiệm cho từng mẫu

Gia công thô Gia công bán tinh Gia công tinh Ton Toff SV WF Ton Toff SV WF Ton Toff SV WF

Các thông số còn lại được chọn theo catalog của máy và không đổi trong mỗi thí nghiệm để đảm bảo điều kiện cắt là như nhau

Bảng 3.4: Bảng các thông số đầu vào khác

Cắt thô Cắt bánh tinh

Thông số đầu ra của thí nghiệm

Độ nhám bề mặt: Các lớp trên của vi cấu trúc và tính chất cơ học của bề mặt gia công thay đổi đáng kể do các thông đầu vào (WEDM) Bề mặt của phôi thép SKH51 bao gồm nhiều “miệng núi lửa” nằm chồng lên nhau được tạo ra bởi các tia lửa điện có thời lượng nhỏ (khoảng vài micro giây) xác định độ chính xác và độ hoàn thiện bề mặt Độ nhám bề mặt sẽ được đo bằng máy và sẽ lấy theo giá trị mà máy đo hiển thị

Sai lệch kích thước là phép đo sự khác biệt giữa tâm phân bố kích thước thực tế và kích thước thiết kế của các lỗ trên phôi Thông số này được sử dụng để đánh giá độ chính xác của quy trình gia công lỗ, đảm bảo rằng kích thước thực tế của lỗ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

% sai lệch của lỗ, để có sự tương đồng giữa các kích thước lỗ khác nhau

Thời gian gia công: Khác biệt về thời gian các lần gia công phôi Thời gian gian công sẽ được quy về vận tốc theo công thức V = 𝑆

𝑡 với S là chu vi của lỗ cắt và t là thời gian gia công Quy đổi về vận tốc để có thể so sánh sự nhanh chậm giữa các lần cắt với kích thước lỗ không giống nhau

TIẾN HÀNH VÀ TỔNG KẾT THÍ NGHIỆM

Trình tự thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm 3 lần (thô, bán tinh, tinh) với thông số xét nghiệm Ton, Toff, SV, WF Sau mỗi lần cắt, thu thập kết quả thô về độ nhám bề mặt, thời gian gia công, sai lệch kích thước Tiếp theo, tối ưu hóa kết quả bằng phần mềm Minitab theo các phương pháp Taguchi, ANOVA và GRA để xác định thông số tối ưu cho các lần cắt Từ đó, dựa trên thông số tối ưu của lần cắt trước, tiếp tục thực hiện cắt lần sau, tối ưu hóa lần lượt để thu được thông số tối ưu cho cả ba lần cắt Kết quả cuối cùng của thí nghiệm là bộ thông số tối ưu cho cả ba lần cắt về độ nhám bề mặt, thời gian gia công, sai lệch kích thước và tối ưu đa mục tiêu.

Ứng dụng phương pháp Taguchi và mờ xám (FGRA) vào kết quả thí nghiệm

4.2.1 Ứng dụng phương pháp Taguchi và mờ xám (FGRA) Đối với phương pháp Taguchi trong phần mềm Minitab, giá trị “Delta” được xác định bằng chênh lệch giữa giá trị phản hồi trung bình cao nhất và thấp nhất Ngoài ra, giá trị của “Delta” càng lớn thì tác động của yếu tố ảnh hưởng đến giá trị phản hồi càng nhiều “Rank” được chỉ định dựa trên “Delta” Từ đó đưa ra các kết quả lần lượt có giá trị cao nhất là hạng 1, giá trị cao tiếp theo là hạng 2 và giá trị thấp nhất là hạng 3

Phương pháp mờ xám(FGRA) trong phần mềm Minitab, giá trị “Delta” được xác định bằng chênh lệch giữa giá trị phản hồi trung bình từ đó đưa ra các giá trị phản hồi đa mục tiêu tối ưu nhất Kết quả cho ra lần lượt có giá trị cao nhất là hạng 1, giá trị cao tiếp theo là hạng 2 và giá trị thấp nhất là hạng 3

Ton: Thời gian mở xung (unit: àm)

Tốc độ gia công tăng lên khi thời gian mở xung tăng Nhưng ngược lại, chất lượng bề mặt sẽ giảm đi khi tăng thời gian mở xung Điều này là do năng lượng phóng điện tăng theo thời gian mở xung

Toff: Thời gian tắt xung (unit: àm)

Khoảng thời gian giữa hai tia lửa hai tia lửa đồng thời là thời gian tắt xung Toff và được đo bằng àm Phần này của chu kỳ làm việc khụng cú điện ỏp Mỏy cụng cụ cú thời gian Toff từ 08 – 50, tính theo 1 đơn vị Giá trị Toff thấp hơn cho phép phóng điện nhiều hơn trong một thời gian nhất định, làm tăng hiệu quả đánh lửa Tỷ lệ cắt do đó tăng lên Tuy nhiên sử dụng TOFF rất thấp có thể dẫn đến đứt dây và làm giảm hiệu quả cắt

SV : Điện áp Servo Điện áp đặt giữa khe hở tia lửa đóng vai trò là điểm chuẩn cho khoảng cách thực tế giữa phôi và dây cắt Thông số này dùng để điều khiển tránh việc tốc độ cắt

26 quá nhanh làm phôi và dây cắt bị tiếp xúc và xảy ra hiện tượng ngắn mạch Dãy SV của máy hiện tại áp theo theo 1 bước vôn Từ 22 – 150V

WF: Tốc độ cấp dây

Giá trị WF đại diện cho bước cấp dây Sự thay đổi của mỗi bước khoảng 1 m/phút Nguồn cấp dây tối đa 2 m/phút Nó dao động từ 1 – 20

4.2.2 Kết quả và tối ưu lần cắt thô

Bảng 4.1: Bảng L9 của Taguchi và kết quả thực nghiệm cắt thô

Hình 4.2: Biểu đồ trung bình độ nhám, thời gian và sai lệch kích thước khi cắt thô Thứ tự thí nghiệm

Thông số đầu vào Thông số đầu ra Tỷ lệ S/N

Ton Toff SV WF Ra Time DD Ra Time DD

 Tối ưu độ nhám bề mặt cắt thô

Dựa vào thông số độ nhám thu được trong quá trình cắt thí nghiệm thu được trình bày ở Bảng 4.1 và ứng dụng phương pháp tối ưu Taguchi thông qua phần mềm hỗ trợ minitab thu được kết quả bảng tỉ số tín hiệu nhiễu của độ nhám bề mặt cắt thô được trình bày ở Bảng 4.2 và biểu đồ hiệu ứng tỉ lệ S/N của độ nhám bề mặt cắt thô được trình bày ở Hình 4.3

Bảng 4.2: Tỉ số tín hiệu nhiễu của độ nhám bề mặt cắt thô

Level T on T off SV WF

Hình 4.3: Biểu đồ hiệu ứng tỉ lệ S/N của độ nhám bề mặt cắt thô

Từ những kết quả thu được sau khi áp dụng phương pháp tối ưu Taguchi thông qua phần mềm Minitab ta rút ra được nhận xét như sau:

Giá trị Ton càng nhỏ thì chất lượng bề mặt gia công càng tốt (độ nhám càng nhỏ), nguyên nhân là sự gia giảm khả năng bóc tách vật liệu khi Ton giảm Điều này được thể hiện qua công thức:

Wt = E*I*t (8) Dựa vào công thức trên ta thấy được t và Wt tỉ lệ thuận với nhau Ton đại diện cho giá trị t ở công thức trên Ton càng lớn cho phép thời gian phóng điện nhiều hơn tại một

28 vị trí nhất định, khi thời gian phóng điện càng lâu thì khả năng bóc tách vật liệu tăng tạo ra các “miệng núi lửa” có kích thước lớn từ đó dẫn đến chất lượng bề mặt thu được có độ nhám càng cao Nên khi ta giảm Ton xuống khả năng bóc tách vật liệu giảm cho ra kết quả độ nhám thấp

Giá trị Toff là thời gian tắt xung, Toff cũng đại diện cho giá trị t ở công thức trên

Toff thấp thấp hơn cho phép phóng điện nhiều hơn trong một thời gian nhất định, làm tăng hiệu quả đánh lửa Vì thế Toff càng lớn thì khoảng cách xung càng lớn dẫn đến lượng hớt vật liệu nhỏ từ đó chất lượng bề mặt càng được cải thiện

Tương tự với Toff thì SV càng lớn thì độ nhám có xu hướng giảm SV là giá trị đại diện cho điện áp đặt giữa khe hở tia lửa đóng vai trò là điểm chuẩn cho khoảng cách thực tế giữa phôi và dây cắt Khi SV lớn thì khoảng cách giữa dây và bề mặt gia công xa hơn từ đó làm giảm khả năng bóc tách vật liệu làm cho độ nhám thu được sau khi gia công tốt hơn (Ra thấp)

(b) Hình 4.4: Ảnh hưởng của bề mặt dây đến bề mặt vật liệu gia công [33], [34], [35](a) Dây cắt với tốc độ cấp dây WF = 11m/ph (b) Dây có tốc độ cắt WF = 1m/ph

Hình 4.5: Ảnh soi cấu trúc tế vi dây cắt thông qua thí nghiệm thăm dò (a) Dây lúc chưa cắt (b) Dây cắt với thông số WF = 11 (c) Dây cắt với thông số WF = 1

Giá trị WF đại diện cho bước cấp dây Ở hình (b) và (c) là thí nghiệm thăm dò, các thông số cắt ở hai lần cắt đều giống nhau chỉ thay đổi thông số WF Hình (b) cắt với thông số WF và hình (c) cắt với thông số cắt WF=1 Quan sát ta thấy được ở hình (b) với thông số cắt WF (lúc độ tốc độ cấp dây là 11mm/s) tốc độ cấp dây nhanh nên bề mặt của dây sau khi cắt có độ nhám nhỏ hơn so với dây cắt với thông số cắt WF=1 ở hình (c) Độ nhám của dây cắt cũng ảnh hưởng đến độ nhám của bề mặt gia chi tiết sau khi gia công Vì thế để tối ưu độ nhám bề mặt khi gia công ta cần tăng giá trị WF WF là yếu tố ít ảnh hưởng tới độ nhám nhất

Phân tích Bảng 4.2, ta nhận thấy yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt trong gia công thô là giá trị Ton (2,841) Tiếp theo theo mức độ ảnh hưởng giảm dần là giá trị SV (0,571), giá trị Toff (0,426) Yếu tố ảnh hưởng ít nhất đến độ nhám bề mặt khi gia công thô là giá trị WF (0,300).

Bảng 4.3: Bảng ANOVA về độ nhám gia công thô Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Contribution (%)

Từ Bảng 4.3 rút ra nhận xét:

ỨNG DỤNG CHẾ TẠO KHUÔN DẬP CẮT

Thông số và thiết kế sản phẩm

5.1.1 Xây dựng ý tưởng và thiết kế

Hình 5.1: Thiết kế sản phẩm từ khuôn dập cắt (a) hộp đựng bút (b) Chân đỡ điện thoại

Sau khi tham khảo các chi tiết có thể chế tạo từ khuôn dập cắt nhóm chúng em đã lên ý tưởng thiết kế hai sản phẩm là: hộp đựng bút và chân đỡ điện thoại Đây là những sản phẩm quen thuộc và có tính ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày Cả hai sản phẩm này có một chi tiết là chữ FME và một phần được vuốt cong được thiết kế giống nhau nên có dùng chung một bộ khuôn dập cắt khi chế tạo

Sản phẩm hộp đựng bút và chân đỡ điện thoại sử dụng chi tiết trang trí được sản xuất bằng phương pháp dập cắt Yêu cầu đối với chi tiết này là có độ bền cao, dễ gia công và tạo hình Do đó, vật liệu được lựa chọn là nhôm 1050 Loại nhôm này đáp ứng các yêu cầu kể trên, đảm bảo độ bền của sản phẩm mà vẫn dễ dàng tạo hình theo thiết kế.

Bảng 5.1: Thành phần hóa học Nhôm 1050

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti

- Một số thông số cơ tính của Nhôm 1050 như sau:

+ Áp suất để phẳng: q1020 (KG / mm 2 )

+ Độ cứng: 98 HB chưa tôi cao tần.

Thiết chế tạo khuôn dập cắt

 Kết cấu bộ khuôn dập cắt

Hình 5.2: Kết cấu sơ bộ bộ khuôn dưới

1 Tấm đế khuôn trên: Kẹp chặt khuôn trên với máy dập

2 Tấm kẹp chày: Định vị và kẹp chặt chày

3 Lò xo: Đẩy tấm chặn về vị trí ban đầu sau khi dập

4 Tấm chặn: Giữ phôi trong quá trình dập và đẩy phôi ra khỏi chày sau khi dập

5 Tấm cối: Tạo hình cho sản phẩm dập

6 Tấm đế khuôn dưới: Kẹp chặt khuôn dưới với máy dập

7 Chốt định vị phôi: Định vị phôi trong quá trình dập

8 Bulong M8: Liên kết các tấm khuôn

9 Chày: Tạo hình cho sản phẩm dập

Vật liệu chế tạo khuôn

Trong bộ khuôn dập cắt chày và cối là những chi tiết làm việc chính và hiệu suất cao nên vật liệu chế tạo của những chi tiết này cũng đòi hỏi vật liệu phải bền có

88 độ cứng cao và không bị biến dạng trong quá trình dập Đối với khuôn đột dập do phải cắt phôi cứng nên yêu cầu độ cứng cao (đến trên 60 HRC) Tuy nhiên, nếu độ cứng quá cao sẽ dễ dẫn đến sứt khuôn, nhất là tại các mép cắt Vật liệu dập càng dày, điều kiện làm việc của khuôn càng khắc nghiệt, do vậy tuổi thọ càng thấp Với những yêu cầu như trên thì mác thép SKD11 rất phù hợp để chế tạo chày và cối cho khuôn dập cắt Mác thép SKD11 là thép làm khuôn đột dập kim loại có độ thấm tôi tốt và ứng suất tôi thấp nhất giúp nâng cao độ cứng và chất lượng bề mặt, đồng thời hạn chế tình trạng cong vênh khi gia công Thép còn có khả năng chống mài mòn cao, nâng cao tuổi thọ.

Bảng 5.2: Thành phần hóa học Thép SKD11

Mác thép Thành phần hóa học

C Cr Mo V Si Mn P S Ni Cu

Thép SKD11 có những đặc tính chính sau đây:

– Độ bền bao, chống mài mòn tốt

– Khả năng chịu nhiệt tuyệt vời, cứng và dẻo dai

– Có độ thấm tôi tuyệt vời, ứng xuất tôi thấp

Bảng 5.3: Quá trình xử lí nhiệt của Thép SKD11

Xử lí nhiệt Ủ Tôi Ram

Gia công chế tạo khuôn dập

 Hình ảnh các tấm khuôn trong bộ khuôn dập cắt

Hình 5.3: Các tấm khuôn trong bộ khuôn dập cắt (a) Tấm đế khuôn dưới (b) Tấm cối

(c) Tấm chặn (d) Tấm giữ chày (e) Tấm đế khuôn trên

 Quy trình gia công tấm khuôn

Bảng 5.4: Quy trình công nghệ gia công tấm khuôn cho bộ khuôn dập cắt

Tấm đế khuôn dưới Tấm cối Tấm chặn Tấm giữ chày

NC 1 Cắt phôi Cắt phôi Cắt phôi Cắt phôi Cắt phôi

NC 3 Mài hai mặt trên và dưới

Mài hai mặt trên và dưới

Mài hai mặt trên và dưới

Mài hai mặt trên và dưới

Mài hai mặt trên và dưới

NC 5 Vát cạnh Vát cạnh Phay bậc Phay bậc Vát cạnh

NC 6 Taro ren Bắn lỗ xỏ dây cắt Vát cạnh Vát cạnh -

Cắt dây lổ biên dạng chữ FME Taro ren Taro ren -

NC 8 - - Bắn lổ xỏ dây cắt Bắn lổ xỏ dây cắt -

Cắt dây lổ biên dạng chữ FME

Cắt dây lổ biên dạng chữ FME

 Một số hình ảnh trong quá trình gia công chế tạo khuôn dập cắt

Hình 5.4: Quá trình gia công khuôn (a) Phay tấm khuôn trên máy phay (b) Khoan lổ cho tấm khuôn trên máy phay (c) Gá đặt chi tiết tấm khuôn trên máy cắt dây (d) Cắt chi tiết chày trên máy cắt dây

Ráp khuôn và dập thử

 Một số yêu cầu kĩ thuật khi ráp khuôn

Trước khi các chi tiết khuôn được lắp ráp cần kiểm tra theo yêu cầu như đã thiết kế, bao gồm kích thước và dung sai phải nằm trong miền cho phép, kích thước vị trí tương quan, độ bóng và độ nhám phải đúng theo bản vẽ chế tạo

Thành lỗ cối và thành ngoài của chày phải được đảm bảo đồng song song, vuông góc với mặt cối và mặt đặt khuôn, để tránh chày va vào thành cối khi chày đi vào trong cối

Khe hở z giữa chày và cối phải đạt đúng giá trị cho phép Khi lắp và căn chỉnh chày vào trong cối, khe hở chày và cối cần phải đồng đều trên toàn bộ dạng của chày Để đảm bảo khe hở đồng đều, có thể sử dụng các căn chỉnh trong quá trình lắp và căn chỉnh chày vào trong cối k ỉnHình 5.5: Khuôn dập cắt hoàn thiện

93 á trình lắp và căn chỉnh chày vào trong cối

Hình 5.6: Gá khuôn và dập (a) Khuôn gá trên máy dập (b) Sản phẩm sau khi được dập

 Đán giá chất lượng sản phẩm sau khi dập

-Sản phẩm sau khi dập đúng kích thước, tỉ lệ như đã thiết kế

- Bề mặt sản phẩm sáng bóng không có dấu hiệu trầy xướt

- Không xuất hiện ba via

Sau khi sản phẩm được dập trên máy dập thì tiếp là quá trình hoàn thiện sản phẩm Phôi dập sẽ trải qua thêm các bước chấn, hàn, sơn màu để cho ra sản phẩm hoàn thiện

Hình 5.7: Sản phẩm sau khi hoàn thiện (a) hộp đựng bút (b) Chân đỡ điện thoại