0

Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

6 13 0
  • Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 19/01/2021, 09:54

Bài viết xây dựng được phương trình hồi quy và các kết luận thể hiện mối quan hệ giữa cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa đến năng suất và độ nhám bề mặt thông qua thực nghiệm và sử dụng phương pháp phân tích phương sai ANOVA. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ dịng điện xung thời gian phóng tia lửa điện đến suất nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện xung định hình với điện cực graphit Study on influence of the electric spark intensity and on time and the pulse on productivity and surface roughness for the heat treatment of SKD11 steel using pulse shaping with graphite electrodes Mạc Văn Giang Email: macvgiang@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 10/01/2020 Ngày nhận sửa sau phản biện: 22/3/2020 Ngày chấp nhận đăng: 30/3/2020 Tóm tắt Nội dung báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng cường độ dòng điện xung (LVI) thời gian phóng tia lửa điện (Ton) sử dụng điện cực than chì máy xung điện CNC-EDM P36+E50, đến suất (Q) độ nhám bề mặt gia công (Ra) thép SKD11 nhiệt luyện Bài báo xây dựng phương trình hồi quy kết luận thể mối quan hệ cường độ dịng điện xung thời gian phóng tia lửa đến suất độ nhám bề mặt thông qua thực nghiệm sử dụng phương pháp phân tích phương sai ANOVA Kết nghiên cứu dùng để xác định thông số để đảm bảo suất độ nhám bề mặt gia cơng theo u cầu Từ khóa: Nhám bề mặt; máy xung điện CNC-EDM; thép SKD11 nhiệt luyện; cường độ dịng điện xung; thời gian phóng tia lửa điện Abstract The paper presents the results of research of the electric spark intensity (LVI) and on time and the pulse (Ton) when using graphite electrodes on the P36+E50 electrical pulse generatoron productivity and surface roughness for heat-treated SKD11 steel The paper identified equations regression and the conclusions and the conclusions the relationship between the electric spark intensity and on time and the pulse to the pulse on productivity and surface roughness through experiment with using ANOVA variance analysis method Research results enable used to define a set of parameters ensuring the productivity and surface roughness of the machined parts required Keywords: Roughness; CNC-EDM electrical impulse generator; steel material SKD11 heat treatment; the electric spark intensityl; on time and the pulse ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần Việt Nam nhu cầu sử dụng mác vật liệu có độ cứng độ bền cao như: SKD11, SKH40, SKH51, BK15, BK20, BK25 số mác thép thay 160Cr12Mo, Người phản biện: PGS.TS Hoàng Văn Gợt TS Nguyễn Văn Hinh 130Cr12V, 210Cr12 làm khuôn dập, khuôn ép, chày dập chế tạo roto stato động điện không ngừng tăng Thép SKD 11 có độ thấm tơi tốt ứng suất thấp thường sử dụng gia công khuôn mẫu, chi tiết chịu mài mòn cao, phù hợp với phương pháp gia cơng tia lửa điện nói chung xung điện nói riêng Thực trạng việc xác định chế độ công nghệ để gia công thường xác 48 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (68) 2020 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC định dựa theo tài liệu kèm theo máy theo kinh nghiệm hiệu khai thác sử dụng máy bị hạn chế, liên quan đến việc giải vấn đề tồn trên, số cơng trình khoa học cơng bố Cơng trình nghiên cứu “Ứng dụng kết hợp Taguchi PSI để tối ưu hóa đa mục tiêu thơng số cơng nghệ xung định hình thép SKD11” nhóm tác giả Nguyễn Văn Đức, Phạm Văn Bổng, Nguyễn Hữu Phấn đưa thông số tối ưu: U = 50 V, Ton = 18 μs, Tof = 25 μs, I = A xung định hình thép SKD11, vật liệu điện cực đồng đỏ máy xung định hình CM323C Luận án tiến sĩ “Ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến chất lượng chi tiết gia công phương pháp tia lửa điện” tác giả Đỗ Văn Vũ nghiên cứu đưa kết luận ảnh hưởng cường độ dòng điện xung, thời gian xung thời gian ngắt xung đến suất, độ nhám bề mặt Ảnh hưởng cường độ dòng điện xung đến suất lớn 90%, ảnh hưởng đến độ nhám lớn 60% Ảnh hưởng thời gian xung đến độ nhám bề mặt 29% Nghiên cứu ảnh hưởng hai thông số quan trọng cường độ dòng điện xung thời gian phóng tia lửa điện gia cơng thép SKD11 nhiệt luyện sử dụng điện cực than chì máy xung điện CNCEDM P36 + E50 điều kiện gia cơng cụ thể có ý nghĩa quan trọng để đạt suất độ nhám theo yêu cầu Bảng Kết phân tích thành phần hóa học thép SKD11 TP hóa học %C Tỷ lệ nguyên tố 1,4÷1,6 TP hóa học %S Tỷ lệ ngun tố ≤0,03 TP hóa học %V Tỷ lệ nguyên tố ≤0,25 %Si %Mn %P 0,4max 0,6max ≤0,03 %Cr %Mo %W 11÷13 0,8÷1,2 0,2÷0,5 %Ni %Cu ≤0,25 0,5max ≤0,25 Kích thước phơi: phơi hộp 200 × 120 × 50 mm Hình Phôi thực nghiệm 2.3 Dụng cụ đo Dụng cụ đo độ nhám Mitutoyo SJ-201P HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 2.1 Thiết bị thực nghiệm Là máy xung điện CNC-EDM P36 + E50 có Trung tâm cơng nghệ cao khoa Cơ khí Trường Đại học Sao Đỏ (hình 1) Hình Máy đo độ nhám 2.4 Điều kiện giả thiết thực nghiệm Thực nghiệm thực với điều kiện giả thiết sau: - Các yếu tố phi cơng nghệ [4÷6] Hình Máy xung điện CNC-EDM P36+E50 2.2 Phôi thực nghiệm Kết phân tích thành phần hóa học mẫu thép thực nghiệm bảng + Chất lượng dòng chảy dung môi không thay đổi + Tiết diện cực graphit khơng đổi suốt q trình thực nghiệm + Vật liệu phơi có tính đồng Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (68) 2020 49 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC + Nhiệt độ mơi trường ổn định suốt q trình thực nghiệm + Rung động nhiễu coi không đáng kể ổn định suốt trình thực nghiệm + Bỏ qua nhiễu hệ thống nhiễu ngẫu nhiên - Các thông số công nghệ khác Các thông số có mức ảnh hưởng tới suất gia cơng độ nhám thấp, chọn theo khuyến cáo nhà sản xuất thiết bị: Bảng Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào Vị trí TN Biến thức mã hóa LVI (A) X1 X2 TON (S) HVI (V) +1 +1 45 70 80 25 0,05 0,04 +1 -1 45 50 80 25 0,05 0,04 -1 +1 31 70 80 25 0,05 0,04 -1 -1 31 50 80 25 0,05 0,04 38 60 80 25 0,05 0,04 Kích thước vị trí + Điện áp xung: Chọn theo cặp vật liệu điện cực phôi: HVI = 80(V) + Thời gian ngắt xung: TOFF = 25 (μs) + Khe hở điện cực: ∆ = 0,05 (mm) + Chiều dày vết xung: h = 0,04 (mm) 2.5 Thực nghiệm phân tích kết Hình Chi tiết sau xung vị trí + Năng suất gia cơng Năng suất gia cơng tính tốn gián tiếp TOFF, ∆ HVI - Mơ hình thực nghiệm Độ nhám bề mặt (Ra) Yếu tố TOFF ∆ h (S) (mm) (mm) Q= V (mm3 /ph) T (2) Trong đó: phi cơng nghệ V thể tích kim loại xung: V= 140,6(mm3 /ph) T(ph) tổng thời gian gia cơng xong vị trí TON LVI Năng suất gia công Q + Đo độ nhám Hình Mơ hình thực nghiệm Thơng số cơng nghệ thực nghiệm: Tại vị trí thực lần đo + Cường độ dòng điện xung thực nghiệm: LVI = 31 ÷ 45(A) Bảng Kết đo độ nhám Ra (μm) Lần đo Vị trí Vị trí Vị trí Vị trí Vị trí 0,64 0,51 0,42 0,35 0,46 0,57 0,53 0,43 0,36 0,49 0,60 0,48 0,47 0,35 0,45 0,63 0,52 0,48 0,38 0,52 Trung bình 0,61 0,51 0,45 0,36 0,48 + Thời gian xung: TOFF = 50 ÷ 70 μs Đặt: X1 =LVI; X2 = TON X1max = 45(A) X1min = 31(A) X1tb = 38(A) TONmax = 70(μs) TONmin = 50(μs) TONtb = 60(μs) Mã hóa giá trị: X1max = +1 X1min = -1 X1tb = Bảng Kết thực nghiệm TONmax = +1 TONmin = -1 TONtb = Biến thức mã LVI Vị trí hóa TN X1 X2 (A) - Thực nghiệm + Số lần thực nghiệm tối thiểu [4]: n = 2k (1) Trong đó: TON Ra T V Q (s) (m) (ph) (mm3) (mm3/ ph) +1 +1 45 70 0,61 78 140,6 1,80 83 +1 -1 45 50 0,51 140,6 1,69 k số biến đầu vào: k = [4] -1 +1 31 70 0,45 110 140,6 1,28 Để nâng cao độ xác, thêm lần thực nghiệm, tổng số lần thực nghiệm n = -1 -1 31 50 0,36 121 140,6 1,16 0 38 60 0,48 1,48 95 140,6 50 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (68) 2020 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC - Xây dựng phương trình hồi quy độ nhám bề mặt phụ thuộc cường độ dòng điện xung thời gian phóng tia lửa điện + Theo phân tích phương sai ANOVA [3], ta có: å n i=1 ( yi - y )2 = å i=1 ( yˆ - y )2 + å i=1 ( y i - yˆ )2 n n (3) Trong đó: yi : giá trị đo thí nghiệm; Bảng Sai lệch bình phương trung bình đo Vị trí TN y y dn y tb y1i = y - y dn (y1i -y tb )2 0,61 0,485 -0,003 0,125 0,0164 0,51 0,485 -0,003 0,025 0,0008 0,45 0,485 -0,003 -0,035 0,0010 0,36 0,485 -0,003 -0,125 0,0149 0,48 0,485 -0,003 -0,005 0,000004 Trong đó: y : giá trị trung bình sau n lần đo; y dn = yˆ : giá trị hàm thực nghiệm Số thực nghiệm: n = ymax + ymin 0,61 + 0,36 = = 0,485 2 n + Nghiệm (3) có dạng: y tb = y = a + b.X1 + c.X2 (4) + Sử dụng công cụ Regression xác định hệ số hồi quy: a = -0,2237, b = 0.0111, c = 0.0048 thay vào (4), phương trình hồi quy: y = -0,2237 + 0,0111.X1 + 0,0048.X2 (5) + Đánh giá độ tin cậy hàm hồi quy thực nghiệm: Kiểm nghiệm độ xác cơng thức thực nghiệm dùng tiêu: σ yTN £ σ y σy = å ( y-y i=1 n n å (y i=1 1i dn ) = -0,003 -y tb )2 = 0,182 σ yTN = 0,0017 £ σ y = 0,182 Vậy công thức thực nghiệm (5) xác định chấp nhận Đồ thị quan hệ độ nhám bề mặt phụ thuộc cường độ dòng điện xung thời gian phóng tia lửa điện (6) Trong đó: σyTN: Sai lệch bình phương trung bình giá trị thực nghiệm; σy: Sai lệch bình phương trung bình đo Bảng Các thành phần tính sai lệch bình phương trung bình giá trị thực nghiệm Vị trí TN y yTN (y-yTN)2 0,61 0,6118 3,24.10-6 0,51 0,5158 3,36.10-5 0,4564 -5 0,45 4,09.10 Hình Đồ thị biểu diễn quan hệ Ra với LVI TON Nhận xét: -7 0,36 0,3604 1,6.10 0,48 0,4861 3,72.10-5 yTN: Được xác định cách thay biến số vào [4]; k = 2: Hằng số thực nghiệm [4] n σ yTN = å (y - y i=1 n-k TN )2 n = å (y - y i=1 TN )2 Thay số vào (7) được: σyTN = 0,0017 (7) Khi tăng cường độ dòng điện xung thời gian phóng tia lửa điện độ nhám tăng ngược lại, ảnh hưởng cường độ dịng điện xung có vai trị lớn hệ số hồi quy lớn xo với hệ số hồi quy thời gian phóng tia lửa điện khoảng 2,3 lần phù hợp với kết luận [1] - Xây dựng phương trình hồi quy suất gia cơng phụ thuộc cường độ dịng điện xung thời gian phóng tia lửa điện + Theo phân tích phương sai ANOVA với liệu bảng 4, phương trình hồi quy: y = - 0,288 + 0,0375.X1 + 0,00575.X (8) + Đánh giá độ tin cậy hàm hồi quy thực nghiệm: Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (68) 2020 51 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Bảng Các thành phần tính sai lệch bình phương trung bình giá trị thực nghiệm Vị trí TN y yTN (y-yTN)2 1,80 1,802 0,000004 1,69 1,687 0,000009 1,28 1,277 0,000009 1,16 1,162 0,000004 1,48 1,482 0,000004 KẾT LUẬN yTN: Được xác định cách thay biến số vào (7) k = 2: Hằng số thực nghiệm [4] n å (y - y TN )2 σ yTN = i=1 n-k n = å (y - y i=1 TN )2 (9) Thay số vào (9) được: σyTN = 0,0031 Bảng Sai lệch bình phương trung bình đo Vị trí TN y y dn y tb 1,8 1,69 1,28 1,16 1,48 1,48 1,48 1,48 1,48 1,48 -0,003 -0,003 -0,003 -0,003 -0,003 y1i = y - y dn (y1i -y tb )2 0,320 0,210 -0,200 -0,320 0,000 0,323 0,213 -0,197 -0,317 0,003 Trong đó: y dn = y max + y 1,80 + 1,16 = = 1,48 2 n y tb = σy = å ( y-y i=1 n n å (y i=1 1i dn ) Nhận xét: Khi tăng cường độ dòng điện xung thời gian phóng tia lửa điện độ suất tăng ngược lại, nhiên ảnh hưởng cường độ dịng điện xung có vai trị lớn có hệ số hồi quy lớn so với hệ số hồi quy thời gian phóng tia lửa điện khoảng 6,5 lần phù hợp với kết luận [1] =-0,003 -y tb )2 = 0,158 σ yTN = 0,0031 £ σ y = 0,158 Vậy công thức thực nghiệm (8) xác định chấp nhận Đồ thị quan hệ suất gia công phụ thuộc cường độ dịng điện xung thời gian phóng tia lửa điện Nội dung báo nghiên cứu ảnh hưởng cường độ dòng điện xung (LVI) thời gian phóng tia lửa điện ( TON ) sử dụng điện cực than chì máy xung điện CNC-EDM P36+E50, đến suất (Q) độ nhám bề mặt gia công ( Ra ) thép SKD11 nhiệt luyện, xây dựng hai phương trình hồi quy Phương trình hồi quy độ nhám bề mặt phụ thuộc cường độ dịng điện xung thời gian phóng tia lửa điện Ra = -0,2237 + 0,0111.LVI + 0,0048.TON (4*) Phương trình hồi quy suất gia cơng phụ thuộc cường độ dịng điện xung thời gian phóng tia lửa điện Q = - 0,288 + 0,0375.LVI + 0,00575.TON (7*) Căn vào hai phương trình hồi quy thực nghiệm lựa chọn hợp lý LVI TON để đồng thời đảm bảo suất độ nhám bề mặt chi tiết gia công máy xung điện CNC - EDM P36 + E50 với điện cực graphit TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Văn Vũ (2013), Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến chất lượng chi tiết gia công phương pháp tia lửa điện, Viện Máy Dụng cụ Cơng nghiệp, Luận án tiến sĩ [2] Vũ Hồi Ân (2005), Gia công tia lửa điện CNC, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Lý thuyết thực hành gia công xung điện, tài liệu trung tâm đào tạo Đại học Cơng nghiệp Hà Nội - Tập đồn Khoa học Kỹ thuật Hồng Hải, 2007 [4] Nguyễn Doãn Ý (2009), Xử lý số liệu thực nghiệm kỹ thuật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hình Đồ thị biểu diễn quan hệ Q với LVI TON [5] Tô Cẩm Tú, Trần Văn Diễn, Nguyễn Đình Hiên, Phạm Chí Thành (1999), Thiết kế phân tích thí nghiệm, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 52 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (68) 2020 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC THƠNG TIN TÁC GIẢ Mạc Văn Giang - Tóm tắt q trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Năm 2004: Tốt nghiệp Đại học ngành Chế tạo máy, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên + Năm 2010: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Cơng nghệ kỹ thuật khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Tóm tắt cơng việc tại: Giảng viên khoa Cơ khí, Trường Đại học Sao Đỏ - Lĩnh vực quan tâm: Tính tốn, thiết kế máy, cơng nghệ chế tạo máy, lập trình gia công máy CNC - Điện thoại: 0971953180 - Email: macvgiang@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (68) 2020 53 ... Vũ nghiên cứu đưa kết luận ảnh hưởng cường độ dòng điện xung, thời gian xung thời gian ngắt xung đến suất, độ nhám bề mặt Ảnh hưởng cường độ dòng điện xung đến suất lớn 90%, ảnh hưởng đến độ nhám. .. thuộc cường độ dòng điện xung thời gian phóng tia lửa điện Nội dung báo nghiên cứu ảnh hưởng cường độ dòng điện xung (LVI) thời gian phóng tia lửa điện ( TON ) sử dụng điện cực than chì máy xung điện. .. 60% Ảnh hưởng thời gian xung đến độ nhám bề mặt 29% Nghiên cứu ảnh hưởng hai thơng số quan trọng cường độ dịng điện xung thời gian phóng tia lửa điện gia cơng thép SKD11 nhiệt luyện sử dụng điện
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit, Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

Hình ảnh liên quan

Hình 3. Máy đo độ nhám - Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

Hình 3..

Máy đo độ nhám Xem tại trang 2 của tài liệu.
Hình 2. Phôi thực nghiệm - Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

Hình 2..

Phôi thực nghiệm Xem tại trang 2 của tài liệu.
Hình 1. Máy xung điện CNC-EDM P36+E50 - Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

Hình 1..

Máy xung điện CNC-EDM P36+E50 Xem tại trang 2 của tài liệu.
Bảng 2. Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào - Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

Bảng 2..

Quy hoạch thực nghiệm thông số đầu vào Xem tại trang 3 của tài liệu.
Bảng 5. Các thành phần khi tính sai lệch bình phương trung bình của các giá trị thực nghiệm - Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

Bảng 5..

Các thành phần khi tính sai lệch bình phương trung bình của các giá trị thực nghiệm Xem tại trang 4 của tài liệu.
Hình 6. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa Ra - Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

Hình 6..

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa Ra Xem tại trang 4 của tài liệu.
Bảng 7. Các thành phần khi tính sai lệch bình phương trung bình của các giá trị thực nghiệm - Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung và thời gian phóng tia lửa điện đến năng suất và nhám bề mặt thép SKD11 nhiệt luyện bằng xung định hình với điện cực graphit

Bảng 7..

Các thành phần khi tính sai lệch bình phương trung bình của các giá trị thực nghiệm Xem tại trang 5 của tài liệu.