Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ tối ưu khi gia công xung tia lửa điện bằng điện cực đồng (tt)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN VĂN ĐỨC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ TỐI ƯU KHI GIA CÔNG XUNG TIA LỬA ĐIỆN BẰNG ĐIỆN CỰC ĐỒNG Ngành : Kỹ thuật Cơ khí Mã số : 9.52.01.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2020 Cơng trình hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – BỘ CÔNG THƯƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Văn Bổng PGS.TS Trần Xuân Việt Phản biện 1: PGS.TS Trương Hoành Sơn Phản biện 2: PGS.TS Đào Duy Trung Phản biện 3: PGS.TS Trần Ngọc Hiền Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội vào hồi… giờ, ngày … tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội - Thư viện Quốc gia Việt Nam PHẦN MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài: Gia công Xung điện (EDM) công nghệ quan trọng phổ biến giới Phương pháp EDM giải pháp gia công vật liệu cứng siêu cứng chi tiết, đặc biệt bề mặt có hình dáng phức tạp mà phương pháp cắt gọt truyền thống khó khơng thể thực Phương pháp tồn nhược điểm suất không cao, để lại bề mặt chi tiết lớp trắng có cấu trúc, độ cứng, ứng suất dư khác lớp kim loại Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu EDM, tính phức tạp mà cịn nhiều vấn đề liên quan đến lĩnh vực cần giải đáp Các nghiên cứu EDM ngồi nước có nhiều cơng trình sử dụng phương pháp Taguchi để thiết kế thực nghiệm, kết hợp với phương pháp khác để tối ưu hóa, nhằm nâng cao suất chất lượng bề mặt Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu tối ưu hóa thơng số đầu vào máy xung điện để đạt suất chất lượng bề mặt chi tiết gia công, sử dụng điện cực đồng nguyên chất (copper), gia công vật liệu SKD11 Trên sở đó, đề tài khoa học “Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ tối ưu gia công xung tia lửa điện điện cực đồng” cấp thiết II Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan EDM, sở lý thuyết thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng số yếu tố đến q trình gia cơng EDM Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất, chất lượng bề mặt công với tiêu đánh giá suất bóc vật liệu; mịn điện cực; nhám bề mặt; độ cứng chiều dày lớp trắng Tối ưu hóa đơn mục tiêu đa mục tiêu thông số công nghệ đầu vào với tiêu đầu suất chất lượng bề mặt gia công III Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để phân tích tác động thông số công nghệ đến suất gia công chất lượng bề mặt Kế thừa phát triển kết nghiên cứu nước EDM - Thực nghiệm gia công để xác định mối quan hệ thông số công nghệ với hàm mục tiêu suất; nhám bề mặt; mòn điện cực; độ cứng tế vi lớp trắng; chiều dày lớp trắng làm sở cho việc tối ưu hóa IV Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ: cường độ dịng điện (I); điện áp phóng điện (U); thời gian phóng điện (Ton), ngừng phóng (Toff) đến suất bóc tách vật liệu; nhám bề mặt; mịn điện cực; độ cứng bề mặt; chiều dày lớp trắng gia công EDM sử dụng điện cực đồng chi tiết mẫu thép SKD11 xử lý nhiệt đạt độ cứng 58 - 62 HRC V Giới hạn nghiên cứu: Chi tiết gia công xung: SKD11 xử lý nhiệt, độ cứng đạt 58 - 62 HRC; điện cực: Đồng đỏ (copper); công nghệ gia công: Xung tia lửa điện; thông số đầu vào lựa chọn sau: + Cường độ dòng điện: I = (1 ÷ 5) A; Điện áp U = (30 ÷ 70) V; + Thời gian phóng điện: Ton = (18 ÷ 75) às; Toff = (9 ữ 37) às; + p dụng phương pháp Taguchi - AHP - Deng’s để tối ưu hóa đơn đa mục tiêu VI Mục đích nghiên cứu: Áp dụng phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu đa mục tiêu, tìm thơng số tối ưu để giảm độ cứng tế vi lớp trắng giảm chiều dày lớp trắng đến mức nhỏ có thể, đảm bảo nâng cao suất bóc tách vật liệu, giảm mịn điện cực, giảm độ nhám bề mặt chi tiết gia công gia công EDM VII Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Áp dụng phương pháp Taguchi - AHP - Deng’s để tối ưu hóa thơng số đầu vào để đạt tiêu suất chất lượng bề mặt gia công EDM Ý nghĩa thực tiễn: - Kết đề tài luận án áp dụng vào thực tiễn sản xuất gia công EDM; - Phương pháp nghiên cứu đề tài làm tài liệu tham khảo công tác nghiên cứu lựa chọn thông số tối ưu gia cơng EDM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN (EDM) 1.1 Lịch sử phát triển EDM Người phát triển máy phóng tia lửa điện với mạch điện tương tự hệ thống đánh lửa ô tô Lazarenko (người Nga) vào năm 1943 Hệ thống trở thành hệ thống EDM tiêu chuẩn sử dụng toàn giới với mạch điện trở-tụ điện R-C (hình 1.1) Từ mơ hình này, máy gia cơng tia lửa điện phát triển Quốc gia bên nước Nga, châu Âu Nhật Bản 1.2 Đặc điểm gia công tia lửa điện (EDM) * Ưu điểm gia công EDM: Gia công tia lửa điện khơng có lực cắt gọt; điện cực dụng cụ có độ cứng thấp nhiều so với chi tiết gia cơng; gia cơng vật liệu có độ cứng cao; gia cơng vị trí hốc khn phức tạp mà phương pháp truyền thống khơng khó gia cơng * Nhược điểm gia công EDM: Cả phôi điện cực phải dẫn điện; sử dụng chất điện môi gia công, chất không dẫn điện điều kiện bình thường; suất gia cơng khơng cao; để lại bề mặt chi tiết gia công lớp trắng có cấu trúc, độ cứng, ứng suất dư khác lớp kim loại 1.3 Một số khái niệm gia công tia lửa điện - Chu kỳ gia công: Chu kỳ gia công khoảng thời gian thực phóng ngắt xung điện - Điện áp cường độ dịng điện gia cơng: Điện áp vùng phóng tia lửa điện gọi điện áp gia công - Thời gian phóng tia lửa điện Ton ngừng phóng điện Toff: Thời gian phóng tia lửa điện thời gian mà tia lửa điện đốt cháy bề mặt gia cơng Thời gian ngừng phóng phải đủ để vận chuyển phoi khỏi vùng gia công - Phoi EDM: EDM trình mà mảnh phoi tạo lượng nhiệt phát sinh từ bắn phá vào phôi ion electron dương (hình 1.2) Tia lửa điện bắn phá vào bề mặt làm bốc lớp bề mặt Sự hóa từ bề mặt điện cực phôi gia công tạo thành phoi Cột tia lửa điện 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước EDM 1.4.1 Tình hình nghiên cứu nước - Bharat C Khatri cộng [20] đề xuất phương pháp sử dụng dòng chảy đồng tâm chất điện mơi dạng khí cho q trình EDM - Nghiên cứu thực nghiệm gia cơng thép hợp kim 718 máy lai xung điện, Deepak Rajendra Unune cộng [21] dựa phương pháp phản hồi bề mặt để tối ưu hóa đa mục tiêu cho suất bóc tách vật liệu - Taguchi kết hợp với ANN RSM để xác định giá trị MRR Ra EDM cho Ti50Ni40Co10 [27] Kết cho thấy Taguchi - ANN cho độ xác cao giá trị lỗi nhỏ so với Taguchi - RSM - Các phương pháp Taguchi-Triangular Fuzzy-Topsis kết hợp để tối ưu hóa đồng thời tiêu chất lượng EDM [29] - Taguchi-GRA kết hợp để giải toán tối ưu đồng thời tiêu cho Titanium [31] Kết cho thấy thơng số tối ưu nhận tính tốn khác với thông số ANOVA hệ số S/N quan hệ xám - ANOVA toán đa mục tiêu Taguchi GRA thực [34], thông số tối ưu xác định phương pháp có sai khác khơng đáng kể - Nghiên cứu cấu trúc lớp trắng bề mặt phân tích sâu thông qua nhiều yếu tố thành phần hóa học, tính, mơdul đàn hồi E gia công hợp kim X140 CrMoV5-4-4 PM Inconel 825 [48, 51] 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước Một số kết nghiên cứu công bố Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ công nghệ xung điện áp U, cường độ dòng điện I, thời gian phóng xung Ton đến chất lượng bề mặt [7] Tác giả Hoàng Vĩnh Sinh [9] thực tối ưu hóa gia cơng máy xung tia lửa điện theo hướng đơn mục tiêu Tác giả Vũ Quang Hà nghiên cứu ảnh hưởng chế độ công nghệ đến suất chất lượng bề mặt gia công cắt dây [10] Nguyễn Hữu Phấn [11] sử dụng bột Titan trộn vào dung dịch điện môi, sử dụng điện cực đồng graphit, chi tiết gia công SKD11, SKD61, SKT4; phương pháp Taguchi - GRA sử dụng để tối ưu hóa với kết luận nồng độ bột 10g/l cho suất chất lượng bề mặt gia công cao Từ kết đạt nghiên cứu trên, kế thừa ưu điểm phương pháp AHP - Deng’s, tác giả đề xuất chọn giải pháp: Sử dụng phương pháp Taguchi để thiết kế thí nghiệm, tiêu đánh giá gồm: suất bóc tách vật liệu (MRR); mòn điện cực (TWR); nhám bề mặt (Ra); độ cứng tế vi lớp trắng (HV); chiều dày lớp trắng (WLT) KẾT LUẬN CHƯƠNG Thông qua việc nghiên cứu tổng quan gia EDM tình hình nghiên cứu gia cơng EDM ngồi nước cho thấy: Mặc dù có nhiều nghiên cứu EDM đặc biệt Việt Nam phần cần đưa vào nghiên cứu sâu ảnh hưởng chế độ cơng nghệ đến đặc tính lớp trắng bề mặt gia cơng Trên sở để định hướng nghiên cứu là: Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ tối ưu gia công xung tia lửa điện điện cực đồng với thông số công nghệ đầu vào tiêu đầu là: độ cứng tế vi bề mặt; chiều dày lớp trắng; nhám bề mặt; mịn điện cực; suất bóc tách vật liệu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện 2.1.1 Bản chất vật lý q trình phóng tia lửa điện Gia cơng EDM trình lấy phần vật liệu chi tiết gia cơng dựa phóng điện chất điện mơi.Tia lửa điện phóng từ điểm gần điện cực phôi, chất điện mơi bị ion hóa xuất tia lửa điện đốt cháy làm bốc vật liệu [75] Quá trình gồm pha tạo thành theo chu kỳ (hình 2.1) Hình 2.1 Các pha chu kỳ xung điện [75] Pha 1: Điện áp chiều điện cực phôi điểm gần tạo điện trường mạnh làm chất điện mơi bị ion hóa, tia lửa xuất Pha 2: Kênh phóng điện hình thành, điện tử giải phóng phân cực, điện tử mang điện tích dương bị hút điện cực âm, điện tử mang điện tích âm bị hút điện cực dương Các điện tử có nhiệt độ 8000oC đến 12000oC bắn phá làm nóng chảy bốc bề mặt phơi Pha 3: Máy phát ngắt dịng điện, kênh phóng điện biến mất, bóng bị làm nguội đột ngột nên vỡ tạo thành phoi Trong phoi có vật liệu phơi điện cực chủ yếu vật liệu phôi 2.1.2 Cơ chế tách vật liệu: Nếu gọi lượng tách vật liệu We, theo tài liệu [1] ta có: We = Ue.Ie.te (2.1) Trong đó: Ue, Ie giá trị trung bình điện áp dịng điện 2.1.3 Đặc tính điện phóng tia lửa điện: Các đặc tính thơng số điều chỉnh đầu vào quan trọng q trình gia cơng [1] 2.1.4 Chất lượng bề mặt sau gia công: Bề mặt tạo tia lửa EDM khơng có hướng tạo thành từ nhiều vết lõm hình cầu tạo thành lớp bề mặt hình 2.2 [73] - Vùng A: Có nhiệt độ đủ cao để làm bốc vật liệu phơi vật liệu điện cực Hầu hết nguyên liệu bốc trở thành phoi bị làm nguội đột ngột, phần nhỏ bề mặt phơi, tạo thành lớp có chứa thành phần vật liệu điện cực vật liệu phôi - Vùng B: Gần phần vùng A, gồm hạt hình cầu nhỏ bám mặt Những hạt lượng nhỏ tách khỏi đám mây lại gần mặt phôi, kết tinh lại - Vùng C: Nhiệt độ vùng C đủ vật liệu mặt phôi nóng chảy, chưa bốc Khi tia lửa tắt, vật liệu nóng chảy trở trạng thái rắn, lớp kết hợp với lớp A, B gọi lớp trắng - Vùng D: Nhiệt vùng thấp nhiệt độ vùng nóng chảy, đủ để gây thay đổi đặc tính vật liệu Bên vùng D gọi vùng E, vùng đủ xa để nhiệt không ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu 2.1.5 Mịn điện cực: Mịn điện cực kết việc bắn phá điện tử ion lên điện cực 2.1.6 Chất điện môi: Chất điện môi chất cách điện điện cực phôi, ion hóa trở thành chất dẫn điện 2.2 Cơ sở lý thuyết tối ưu hóa 2.2.1 Khái niệm tối ưu hóa: Tối ưu hóa q trình gia cơng việc xác định chế độ công nghệ tối ưu thông qua xây dựng mối quan hệ hàm mục tiêu kinh tế với số thông số chế độ công nghệ tương ứng với hệ thống giới hạn mặt chất lượng, kỹ thuật tổ chức doanh nghiệp 2.2.2 Các dạng toán tối ưu hóa - Tối ưu hóa tĩnh: Là tối ưu hóa trước QTGC Việc nghiên cứu giải tốn tối ưu dựa mơ hình tĩnh QTGC Phương pháp đơn giản, dễ thực Tuy nhiên có nhiều hạn chế khơng ý đến động lực học QTGC, nghĩa bỏ qua yếu tố mang tính ngẫu nhiên xảy QTGC Vì độ xác tối ưu tĩnh khơng cao - Tối ưu hóa động: Là tối ưu hóa QTGC Việc nghiên cứu giải tốn dựa mơ hình động q trình cắt, trình cắt điều khiển cách liên tục xác định giá trị tối ưu đại lượng đầu vào theo hàm mục tiêu định theo điều kiện gia cơng thực 2.2.3 Phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu theo Taguchi 2.2.3.1 Tỷ số S/N: Taguchi sử dụng tỷ số S/N Trị số S/N lớn kết tiêu gần trị số tối ưu Vì vậy, trị số S/N cao cho kết tối ưu xác định sau [76] - Cao tốt hơn: (S/N)HB = -10log(MSDHB) (2.2) r Trong đó: MSDHB =    sai lệch bình phương trung bình; r i =1  yi  r - Số lần kiểm tra thí nghiệm ; yi- Các giá trị thí nghiệm - Giá trị tiêu chuẩn: (S/N)NB = -10log(MSDNB) (2.3) r Trong đó: MSD NB =  ( yi − y ) sai lệch bình phương trung bình r i =1 - Thấp tốt hơn: (S/N)LB = -10log(MSDLB) (2.4) r Trong đó: MSD LB =  y i sai lệch bình phương trung bình r i =1 2.2.3.2 Giá trị hệ số Fisher (F): Thông số có giá trị F lớn ảnh hưởng lớn đến kết đầu ra, F xác định theo cơng thức: MSdk (2.5) Trong MSdk - điều kiện; MS Ldk - lỗi điều kiện F= MSLdk 2.2.3.3 Phân tích phương sai - Tổng bình phương SST (đo độ lệch liệu) xác định theo công thức: SS = n ( y − T ) (2.6) Trong đó: n-Số lượng giá trị  T i i =1 kiểm tra; T - Giá trị trung bình kết kiểm tra yi đối tượng thứ i - Tổng bình phương hệ số A (SSA): SSA xác định theo công thức: N  Ai  T (2.7) SS = −  n k A i =1  Ai   N Trong đó: Ai- Giá trị mức i thí nghiệm; T- Tổng giá trị kiểm tra; nAi - Số kết điều kiện Ai - Tổng bình phương lỗi (SSe): Là phân bố bình phương giá trị khảo sát từ giá trị trung bình trạng thái A n k (2.8) SS = (Y − A j ) A   A Ai j =1 i =1 i - Phần trăm phân bố ảnh hưởng thông số A: P = SS A ' 100(%) SST (2.9) 2.2.3.4 Tối ưu hóa kết đầu - Giá trị tối ưu (µ) : ước tính thơng số có ảnh hưởng mạnh xác định theo cơng thức: (2.10) µAA CC DD = T + ( A5 − T ) + (C1 − T ) + ( D5 − T ) 55, 11, 55, Trong đó: T - Trị số trung bình đặc trưng khảo sát; A5 , C1 , D5 - Trị số trung bình mức A5 C1 D5 2.2.4 Tối ưu hóa đa mục tiêu AHP - Deng’s 2.2.4.1 Phương pháp AHP (Analytic Hierarchy Process - Quy trình phân cấp phân tích): Phương pháp kết hợp tiêu chí định tính đinh lượng, mức độ ưu tiên tiêu xác định kết hợp hợp lý kiến thức, kinh nghiệm Trong AHP, giá trị trọng số xác định cách xây dựng ma trận so sánh cặp tiêu lựa chọn Bước Xây dựng cặp so sánh: Điều giúp xác định yếu tố có tác động trực tiếp gián tiếp đến trình định Số lượng cặp so sánh xác định theo bảng 2.1 Để gán xếp hạng cho so sánh tiêu chí với tiêu chí khác thơng qua thang đo Saaty (bảng 2.2) Bảng 2.1 Số lượng so sánh [52] Thứ tự n Số lượng so sánh 10 15 21 n(n-1)/2 Bảng 2.2 Thang so sánh cặp Saaty [52] Mức quan Mức quan Định nghĩa Định nghĩa trọng Quan trọng Quan trọng yếu nhẹ Quan trọng vừa phải Quan trọng trung bình cộng Tầm quan trọng mạnh mẽ trọng Tầm quan trọng mạnh mẽ Tầm quan trọng mạnh Rất, mạnh Cực kỳ quan trọng Bước Xây dựng ma trận so sánh: Ma trận so sánh tạo sau mục tiêu, tiêu chí xây dựng cấu trúc phân cấp định Bước Tính độ đồng nhất: Xây dựng ma trận để xác định trị số trọng số ưu tiên Để xác định xem trọng số xác định có phù hợp khơng tỷ lệ thống (CR) Hệ số CR tính tốn sau: - Tính số thống (CI): Nhân cột cặp ma trận so sánh với trọng số tương ứng Chia tổng hàng cho trọng số tương ứng Tính trung bình giá trị từ bước giá trị CI tính cơng thức:  − n (2.11) tính tỷ lệ thống CR: CI (2.12) CI = max CR = n −1 RCI Bảng 2.3 Chỉ số ngẫu nhiên RCI [59] n RCI 0.58 0.9 1.12 1.24 1.32 1.41 1.49 11 CHƯƠNG 3: TRANG THIẾT BỊ VÀ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG VÀ ĐỘ MÒN ĐIỆN CỰC 3.1 Trang thiết bị phục vụ thực nghiệm khảo sát 3.1.1 Máy Xung điện: Máy xung điện CNC trục CM323C có kích thước máy 1200 x 1350 x 2250 mm Dung dịch điện môi D323 Phạm vi điều chỉnh U = 30 - 100 V; I = - 50 A; Ton; Toff = - 2400 µs 3.1.2 Vật liệu phôi: Vật liệu điện cực đồng đỏ đường kính 16, vật liệu gia cơng: SKD11 độ cứng 58-62 HRC, kích thước 20x20x20 mm 3.1.3 Thiết bị đo: - Cân điện tử: AJ 203 hãng Shinko Denshi, Nhật Bản; - Máy đo độ nhám: Máy SV-2100 hãng Mitutoyo, Nhật sản xuất; - Máy đo độ cứng HV: Micro-Hardness Tester, hãng Buehler, Mỹ; - Đo chiều dày lớp trắng: Kính hiển vi quang học Leica - DM750 3.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ 3.2.1 Thí nghiệm khảo sát 1: Ảnh hưởng U, I, Ton, Toff đến Ra Bảng 3.1 Các thông số thực nghiệm khảo sát 1và kết đo TT Biến thực nghiệm U(V) 40 50 60 60 40 40 I(A) 3 Ton (µs) 18 25 25 25 25 Ra TT 0.485 0.985 1.242 0.390 1.393 0.540 10 11 Biến thực nghiệm U(V) 60 40 50 50 60 I(A) 2 Ton (µs) 9 18 18 Ra 0.407 0.893 0.957 0.985 0.845 Sau xử lý phân tích cho kết sau (bảng 3.2): Bảng 3.2: Hệ số hồi quy ước tính cho SR sau loại bỏ P>0,05 Thơng số Hằng số U I Ton U*U U*Ton I*Ton S = 0.0136740 Coef 0.96106 -0.05338 0.31888 0.11688 -0.18668 -0.02187 0.10737 SE Coef 0.007918 0.004835 0.004835 0.004835 0.009277 0.004835 0.004835 R2 = 99.93% R2adj T 121.379 -11.04 65.958 24.175 -20.123 -4.525 22.21 = 99.83% P 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.011 0.000 Phân tích đa hồi quy thực cho liệu thu mơ hình bề mặt phản hồi bậc hai phương trình thu là: Ra =-4.10131+0.18599*U+ 0.09070*I+0.00143*Ton–0.00186*U*U–2.7343*U*Ton+0.01342*I*Ton (µm) (3.1) Giá trị tính tốn thơng số tối ưu: U = 60 V, I = A Ton = 18 µs 3.2.2 Thí nghiệm khảo sát 2: Ảnh hưởng độ nhám điện cực đến độ nhám bề mặt gia công 12 Bảng 3.3 Kết khảo sát thí nghiệm TT Ra điện cực Ra chi tiết Mẫu 0.224 0.524 Mẫu 0.510 0.584 Mẫu 0.785 0.598 Mẫu 1.125 0.645 Mẫu 1.422 0.827 Mẫu 1.796 0.978 Mẫu 2.177 1.401 Mẫu 2.371 1.659 Sau xử lý phân tích cho kết quả: y = 0,3x2 –0,329x+0,628 (µm) (3.2) 3.2.3 Thí nghiệm khảo sát 3: Khảo sát ảnh hưởng đến suất cắt Bảng 3.4 Kết khảo sát thí nghiệm TT U(V) I(A) Ton (µs) MRR(mg/p) TT U(V) I(A) Ton (µs) MRR(mg/p) 60 75 90 90 60 60 10 10 100 150 200 200 200 200 38.333 67.333 121.500 34.666 101.000 23.666 10 11 90 60 75 75 90 10 8 10 100 100 150 150 100 44.333 128.000 67.666 67.000 140.000 Xử lý phân tích cho kết :MRR = 210.2520 - 8.1778*U + 20.9688*I 0.1316*Ton + 0.0515*U2 + 0.0645*U*I + 0.0022*U*Ton - 0.0264*I*Ton (mg/phút) (3.3) Kết luận: với độ tin cậy > 95 %, kết cho thấy sử dụng phương pháp phản hồi bề mặt để xác định hàm hồi quy phù hợp 3.3 Thiết kế thí nghiệm kết thực nghiệm 3.3.1 Hệ thống sơ đồ thí nghiệm CÁC YẾU TỐ ĐẦU VÀO (X) - Điện áp (U) - Cường độ dòng điện (I) - Thời gian phóng tia lửa (Ton) - Thời gian ngừng phóng tia lửa điện (Toff) Q TRÌNH GIA CƠNG XUNG TRÊN MÁY EDM CÁC YẾU TỐ ĐẦU RA (Y) - Độ nhám bề mặt - Độ cứng tế vi bề mặt - Chiều dày lớp trắng - Độ mòn điện cực - Năng suất bóc vật liệu Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 3.3.2 Lựa chọn thông số 3.3.2.1 Lựa chọn thông số đầu vào(X): Dựa vào cơng trình khoa học cơng bố, theo khuyến cáo hãng sản xuất máy xung điện, lựa chọn thông số đầu vào sau: - Cường độ dòng điện: I = (1,2,3,4,5) A; Điện áp: U = (30,40,50,60,70) V; - Thời gian phóng điện Ton = (18,25,37,50,75) µs; Thời gian ngừng phóng điện Toff = (9,12,18,25,37) µs; Thời gian gia cơng: 30’/1 thí nghiệm 3.3.2.2 Các tiêu đánh giá đầu (Y) - Năng suất bóc tách vật liệu: Giá trị xác định thông số MRR - Nhám bề mặt: Giá trị xác định thơng số Ra - Mịn điện cực: Giá trị xác định thông số TWR - Độ cứng tế vi bề mặt: Giá trị xác định thông số HV - Chiều dày lớp trắng: Giá trị xác định thông số WLT 13 3.3.3 Vật liệu phôi - Điện cực: Dùng đồng đỏ làm điện cực, kích thước đường kính 16 mm; - Vật liệu gia cơng: thép SKD11 xử lý nhiệt đạt độ cứng 58-62 HRC 3.3.4 Kết thí nghiệm: Tiến hành với 25 thí nghiệm, lặp lần sau thí nghiệm tiến hành đo thông số Kết bảng 3.5 Bảng 3.5 Kết đo Exp I U Ton Toff 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 18 25 37 50 75 25 37 50 75 18 37 50 75 18 25 50 75 18 25 37 75 18 25 37 50 12 18 25 37 18 25 37 12 37 12 18 25 12 18 25 37 25 37 12 18 MRR (mg/p) 1.450 0.983 1.022 0.722 0.744 9.083 6.416 5.366 3.500 6.750 12.225 4.375 3.800 14.475 12.733 9.133 9.500 34.739 31.250 16.300 17.600 41.700 25.900 25.300 26.300 TWR (mg/p) 0.2500 0.1500 0.1220 0.1110 0.0330 0.1960 0.2000 0.0830 0.0740 0.2160 0.1750 0.1500 0.1500 0.3750 0.3000 0.1000 0.1000 1.2600 0.9160 0.2500 0.1000 1.7000 0.6000 0.2000 0.1000 Ra (µm) 0.705 0.588 0.668 0.641 0.601 1.316 1.240 1.143 1.068 1.263 1.536 0.983 1.080 1.680 1.570 1.081 1.363 2.668 2.295 1.561 1.645 2.896 1.805 1.695 1.855 HV (HV) 789.200 749.820 879.320 826.100 818.720 704.980 727.040 802.600 951.000 732.320 704.240 937.060 965.720 798.820 689.392 942.460 1021.520 878.860 715.640 786.540 957.980 1188.480 678.660 744.680 769.740 WLT (µm) 4.023 3.629 3.277 4.284 6.755 6.199 6.805 6.856 6.552 5.799 7.965 5.243 4.933 7.911 7.430 4.738 7.631 18.267 15.334 7.915 8.574 22.453 14.308 8.168 7.612 3.3.5 Xử lý số liệu thí nghiệm 3.3.5.1 Kiểm tra độ tin cậy số liệu thí nghiệm Dữ liệu thí nghiệm phải kiểm tra độ sai lệch mức độ phù hợp chúng Kết kiểm tra hình 3.2 đến 3.11 (Minitab18 [80]): Hình 3.2 Số dư tỷ số S/N MRR Hình 3.3 Số dư trung bình MRR 14 Hình 3.4 Số dư tỷ số S/N Ra Hình 3.5 Số dư trung bình Ra Hình 3.6 Số dư tỷ số S/N HV Hình 3.7 Số dư trung bình HV Hình 3.8 Số dư tỷ số S/N WLT Hình 3.9 Số dư trung bình WLT Hình 3.10 Số dư tỷ số S/N TWR Hình 3.11 Số dư trung bình WLT - Các hình a so sánh với phân bố chuẩn cho thấy điểm số liệu phân bố theo đường thẳng, có giá trị ngoại lai không đáng kể Điều chứng tỏ số liệu phân bố bình thường khơng có sai lệch số liệu 15 - Các hình b phân bố số dư ngẫu nhiên số liệu hai phía đường 0, điểm phân bố ngẫu nhiên, không theo quy luật chứng tỏ liệu y nhận không bị ảnh hưởng yếu tố điều khiển có quy luật khác ngồi x - Các hình c thể tần suất xuất số dư Phần nhô cao cột phân bố hình độ sai lệch kết Khoảng cách cột phân bố giá trị ngoại lai kết xuất giá trị thực nghiệm sơ đồ liệu khơng thể xu hướng phân bố chuẩn Vì vậy, giá trị số liệu khảo sát theo mơ hình thiết kế thí nghiệm Taguchi phù hợp - Các hình d sơ đồ số dư thí nghiệm, khảo sát theo thứ tự thí nghiệm để tìm lỗi không ngẫu nhiên Các điểm phân bố ngẫu nhiên không theo quy luật, chứng tỏ liệu y nhập không bị ảnh hưởng yếu tố thời gian 3.3.5.2 Đặc trưng tiêu đầu Bảng 3.6 Giá trị trung bình tỷ số S/N tiêu Ex p 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 MRR (mg/p) 1.450 0.983 1.022 0.722 0.744 9.083 6.416 5.366 3.500 6.750 12.225 4.375 3.800 14.475 12.733 9.133 9.500 34.739 31.250 16.300 17.600 41.700 25.900 25.300 26.300 S/N 3.2274 -0.1489 0.189 -2.8293 -2.5685 19.1646 16.1453 14.593 10.8814 16.5861 21.745 12.8196 11.5957 23.2124 22.0986 19.2123 19.5545 30.8163 29.897 24.2438 24.9103 32.4027 28.266 28.0624 28.3991 TWR (mg/p) 0.2500 0.1500 0.1220 0.1110 0.0330 0.1960 0.2000 0.0830 0.0740 0.2160 0.1750 0.1500 0.1500 0.3750 0.3000 0.1000 0.1000 1.2600 0.9160 0.2500 0.1000 1.7000 0.6000 0.2000 0.1000 S/N 12.0412 16.4782 18.2728 19.0935 29.6297 14.1549 13.9794 21.6184 22.6154 13.3109 15.1392 16.4782 16.4782 8.5194 10.4576 20.000 20.000 -2.0074 0.7621 12.0412 20.0000 -4.6090 4.4370 13.9794 20.0000 Ra (µm) 0.705 0.588 0.668 0.641 0.601 1.316 1.240 1.143 1.068 1.263 1.536 0.983 1.080 1.680 1.570 1.081 1.363 2.668 2.295 1.561 1.645 2.896 1.805 1.695 1.855 S/N 3.0362 4.6124 3.5044 3.8628 4.4225 -2.3851 -1.8684 -1.1609 -0.5714 -2.028 -3.7278 0.1489 -0.6684 -4.5061 -3.9179 -0.6765 -2.6899 -8.5237 -7.2156 -3.868 -4.3233 -9.2359 -5.1295 -4.5833 -5.3668 HV (HV) 789.200 749.820 879.320 826.100 818.720 704.980 727.040 802.600 951.000 732.320 704.240 937.060 965.720 798.820 689.392 942.460 1021.520 878.860 715.640 786.540 957.980 1188.480 678.660 744.680 769.740 S/N -57.9437 -57.4991 -58.8829 -58.3407 -58.2627 -56.9635 -57.2312 -58.09 -59.5636 -57.294 -56.9544 -59.4353 -59.697 -58.049 -56.7693 -59.4853 -60.1849 -58.8784 -57.0939 -57.9144 -59.6271 -61.4998 -56.633 -57.4394 -57.7269 WLT (µm) 4.023 3.629 3.277 4.284 6.755 6.199 6.805 6.856 6.552 5.799 7.965 5.243 4.933 7.911 7.430 4.738 7.631 18.267 15.334 7.915 8.574 22.453 14.308 8.168 7.612 S/N -12.091 -11.1957 -10.3095 -12.637 -16.5925 -15.8464 -16.6566 -16.7214 -16.3275 -15.2671 -18.0237 -14.3916 -13.8622 -17.9646 -17.4198 -13.5119 -17.6516 -25.2333 -23.7131 -17.969 -18.6637 -27.0255 -23.1116 -18.2423 -17.630 Bảng 3.7 Đặc trưng thông số TT Thông số MRR TWR HV Đặc trưng Cao tốt Thấp tốt Thấp tốt TT Thông số WLT Ra Đặc trưng Thấp tốt Thấp tốt 16 KẾT LUẬN CHƯƠNG Đã xây dựng hệ thống trang thiết bị thí nghiệm đại, độ tin cậy cao phục vụ thực nghiệm chương Đã thiết kế điện cực đồng đỏ (copper) chi tiết mẫu gia công từ thép SKD11 đạt 58 - 62 HRC Đã thực thí nghiệm khảo sát 1, 2, để xác định khoảng giá trị thực nghiệm thông số đầu vào: I; U; Ton; Toff Đã thực thí nghiệm trọng điểm với thiết kế thí nghiệm theo phương pháp Taguchi L25 đánh giá độ tin cậy số liệu thí nghiệm trọng điểm CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HĨA NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ ĐỘ MỊN ĐIỆN CỰC 4.1 Tối ưu hóa đơn mục tiêu theo phương pháp Taguchi 4.1.1 Độ cứng tế vi lớp bề mặt (HV) 4.1.1.1 Ảnh hưởng thông số đến HV: Phân tích ANOVA cho biết ảnh hưởng thông số đến HV (bảng 4.1) Bảng 4.1 Mức độ ảnh hưởng thông số đến HV Mức Chênh lệch Xếp hạng ảnh hưởng A I 812.6 783.6 819.0 869.0 867.9 85.4 B U 819.8 924.8 841.0 807.2 759.3 165.4 C Ton 877.5 707.7 768.4 855.6 943.0 235.3 D Toff 828.5 827.0 834.9 815.9 845.9 30.1 4.1.1.2 Đặc điểm ảnh hưởng thông số - HV tăng Ton tăng làm cho khả rửa phoi kém, nhiệt xung phân tán chậm dẫn đến HV tăng U tăng HV giảm; - I tăng từ 1-5 A, cường độ dòng điện tăng đẫn đến lượng xung tăng, phơi bị nóng chảy bốc tăng, nên HV tăng; - Thời gian ngừng phóng điện ảnh hưởng đến HV 4.1.1.3 Kết tối ưu HV - Giá trị tối ưu ước tính thơng số có ảnh hưởng mạnh xác định theo công thức [76]: HVtối ưu = A2+B5+C2-2T (4.1) Trong T: Trị số trung bình đặc trưng khảo sát A2, B5, C2: Trị số trung bình mức A2, B5, C2 (bảng 4.1) 25 T= 25 25  HV +  HV +  HV i =1 i =1 i =1 = 830,437 HV 75 Thay số: HVtối ưu= 783,588 +759,342 + 707,698 - 830,437 = 589,754 HV 17 Thực nghiệm kiểm chứng tiến hành với SKD11 xử lý nhiệt, với cường độ dòng điện A; Ton = 25 µs, Toff = 25 µs; U = 40 V Kết HV = 632,73 HV Sai lệch kết tính tốn kết thực nghiệm 6,7 % Chứng tỏ mơ hình tính tốn hồn tồn dự đốn HV 4.1.2 Chiều dày lớp trắng (WLT) 4.1.2.1 Ảnh hưởng thông số đến WLT Phân tích ANOVA mức độ ảnh hưởng đến WLT thể bảng 4.2 Bảng 4.2 Mức độ ảnh hưởng thông số đến WLT Mức Chênh lệch Xếp hạng ảnh hưởng I 4.394 6.442 6.696 10.777 12.223 7.829 U 6.300 9.152 9.528 8.450 7.102 3.228 Ton 11.691 9.380 6.826 5.747 6.889 5.944 Toff 7.608 5.453 6.526 9.072 11.873 6.419 4.1.2.2 Đặc điểm ảnh hưởng thông số - I tăng dẫn đến lượng xung tăng, phôi bị bốc tăng, WLT tăng; - Ton tăng làm cho khả rửa phoi kém, WLT giảm; - Toff tăng làm tăng khả rửa phoi, suất tăng dẫn đến WLT tăng; U ảnh hưởng đến WLT 4.1.2.3 Tối ưu hóa WLT Giá trị tối ưu ước tính thơng số có ảnh hưởng mạnh xác định theo công thức [76]: WLT tối ưu = A1 + C4 + D2 – 2T (4.2) Trong đó: T: Trị số trung bình đặc trưng khảo sát; A1, C4, D2: Trị số trung bình mức A1, C4, D2; (trong bảng 4.2) 25 T= 25 25  WLT +  WLT +  WLT i =1 i =1 75 i =1 = 6,106 µm Thay số ta có: WLT tối ưu = 4,394 + 5,747 + 5,453 – 8,104 = 3,382 µm - Thực nghiệm kiểm chứng tiến hành với phôi SKD11 xử lý nhiệt, với cường độ dịng điện 1A; Ton = 50µs, Toff = 12µs; U=30V Kết WLT = 3,585 µm Vậy sai lệch kết tính tốn kết thực nghiệm 5,6 % Chứng tỏ mô hình tính tốn hồn tồn dự đốn WLT 4.1.3 Nhám bề mặt (Ra) 4.1.3.1 Mức độ ảnh hưởng thơng số: Phân tích Anova cho biết mức độ ảnh hưởng thông số đến Ra (bảng 4.3) 4.1.3.2 Đặc điểm ảnh hưởng thông số - Khi I tăng từ 1-5 A, lượng xung tăng, phơi bị nóng chảy bốc tăng nên độ nhám tăng Ra lớn I = A; 18 Bảng 4.3 Mức độ ảnh hưởng thông số đến Ra A I 0.6406 1.2060 1.3698 1.7936 1.9792 1.3386 Mức Chênh lệch Xếp hạng ảnh hưởng B U 1.2566 1.4140 1.4728 1.4758 1.3700 0.2192 C Ton 1.8424 1.5148 1.3400 1.3206 1.1514 0.7018 D Toff 1.2244 1.3514 1.3764 1.5528 1.6942 0.5528 - Thời gian Ton tăng từ 18 ÷ 75 µs Ra giảm chu kỳ gia công không thay đổi mà Ton tăng làm cho khả rửa phoi nên Ra giảm; - Thời gian ngừng phóng điện tăng từ đến 37 µs MRR tăng, dẫn đến Ra tăng Điện áp khe hở ảnh hưởng đến Ra 4.1.3.3 Kết tối ưu Giá trị tối ưu ước tính thơng số có ảnh hưởng mạnh xác định theo công thức [76]: Ra tối ưu = A1 + C4 + D2 - 2T (4.3) Trong đó: T- Trị số trung bình đặc trưng khảo sát; A1, C4, D2: Trị số trung bình mức A1, C4, D2 (bảng 4.3) T= 25 25 25 i =1 i =1  SR1 +  SR2 +  SR3 75 i =1 = 1.397 µm Thay số ta có: Ra tối ưu = 0,641 + 1,321 +1,351 - 1,397 = 0,519 µm - Thực nghiệm kiểm chứng tiến hành với phôi SKD11 xử lý nhiệt, với cường độ dịng điện 1A; Ton = 50µs, Toff = 12µs; U=30V Kết Ra = 0,56 µm Vậy sai lệch kết tính tốn kết thực nghiệm 7,3 % Chứng tỏ mơ hình tính tốn hồn tồn dự đốn Ra 4.1.4 Mòn điện cực (TWR) 4.1.4.1 Ảnh hưởng thơng số đến TWR : Phân tích ANOVA ảnh hưởng thông số đến TWR thể bảng 4.4 Bảng 4.4 Mức độ ảnh hưởng thông số đến TWR Mức Chênh lệch Xếp hạng ảnh hưởng A I 0.13320 0.10960 0.19000 0.52520 0.54000 0.43040 B U 0.15820 0.42000 0.41300 0.32700 0.17980 0.26180 4.1.4.2 Đặc điểm ảnh hưởng thông số C Ton 0.76020 0.42640 0.16940 0.07880 0.06320 0.69700 D Toff 0.23660 0.14320 0.17260 0.37420 0.57140 0.42820 19 - Thời gian phóng điện tăng từ 18 đến 75 µs, suất MRR giảm nên TWR giảm đều; - Khi I tăng từ đến A, lượng xung tăng, điện cực bị nóng chảy bốc tăng nên TWR tăng TWR lớn I = A; - Toff tăng TWR tăng; Điện áp ảnh hưởng đến TWR 4.1.4.3 Kết tối ưu hóa TWR Giá trị tối ưu ước tính thơng số có ảnh hưởng mạnh xác định theo công thức [76]: TWR tối ưu = A2 + C5 + D2 – 2T (4.4) Trong đó: T: Trị số trung bình đặc trưng khảo sát lượng mịn điện cực A2, C5, D2: Trị số trung bình mức A2, C5, D2 (bảng 4.4) T= 25 25 i =1 i =1 25  TWR1 +  TWR2 +  TWR3 i =1 = 0,209 mg/phút 75 Thay số ta có: TWR tối ưu= 0,109 + 0,16 + 0,243 – 0,209 = 0.094 mg/phút - Thực nghiệm kiểm chứng tiến hành với SKD11 xử lý nhiệt, với cường độ dịng điện A, Ton = 75 µs, Toff = 12 µs; U = 70 V Kết TWR = 0,104 mg/phút Sai lệch kết tính toán kết thực nghiệm 9,6 % Chứng tỏ mơ hình tính tốn hồn tồn dự đốn TWR 4.1.5 Năng suất bóc tách vật liệu (MRR) 4.1.5.1 Mức độ ảnh hưởng thông số: Phân tích Anova suất bóc tách với độ tin cậy 90 % cho biết mức độ ảnh hưởng thơng số đến MRR (bảng 4.5) Thơng số có F lớn có ảnh hưởng mạnh đến MRR Bảng 4.5 Mức độ ảnh hưởng thông số đến MRR Mức Chênh lệch Xếp hạng ảnh hưởng A I 0.9842 6.2230 9.5216 20.1844 27.3600 26.3758 B U 9.8982 12.5948 14.1654 15.0494 12.5654 5.1512 C Ton 19.8228 15.9898 12.2526 9.1792 7.0288 12.7940 D Toff 10.3050 9.1932 12.0760 14.4420 18.2570 9.0638 4.1.5.2 Đặc điểm ảnh hưởng thông số - MRR tăng I tăng từ đến A, I tăng dẫn đến lượng xung tăng, phôi bị nóng chảy bốc tăng MRR lớn I = A - Thời gian Ton tăng t 18 ữ 75 às thỡ MRR gim u vỡ chu kỳ gia công không thay đổi mà Ton tăng làm cho khả rửa thoát phoi - Thời gian ngừng phóng điện tăng từ đến 37 µs MRR tăng - Điện áp khe hở ảnh hưởng đến MRR 4.1.5.3 Kết tối ưu 20 Giá trị tối ưu ước tính thơng số có ảnh hưởng mạnh xác định theo công thức [76]: MRR tối ưu = A5+C1+D5-2T (4.5) Trong đó: T = Trị số trung bình đặc trưng khảo sát suất MRR; A5, C1, D5: Trị số trung bình mức A5, C1, D5 (bảng 4.5) 25 T= 25 25  MRR +  MRR +  MRR i =1 i =1 i =1 75 = 12,855 mg/phút Thay số ta có: MRR tối ưu= 27.36+19.823+18.257-2*12.855= 39.73mg/phút - Thực nghiệm kiểm chứng xung SKD11, với cường độ I = 5A; Ton = 18 µs, Toff = 37 µs; U = 60 V Kết MRR = 37,49 mg/phút Sai lệch kết tính tốn kết thực nghiệm 5,6 % Chứng tỏ mơ hình tính tốn hồn tồn dự đốn MRR 4.2 Ứng dụng tối ưu hóa đa mục tiêu AHP - Deng’s Bước Ma trận tiêu chất lượng lựa chọn để đánh giá, theo công thức (2.14) sau:  MRR1 SR1  MRR SR 2   X=      MRR 25 SR 25 TWR1 HV1 TWR HV2 TWR 25 HV25 WLT1  WLT2       WLT25  (4.6) Bước Chuẩn hóa ma trận, giá trị chuyển đổi xác định theo công thức (2.14) (2.15) kết cho bảng 4.6: Bảng 4.6 Dữ liệu chuẩn hóa TT 10 11 12 13 14 15 16 17 I 1 1 2 2 3 3 4 U 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 30 40 Ton 18 25 37 50 75 25 37 50 75 18 37 50 75 18 25 50 75 Toff 12 18 25 37 18 25 37 12 37 12 18 25 12 18 xMRR 0.017 0.011 0.012 0.008 0.009 0.105 0.074 0.062 0.041 0.078 0.142 0.051 0.044 0.168 0.148 0.106 0.110 Vector chuẩn hóa xTWR xRa xHV 0.100 0.094 0.188 0.060 0.078 0.179 0.049 0.089 0.210 0.045 0.085 0.197 0.013 0.080 0.195 0.079 0.175 0.168 0.080 0.165 0.173 0.033 0.152 0.191 0.030 0.142 0.227 0.087 0.168 0.174 0.070 0.204 0.168 0.060 0.131 0.223 0.060 0.144 0.230 0.150 0.224 0.190 0.120 0.209 0.164 0.040 0.144 0.225 0.040 0.181 0.243 xWLT 0.118 0.107 0.097 0.126 0.199 0.183 0.200 0.202 0.193 0.171 0.235 0.154 0.145 0.233 0.235 0.140 0.225 21 18 19 20 21 22 23 24 25 4 5 5 50 60 70 30 40 50 60 70 18 25 37 75 18 25 37 50 25 37 25 37 12 18 0.403 0.362 0.189 0.204 0.483 0.300 0.293 0.305 0.505 0.367 0.100 0.040 0.682 0.241 0.080 0.040 0.355 0.305 0.208 0.219 0.385 0.240 0.226 0.247 0.209 0.171 0.187 0.228 0.283 0.162 0.177 0.183 0.538 0.452 0.233 0.252 0.661 0.421 0.241 0.224 Bước Xác định giá trị trọng số tiêu AHP Căn vào số lượng tiêu chất lượng định đồng thời (5 tiêu) mức độ ưu tiên tiêu để xây dựng ma trận chuẩn hóa cặp so sánh trị số trọng số tiêu Kết phân tích chi thấy giá trị trọng số tiêu phù hợp Do đó, giá trị trọng số tiêu tính AHP sau: WMRR= 0,288, WRa = 0,437, WTWR = 0,042, WHV = 0,117, WWLT = 0,116 (bảng 4.7) Bảng 4.7 Ma trận chuẩn hóa cặp so sánh tính tốn trọng số ưu tiên Tiêu chí thực MRR Ra TWR HV WTL MRR Ra TWR HV WTL SUM 0.267 0.533 0.044 0.067 0.089 1.00 0.239 0.478 0.068 0.096 0.119 1.00 0.273 0.318 0.045 0.136 0.227 1.00 0.369 0.462 0.031 0.092 0.046 1.00 0.294 0.392 0.020 0.196 0.098 1.00 Tổng cộng 1.442 2.183 0.209 0.587 0.580 Giá trị trọng số (W) 0.288 0.437 0.042 0.117 0.116 Bước Xác định trị số y11÷ y15: Trị số tiêu xác định theo bảng 4.8 Bảng 4.8 Ma trận hiệu suất có trọng số yij TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 MRR 0.005 0.003 0.003 0.002 0.002 0.030 0.021 0.018 0.012 0.023 0.041 0.015 0.013 0.048 0.043 0.031 0.032 0.116 0.104 0.054 TWR 0.004 0.003 0.002 0.002 0.001 0.003 0.003 0.001 0.001 0.004 0.003 0.003 0.003 0.006 0.005 0.002 0.002 0.021 0.015 0.004 Ra 0.041 0.034 0.039 0.037 0.035 0.076 0.072 0.066 0.062 0.073 0.089 0.057 0.063 0.098 0.091 0.063 0.079 0.155 0.133 0.091 HV 0.022 0.021 0.025 0.023 0.023 0.020 0.020 0.022 0.027 0.020 0.020 0.026 0.027 0.022 0.019 0.026 0.029 0.025 0.020 0.022 WLT 0.014 0.012 0.011 0.015 0.023 0.021 0.023 0.023 0.022 0.020 0.027 0.018 0.017 0.027 0.027 0.016 0.026 0.062 0.052 0.027 22 21 22 23 24 25 0.059 0.139 0.087 0.085 0.088 0.002 0.028 0.010 0.003 0.002 0.096 0.168 0.105 0.098 0.108 0.027 0.033 0.019 0.021 0.022 0.029 0.077 0.049 0.028 0.026 Bước Xác định giải pháp tốt tồi nhất: Từ công thức (2.18) (2.19) xác định giải pháp tốt nhất, giải pháp MRR cao tốt TWR, Ra, HV WLT nhỏ tốt (bảng 4.9) Bảng 4.9 Giải pháp lý tưởng tích cực tiêu cực Tiêu chí A+ A- MRR 0.139 0.002 TWR 0.001 0.028 Ra 0.034 0.168 HV 0.019 0.033 WLT 0.011 0.077 Bước Tính mức độ xung đột phương án Giá trị xác định theo công thức (2.23) (2.24), kết nhận bảng 4.10 Bảng 4.10 Mức độ xung đột lựa chọn thay TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Cosj+ 0.374 0.354 0.349 0.330 0.323 0.590 0.518 0.496 0.432 0.528 0.627 0.483 0.446 0.651 0.633 0.640 0.587 0.760 0.775 0.707 0.714 0.782 0.783 0.815 0.803 Cosj0.947 0.933 0.917 0.934 0.928 0.923 0.953 0.955 0.957 0.944 0.910 0.940 0.945 0.897 0.908 0.882 0.921 0.832 0.817 0.865 0.858 0.814 0.811 0.771 0.776 Ci+ 0.0183 0.0149 0.0166 0.0153 0.0154 0.0515 0.0421 0.0377 0.0311 0.0433 0.0651 0.0324 0.0319 0.0747 0.0672 0.0489 0.0550 0.1565 0.1388 0.0789 0.0850 0.1843 0.1144 0.1096 0.1149 Ci0.0464 0.0393 0.0435 0.0432 0.0444 0.0806 0.0775 0.0726 0.0690 0.0774 0.0944 0.0630 0.0676 0.1028 0.0964 0.0674 0.0863 0.1714 0.1463 0.0964 0.1022 0.1918 0.1185 0.1037 0.1111 S+ 0.126507 0.103277 0.114354 0.105608 0.106594 0.35592 0.291093 0.260514 0.215125 0.299003 0.449817 0.223812 0.220384 0.515872 0.464008 0.338071 0.38024 1.081325 0.958768 0.544807 0.587151 1.273367 0.790441 0.756969 0.793941 S0.243972 0.207094 0.229191 0.227599 0.233492 0.424189 0.408025 0.382309 0.363076 0.407374 0.497003 0.331376 0.356015 0.541158 0.507557 0.35481 0.454306 0.902028 0.770252 0.507416 0.537705 1.009414 0.623816 0.545831 0.584704 Bước Mức độ tương đồng xung đột giải pháp thay giải pháp lý tưởng tích cực tiêu cực tính theo (2.21) (2.22) Bước Tính số hiệu suất tổng thể: Trị số Pi xác định theo công thức (2.25) trị số diễn tả bảng 4.11 23 Bảng 4.11 Mức độ tương tự giá trị hiệu suất tổng thể cho tất lựa chọn thay TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 I 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 U 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 30 40 50 60 70 Ton 18 25 37 50 75 25 37 50 75 18 37 50 75 18 25 50 75 18 25 37 75 18 37 25 50 Toff 12 18 25 37 18 25 37 12 37 12 18 25 12 18 25 37 25 37 18 12 Pi 0.3415 0.3328 0.3329 0.3169 0.3134 0.4562 0.4164 0.4053 0.3721 0.4233 0.4751 0.4031 0.3823 0.4880 0.4776 0.4879 0.4556 0.5452 0.5545 0.5178 0.5220 0.5578 0.5589 0.5810 0.5759 S/N -9.3351 -9.5576 -9.5547 -9.9803 -10.0771 -6.8119 -7.5949 -7.8368 -8.5802 -7.4672 -6.4646 -7.8718 -8.3323 -6.2309 -6.4189 -6.2330 -6.8279 -5.2689 -5.1217 -5.7173 -5.6469 -5.0692 -5.0532 -4.7160 -4.7933 Xếp hạng 21 23 22 24 25 13 16 17 20 15 12 18 19 11 10 14 Bước Điều kiện tối ưu: Từ kết phân tích bảng 4.11 cho thấy thí nghiệm với thứ tự số 24 cho Pi lớn nhất, điều chứng tỏ MRR, TWR, Ra, HV WLT đạt giá trị tối ưu với U = 60 V, Ton = 25 s, I = A, Toff = 18 s KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ kết nghiên cứu thực nghiệm chương 3, thực tốn tối ưu hóa đơn mục tiêu theo phương pháp Taguchi với thông số đầu vào tiêu đầu ra, kết sau: - Độ cứng tế vi lớp bề mặt HVtối ưu = 589,754 HV, với thông số tối ưu là: I = A; Ton = 25 µs, Toff = 25 µs; U = 40 V - Chiều dày lớp trắng WLTtối ưu = 3,382 µm, với thơng số tối ưu là: I = A; Ton = 50 µs, Toff = 12 µs; U = 30 V - Nhám bề mặt Ra tối ưu = 0,519 µm, với thông số tối ưu là: I = A; Ton = 50 µs, Toff = 12 µs; U = 30 V - Mòn điện cực TWRtối ưu = 0.094 mg/phút, với thông số tối ưu là: I = A; Ton = 75 µs, Toff = 12 µs; U = 70 V - Năng suất bóc tách vật liệu MRR tối ưu = 39,73 mg/phút, với thông số tối ưu là: I = A; Ton = 18 µs, Toff = 37 µs; U = 60 V 24 Để tối ưu hóa đa mục tiêu, tác giả sử dụng phương pháp Taguchi AHP- Deng’s với thông số đầu vào tiêu đầu đồng thời, kết thông số tối ưu gồm I = A, U = 60 V, Ton = 25 µs Toff = 18 µs Kết tối ưu MRR = 24.68 mg/phút, TWR = 0.22 mg/phút, Ra = 1.84 µm, HV = 781.98 HV WLT = 8.839 µm KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO I Kết luận chung: Từ nghiên cứu tổng quan EDM xác định nội dung nghiên cứu luận án là: Tối ưu hóa đơn đa mục tiêu với thông số công nghệ đầu vào gồm: I = (1,2,3,4,5) A; U = (30,40,50,60,70) V; Ton = (18,25,37,50,75) µs; Toff = (9,12,18,25,37) µs yếu tố đầu gồm: Độ cứng bề mặt HV; chiều dày lớp trắng WLT; độ nhám bề mặt Ra; độ mịn điện cực TWR; suất bóc tách vật liệu MRR Thực tốn tối ưu hóa đơn mục tiêu đa mục tiêu cho kết sau: Kết tối ưu hóa đơn mục tiêu phương pháp Taguchi: - Độ cứng tế vi lớp bề mặt HVtối ưu = 589,754 HV, với thông số tối ưu là: I = A; Ton = 25 µs, Toff = 25 µs; U = 40 V - Chiều dày lớp trắng WLT tối ưu = 3,382 µm, với thơng số tối ưu là: I = A; Ton = 50 µs, Toff = 12 µs; U = 30 V - Nhám bề mặt Ra tối ưu = 0,519 µm, với thơng số tối ưu là: I = A; Ton = 50 µs, Toff = 12 µs; U = 30 V - Mịn điện cực TWR tối ưu= 0.094 mg/phút, với thông số tối ưu là: I = A; Ton = 75 µs, Toff = 12 µs; U = 70 V - Năng suất bóc tách vật liệu MRR tối ưu = 39,73 mg/phút, với thông số tối ưu là: I = A; Ton = 18 µs, Toff = 37 µs; U = 60 V Kết tối ưu hóa đa mục tiêu phương pháp Taguchi - AHPDeng’s, thông số tối ưu gồm I = A, U = 60 V, Ton = 25 µs Toff = 18 µs Kết tối ưu MRR = 24.68 mg/phút, TWR = 0.22 mg/phút, Ra = 1.84 µm, HV = 781.98 HV WLT = 8.839 µm Từ kết trên, đóng góp luận án là: - Đã hệ thống hóa sở lý thuyết tối ưu hóa đơn mục tiêu đa mục tiêu - Đã triển khai thí nghiệm; tối ưu hóa đơn mục tiêu theo phương pháp Taguchi; tối ưu hóa đa mục tiêu theo phương pháp Taguchi - AHP - Deng’s với thông số đầu vào điện áp, cường độ dịng điện, Ton, Toff thơng số đầu là: Độ cứng tế vi lớp bề mặt, chiều dày lớp trắng, nhám bề mặt, mòn điện cực, suất bóc tách vật liệu, với điều kiện gia công điện cực đồng đỏ, vật liệu gia công thép SKD11 nhiệt luyện II Hướng nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu phương pháp EDM với điện cực khác điện cực đồng (copper), vật liệu gia công khác với thép SKD11 - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến đại lượng đầu ứng suất dư lớp trắng; chiều dài, rộng, sâu vết nứt lớp trắng; thành phần hóa học lớp trắng… DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ [1] Nguyễn Văn Đức, Phạm Văn Bổng, Phạm Văn Đông, “Nghiên cứu ảnh hưởng độ nhám điện cực đến độ nhám chi tiết gia công gia công tia lửa điện máy xung điện điện cực đồng”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 33 - 04/2016 [2] Phan Nguyen Huu, Duc Nguyen Van and Bong Pham Van, “Experimental Investigation of Surface Roughness of SKD11 Die Steel during Die- Sinking EDM Process using Copper Electrode”, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2017, 9(10):5969, ISSN : 0975-7384 CODEN(USA):JCPRC5 [3] Nguyễn Văn Đức, Phạm Văn Bổng, Nguyễn Hữu Phấn, “Ứng dụng kết hợp Taguchi PSI để tối ưu hóa đa mục tiêu thơng số cơng nghệ xung định hình thép SKD11”, Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ V, ngày 5/10/2018 [4] Phan Nguyen Huu, Duc Nguyen Van and Bong Pham Van, “Application of response surface methodology for evaluating material removal in rate die-sinking EDM roughing using copper electrode”, Science & technology development journal-engineering & technology, VOL 1, ISSUE 1, 20-27, 2018 [5] Duc Nguyen Van, Bong Pham Van, Phan Nguyen Huu, “Application of Deng’s similarity based –AHP approach in parametric optimization of EDM process for SDK11 die steel”, Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, https://doi.org/10.1139/tcsme-2019-0132, (SCIE) [6] Phan Huu Nguyen, Tien Long Banh, Khan Aqib Mashood, Duc Quy Tran, Van Dong Pham, T Muthuramalingam, Van Duc Nguyen, Duc Toan Nguyen, “Application of TGRA-Based Optimisation for Machinability of High-Chromium Tool Steel in the EDM Process”, Arabian Journal for Science and Engineering, https://doi.org/10.1007/s13369-020-04456-z, (SCIE) ... cực đồng nguyên chất (copper), gia công vật liệu SKD11 Trên sở đó, đề tài khoa học ? ?Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ tối ưu gia công xung tia lửa điện điện cực đồng? ?? cấp thiết II Nội dung nghiên. .. Điện áp cường độ dịng điện gia cơng: Điện áp vùng phóng tia lửa điện gọi điện áp gia cơng - Thời gian phóng tia lửa điện Ton ngừng phóng điện Toff: Thời gian phóng tia lửa điện thời gian mà tia. .. xác định chế độ công nghệ tối ưu gia công xung tia lửa điện điện cực đồng với thông số công nghệ đầu vào tiêu đầu là: độ cứng tế vi bề mặt; chiều dày lớp trắng; nhám bề mặt; mịn điện cực; suất bóc