Nghiên cứu thiết kế mô phỏng máy gia công tia lửa điện loại nhỏ

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN ĐÌNH HUẤN Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày tháng năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THANH SƠN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12 /03 /1974 Nơi sinh: TX Cao Lãnh – Đồng Tháp Chuyên ngành: Cơ khí chế tạo máy MSHV: 00403094 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ - MÔ PHỎNG MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN LOẠI NHỎ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu, nghiên cứu công nghệ gia công tia lửa điện dạng xung định hình hay gọi (EDM die sinking) Thiết kế máy gia công tia lửa điện dạng xung định hình Tính toán, mô ảnh hưởng thông số gia công đến độ nhám bề mặt chi tiết III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 17/01/2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/09/2005 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS PHAN ĐÌNH HUẤN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2005 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ¾ Tìm hiểu, nghiên cứu công nghệ gia công tia lửa điện dạng xung định hình hay gọi (EDM die sinking) ¾ Thiết kế máy gia công tia lửa điện dạng xung định hình ¾ Tính toán, mô máy EDM (phần phần điện) phân tích ảnh hưởng thông số gia công đến độ nhám bề mặt chi tiết, viết chương trình tính toán thông số gia công theo độ nhám yêu cầu -oOo - LỜI CẢM TẠ Trước hết, em vô biết ơn quan tâm tận tình hướng dẫn Thầy PGS.TS PHAN ĐÌNH HUẤN suốt thời gian thực luận văn Em chân thành cám ơn Quý Thầy, Cô trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh đặc biệt Quý Thầy, Cô Khoa Cơ Khí truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báo trình học tập nghiên cứu thực luận văn Cuối em xin chân thành cám ơn Quý Thầy, Cô, Anh, Chị Trung tâm bảo dưỡng Công nghiệp đặc biệt KS Trương Công Tiển tận tình giúp đỡ em trình thực luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn nghiên cứu thiết kế – mô máy gia công tia lửa điện (EDM) dạng xung định hình loại nhỏ tóm tắt sau: - Giới thiệu sơ lược công trình nghiên cứu, công ty, tập đoàn sản xuất máy EDM thị trường, bao gồm thông số kỹ thuật hình dạng máy, giá thành số máy ngoại, … trình bày chương luận văn - Nghiên cứu nguyên lý gia công, sở vật lý trình gia công EDM: trình bóc tách kim loại, chất lượng bề mặt gia công, độ xác, yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công, ….v v cụ thể trình bày chương - Phân tích, thiết kế phần động học máy EDM loại nhỏ, trình bày chương - Nghiên cứu thiết kế phận tạo xung công suất để gia công ứng với điện áp: 60, 150, 240 volt DC; dòng điện cực đại 30 Ampe Thiết kế hệ thống điều khiển khe hở gia công, mô kết phần mềm workbench, … trình bày chương - Chương trình tính thông số gia công: Ton, Toff, I, … Theo độ nhám bề mặt - Chế tạo mô hình máy gia công EDM để đánh giá chất lượng bề mặt gia công theo chế độ khác - Kết luận hướng phát triển tiếp đề tài oOo - Trang - - Muïc lục MỤC LỤC oOo Lời nói đầu ……………………………………………………………… Chương 1: Tổng quan 1.1 – Một số công trình nghiên cứu máy EDM 1.1.a – Công ty, viện, trung tâm nghiên cứu EDM nước 1.1.b - Các trung tâm, viện nghiên cứu EDM giới 1.2- Giới thiệu số máy EDM dạng xung định hình 1.3- Mục tiêu đề tài 10 11 11 12 18 Chương 2: Nghiên cứu công nghệ gia công EDM 2.1- Cấu tạo tổng quát máy EDM 2.2- Tính chất vật lý trình gia công 2.3- Mô tả trình bóc tách kim loại gia công 2.4- Các đặc tính điện trình gia công 2.5- Chất lượng bề mặt gia công EDM 2.5.a: Độ nhám bề mặt 2.5.b Vết nứt tế vi lớp ảnh hưởng nhiệt 2.6- Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gia công 2.7- Độ xác gia công EDM 2.8- Các vấn đề liên quan đến điện cực 2.9- Các vấn đề liên quan đến dung dịch điện môi 2.10- Khe hở phóng điện 19 20 21 26 27 29 Chương 3: Thiết kế phần 3.1: Phân tích chọn phương án thiết kế: 3.2- Tính toán truyền động vitme – đai ốc bi 39 39 3.3- Mang cá dẫn hướng 3.4- Thiết kế thân máy 3.5- Thiết kế thân máy 3.6- Thiết kế thân máy 3.7- Tính toán động học liên quan Nghiên cứu thiết kế – mô máy gia công tia lửa điện 30 31 32 35 38 42 46 48 Trang - - Chương 4: Phần điện điều khiển 4.1- Phần điện 4.1.1- Bộ nguồn 4.1.2- Bộ tạo xung 4.1.3- Bộ đóng ngắt dòng điện tử 4.1.4- Hạn chế dòng 4.2- Phần điều khiển 4.2.1- Điều khiển động step 4.2.2 – Điều khiển khe hở phóng điện Mục lục 51 51 52 58 62 63 Chương 5: Chương trình tính thông số & mô hình máy 5.1- Khảo sát ảnh hưởng thông số gia công đến độ nhám bề mặt 67 Chương trình tính thông số 69 5.2 - Phần mô hình khí có mô trình hoạt động chương trình Pro_Engineering 70 Kết luận hướng phát triển đề tài PHỤ LỤC 73 Chương trình tính RA, RB theo Ton, Toff phát xung Các vẽ chi tiết máy EDM Các thông số, đặc tính linh kiện điện tử: IC, Transistor dùng luận văn Nghiên cứu thiết kế – mô máy gia công tia lửa điện Trang - - chương LỜI NÓI ĐẦU Do nhu cầu công nghiệp hoá, đại hoá đất nước, việc đầu tư phát triển trang thiết bị có công nghệ đại cần thiết Những năm gần việc đầu tư thiết bị, máy gia công …… có công nghệ đại nước ta ngày nhiều Các doanh nghiệp, công ty sản xuất nước, cạnh tranh ngày khóc liệt để tồn phát triển kinh tế thị trường, việc đầu tư máy, thiết bị có công nghệ đại nhầm tăng suất chất lượng cần thiết Ví dụ: Trong lónh vực khuôn mẫu, để sản xuất sản phẩm có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu thị trường việc đầu tư máy gia công trung tâm, CNC, máy tia lửa điện,… không tránh khỏi Hiện máy, thiết bị có công nghệ đại mà doanh nghiệp nước đầu tư nhập từ nước như: Đài Loan, Trung quốc, Nhật hay EU, … tùy theo mức độ tự động hóa mức độ đại mà có giá khác việc nghiên cứu chế tạo thiết bị, máy có công nghệ đáp ứng nhu cầu nước có ý nghóa thực tiễn Trong đời sống thực tiễn ngày có nhiều sản phẩm hay chi tiết có hình dáng phức tạp hay làm từ vật liệu cứng khó gia công cắt gọt theo phương pháp truyền thống Từ thực tế đòi hỏi phải nghiên cứu phát triển phương pháp gia công mới, phương pháp có phương pháp gia công tia lửa điện Trong điều kiện thực tế nước ta việc nghiên cứu chế tạo máy gia công tia lửa điện mang ý nghóa thực tiễn Trong đề tài tập trung nghiên cứu “Máy gia công tia lửa điện dạng xung định hình” gọi EDM die sinking (EDM: Electrical Discharge Machining) Nghiên cứu thiết kế – mô máy gia công tia lửa điện Trang - - § CHƯƠNG 1: chương TỔNG QUAN Để giải vấn đề gia công thô, bán tinh, hay tinh chi tiết làm vật liệu có độ cứng cao như: thép hợp kim cứng, thép gió hay cần gia công hình dạng phức tạp, phương pháp gia công tia lửa điện đời ngày phát triển đại hóa mức độ sử dụng ngày phổ thông nhà máy, xưởng sản xuất Ở nước ta, có nhiều công ty, xưởng sản xuất đầu tư máy gia công tia lửa điện tính hiệu gia công Hầu hết máy tia lửa điện nước ta nhập từ: Nhật Bản, Châu u, Mỹ, Đài Loan, Trung Quốc,… với phát triển đất nước ngày lớn mạnh nhu cầu sử dụng máy gia công tia lửa điện nước ta nhiều Do việc nghiên cứu chế tạo máy gia công tia lửa điện nước ta có ý nghóa thực tiển Định nghóa gia công tia lửa điện (EDM): Là qui trình bóc kim loại khỏi chi tiết gia công trình điện nhiệt, thông qua nóng chảy bóc kim loại cần bóc Năng lượng nhiệt phát phóng điện gọi “gia công tia lửa điện” hay gia công EDM Hệ thống gia công EDM có dạng gia công chính: ƒ Máy cắt dây (wire EDM): dạng gia công này, điện cực làm dây kim loại thường đồng, molipden, volfram hay dây có lớp phủ, có đường kính d= 0.1 – 0.3 mm, dây điện cực chuyển động tương đối liên tục phôi theo hành trình cho trước, từ phôi cần gia công cắt theo hành trình Nghiên cứu thiết kế – mô máy gia công tia lửa điện Trang - 10 - chương Hình 1.1: sơ đồ gia công wire EDM ƒ Máy xung định hình (EDM die sinking): dạng này, điện cực hình không gian, sau gia công chi tiết cần gia công có hình dạng giống với điện cực hay gọi âm điện cực (Như hình 1.2) Điện cực Phôi Hình cắt phôi Hình 1.2 § 1 Một số công trình nghiên cứu máy gia công tia lửa điện nước quốc tế: 1.1.a Các Viện, Công ty nghiên cứu máy gia công tia lửa điện nước ¾ Công ty SINCO nghiên cứu chế tạo máy gia công tia lửa điện dạng cắt dây (Wire EDM) thương mại hóa sản phẩm Nghiên cứu thiết kế – mô máy gia công tia lửa điện Trang- 76 - Kết luận hướng phát triển đề tài ¾ Dùng vi xử lý để điều khiển trình tạo xung công suất ¾ Nghiên cứu thêm phần dịch chuyển chi tiết theo phương X, Y ¾ Ứng dụng hệ thống điều khiển logic mờ trình gia công ¾ Ứng dụng điều khiển tối ưu gia công ¾ …… Nếu đề tài ứng dụng trình điều khiển đại: tạo xung công suất, … để thao tác gia công dễ dàng việc chế tạo máy gia công EDM xung định hình loại nhỏ để đưa vào sản xuất nước hoàn toàn hiệu Nghiên cứu thiết kế – mô máy gia công tia lửa điện Trang - 65 - PHẦN: Chương trình & mô hình KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ GIA CÔNG ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT oOo Mục đích phần là: - Nghiên cứu tìm ảnh hưởng thông số gia công đến độ nhám bề mặt gia công Viết chương trình tính toán thông số: Ton, Toff, I, … Theo độ nhám bề mặt Đánh giá kết chương trình 5.1: Nghiên cứu tìm ảnh hưởng thông số gia công đến độ nhám bề mặt gia công Theo tài liệu ta có: ảnh hưởng thông số gia công thể qua kết thí nghiệm sau Hình 5.1.1 P= 220W, Ton= 200μs, Toff=50 μs Hình 5.1.2 P= 410W, Ton= 400μs, Toff=500 μs Dựa vào hình 5.1 hình 5.2 thấy với cặp điện cực- chi tiết ta tăng công suất dòng điện thời gian Ton độ nhám bề mặt tăng lên Nghiên cứu thiết kế – mô máy gia công tia lửa điện Trang - 66 - Chương trình & mô hình Các điều kiện thí nghiệm theo tài liệu là: Điện cực: Đồng có độ nhám bề mặt Ra= 1.25μm (tương đương cấp 6) Ra: sai lệch trung bình số học biên dạng Dòng điện Imax = 25Ampe Điện cực đồng: đấu cực âm Công suất P: 110W, 220W, 410 W Thời gian Ton: 5, 8, 14, 25, 50, 100, 200, 400 μs Kết thu thí nghiệm biểu thức có dạng hàm số mũ sau: (5.1.1) B Ra = ATON 5.1.a Ứng với: P = 110W kết thu (5.1.2) 0.1516 Ra = 1.586 ∗ TON 5.1.b Ứng với: P = 220W kết thu (5.1.3) 0.258 Ra = 1.700 ∗ TON 5.1.c Ứng với: P = 410W kết thu (5.1.4) 0.3573 Ra = 1.7031 ∗ TON Dựa vào kết tìm thí nghiệm ta tính Ton sau: P = 110 W TON ⎛ R ⎞ 0.1516 =⎜ a ⎟ ⎝ 1.586 ⎠ TON ⎛ R ⎞ 0.258 =⎜ a ⎟ ⎝ 1.700 ⎠ (5.1.5) P = 220 W (5.1.6) P = 410 W TON ⎛ R ⎞ 0.3573 =⎜ a ⎟ ⎝ 1.7.31 ⎠ Nghiên cứu thiết kế – mô máy gia công tia lửa điện (5.1.7) Trang - 67 - Chương trình & mô hình * Tính Toff: Với gia công tinh Ra