Đang tải... (xem toàn văn)
1. Tính cấp thiết của đề tài Trong chế tạo máy hiện nay cónhiều chi tiết chế tạo từ vật liệu khógia công có độ cứng và độ bền cao. Trong đó vật liệu hợp kim cứng được sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập vàchi tiết máy. Việc gia công chúng bằng công nghệ cắt gọt thông thường (Tiện; Phay; Mài v.v ) là vô cùng khó khăn, đôi khi không thể gia công được. Thực tế này đòi hỏi cần phải phát triển các công nghệ gia công mới để gia công những vật liệu đó .Ngày nay một trong số các phương pháp gia công tia lửa điện là phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện. Phương pháp này được gọi làgia công WEDM (Wire Electrical Discharge Machine), đây là phương pháp gia công được phát minh vàsử dụng rộng rãi trên thế giới vào những năm 50 của thế kỷ XX nhưng ít tự động hóa và đến ngày nay nhờ sự phát triển của điều khiển số vàcông nghệ thông tin mà phương pháp này đã được hiện đại hóa rất cao và đã trang bị điều khiển số CNC trên các máy WEDM. Từ những năm 80 của thế kỷ XX đến nay, rất nhiều doanh nghiệp trong nước đã trang bị các loại máy, thiết bị sử dụng công nghệ EDM nhằm cải tiến phương pháp gia công, nâng cao giátrị của sản phẩm. Để nâng cao hiệu quả sử dụng loại máy này cónhiều cách nhưng theo hướng công nghệ thìta cần thiết lập chế độ công nghệ hợp lý để đạt được độ chính xác kích thước cũng như năng suất gia công vàchất lượng sản phẩm cao nhất. Điều này các doanh nghiệp trong nước thường xác định dựa theo tài liệu kèm theo máy hoặc theo kinh nghiệm. Do đó chưa thấy ra được ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ chính xác, năng suất vàchất lượng gia công. Vìvậy màhiệu quả khai thác, sử dụng máy cũng hạn chế. Chế độ công nghệ gia công trên máy cắt dây phụ thuộc rất nhiều thành phần hóa học của vật liệu chi tiết gia công cũng như tính dẫn điện vàdẫn nhiệt. Do đó đối với những loại vật liệu chi tiết gia công khác nhau (có độ cứng khác nhau) sẽ cóchế độ công nghệ gia công khác nhau. Trong đó vật liệu hợp kim cứng đang được sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập vàchi tiết máy.
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Cơng nghệ CTM LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo TS Nguyễn Văn Hùng - Thầy hướng dẫn khoa học em định hướng đề tài, hướng dẫn tận tì nh Thầy việc tiếp cận vàkhai thác tài liệu bảo trình em làm thực nghiệm viết luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Thầy giáo ThS Đặng Văn Thanh tạo điều kiện thuận lợi cho tơi tiến hành thínghiệm Trung tâm thínghiệm trường ĐHKT Cơng Nghiệp suốt q trình hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn cán Khoa Sau đại học trường, cán phịng thínghiệm khoa khí – ĐHKTCN dành cho em điều kiện thuận lợi nhất, giúp em hồn thành nghiên cứu Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, đồng nghiệp ủng hộ, động viên, giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Thái Nguyên, Ngày 22 tháng 06 năm 2014 Học viên Vũ Mạnh Hùng Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM MỤC LỤC Trang 1………………………………………………………………………………1 Lời cảm ơn Mục lục………………………………………………………………………………3 Danh mục bảng số liệu………………………………………………………….5 Danh mục hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp………………………………………… PHẦN I: MỞ ĐẦU……………………………………………………………… 1.Tí nh cấp thiết đề tài………………………………………………………… Mục đích, đối tượng phương pháp nghiên cứu……………………………… 2.1 Mục đích đề tài…………………………………………………………… 2.2 Đối tượng nghiên cứu………………………………………………………… 2.3 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………….8 Ý nghĩa đề tài……………………………………………………………… 3.1 Ý nghĩa khoa học……………………………………………………………….8 3.2 Ý nghĩa thực tiễn……………………………………………………………… Nội dung………………………………………………………………………… PHẦN II: NỘI DUNG Chương TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 1.1 Đặc điểm phương pháp gia công tia lửa điện 1.1.1 Các đặc điểm phương pháp gia cơng tia lửa điện 1.1.2 Khả công nghệ phương pháp gia công tia lửa điện 1.2 Các phương pháp gia công tia lửa điện 10 1.2.1 Phương pháp gia cơng xung định hì nh 10 1.2.2 Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 10 1.2.3 Các phương pháp khác: 10 1.3 Cơ sở phương pháp gia công tia lửa điện 11 1.3.1 Bản chất vật lý 11 1.3.2 Cơ chế bóc tách vật liệu 16 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quátrì nh gia công tia lửa điện 17 1.4.1 Các đặc tính điện phóng tia lửa điện 17 1.4.2 Dòng điện bước dòng điện 21 1.4.3 Ảnh hưởng khe hở phóng điện 21 1.4.4 Ảnh hưởng điện dung C 23 1.4.5 Ảnh hưởng diện tí ch vùng gia cơng 24 1.4.6 Ảnh hưởng ăn mòn điện cực 24 1.5 Lượng hớt vật liệu gia công tia lửa điện 25 1.6 Chất lượng bề mặt 26 1.6.1 Độ nhám bề mặt 26 1.6.2 Vết nứt tế vi vàcác ảnh hưởng nhiệt 27 1.7 Độ xác tạo hình gia công tia lửa điện 28 1.8 Các tượng xấu gia công tia lửa điện 29 1.8.1 Hồ quang 29 1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp 29 1.8.3 Xung mạch hở, khơng có dịng điện 30 Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 1.8.4 Sự quánhiệt chất điện môi 30 1.9 Các yếu tố không điều khiển 31 1.9.1 Nhiễu hệ thống 31 1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên 31 1.10 Chất điện môi gia công tia lửa điện 31 1.10.1 Nhiệm vụ chất điện môi 31 1.10.2 Các loại chất điện môi 33 1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 34 1.10.4 Các loại dịng chẩy chất điện mơi 35 1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi 37 1.11 Hợp kim cứng vàgia công hợp kim cứng 38 1.11.1 Khái niệm 38 1.11.2 Phương pháp chế tạo 38 1.11.3 Phân loại hợp kim cứng 39 1.11.4 Gia công hợp kim cứng 41 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 43 Chương 44 MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH 44 TRONG QUÁ TRÌNH GIA CƠNG 44 2.1 Sơ máy cắt dây tia lửa điện 44 2.1.1 Công dụng máy cắt dây 44 2.1.2 Đặc điểm phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 45 2.2 Độ xác gia công cắt dây tia lửa điện 46 2.3 Điện cực vàvật liệu điện cực 49 2.3.1 Yêu cầu vật liệu điện cực 49 2.3.2 Các loại dây điện cực 50 2.4 Sự thoát phoi cắt dây tia lửa điện 50 2.5 Nhám bề mặt cắt dây 51 2.6 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 52 2.6.1 Dịng phóng tia lửa điện Ie bước dòng điện 52 2.6.2 Độ kéo dài xung ti: 52 2.6.3 Khoảng cách xung t0 52 2.6.4 Điện áp đánh lửa Ui 52 2.6.5 Khe hở phóng điện 53 2.7 Lập trình gia cơng máy cắt dây 53 2.7.1 Các trục điều khiển vàhệ toạ độ 54 2.7.2 Các chức “G” 54 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 64 Chương 65 THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM CỨNG TRÊN MÁY CẮT DÂY EDM 65 3.1 Thiết kế thínghiệm 65 3.1.1 Các giả thiết thínghiệm 65 3.1.2 Lýthuyết thínghiệm 65 3.1.3 Điều kiện thực thínghiệm 66 Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.1.4 Thiết bị thínghiệm 66 3.1.5 Vật liệu gia công 68 3.1.6 Thiết bị đo 68 3.2 Triển khai thínghiệm 70 3.2.1 Mơ hình định tính qtrì nh cắt dây tia lửa điện 70 3.2.2 Các thông số đầu vào thínghiệm 71 3.3 Ảnh hưởng thông số gia công đến nhám bề mặt 73 3.4 Ảnh hưởng thông số gia công đến suất gia công 78 3.5 Ảnh hưởng thông số gia công đến sai số biên dạng 82 3.6 Tối ưu hoá đa mục tiêu 88 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 90 PHẦN III: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO……91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1 Danh mục mãG 55 Bảng 2.2 Danh mục mãM 57 Bảng 3.1.Các thông số kỹ thuật máy cắt dây CW322S……………………… 66 Bảng 3.2 Thành phần hoáhọc nguyên tố 68 Bảng 3.3 Tính kỹ thuật máy đo CMM C544 69 Bảng 3.4 phạm vi khảo sát biến thực nghiệm: 72 Bảng 3.5 Kế hoạch thínghiệm tối ưu hóa nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 75 Bảng 3.6 Kết thínghiệm nghiệm tối ưu hóa nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 75 Bảng 3.7 Ma trận thínghiệm vàkết thínghiệm ảnh hưởng Ton, Toff, U đến suất cắt V 79 Bảng 3.8 Kết thínghiệm nghiệm tối ưu hóa sai số gia công theo Ton, Toff, U 82 Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH CHỤP Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lýgia công tia lửa điện 12 Hình 1.2- Pha đánh lửa 13 Hình 1.3- Sự hình thành kênh phóng điện 13 Hình 1.4- Sự hình thành vàbốc vật liệu 14 Hình 1.5- Đồ thị điện áp dịng điện xung phóng điện 15 Hình 1.6- Mối quan hệ Vw vàti 19 Hình 1.7- Mối quan hệ vàti 20 Hình 1.8- Mối quan hệ Rmax vàti (với ti = td + te) 20 Hình 1.9- Ảnh hưởng ti vàt0 đến suất gia công 21 Hình 1.10- Ảnh hưởng khe hở phóng điện 22 Hình 1.11- Quan hệ vàap 23 Hình 1.12- Ảnh hưởng điện dung C 24 Hình 1.13- Ảnh hưởng diện tích vùng gia cơng F 24 Hình 1.14- Các thông số ảnh hưởng đến suất gia cơng EDM 26 Hình 1.15- Vùng ảnh hưởng nhiệt bề mặt phôi 27 Hình 1.16- Hiện tượng hồ quang điện 29 Hình 1.17- Hiện tượng ngắn mạch sụt áp 30 Hình 1.18- Hiện tượng xung mạch hở 30 Hình 1.19- Dịng chảy bên ngồi 36 Hình 1.20- Dịng chảy áp lực 36 Hình 2.1- Sơ đồ máy cắt dây 44 Hình 2.2- Sự cân lực cắt thẳng vàsai số hình học cắt góc 49 Hình 2.3- Các trường hợp khó khăn dịng chảy đồng trục 51 Hình 2.4- Khe hở phóng điện gia cơng cắt dây tia lửa điện 51 Hình 2.5- Các lệnh dịch chuyển đường kính dây G41/G42 60 Hình 3.1- Máy cắt dây CW322S 67 Hình 3.2 Ảnh máy đo tọa độ chiều Beyond Crysta C544 68 Hình 3.3 Ảnh máy nhám SJ-201 hãng Mitutoyo 70 Hình 3.4 Khai báo biến thínghiệm cho thiết kế Box-Behnken 73 Hình 3.5 Phân tích kết thínghiệm tối ưu nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 76 Hình 3.6 Đồ thị quan hệ nhám bề mặt phụ thuộc Ton vàToff U=45v 77 Hình 3.7 Đồ thị đường mức nhám bề mặt phụ thuộc Ton vàT0ff U=45v 78 Hình 3.11 Đồ thị đường mức suất cắt phụ thuộc Ton vàT0ff U=45v 81 Hình 3.12 Phân tích kết thínghiệm sai số gia công theo Ton, Toff, U 83 Hình 3.13 Đồ thị quan hệ sai số gia công phụ thuộc Ton vàToff U=45v 84 Hình 3.14 Đồ thị đường mức sai số gia công phụ thuộc Ton vàT0ff U=45v 84 Hình 3.15 Đồ thị tối ưu hóa theo đồng thời tiêu nhám bề mặt vàthời gian 88 Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN I: MỞ ĐẦU Tí nh cấp thiết đề tài Trong chế tạo máy cónhiều chi tiết chế tạo từ vật liệu khógia cơng có độ cứng độ bền cao Trong vật liệu hợp kim cứng sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập vàchi tiết máy Việc gia công chúng công nghệ cắt gọt thông thường (Tiện; Phay; Mài v.v ) vơ khó khăn, đơi khơng thể gia cơng Thực tế địi hỏi cần phải phát triển công nghệ gia công để gia cơng vật liệu Ngày số phương pháp gia công tia lửa điện phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện Phương pháp gọi làgia công WEDM (Wire Electrical Discharge Machine), phương pháp gia công phát minh vàsử dụng rộng rãi giới vào năm 50 kỷ XX tự động hóa đến ngày nhờ phát triển điều khiển số vàcông nghệ thông tin mà phương pháp đại hóa cao trang bị điều khiển số CNC máy WEDM Từ năm 80 kỷ XX đến nay, nhiều doanh nghiệp nước trang bị loại máy, thiết bị sử dụng công nghệ EDM nhằm cải tiến phương pháp gia công, nâng cao giátrị sản phẩm - Để nâng cao hiệu sử dụng loại máy cónhiều cách theo hướng cơng nghệ thìta cần thiết lập chế độ cơng nghệ hợp lý để đạt độ chí nh xác kích thước suất gia công vàchất lượng sản phẩm cao Điều doanh nghiệp nước thường xác định dựa theo tài liệu kèm theo máy theo kinh nghiệm Do chưa thấy ảnh hưởng thơng số cơng nghệ đến độ xác, suất vàchất lượng gia cơng Vìvậy màhiệu khai thác, sử dụng máy hạn chế - Chế độ công nghệ gia công máy cắt dây phụ thuộc nhiều thành phần hóa học vật liệu chi tiết gia cơng tính dẫn điện vàdẫn nhiệt Do loại vật liệu chi tiết gia cơng khác (có độ cứng khác nhau) cóchế độ cơng nghệ gia cơng khác Trong vật liệu hợp kim cứng sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập vàchi tiết máy Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Việc gia công vật liệu hợp kim cứng phương pháp thơng thường địi hỏi chi phílớn, suất vàchất lượng gia công không cao, sử dụng phương cắt dây tia lửa điện thìrất hiệu Do việc tiến hành nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 phương pháp cắt dây” làrất cần thiết Mục đích, đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Xác định ảnh hưởng thông số ( Điện áp đánh lửa Ui, độ kéo dài xung Ton vàkhoảng cách xung toff ) cắt dây với vật liệu hợp kim cứng BK8 để đảm bảo độ nhám theo yêu cầu 2.2 Đối tượng nghiên cứu Máy: máy cắt dây CW322S Vật liệu gia công: Hợp kim cứng BK8 Dây: Dây đồng có đường kí nh 0,25mm Đối tượng gia công: biên dạng đường thẳng cung trịn Các thơng số cơng nghệ nghiên cứu là: Điện áp đánh lửa Ui, độ kéo dài xung Ton vàkhoảng cách xung Toff 2.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lýthuyết kết hợp với thực nghiệm Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Bằng cách nghiên cứu sở lýthuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài đưa hàm tốn học mơ tả mối quan hệ điện áp đánh lửa Ui, cường độ dòng điện Ie, độ kéo dài xung Ton vàkhoảng cách xung Toff với độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8, từ đưa sở cho việc tối ưu hố q trình cắt cho nghiên cứu khác quátrình cắt Làm sở cho việc nghiên cứu khí a cạnh khác qtrì nh gia cơng tia lửa điện Đề tài góp phần vào việc hoàn thiện việc xác định điều chỉnh thông số công nghệ gia công máy cắt dây nói chung vàgia cơng hợp kim cứng BK8 máy cắt dây nói riêng Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu xây dựng chế độ cắt tối ưu gia cơng máy cắt dây EDM -CNC có ý nghĩa thực tiễn nghiên cứu khoa học sản xuất sau: - Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ gia công hợp kim cứng máy cắt dây hợp lý hơn, hiệu khai thác, sử dụng máy tốt Góp phần vào việc nâng cao chất lượng vàhạ giáthành sản phẩm Đây làmột yếu tố có ý nghĩa lớn phát triển doanh nghiệp môi trường sản xuất kinh doanh phải đối mặt với cạnh tranh khốc liệt thị trường quátrình hội nhập - Đạt khả cho suất cao đảm bảo chất lượng bề mặt theo yêu cầu gia công hợp kim cứng sản xuất, số lượng sản phẩm không nhiều Nội dung luận văn Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, phần mở đầu, kết luận chung vàcác phụ lục luận văn cónội dung sau: Chương Tổng quan gia công tia lửa điện - Nghiên cứu tổng quan kỹ thuật EDM Chương Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất, chất lượng bề mặt gia công máy cắt dây - Nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tượng xảy quátrình cắt - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến quátrì nh cắt Chương Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây EDM - Thiết lập thínghiệm - Xây dựng mơ hình tốn xác định độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây - Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ công nghệ với độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 Chương 4: Kết luận chung vàkhuyến nghị Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN II: NỘI DUNG Chương TỔNG QUAN VỀ GIA CƠNG TIA LỬA ĐIỆN Năm 1943, thơng qua nghiên cứu tuổi bền thiết bị phóng điện, hai vợ chồng người Nga Lazarenko tìm phương pháp gia công tia lửa điện Họ sử dụng tia lửa điện để hớt lớp vật liệu màkhông phụ thuộc vào độ cứng vật liệu Khi tia lửa điện phóng thìmột lớp vật liệu bề mặt phôi bị hớt q trình điện – nhiệt thơng qua nóng chảy vàbốc kim loại Từ đến qtrình hớt vật liệu gia cơng tia lửa điện coi phức tạp liên quan đến khoảng cách khe hở phóng điện, đến thơng tin kênh plasma, hình thành cầu phóng điện điện cực, ăn mòn điện cực, nghiên cứu tượng phóng điện nhàkhoa học làm cho công nghệ gia công tia lửa điện có phát triển lớn năm gần đời thêm số phương pháp gia công dùng nguyên lý phương pháp gia công tia lửa điện 1.1 Đặc điểm phương pháp gia công tia lửa điện Gia công tia lửa điện phương pháp gia cơng cách phóng điện ăn mòn sở tác dụng nhiệt xung điện tạo phóng điện điện cực 1.1.1 Các đặc điểm chí nh phương pháp gia cơng tia lửa điện - Điện cực (đóng vai trị dụng cụ cắt): có độ cứng thấp nhiều so với vật liệu phôi vật liệu phôi thường vật liệu cứng qua nhiệt luyện thép tôi, loại hợp kim cứng vật liệu điện cực thường đồng, grafit - Vật liệu dụng cụ cắt vàvật liệu phôi phải cótí nh chất dẫn điện tốt - Mơi trường gia công: gia công phải sử dụng chất lỏng điện môi làm môi trường gia công Đây dung dịch không dẫn điện điều kiện làm việc bình thường 1.1.2 Khả cơng nghệ phương pháp gia công tia lửa điện Phương pháp gia công tia lửa điện tạo mặt định hình đường thẳng, đường cong, rãnh định hì nh, bề mặt có profin phức tạp, với độ bóng bề mặt tương đối cao (Ra = 1.25m 5m) độ chí nh xác cao (IT5) Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 10 Chuyên ngành: Công nghệ CTM 1.2 Các phương pháp gia công tia lửa điện Ngày nay, gia cơng khí giới có phương pháp gia công tia lửa điện chủ yếu, ứng dụng rộng rãi có đóng góp đáng kể cho phát triển khoa học kỹ thuật nhân loại là: phương pháp gia cơng xung định hình phương pháp gia cơng cắt dây tia lửa điện EDM 1.2.1 Phương pháp gia công xung định hình: Đây phương pháp dùng điện cực tạo hình sẵn để in hì nh (âm bản) nólên bề mặt phơi Phương pháp dùng để chế tạo khn có hì nh dạng phức tạp, khn ép định hì nh, khn ép nhựa, khn đúc áp lực, lỗ không thông 1.2.2 Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện: Là phương pháp dùng dây dẫn điện có đường kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) liên tục vàchạy theo biên dạng định trước để tạo thành vết cắt phôi phương pháp thường dùng để gia công lỗ suốt có biên dạng phức tạp lỗ khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo điện cực dùng cho gia công xung định hì nh, gia cơng rãnh hẹp, gấp khúc, dưỡng kiểm, 1.2.3 Các phương pháp khác: Ngoài phương pháp gia công chủ yếu trên, ngày giới cịn cómột số phương pháp gia cơng sử dụng nguyên lýgia công tia lửa điện sau: - Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM): phương pháp sử dụng điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay Sử dụng phương pháp để gia cơng hì nh dáng phức tạp khơng phải chế tạo điện cực phức tạp (để xung) màsử dụng điện cực chuẩn sau điều khiển cho điện cực cắt theo chương trình - Phủ tia lửa điện (EDD): phương pháp sử dụng hiệu ăn mòn tia lửa điện để phủ lên bánh mài sau thời gian sử dụng nghiền khí vật liệu rắn Trong quátrì nh này, bánh mài phải có tí nh dẫn điện bánh mài kim cương liên kết kim loại thường làm theo phương pháp điện áp xung đặt vào điện cực vàbánh mài, quátrì nh mài, tia lửa điện sinh bóc tách cạnh sắc bánh mài Quá trình sử dụng để chế tạo bánh mài cóhình dạng đặc biệt Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 80 Chuyên ngành: Cơng nghệ CTM Hình 3.8 Phân tí ch kết thínghiệm suất gia cơng theo Ton, Toff, U Chấp nhận kết này, ta thu phương trình hồi quy môtả quan hệ hàm mục tiêu suất cắt V vàcác thông số đầu vào Ton, Toff, U sau : mm ph鷗 V= - 38.1627 + 45.734Ton - 0.380500Toff - 0.558750U – 38.4607T2on Từ mối quan hệ suất cắt V với thông số Ton, Toff, U, ta thấy ảnh hưởng thời gian phóng điện Ton =45,734 μs lànhiều kể thành phần bậc vàbậc Hiệu điện phóng điện U= 0,558750 V ảnh hưởng cịn thời gian ngắt xung Toff = 0,380500 μs ảnh hưởng í t đến suất cắt V Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 81 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Surface Plot of V vs Toff, Ton Hold Values U 45 35 V 30 25 25 20 20 1.0 1.5 T on T off 15 2.0 Hì nh 3.10 Đồ thị quan hệ suất cắt phụ thuộc Ton vàToff U=45v Hì nh 3.11 Đồ thị đường mức suất cắt phụ thuộc Ton vàT0ff U=45v Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 82 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Phân tích đồ thị Trên đồ thị ta thấy độ kéo dài xung có ảnh hưởng lớn đến suất gia công Độ kéo dài xung cao suất gia cơng lớn, đặc biệt làtrong khoảng Ton = 1,3 ÷ 1,9 μs suất gia công lớn lưỡi cắt (Hình 3.11), ảnh hưởng khoảng cách xung lớn suất gia cơng nhỏ Do gia công muốn đạt suất gia công làlớn mm ph鷗 với V = 36,69 ta chọn độ kéo dài xung Ton = 1,5 μs với khoảng cách xung T0ff = 15 μs 3.5 Ảnh hưởng thông số gia công đến sai số biên dạng Lần lượt tiến hành thínghiệm, thu thập kết vàghi lại giátrị vào cột bổ sung bảng thínghiệm có, ta thu kết trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Kết thínghiệm nghiệm tối ưu hóa sai số gia cơng theo Ton, Toff, U Sử dụng chức phân tích kết thínghiệm (Analyze Response Surface Design) phần mềm thiết kế thínghiệm Minitab®, thu kết bảng sau: Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 83 Chun ngành: Cơng nghệ CTM Hình 3.12 Phân tích kết thínghiệm sai số gia cơng theo Ton, Toff, U Quan sát kết phân tích phương sai (Analysis of Variance), nhận thấy thành phần bậc (Linear) mơ hì nh hồi quy có ý nghĩa thống kê (giá trị p 0,021; nhỏ so với mức ý nghĩa thông thường là0,05) Quan sát giátrị p phân tích mức độ khơng phùhợp mơ hì nh (Lack-of-Fit), giátrị p (bằng 0,553) lớn nhiều so với mức thơng thường (0,05), kết luận dạng mơhình hồi quy kiểu bậc làphùhợp Trên hình 3.12 nhận thấy, hệ số bậc cao phương trình hồi quy (Ton*Ton) có giá trị p nhỏ (là 0,003) Điều chứng tỏ thành phần có ý nghĩa thống kêlớn Chấp nhận kết này, ta thu phương trình hồi quy mơtả quan hệ hàm mục tiêu δ vàcác thông số đầu vào Ton, Toff, U sau: δ = 0.03800 + 0.00663Ton – 0.0025Toff - 0.00388U – 0.01187T2on (mm) Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 84 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Từ quan hệ δ với thông số Ton, Toff, U , ta thấy thời gian phóng điện Ton = 0.00663μs ảnh hưởng nhiều đến sai số gia công thành phần bậc bậc Hiệu điện phóng điện U = 0,00388V có mức độ ảnh hưởng Thời gian ngắt xung Toff = 0,0025μs ảnh hưởng í t Kết biểu diễn dạng “bề mặt tiêu” (Response surface) hình 3.13 Hì nh 3.13 Đồ thị quan hệ sai số gia cơng phụ thuộc Ton vàToff U=45v Hì nh 3.14 Đồ thị đường mức sai số gia công phụ thuộc Ton vàT0ff U=45v Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 85 Chun ngành: Cơng nghệ CTM Phân tích đồ thị Trên đồ thị ta thấy độ kéo dài xung cóảnh hưởng lớn đến sai số gia công Độ kéo dài xung cao thìsai số gia cơng lớn, đặc biệt làtrong khoảng Ton = 1,2 ÷2 μs sai số gia cơng lớn (Hình 3.14), ảnh hưởng khoảng cách xung lớn thìsai số gia công nhỏ Do gia công muốn đạt sai số gia công lànhỏ với δ = 0.015 mm = 15μm ta chọn độ kéo dài xung Ton = μs với khoảng cách xung T0ff = 20 μs Như nhìn vào bảng kết sai số gia cơng trung bình ta thấy, giátrị sai số gia cơng trung bình lớn δ = 0.049 mm = 49 μm Sai số cho phép mài thôvàmài tinh [δ] = 0.065 mm = 65 μm lớn sai số gia cơng trung bì nh [δ] ˃ δ Vậy đảm bảo cho nguyên công sau làmài Một số hình ảnh sai số gia cơng kích thước lý thuyết kích thước thực.( Đường màu đỏ làkích thước lýthuyết, Màu đen kích thước thực đo máy đo tọa độ chiều C544 ) Chi tiết số 0.044 0.031 0.026 0.023 0.028 0.046 0.024 0.037 0.027 0.037 0.033 0.028 Chi tiết số 0.036 0.027 0.03 0.028 0.026 Vũ Mạnh Hùng 0.043 0.018 0.029 0.027 0.046 0.023 0.02 CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 86 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Chi tiết số 0.044 0.036 0.047 0.048 0.039 0.032 0.041 0.046 0.026 0.041 0.037 0.042 Chi tiết số 0.044 0.011 0.007 0.008 0.006 0.027 0.024 0.046 0.023 0.02 0.012 0.003 Chi tiết số 0.041 0.018 0.006 0.009 0.011 0.029 0.025 0.043 0.024 0.022 0.012 0.003 Chi tiết số 0.044 0.027 0.039 0.028 Vũ Mạnh Hùng 0.034 0.031 0.036 0.024 0.027 0.041 0.023 0.023 CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 87 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Chi tiết số 0.044 0.042 0.038 0.042 0.042 0.032 0.041 0.047 0.023 0.038 0.04 0.049 Chi tiết số 0.032 0.025 0.031 0.018 0.026 0.027 0.024 0.02 0.023 0.02 0.012 0.015 Chi tiết số 0.044 0.032 0.041 0.035 0.048 0.027 0.033 0.042 0.039 0.043 0.039 0.037 Chi tiết số 10 0.044 0.052 0.043 0.049 Vũ Mạnh Hùng 0.051 0.053 0.055 0.048 0.049 0.03 0.056 CH K14-CTM 0.046 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 88 Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.6 Tối ưu hoá đa mục tiêu Đồ thị tối ưu với mục tiêu tối đa hóa nhám bề mặt suất gia cơng V trình bày sau : Hì nh 3.15 Đồ thị tối ưu hóa theo đồng thời tiêu nhám bề mặt vàthời gian Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 89 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Đã tối ưu hóa đa mục tiêu tìm trị số thông số (Ton, Toff, U) gia công để đạt độ nhám Ra = (2.5÷2.9) m đảm bảo đạt suất V = (17÷21)(mm2/phút) thìbộ thơng số tối ưu với mục tiêu là: Ton = 1s; Toff = 15s; U= 50 v Với độ tin cậy 57,3% Bộ thông số tối ưu độ nhám với suất thínghiệm, tìm sau: Ton = 1s ; Toff = 15; U = 50v Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 90 Chuyên ngành: Công nghệ CTM KẾT LUẬN CHƯƠNG III Trong chương tác giả tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng hưởng thông số điện đến độ nhám bề mặt, độ xác gia cơng suất cắt Tất thínghiệm thực điều kiện sản xuất thực tế trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Thu kết sau: ♦ Ta tiến hành thínghiệm sàng lọc để tì m thơng cóảnh hưởng lớn đến sản phẩm chất lượng đầu ♦ Đã tiến hành thực nghiệm thành công thu kết đảm bảo độ tin cậy ♦ Đã ứng dụng kỹ thuật thiết kế vàphân tí ch thínghiệm RSM cho tốn tìm thơng số tối ưu Sử dụng RSM cho phép tiến hành số thínghiệm hơn; thu kết nhanh xác hơn, có khả tùy biến cao ♦ Đã xây dựng mối quan hệ thông số công nghệ (Ton, Toff, U) đến độ nhám bề mặt suất gia công, sai số gia công gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây vàcụ thể sau: Ra = -2.57554 + 11.8264Ton – 0.03525Toff - 0.05525U – 3.57714T2on (μm) mm ph鷗 V= - 38.1627 + 45.734Ton - 0.380500Toff - 0.558750U – 38.4607T2on δ = 0.03800 + 0.00663Ton – 0.0025Toff - 0.00388U – 0.01187T2on (mm) ♦Đã tìm trị số (Ton, Toff, U) gia công muốn đạt sai số biên dạng lànhỏ với δ = 0.015 mm = 15μm ta chọn Ton = μs; T0ff = 20 μs; U=45v ♦ Đã tối ưu hóa đa mục tiêu tìm trị số thơng số (Ton, Toff, U) gia công để đạt độ nhám Ra = (2.5÷2.9) m đảm bảo đạt suất V = 17÷21) (mm2/phút) thìbộ thơng số tối ưu với mục tiêu là: Ton = 1s; Toff = 15s; U= 50v Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 91 Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN III KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Ngày cạnh tranh ngày gay gắt địi hỏi phải tối ưu cơng đoạn dây chuyền sản xuất độ xác, độ bền, suất, tính kinh tế, chất lượng gia cơng… Điều có ý nghĩa thiết thực gia cơng vật liệu q hiếm, vật liệu khógia cơng phương pháp thông thường Tuy nhiên, thiết bị gia cơng ngày phức tạp địi hỏi phải cómột chế độ tối ưu hóa để gia cơng nhằm mục đích nâng cao hiệu vàhạ giáthành sản phẩm Với mục đích em tập trung sâu nghiên cứu chất qtrì nh gia cơng tia lửa điện, mô tả đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất chất lượng gia công dây cắt tia lửa điện Hợp kim cứng BK8 làloại hợp kim sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy….Việc gia công chúng công nghệ cắt gọt thông thường (Tiện; Phay; Mài v.v ) vơ khó khăn, đơi khơng thể gia cơng Thực tế địi hỏi cần phải phát triển công nghệ gia công để gia cơng vật liệu Khi gia cơng dây cắt tia lửa điện, tí nh dẫn điện hợp kim cứng BK8 làrất thấp làm cho suất vàchất lượng gia cơng thay đổi Vìvậy cần phải nghiên cứu tì m các trị số thông số công nghệ tối ưu để đảm bảo suất chất lượng (độ nhám bề mặt) gia cơng dao phay đĩa xích gắn mảnh hợp kim cứng BK8 máy căt dây tia lửa điện Kết cụ thể là: Đã xây dựng cách cóhệ thống tham số cơng nghệ đơn kết hợp yếu tố công nghệ khác ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt suất gia công Tác giả đưa kết luận ảnh hưởng thông số công nghệ đến nhám bề mặt suất cắt, điều sở để lựa chọn chế độ gia công tối ưu nhằm nâng cao hiệu qtrì nh gia cơng Cụ thể là: - Điện áp đánh lửa U: làyếu tố ảnh hưởng lớn đến suất vàchất lượng bề mặt gia cơng Điều hồn tồn phùhợp với nghiên cứu gia công dây cắt tia lửa điện - Khoảng cách xung Toff (off time): Đây tham số cóảnh hưởng khơng nhỏ đến suất, chất lượng bề mặt độ xác kích thước Khi khoảng Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 92 Chuyên ngành: Công nghệ CTM cách xung lớn lượng hớt vật liệu phôi nhỏ ngược lại Tuy nhiên, khoảng cách xung phải đủ lớn để dung dịch chất điện mơi có đủ thời gian thơi ion hóa vàdịng chảy điện mơi có đủ thời gian vận chuyển hết phoi khỏi vùng gia công làm nguội bề mặt gia công - Độ kéo dài xung Ton (on time): thời gian kéo dài xung ảnh hưởng lớn đến suất vàchất lượng bề mặt gia công Lượng hớt vật liệu tăng lên độ kéo dài xung tăng, đến mức độ giảm cho dù độ kéo dài xung tăng kéo theo nhám bề mặt tăng lên Xây dựng thành cơng mơhì nh tốn học mối quan hệ độ nhám bề mặt suất gia công, sai số gia công với thông số công nghệ điện áp đánh lửa U, độ kéo dài xung Ton, khoảng cách xung Toff gia công hợp kim cứng BK8 vàcụ thể sau Ra = -2.57554 + 11.8264Ton – 0.03525Toff - 0.05525U – 3.57714T2on (μm) mm ph鷗 V= - 38.1627 + 45.734Ton - 0.380500Toff - 0.558750U – 38.4607T2on δ = 0.03800 + 0.00663Ton – 0.0025Toff - 0.00388U – 0.01187T2on (mm) ♦Đã tìm trị số tối ưu(Ton, Toff, U) gia công để đạt sai số biên dạng lànhỏ với δ=0.015 mm =15μm ta chọn Ton=1μs; T0ff =20μs; U=45v Tối ưu hóa đa mục tiêu tìm trị số thơng số (Ton, Toff, U) gia công để đạt độ nhám Ra = (2.5÷2.9) m đảm bảo đạt suất V = (17÷21)(mm2/phút) thìbộ thơng số tối ưu với mục tiêu là: Ton = 1s; Toff = 15s; U= 50v Hướng nghiên cứu tiếp theo: Cần tiếp tục mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ khác (Ie, Tp…) đặc biệt làcác thông số phi công nghệ như: vật liệu gia công, vật liệu điện cực, tốc độ dòng chảy, lực căng dây… đến suất vàchất lượng bề mặt gia công Cần nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến qtrình gia cơng thực với vật liệu khác Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 93 Chuyên ngành: Công nghệ CTM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS, TS Vũ Hồi Ân (2007), Gia cơng tia lửa điện CNC, NXB Khoa học kỹ thuật [2] PGS, TS Nguyễn Trọng Bì nh (2003), Tối ưu hố q trình gia cơng cắt gọt, NXB Giáo dục [3] GS, TSKH Phan Quốc Khánh - TS Trần Huệ Nương (2003), Quy hoạch tuyến tí nh, NXB Giáo dục [4] Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia cơng thực nghiệm, NXB khoa học vàkỹ thuật [5] PGS, TS Bùi Minh Trí(2005), Xác suất thống kêvàquy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học vàkỹ thuật [6] B.N Arzamaxov (2004), Vật liệu học, NXB Giáo dục [7] Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC, NXB Khoa học vàkỹ thuật [8] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng quátrình cắt, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên [9] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý(2001), Nguyên lýgia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật [10] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang, Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, NXB Nông nghiệp [11] Sách tra cứu vật liệu khógia cơng (1981), NXB Khoa học kỹ thuật [12] TS Trần Hữu Đà, ThS Nguyễn Thị Hoa (2001), Gia công hợp kim cứng tia lửa điện, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên [13] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trì nh Matlab ứng dụng, NXB khoa học kỹ thuật [14] Operation Manual – CNC Wire cut EDM – Chmer EDM Ching Hung Mechinery and Electric Industrial Co, Ltd – Taiwan [15] PC Pandey- HS Shan (2002), Modern Machining Processes, Tata McGrawHill Pulishing Company Limited [16] Advanced Machining Processes (2004), McGraw- Hill, Mechanical Engineering Series Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 94 Chuyên ngành: Công nghệ CTM [17] T Matsuo, E Oshima, Investigation on the Optimum Carbide Content and Machining Condition for Wire EDM of Zirconia Ceramics, CIRP Annals Manufacturing Technology, Volume 41, Issue 1, 1992, Pages 231-234 [18] Shajan Kuriakose, M.S Shunmugam, Multi-objective optimization of wire-electro discharge machining process by Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm, Journal of Materials Processing Technology, Volume 170, Issues 1-2, 14 December 2005, Pages 133-141 Vũ Mạnh Hùng CH K14-CTM ... tiến hành nghiên cứu ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 phương pháp cắt dây? ?? làrất cần thiết Mục đích, đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1... V? ?hợp kim cứng làvật liệu gia cơng có độ cứng cao vàkh? ?gia cơng Do việc tiến hành nghiên cứu ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 phương pháp. .. nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây EDM - Thiết lập thínghiệm - Xây dựng mơ hình tốn xác định độ nhám bề mặt gia công hợp kim