Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ chính xác kích thước và độ không tròn của bề mặt lỗ khi gia công thép SKD11 trên máy gia công tia lửa điện sử dụng điện

Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến dung sai kích thước đường kính (δ) và độ không tròn (Δ) của bề mặt lỗ khi gia công thép SKD11 trên máy gia công tia lửa điện sử dụng điện cực dây bằng đồng. Hai thông số công nghệ cơ bản của quá trình gia công được đề cập đến trong nghiên cứu này là điện áp đánh lửa (Ui ) và thời gian phóng tia lửa điện (te).

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC VÀ ĐỘ KHƠNG TRỊN CỦA BỀ MẶT LỖ KHI GIA CÔNG THÉP SKD11 TRÊN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC DÂY BẰNG ĐỒNG INFLUENCE OF TECHNICAL PARAMETERS ON PRECISION DIMENSION AND ROUNDNESS ERROR OF WORKPIECE SKD11 ON THE ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING THAT USES TOOL ELECTRODES MADE BY COPPER Trần Quốc Hùng1,*, Nguyễn Quốc Dũng2 TĨM TẮT Bài báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng số thông số cơng nghệ đến dung sai kích thước đường kính (δ) độ khơng trịn (Δ) bề mặt lỗ gia công thép SKD11 máy gia công tia lửa điện sử dụng điện cực dây đồng Hai thơng số cơng nghệ q trình gia công đề cập đến nghiên cứu điện áp đánh lửa (Ui) thời gian phóng tia lửa điện (te) Tiến hành thí nghiệm phân tích kết phần mềm thống kê Minitab 16 cho thấy: Ui te có ảnh hưởng đáng kể đến δ, Ui ảnh hưởng đến δ nhiều mức độ ảnh hưởng te, tương tác Ui te ảnh hưởng không đáng kể đến δ; Cịn tiêu Δ có Ui có mức độ ảnh hưởng đáng kể Sau hướng phát triển cho nghiên cứu đề cập đến báo Từ khóa: Gia cơng tia lửa điện, độ xác kích thước, độ khơng trịn ABSTRACT This paper presents the study of the influence of some parameters of the Electrical discharge machining (EDM) that uses tool electrodes made by copper on dimensional precision and roundness error of the workpiece SKD11 Two of processing parameters to be considered in this report are current pulse (UI) and discharge time (te) After experimental and used Minitab 16 software to solve its results, we know: Both Ui and te have significiant infuence on δ; influence rule of Ui on δ is bigger than its of te; there is only Ui has significiant infuence on Δ Finally, suggestions for further research are given Keywords: Electrical discharge machining, dimensional precision, roudness error Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng Công nghiệp Thái Nguyên * Email: tranquochung.tn@gmail.com Ngày nhận bài: 10/5/2020 Ngày nhận sửa sau phản biện: 25/6/2020 Ngày chấp nhận đăng: 21/10/2020 GIỚI THIỆU Hiện nay, gia công khí, phương pháp gia cơng tia lửa điện điện cực dây ngày phổ biến phát huy ưu điểm gia cơng loại vật liệu có tính dẫn điện, có độ cứng độ bền cao gia công bề mặt thơng có đường sinh thẳng có biên dạng phức tạp mà với phương pháp cắt gọt truyền thống khó hoặc khơng thể thực Khi gia cơng lỗ phương pháp tia lửa điện sử dụng điện cực dây, độ xác gia cơng đánh giá qua nhiều tiêu, dung sai kích thước đường kính độ khơng trịn hai số tiêu quan trọng định đến chất lượng sản phẩm, qua định đến hiệu q trình gia cơng Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến dung sai kích thước đường kính độ khơng trịn bề mặt lỗ gia cơng sử dụng điện cực dây để gia công bề mặt lỗ trụ trơn như: thành phần hóa học vật liệu, loại vật liệu điện cực, điện áp đánh lửa, thời gian phóng tia lửa điện, tính dẫn điện, dẫn nhiệt vật liệu gia công, điện trở cách điện của dung mơi,…[1, 2, 3] Vì khó lựa chọn thơng số q trình gia cơng nhằm đảm bảo độ xác gia cơng cho tất trường hợp khác Do đó, điều kiện gia cơng cụ thể, cần thiết phải nghiên cứu để xác định mức độ ảnh hưởng thơng số cơng nghệ đến độ xác gia công, làm sở cho việc lựa chọn giá trị hợp lý cho thông số Đã có số nghiên cứu tiến hành khảo sát ảnh hưởng số thông số trình gia cơng đến suất độ xác gia công số loại vật liệu làm khuôn như: SKD61, SKD11, X12M [3] Nhưng ảnh hưởng số thơng số cơng nghệ đến dung sai kích thước đường kính độ khơng trịn bề mặt lỗ gia công thép SKD11 máy gia công tia lửa điện sử dụng điện cực dây 60 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (10/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 đồng chưa được đề cập triệt để Hai thơng số cơng nghệ q trình gia công đề cập đến nghiên cứu điện áp đánh lửa (Ui) thời gian phóng tia lửa điện (te) Tiến hành thí nghiệm phân tích kết phần mềm thống kê Minitab 16 cho thấy Ui te có ảnh hưởng đáng kể đến δ, Ui ảnh hưởng đến δ nhiều mức độ ảnh hưởng te, tương tác Ui te ảnh hưởng không đáng kể đến δ; Cịn tiêu Δ có Ui có mức độ ảnh hưởng đáng kể Sau hướng phát triển cho nghiên cứu đề cập đến báo THIẾT BỊ VÀ VẬT LIỆU 2.1 Máy thí nghiệm Máy gia công tia lửa điện sử dụng điện cực dây đồng sử dụng nghiên cứu máy CW420HS Hãng CHMEREDM đặt phòng thực hành tia lửa điện trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (hình 1) Hình Mẫu thí nghiệm Hình Gá mẫu lên máy gia công Bảng Thành phần hóa học mác vật liệu SKD11 [6] Mác vật liệu Thành phần hóa học trung bình ngun tố (%) C SKD11 1,4  1,6 Hình Máy gia cơng tia lửa điện CW420HS 2.2 Mẫu thí nghiệm Vật liệu thí nghiệm thép SKD11 theo tiêu chuẩn [JIS G4404(1983)] Đây loại vật liệu thường sử dụng làm khuôn đột nguội lỗ nhôm hợp kim hệ Xingfa sử dụng chế tạo cửa đi, vách ngăn,… Kết phân tích thành phần hóa học mẫu thép SKD11 bảng Độ cứng sau nhiệt luyện mẫu thép SKD11 đạt 52  55 HRC Trước tiến hành nhiệt luyện, mẫu tạo sẵn lỗ Ø2 phương pháp khoan để sỏ dây gia công cắt dây Để thuận lợi cho việc xác định thông số đầu (δ Δ), đồng thời đảm bảo chi phí cho q trình thực nghiệm khơng q cao, ta tiến hành cắt lỗ có đường kính 10,5 Hình dáng mẫu thí nghiệm việc gá đặt mẫu lên máy thể hình 2, Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Si  0,4 Mn Cr  0,6 11  13 Mo V 0,8  1,2 0,2  0,5 2.3 Vật liệu điện cực Vật liệu điện cực sử dụng dây đồng có đường kính 0,2mm Hãng Pungkuk (Hàn Quốc) có ký hiệu CuZn35, độ bền kéo căng học 750 - 790N/mm2 Đây loại vật liệu điện cực thông dụng, dùng phổ biến công nghệ gia công tia lửa điện hiện 2.4 Thiết bị đo Hình Máy đo chiều Mitutoyo QM333 Vol 56 - No (Oct 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 61 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Kích thước đường kính lỗ độ khơng trịn lỗ gia công khảo sát máy đo chiều Mitutoyo QM333 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (hình 4) Kích thước đường kính bề mặt lỗ gia công đo tiết diện ngẫu nhiên phạm vi chiều dài lỗ, tiết diện cố định mẫu nhờ có cữ chặn dọc trục Dung sai kích thước đường kính lấy độ lớn hiệu số kết đo đường kính lỗ gia cơng kích thước mong muốn đạt q trình gia cơng, tức là: (1)   dth  10,5 Trong đó: dth - kích thước thực tế đo sau gia cơng Vị trí xác định độ khơng trịn lỗ thống mẫu lần đo khác nhờ cữ chặn dọc trục đặt lỗ chi tiết tiến hành đo Bảng Giá trị biến mức thí nghiệm Đơn vị -1 +1 Điện áp đánh lửa Ui Vơn (V) 75 80 85 Thời gian phóng tia lửa điện te Giây (s) 10 13 3.2 Kết thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm theo trình tự thiết kế bảng 2, với giá trị biến mức bảng 3; giá trị dung sai kích thước đường kính độ khơng trịn đo lỗ lần sau lấy giá trị trung bình lần đo liên tiếp Kết thể bảng Bảng Kết thí nghiệm 2.5 Điều kiện thí nghiệm Ngồi thơng số (biến) thay đổi q trình thí nghiệm bao gồm Ui te trình bày chi tiết phần số thơng số q trình thí nghiệm chọn theo điều kiện sản xuất cụ thể phù hợp với máy thí nghiệm, bao gồm: - Thời gian ngừng phóng tia lửa điện toff = 12 (s) - Điện áp phóng tia lửa điện: SV = 33 (V) - Lượng tiến dao dây: FR = 10 (mm/ph) - Vận tốc chạy dây (WF) thiết lập = tương đương với 170(mm/s) - Lực căng dây (WT) thiết lập = tương đương với 1000(g) - Áp lực nước (WL = (kg/cm2) Giá trị mức Ký hiệu Tên gọi TT Ui te δ (mm) Δ (mm) -1 -1 0,009 0,003 0 0,017 0,005 0 0,016 0,006 -1 +1 0,014 0,005 +1 -1 0,015 0,006 0 0,018 0,005 +1 +1 0,024 0,009 3.3 Phân tích kết Sử dụng phần mềm thống kê Minitab 16 để phân tích kết bảng cho tiêu δ Δ, ta kết bảng Bảng Kết phân tích cho hàm mục tiêu δ THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 3.1 Thiết kế thí nghiệm Với hai thơng số đầu vào thay đổi q trình thí nghiệm (Ui te) có 2k = 22 = điểm thí nghiệm gốc (ở mức mã hóa -1 +1); nên lựa chọn điểm trung tâm (ở mức mã hóa 0) [5] Như kế hoạch thí nghiệm bao gồm điểm xếp ngẫu nhiên phần mềm thống kê Minitab 16 bảng Bảng Ma trận thí nghiệm Thư tự thí nghiệm Ui -1 0 -1 +1 +1 Bảng Kết phân tích cho hàm mục tiêu Δ te -1 0 +1 -1 +1 Giá trị thơng số Ui, te q trình thí nghiệm chọn theo kinh nghiệm thực tế sản xuất phù hợp với loại máy sử dụng thí nghiệm Giá trị chúng dạng mã hóa có giá trị bảng Quan sát bảng cho thấy: - Ui te có ảnh hưởng đáng kể đến δ (vì có giá trị xác suất tương ứng 0,006 0,008 nhỏ nhiều so với mức ý nghĩa α, thường α = 0,05) 62 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (10/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 - Ui có ảnh hưởng đến δ nhiều so với mức độ ảnh hưởng te (vì hệ số ảnh hưởng Ui 0,00375 lớn hệ số ảnh hưởng te 0,00325) - Sự tương tác Ui te có ảnh hưởng khơng đáng kể đến δ (vì có giá trị xác suất 0,122 lớn nhiều so với mức ý nghĩa α) Quan sát bảng cho thấy: - Ui có ảnh hưởng đáng kể đến Δ (vì có giá trị xác suất 0,035 nhỏ so với mức ý nghĩa α) - te tương tác Ui te ảnh hưởng không đáng kể đến Δ KẾT LUẬN Từ số kết thực nghiên cứu này, rút số kết luận gia công thép SKD11 phương pháp cắt dây sử dụng điện cực đồng sau: - Cả Ui te có ảnh hưởng đáng kể đến δ; Ui có ảnh hưởng đến δ nhiều so với mức độ ảnh hưởng te; tương tác Ui te có ảnh hưởng không đáng kể đến δ - Đối với thông số đầu Δ: có Ui có mức độ ảnh hưởng đáng kể - Trên sở kết thí nghiệm bảng 4, nghiên cứu tiến hành nghiên cứu bổ sung thêm điểm thí nghiệm dọc trục để xây dựng mối quan hệ δ, Δ với Ui, te; đồng thời nghiên cứu tiêu suất gia công sử dụng thuật giải tối ưu để tìm giá trị tối ưu thông số Ui, te nhằm gia cơng bề mặt chi tiết có δ, Δ đạt giá trị nhỏ nâng cao suất q trình gia cơng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Hồi Ân, 2003 Gia cơng tia lửa điện NXB khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Tiến Nga, 2009 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số cơng nghệ tới độ xác gia cơng gia cơng cắt dây vật liệu khó gia cơng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Thái Nguyên [3] Nguyễn Quốc Tuấn, Vũ Ngọc Pi, Nguyễn Văn Hùng, 2009 Các phương pháp gia công tiên tiến, NXB khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4]Nguyễn Tiến Thọ, Nguyễn Thị Xuân Bảy, Nguyễn Thị Cẩm Tú, 2001 Kỹ thuật đo lường-Kiểm tra chế tạo khí NXB khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình, 2011 Qui hoạch thực nghiệm kỹ thuật NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Trần Văn Địch, Ngô Trí Phúc, 2006 Sổ tay thép giới NXB khoa học Kỹ thuật, Hà Nội AUTHORS INFORMATION Tran Quoc Hung1, Nguyen Quoc Dung2 Hanoi University of Industry Thai Nguyen College of Industry Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol 56 - No (Oct 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 63 ... nghiên cứu đề cập đến báo THIẾT BỊ VÀ VẬT LIỆU 2.1 Máy thí nghiệm Máy gia cơng tia lửa điện sử dụng điện cực dây đồng sử dụng nghiên cứu máy CW420HS Hãng CHMEREDM đặt phòng thực hành tia lửa điện. .. Hoài Ân, 2003 Gia công tia lửa điện NXB khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Tiến Nga, 2009 Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ tới độ xác gia công gia công cắt dây vật liệu khó gia cơng Luận... luận gia công thép SKD11 phương pháp cắt dây sử dụng điện cực đồng sau: - Cả Ui te có ảnh hưởng đáng kể đến δ; Ui có ảnh hưởng đến δ nhiều so với mức độ ảnh hưởng te; tương tác Ui te có ảnh hưởng