Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 khi gia công bằng phương pháp xung định hình với điện cực Ti trong dung dịch chất điện môi là dầu biến thế

S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN PHÚ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỊNH HÌNH VỚI ĐIỆN CỰC Ti TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN MÔI LÀ DẦU BIẾN THẾ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2012 S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỊNH HÌNH VỚI ĐIỆN CỰC Ti TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN MÔI LÀ DẦU BIẾN THẾ Học viên : Nguyễn Văn Phú Lớp : CHK13 Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy CB hướng dẫn khoa học : TS. Ngô Cƣờng Ngày giao đề : ……… / ……… /……… Ngày hoàn thành : ……… / ……… /……… BAN GIÁM HIỆU KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN HỌC VIÊN TS. Ngô Cƣờng Nguyễn Văn Phú S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn. Tác giả Nguyễn Văn Phú S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo - TS. Ngô Cường và Thầy giáo Nguyễn Hữu Phấn đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Cao đẳng nghề Bắc Giang, Ban lãnh đạo và Khoa Sau đại học của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bản Luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Diesel Sông Công và các kỹ thuật viên, công nhân viên Xưởng Cơ khí của Công ty đã giúp đỡ trong quá trình sử dụng thiết bị để thực hiện thí nghiệm. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các nhà khoa học của Viện Khoa học vật liệu Hà Nội, Viện nghiên cứu cơ khí Hà Nội đã tận tình giúp đỡ trong quá trình phân tích, xử lý kết quả thí nghiệm. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả Nguyễn Văn Phú S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục các ký hiệu chính ii Danh mục các bảng biểu iii Danh mục các hình vẽ iv PHẦN MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ………………………………………………… 1 2. Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu…………… 2 2.1. Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………………2 2.2. Mục đích nghiên cứu …………………………………………………….3 2.3. Nội dung nghiên cứu …………………………………………………….3 2.4. Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… 3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ………………………………….3 3.1. Ý nghĩa khoa học ……………………………………………………… 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ……………………………………………………… 3 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN…… …… 4 1.1. Khái quát về phương pháp gia công tia lửa điện (EDM)……………… 4 1.2. Lịch sử ra đời và phát triển của phương pháp gia công tia lửa điện …….4 1.3. §Æc ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p gia c«ng tia löa ®iÖn ……………………… 5 1.4. Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa ……………… 5 1.5. Các phương pháp gia công tia lửa điện…………………………………. 6 1.5.1. Phương pháp gia công xung định hình……………………………… 6 1.5.2. Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện …………………………….6 1.5.3. Một số phương pháp sử dụng nguyên lý gia công tia lửa điện ……… 7 1.6. Nguyên lý của phương pháp gia công tia lửa điện……………………… 8 S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn 1.7. Các thông số công nghệ của phương pháp gia công xung định hình… 10 1.7.1. Điện áp………………………………………………………………. 10 1.7.2. Phân cực của điện cực……………………………………………… 11 1.7.3. Cường độ dòng phóng tia lửa điện ………………………………… 11 1.7.4. Thời gian xung (t i ) và thời gian ngừng xung(t 0 )…………………… 12 1.7.4.1. Thời gian xung t i ……………………………………………………12 1.7.4.2. Thời gian ngừng xung t o ……………………………………………14 1.7.5. Khe hở phóng điện() 15 1.7.6. Dạng sóng xung ………………………………………………………16 1.7.7. Dung dịch điện môi ………………………………………………… 16 1.7.7.1. Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi …………………………….16 1.7.7.2. Các loại chất điện môi …………………………………………… 17 1.7.7.3. Các loại dòng chảy của chất điện môi 17 1.8. Chất lượng bề mặt gia công tia lửa điện ……………………………… 17 1.8.1. Cấu trúc mặt cắt ngang lớp bề mặt sau gia công tia lửa điện ……… 17 1.8.2. Topography bề mặt ………………………………………………… 18 1.9. Các hiện tượng xấu xuất hiện trong gia công tia lửa điện …………… 18 1.9.1. Hiện tượng hồ quang điện 18 1.9.2. Hiện tượng ngắn mạch và sụt áp 19 1.9.3. Hiện tượng xung mạch hở, không có dòng điện 20 1.9.4. Hiện tượng quá nhiệt của dung dịch điện môi ……………………….21 1.10. Nâng cao chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp tia lửa điện 21 1.10.1. Ảnh hưởng của vật liệu điện cực đến chất lượng bề mặt ………… 22 1.10.2. Ảnh hưởng của môi trường gia công đến chất lượng bề mặt 23 1.10.3. Ảnh hưởng của chế độ gia công đến chất lượng bề mặt ……………26 1.10.4. Ảnh hưởng phân cực của phôi đến chất lượng bề mặt: …………… 27 1.10.5. Ảnh hưởng của kích cỡ hạt đến chất lượng bề mặt………………… 30 1.10.6. Ảnh hưởng của phương pháp gia công đến chất lượng bề mặt…… 30 S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn 1.11. Kết luận chƣơng 1… ………… ……… …… …………………. 31 1.12. Xác định hướng nghiên cứu của đề tài ……………………………… 31 Chƣơng 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 33 2.1. Mục đích của thí nghiệm ……………………………………………….33 2.2. Mô tả hệ thống thí nghiệm …………………………………………… 33 2.2.1. Sơ đồ thí nghiệm…………………………………………………… 33 2.2.2. Máy thí nghiệm……………………………………………………… 34 2.2.3. Vật liệu thí nghiệm………………………………………………… 35 2.2.4. Điện cực dụng cụ…………………………………………………… 37 2.2.5. Dung dịch điện môi ………………………………………………… 38 2.2.6. Các thông số công nghệ gia công …………………………………….38 2.2.7. Thiết bị đo kiểm và kết quả thí nghiệm……………………………… 39 2.3. Kết luận chƣơng 2 ………………………………… ……………… 40 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHUÔN DẬP CÒ MỔ ĐỘNG CƠ RV125 40 3.1. Hình dáng bề mặt khuôn sau gia công xung định hình……………… 40 3.2. Kết quả và thảo luận ……………………………………………………41 3.2.1. Độ nhám và profin bề mặt khuôn……………………………………. 41 3.2.2. Hình thái bề mặt khuôn ………………………………………………43 3.2.3. Cấu trúc, độ cứng tế vi lớp bề mặt khuôn và chiều dày lớp thấm ……48 3.2.4. Thành phần hóa học và tổ chức pha của lớp bề mặt khuôn …….53 3.3. Kết luận chƣơng 3…… …………… ………………….………… 57 KẾT LUẬN CHUNG 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC……………… …………………………………………………61 S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Ra Sai lệch Profin trung bình cộng µm Rz Chiều cao nhấp nhô tế vi µm Ue Điện áp phóng điện( Gap) V t đ Thời gian trễ µs t e Thời gian phóng điện µs t i Độ kéo dài xung của máy phát xung µs t o Khoảng cách xung µs t p Chu kỳ xung µs I e Cường độ dòng điện A θ Độ mòn điện cực % δ Khe hở phóng điện mm T on Thời gian xung µs T off Thời gian ngừng xung µs ii S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Bảng số Nội dung Trang 1 2.1 Ký hiệu tương đương thép SKD61 của các nước 34 2 2.2 Thành phần hóa học theo % trọng lượng của thép SKD61 34 3 2.3 Các tính chất cơ, lí của thép SKD61 34 4 2.4 Thành phần hóa học theo % trọng lượng của Ti 36 5 2.5 Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu biến thế. 36 6 2.6 Các thông số công nghệ gia công 37 7 3.1 Kết quả đo nhám trên bề mặt khuôn 40 8 3.2 Kết quả đo chiều dày của lớp biến trắng và lớp chuyển tiếp 49 9 3.3 Sự thay đổi độ cứng tế vi lớp bề mặt khuôn theo chiều sâu 50 10 3.4 Kết quả kiểm tra thành phần hóa học của lớp nền theo % khối lượng của thép SKD61 tại viện Khoa học vật liệu Hà Nội, 52 11 3.5 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 1 ( vị trí cao) 52 12 3.6 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 1 ( vị trí thấp) 52 13 3.7 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 2 ( vị trí cao) 53 14 3.8 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 2 ( vị trí thấp) 53 iii S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn 15 3.9 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 3( vị trí cao) 54 16 3.10 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 3( vị trí thấp) 54 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Hình số Nội dung Trang 1 1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 8 2 1.2 Quá trình ion hóa dung dịch điện môi 9 3 1.3 Quá trình phóng tia lửa điện 10 4 1.4 Phân cực cho điện cực 11 5 1.5 Mối quan hệ giữa V w và t i 12 6 1.6 Mối quan hệ giữa θ và t i 13 7 1.7 Mối quan hệ giữa R z và t i (với t i = t d + t e ). 13 8 1.8 Ảnh hưởng của t i và t 0 đến năng suất gia công 14 9 1.9 Dạng sóng xung hình chữ nhật 15 10 1.10 Lớp bề mặt sau gia công tia lửa điện 17 11 1.11 Hiện tượng hồ quang điện 19 12 1.12 Hiện tượng ngắn mạch, sụt áp 19 13 1.13 Hiện tượng xung mạch hở 20 14 1.14 Ảnh hưởng của chất điện môi đến nhám bề mặt 24 15 1.15 Ảnh hưởng của thời gian xung đến nhám bề mặt trong các môi trường gia công khác nhau 26 16 1.16 Mối quan hệ giữa nhám bề mặt và thời gian xung Trường hợp phân cực dương và âm 27 17 1.17 Mối quan hệ giữa nhám bề mặt và dòng điện cực đại theo các cách phân cực khác nhau 27 iv [...]... in, s cú dũng phúng tia la in t 0,5 - 80A S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn - 12 - 1.7.4 Thi gian xung (ti) v thi gian ngng xung( t0) Mi chu k xung( te)c xỏc nh bi hai thụng s l thi gian ngng xung v thi gian xung c tớnh bng s 1.7.4.1 Thi gian xung ti Thi gian xung (ti) l khong thi gian gia hai ln úng ngt ca mỏy phỏt trong cựng mt chu k phúng tia la in Tr s ca ti nh hng ti nhiu yu t quan trng... liu gia cụng l khụng ln Cỏc vn nh: bin dng, ng sut c hc khụng xut hin trong sut quỏ trỡnh gia cụng do khụng cú s tip xỳc gia phụi v dng c (in cc) iu ny rt cú li trong vic gia cụng cỏc chi tit mng lm bng cỏc vt liu dũn 1.5 Cỏc phng phỏp gia cụng tia la in Hin nay cú hai phng phỏp gia cụng tia la in ch yu trong gia cụng c khớ trờn th gii l: phng phỏp gia cụng xung nh hỡnh v phng phỏp gia cụng ct dõy tia... in mụi trong khe h phúng in Nh ú s trỏnh c li quỏ trỡnh to h quang hoc dũng ngn mch Cng trong thi gian ngh ca cỏc xung in, dũng chy s y cỏc vt liu ó b n mũn ra khi khe h phúng in Do ú, tựy thuc vo kiu mỏy v mc ớch gia cụng c th m ngi ta chn t 0, ti phự hp thụng qua vic la chn t l gia thi gian xung v thi gian ngh ti/ t0 C th nh sau: - Khi gia cụng rt thụ chn: ti/ t0 >10 - Khi gia cụng thụ chn: ti/ t0 =... tia la in u ti n bỏn t ng v khụng tin dng ó c thay th bi cỏc mỏy gia cụng tia la in CNC õy l nhúm mỏy ó t rừ c kh nng rt ln ca mỡnh trong iu khin chớnh xỏc qu o, gia cụng c cỏc vt liu dn in cú bn v cng bt k, hỡnh dng rt phc tp Chớnh s t phỏ trong cụng ngh ny ó gii quyt rt nhiu vn trong thc tin v a nhúm mỏy mi ny tr thnh mt trong cỏc cụng c ct gt hu hiu nht 1.3 Đặc điểm của ph-ơng pháp gia công tia... hệ giữa độ mòn điện cực với ti đ-ợc biểu thị ở hình 1.6 Hình 1.6 Mối quan hệ giữa và ti [1] - nhỏm b mt: Khi tng ti thỡ nhỏm Rz cng tng do tỏc dng ca dũng in c duy trỡ lõu hn lm cho lng ht vt liu tng lờn mt s v trớ v lm cho Rz tng lờn Mi quan h gia ti vi nhỏm b mt gia cụng c biu th hỡnh 1.7 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn - 14 - Hỡnh 1.7 Mi quan h gia Rz v ti (vi ti = td + te)... - Khi gia cụng tinh chn: ti/ t0 = 5 ữ 10 - Khi gia cụng rt tinh chn: ti/ t0 < 5 Hỡnh 1.8 nh hng ca ti n nng sut gia cụng[1] 1.7.5 Khe h phúng in() Cỏc thụng s iu chnh nh: I, ti, to, U, ch tỏc ng lờn s phúng tia la in xỏc nh c lng ht vt liu t u n cui sau mt s ln phúng tia la in thỡ vn l phi duy trỡ khe h vi mt chiu rng ti u Quỏ trỡnh ú gi l s iu chnh khe h phúng in ú l cỏch m bo chc chn rng in cc tip... do thi gian, kinh phớ cú hn nờn tỏc gi ó chn ti nghiờn cu l:ỏnh giỏ cht lng b mt thộp SKD61 khi gia cụng bng phng phỏp xung nh hỡnh vi in cc Ti trong dung dch in mụi l du bin th 2 i tng, mc ớch, ni dung v phng phỏp nghiờn cu 2.1 i tng nghiờn cu i tng nghiờn cu ca ti l cỏc thụng s ( nhỏm, cng t vi, cu trỳc t vi v thnh phn húa hc) ca lp b mt khuụn dp cũ m ng c RV125 lm bng thộp SKD61 sau khi gia cụng... 1.7.4.2 Thi gian ngng xung to Thi gian ngng xung (to) l khong thi gian gia hai ln úng ngt ca mỏy phỏt gia hai chu k phúng tia la in k tip nhau, to cũn c gi l kộo di ngh ca xung Cựng vi t l ti/ to, to cú nh hng rt ln n lng ht vt liu Khong cỏch to cng ln thỡ lng ht vt liu Vw cng nh v ngc li Phi chn t0 nh nh cú th c nhm t mt lng ht vt liu ti a Nhng ngc li khong cỏch xung phi ln cú thi gian thụi ion... phng phỏp xung nh hỡnh vi in cc Ti trong dung dch in mụi l du bin th S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn -3- 2.2 Mc ớch nghiờn cu 1 Xỏc nh mc nh hng ca vic s dng vt liu in cc titan n cht lng b mt gia cụng cỏc khuụn dp c lm bng vt liu SKD61 khi gia cụng bng phng phỏp xung nh hỡnh vi dung dch in mụi l du bin th 2 Lm c s xỏc nh lng d gia cụng cho cỏc nguyờn cụng tip theo 2.3 Ni dung nghiờn... tn ti mi quan h v cng gia phụi v dng c, cỏc vn nh: rung ng, ng sut c hc, ting n khụng xut hin trong sut quỏ trỡnh gia cụng [18 ] Tuy nhiờn phng phỏp gia cụng tia la in vn tn ti mt s hn ch nh: Cht lng b mt sau gia cụng cha cao, nng sut gia cụng cũn thp v b hn ch v phm vi ng dng 1.2 Lch s ra i v phỏt trin ca phng phỏp gia cụng tia la in Nh vt lý ngi Anh Joseph Priestley (1733 1809) l ngi u ti n trong . THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN PHÚ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỊNH HÌNH VỚI ĐIỆN CỰC Ti TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN MÔI LÀ DẦU BIẾN THẾ. THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỊNH HÌNH VỚI ĐIỆN CỰC Ti TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN MÔI LÀ DẦU BIẾN THẾ Học viên : Nguyễn. hóa học) của lớp bề mặt khuôn dập cò mổ động cơ RV125 làm bằng thép SKD61 sau khi gia công bằng phương pháp xung định hình với điện cực Ti trong dung dịch điện môi là dầu biến thế. - 3 - S ố