Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với điện cực đồng và dung môi dầu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VỚI ĐIỆN CỰC ĐỒNG VÀ DUNG MÔI DẦU NGUYỄN MẠNH LINH THÁI NGUYÊN – 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VỚI ĐIỆN CỰC ĐỒNG VÀ DUNG MÔI DẦU Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Học viên : NGUYỄN MẠNH LINH Ngƣời HD Khoa học : PGS. TS. NGUYỄN ĐÌNH MÃN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn THÁI NGUYÊN – 2013 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VỚI ĐIỆN CỰC ĐỒNG VÀ DUNG MÔI DẦU Học viên : Nguyễn Mạnh Linh Lớp : CNCTM – K13 Ngành : Công nghệ chế tạo máy Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS. Nguyễn Đình Mãn NGƢỜI HƢỚNG DẪN BAN GIÁM HIỆU HỌC VIÊN PHÒNG QLĐT SAU ĐẠI HỌC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.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 Mạnh Linh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – PGS.TS. Nguyễn Đình Mãn, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh luận văn. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban Giám hiệu và Khoa Sau đại học của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản luận văn này. Tác giả cũng chân thành cảm ơn Công ty cổ phần Diesel Sông Công, Viện Khoa học vật liệu (thuộc Viện Khoa học Công nghệ) – Hà Nội đã giúp đỡ tác giả thực hiện luận văn này. Do năng lực bản thân còn có những 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. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Mạnh Linh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Mở đầu 1 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 3 1.1. Đặc điểm của phƣơng pháp gia công tia lửa điện 3 1.1.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện 3 1.1.2. Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện. 3 1.2. Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện 3 1.2.1. Phương pháp gia công xung định hình 4 1.2.2. Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện 4 1.2.3. Các phương pháp khác: 4 1.3. Cơ sở của phƣơng pháp gia công tia lửa điện 6 1.3.1. Bản chất vật lý 6 1.3.2. Cơ chế bóc tách vật liệu 11 1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình gia công tia lửa điện 12 1.4.1 Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện 12 1.4.2. Dòng điện và bước dòng điện 16 1.4.3. Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ. 16 1.4.4. Ảnh hưởng của điện dung C 19 1.4.5. Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công 20 1.4.6. Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực 20 1.5. Lƣợng hớt vật liệu khi gia công tia lửa điện 21 1.6. Chất lƣợng bề mặt 22 1.6.1. Độ nhám bề mặt 22 1.6.2. Vết nứt tế vi và các ảnh hưởng về nhiệt 23 1.7. Độ chính xác tạo hình khi gia công tia lửa điện 24 1.8. Các hiện tƣợng xấu khi gia công tia lửa điện 25 1.8.1. Hồ quang 25 1.8.2. Ngắn mạch, sụt áp 26 1.8.3. Xung mạch hở, không có dòng điện 26 1.8.4. Sự quá nhiệt của chất điện môi 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.9. Các yếu tố không điều khiển đƣợc 27 1.9.1. Nhiễu hệ thống 27 1.9.2. Nhiễu ngẫu nhiên 27 1.10. Dung dịch chất điện môi trong gia công tia lửa điện 28 1.10.1. Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi 28 1.10.2. Các loại chất điện môi 29 1.10.3. Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 30 1.10.4 . Các loại dòng chảy của chất điện môi 31 1.10.5. Hệ thống lọc chất điện môi 34 Kết luận chƣơng 1 35 CHƢƠNG 2. MÁY XUNG ĐỊNH HÌNH VÀ CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG 36 2.1. Sơ bộ về máy xung định hình 36 2.2. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp gia công xung định hình 37 2.2.1. Ưu điểm 37 2.2.2. Nhược điểm 37 2.3. Chất lƣợng bề mặt khi gia công xung định hình 38 2.3.1. Về độ nhám bề mặt: 38 2.3.2. Về vết nứt tế vi và lớp ảnh hưởng nhiệt sau khi gia công 39 2.4. Các thông số công nghệ của khi gia công xung định hình 40 2.4.1. Điện áp đánh lửa U z . 41 2.4.2. Thời gian trễ đánh lửa t d 41 2.4.3. Điện áp phóng tia lửa điện U e . 41 2.4.4. Dòng phóng tia lửa điện I e . 41 2.4.5. Thời gian phóng tia lửa điện t e 41 2.4.6. Độ kéo dài xung t i . 42 2.4.7. Khoảng cách xung t o . 42 2.5. Một số vấn đề liên quan đến điện cực và vật liệu điện cực khi gia công xung định hình 42 2.5.1. Yêu cầu của vật liệu điện cực: 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.5.2. Các loại vật liệu điện cực. 43 Kết luận chƣơng 2 48 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHUÔN DẬP CÒ MỔ ĐỘNG CƠ RV125 49 3.1. Mục đích của thí nghiệm 49 3.2. Mô tả hệ thống thí nghiệm 49 3.2.1. Sơ đồ thí nghiệm 49 3.2.2. Máy thí nghiệm 50 3.2.3. Vật liệu thí nghiệm 50 3.2.4. Điện cực dụng cụ 53 3.2.5. Dung dịch điện môi 53 3.2.6. Các thông số công nghệ gia công 54 3.2.7. Quy trình thí nghiệm 54 3.2.8. Thiết bị đo kiểm kết quả thí nghiệm 54 3.3. Kết quả thí nghiệm và thảo luận 55 3.3.1. Hình dáng bề mặt khuôn 55 3.3.2. Topography bề mặt gia công 56 3.3.3. Cấu trúc của lớp bề mặt gia công 60 3.3.4. Thành phần hóa học và tổ chức pha của lớp bề mặt gia công 65 3.4. Quy trình công nghệ gia công khuôn dập cò mổ động cơ RV125 thực tế tại công ty Diesel Sông Công Thái Nguyên 71 Kết luận chƣơng 3 72 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 73 1. Kết luận chung 73 2. Kiến nghị 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC: Kết quả phân tích của Viện Khoa học vật liệu- Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu 75 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Bảng tính cực của điện cực 46 Bảng 3.1. Ký hiệu tương đương thép SKD61 của các nước 51 Bảng 3.2. Thành phần hóa học theo % trọng lượng của thép SKD61 51 Bảng 3.3. Các tính chất cơ, lí của thép SKD61 51 Bảng 3.4. Đặc tính kỹ thuật của đồng 53 Bảng 3.5. Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu biến thế 54 Bảng 3.6. Các thông số công nghệ gia công 54 Bảng 3.7. Kết quả nhấp nhô bề mặt 57 Bảng 3.8. Chiều dày lớp biến trắng và lớp chuyển tiếp 63 Bảng 3.9. Sự thay đổi độ cứng lớp bề mặt theo chiều sâu 63 Bảng 3.10. Thành phần của hóa học của các vùng trên lớp bề mặt 65 Bảng 3.11. Thành phần của hóa học của các vùng trên lớp bề mặt 66 Bảng 3.12. Thành phần của hóa học của các vùng trên lớp bề mặt 66 Bảng 3.13. Thành phần của hóa học của các vùng trên lớp bề mặt 67 Bảng 3.14. Thành phần của hóa học của các vùng trên lớp bề mặt 67 Bảng 3.15. Thành phần của hóa học của các vùng trên lớp bề mặt 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 6 Hình 1.2. Pha đánh lửa 7 Hình 1.3. Sự hình thành kênh phóng điện 7 Hình 1.4. Sự hình thành và bốc hơi vật liệu 8 Hình 1.5. Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện 9 Hình 1.6. Mối quan hệ giữa Vw và t i 14 Hình 1.7. Mối quan hệ giữa θ và t i 14 Hình 1.8. Mối quan hệ giữa Rmax và ti (với t i = t d + t e ). 15 Hình 1.9. Ảnh hưởng của ti và t0 đến năng suất gia công 16 Hình 1.10. Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ 17 Hình 1.11. Quan hệ giữa η và áp 19 Hình 1.12. Ảnh hưởng của điện dung C 19 Hình 1.13. Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công F 20 Hình 1.14. Các thông số ảnh hưởng đến năng suất khi gia công EDM 22 Hình 1.15. Vùng ảnh hưởng nhiệt của bề mặt phôi 24 Hình 1.16. Hiện tượng hồ quang điện 25 Hình 1.17. Hiện tượng ngắn mạch sụt áp 26 Hình 1.18. Hiện tượng xung mạch hở 27 Hình 1.19. Dòng chảy bên ngoài 32 Hình 1.20. Dòng chảy áp lực 33 Hình 2.1. Mô hình máy xung định hình 36 Hình 2.2. Câu trúc tế vi của chi tiết gia công bằng xung định hình 38 Hình 2.3. Cấu trúc bề mặt phôi 39 [...]... công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với dung môi dầu và điện cực đồng 2.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là chất lượng bề mặt gia công (độ nhám bề mặt, cấu trúc và độ cứng lớp bề mặt, thành phần hóa học và tổ chức pha lớp bề mặt) của thép SKD61 sau khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với môi trường gia công là dầu và điện cực đồng 2.3 Phương pháp nghiên... gia công Xuất phát từ đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài: Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với dung môi dầu và điện cực đồng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -22 Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích của đề tài Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 khi gia công bằng. .. năng suất khi gia công EDM 1.6 Chất lƣợng bề mặt Chất lượng bề mặt gia công của một sản phẩm gia công tia lửa điện được đánh giá dựa trên các tiêu chí sau: - Độ nhám bề mặt Rz, Ra - Vết nứt tế vi trên bề mặt - Các ảnh hưởng về nhiệt của lớp bề mặt 1.6.1 Độ nhám bề mặt Thông thường khi gia công bằng tia lửa điện, người ta sử dụng hai chế độ gia công sau: - Gia công thô: Tạo ra bề mặt gia công có độ... tia lửa điện đang được sử dụng rộng rãi Chất lượng bề mặt sau khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như các thông số công nghệ, vật liệu gia công, vật liệu điện cực, dung môi Việc chế tạo khuôn mẫu bằng phương pháp gia công tia lửa điện đang được các nhà máy cơ khí sử dụng rộng rãi, nhưng chưa có nhiều nghiên cứu, đánh giá về chất lượng bề mặt khuôn sau khi gia. .. chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi gia công các khuôn dập, khuôn ép, cối dập thuốc,… 4 Nội dung luận văn Nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm: - Nghiên cứu tổng quan về phương pháp gia công tia lửa điện - Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 sau khi gia công bằng phương pháp. .. phƣơng pháp gia công tia lửa điện 1.3.1 Bản chất vật lý R §iÖ cùc n C Phôi Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện Thực chất của phương pháp gia công tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi nhờ tia lửa điện Sơ đồ nguyên lý gia công bằng tia lửa điện được mô tả như hình 1.1 Quá trình tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi cụ thể như sau: Một điện áp được đặt vào giữa điện cực và phôi,... thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt và năng suất gia công: - Điện áp đánh tia lửa điện Ui: Đây là điện áp cần thiết để có thể dẫn đến phóng tia lửa điện, điện áp đánh lửa Ui càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho phép khe hở phóng điện càng lớn Điện áp này được cấp cho điện cực và phôi khi máy phát được đóng điện, gây ra sự phóng tia lửa điện để đốt cháy điện cực - Thời gian trễ đánh lửa td:... đó thời gian sụt của dòng điện là yếu tố quyết định đối với độ nhám bề mặt gia công 1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình gia công tia lửa điện 1.4.1 Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện Khác với những phương pháp gia công cắt gọt truyền thống, phương pháp gia công tia lửa điện bên cạnh các tham số công nghệ như cặp vật liệu điện cực/ phôi, sự đấu cực, điều kiện dòng chảy chất điện môi, thì... cắt và vật liệu phôi đề phải có tính dẫn điện tốt - Môi trường gia công: Khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi làm môi trường gia công Đây là dung dịch không dẫn điện ở điều kiện làm việc bình thường 1.1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện Phương pháp gia công tia lửa điện có thể tạo được các mặt định hình là đường thẳng, đường cong, các rãnh định hình, các bề mặt. .. phóng điện, đến thông tin về kênh plasma, về sự hình thành của cầu phóng điện giữa hai điện cực, sự ăn mòn của cả hai điện cực, … Các nghiên cứu về hiện tượng phóng điện có những phát triển lớn trong những năm gần đây và đã đưa ra thêm một số phương pháp gia công dùng nguyên lý của phương pháp gia công tia lửa điện 1.1 Đặc điểm của phƣơng pháp gia công tia lửa điện Gia công tia lửa điện là phương pháp gia . về phương pháp gia công tia lửa điện. - Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 sau khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với điện cực đồng và dung môi dầu. . đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1. Mục đích của đề tài Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với dung môi dầu và điện cực đồng. 2.2 phát từ đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài: Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 khi gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện với dung môi dầu và điện cực đồng Số hóa