Nghiên cứu mòn biến dạng điện cực và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN QUANG HUY NGHIÊN CỨU MÒN BIÊN DẠNG ĐIỆN CỰC VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG TIA LỬA ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN QUANG HUY NGHIÊN CỨU MÒN BIÊN DẠNG ĐIỆN CỰC VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG TIA LỬA ĐIỆN Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Hồng Vĩnh Sinh TS Trần Văn Khiêm Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập hồn thành luận án tiến sĩ, tác giả ln nhận giúp đỡ, động viên gia đình, người thân dạy bảo thầy cô giáo Trường Đại học Bách khoa Hà nội Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Viện khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình dạy bảo suốt khố học Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh TS Trần Văn Khiêm hướng dẫn giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định động viên, hỗ trợ giúp đỡ tác giả suốt khoá học i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án cơng trình nghiên cứu riêng Các kết nêu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày THAY MẶT TẬP THỂ HƯỚNG DẪN PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh tháng TÁC GIẢ Trần Quang Huy năm ii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình ảnh, hình vẽ, đồ thị vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu luận án Nội dung nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Những kết khoa học đạt đóng góp luận án Chương TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 1.1 Tổng quan phương pháp gia công tia lửa điện 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Nguyên lý gia công 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 11 KẾT LUẬN 16 Chương NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MỊN ĐIỆN CỰC VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CƠNG VỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 17 2.1 Sơ đồ mối quan hệ đại lượng q trình gia cơng tia lửa điện 17 2.2 Đại lượng đầu vào 18 2.2.1 Đại lượng hệ thống 18 2.2.2 Đại lượng điều chỉnh 25 2.3 Đại lượng trung gian 26 2.3.1 Tác động điện 28 2.3.2 Tác động nhiệt 29 2.3.3 Khe hở bề mặt chi tiết điện cực 30 2.4 Đại lượng đầu 30 2.4.1 Mòn điện cực 30 2.4.2 Chất lượng bề mặt biến đổi cấu trúc 33 iii 95 HƯỚNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Với nghiên cứu bước đầu cho kết lớp trắng mỏng ổn định hơn, lớp cứng có bề dày lớn hơn, lớp cấu trúc ổn định Do định hướng nghiên cứu mạ crom cho điện cực đồng đỏ để thực nghiên cứu cấu trúc tế vi chi tiết gia công định hướng tốt Khi thay đổi biên dạng điện cực, kích thước góc mịn sau xung thay đổi Kích thước thay đổi phụ thuộc vào hạt điện tử xuất bề mặt điện cực Việc xây dựng cơng thức tính tốn lượng thay đổi theo thời gian vô quan trọng cho việc lựa chọn thông công nghệ đầu vào biên dạng điện cực khác Đây hướng định hướng nghiên cứu 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Hồi Ân (2005), Gia cơng tia lửa điện, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội TS Đinh Minh Diệm (2015), Các phương pháp gia công đặc biệt, Nxb Khoa học kỹ thuật Nguyễn Trọng Hiếu, Vũ Quang Hà, Nguyễn Đắc trung (2011), Ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất gia cơng cắt dây tia lửa điện, Tạp chí Cơ khí Việt nam, Số 4 Tăng Huy, Nguyễn Đình Đại, Những yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng tới độ xác tạo hình gia cơng phương pháp tia lửa điện, Tạp chí khí Việt nam, tr 58-60 Bành Tiến Long, Hoàng Vĩnh Sinh, Trần Thế Lục, Trần Xuân Thái (2003), Thiết kế chế tạo điều khiển máy xung EDM dựa vi điều khiển 8051, Tạp chí cơng nghệ, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy (2013), Nguyên lý gia công vật liệu, Nxb Khoa học Kỹ thuật Bành Tiến Long, Bùi Ngọc Tuyên (2013), Lý thuyết tạo hình bề mặt ứng dụng kỹ thuật khí, Nxb Giáo dục Việt Nam Nguyễn Hữu Phấn (2016), Nghiên cứu nâng cao hiệu gia công phương pháp tia lửa điện biện pháp trộn bột Titan vào dung dịch điện môi, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hoàng Vĩnh Sinh, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục (2003), Tối ưu hố q trình xung tia lửa điện với hàm mục tiêu độ mịn tương đối, Tạp chí khoa học & cơng nghệ, 10 10 Hồng Vĩnh Sinh, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục (2003), Nghiên cứu phương pháp ổn định trình xung tia lửa điện, Tạp chí khoa học& cơng nghệ, 10 11 Lê Văn Tạo (2018), Nghiên cứu đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 chưa phương pháp xung tia lửa điện mơi trường dung dịch điện mơi có chứa bột Cacbít vonfram, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 12 Abbas G N M., Solomon D G., Bahari M F (2007), A review on current research trends in electrical discharge machining (EDM), International Journal of Machine Tools & Manufacture 47, pp 1214–1228 13 Ali Ozgedik (2006), An experimental investigation of tool wear inelectric discharge machining, Int J Adv Manuf Technol 27: 488–500 14 Amin A K M N., Sarder A.K (2002), Influence of Work and Tool Materials on Parameters of Electrical Discharge Machining (EDM), IIUM Engineering Journal, 3(1), pp 17-23 97 15 Amorim F L., Stedile L J., Torres R D., Soares P C., Laurindo C A H (2014), Performance and Surface Integrity of Ti6Al4V After Sinking EDM with Special Graphite Electrodes, Journal of Materials Engineering and Performance, 23, pp 1480-1488 16 Babu S., Ribeiro D., Shivpuri R (1999), Material and Surface Engineering For Precision Forging Dies, Precision Forging Consortium Ohio Aerospace Institute and National Center for Manufacturing Sciences 17 Bajaja R., Tiwarib A T., Dixit A R (2015), Current trends in electric discharge machining using micro and nano powder materials- A Review, Materials Today: Proceedings 2, pp 352 – 357 18 Bhattacharya A., Batish A., Kumar N (2013), Surface characterization and material migration during surface modification of die steels with silicon, graphite and tungsten powder in EDM process, Journal of Mechanical Science and Technology 27, pp.133-140 19 Bleys P., Kruth J P., Lauwers B., Schacht B., Balasubramanian V., Froyen L.,  Humbeeck J (2006), Surface and sub-surface quality of steel after EDM, Advanced engineering materials, 8, pp.15-25 20 Daneshmand S., Kahrizi E F., Abedi E., Abdolhosseini M M (2013), Influence of Machining Parameters on Electro Discharge Machining of NiTi Shape Memory Alloys, Int J Electrochem, 8, pp.595 – 3104 21 Furutani K., Saneto A., Takezawa H., Mohri N., Miyake H (2001), Accretion of titanium carbide by electrical discharge machining with powder suspended in working fluid, Precision Engineering, 25, pp.138–144 22 Furutani K., Shimizu Y (2003), Experimental analysis of deposition process of lubricant surface by EDM with molybdenum disulphide powder suspended in working oil, Proceedings of the American Society for Precision Engineering 5, pp 547–550 23 Furutani K., Shiraki K (2002), Deposition of lubricant layer during finishing process by electrical discharge machining with molybdenum disulphide powder suspended in working fluid, JSME/ASME International Conference on Materials and Processing, pp 468–473 24 Garg R K., Ojha K (2011), Parametric Optimization of PMEDM Process with Nickel Micro Powder Suspended Dielectric and Varying Triangular Shapes Electrodes on EN-19 Steel, Journal of Engineering and Aplied Sciences, 6, pp 152-156 25 Ghiculescu D., Marinescu N.(2018), Experiments of ultrasonically aided microEDM on Ti with nanostructured superficial TiO layers, MATEC Web of Conferences 178, 03010 98 26 Harmanpreet, Manpreet S., Bipendeep (2014), Optimization of EDM process parameters using taguchi method: A review, International Journal of Research in Engineering and Technology, 4(4), pp 625-634 27 Ho K.H., Newman S.T (2003), State of the art electrical discharge machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture 43, pp.1287–150 28 Jahan P M (2009), Micro-EDM based multi-process machining of tungsten carbide, A thesis submitted, National university of Singpore 29 Janmanee P., Muttamara A (2012), Surface modification of tungsten carbide by electrical discharge coating (EDC) using a titanium powder suspension, Aplied Surface Science 258, pp 7255- 7265 30 Jung J H., Kwon W.T (2010), Optimization of EDM process for multiple performance characteristics using Taguchi method and Grey relational analysis, Journal of Mechanical Science and Technology, 24(5), pp 1083– 1010 31 Kansal H K., Singh S., Kumar P (2007), Technology and research developments in powder mixed electric discharge machining (PMEDM), J Mater Process Technol 184, pp 32-41 32 Kansal H K., Singhz S., Kumara P (2006), Performance Parameters Optimization Of Powder Mixed Electric-Discharge Machining (PMEDM) By Taguchi Method, West Indian Journal of Engineering, 29 (1), pp 81-94 33 Kansal H K., Singh S., Kumar P (2007), Effect of Silicon Powder Mixed EDM on Machining Rate of AISI D2 Die Steel, Journal of Manufacturing Processes, (1), pp 13-22 34 Kao J Y., Tsao C.C., Wang S.S., Hsu C.Y (2009), Optimization of the EDM Parameters on Machining Ti–6Al–4V With Multiple Quality Characteristics, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 47, pp 395-402 35 Khedkar, Nitin K., Singh T P., Vijaykumar S J (2014), Material migration and surface improvement of OHNS die steel material by EDM method using tungsten powdermixed dielectric, WSEAS Transactions on Applied & Theoretical Mechanics, 9, pp 161 36 Kolahan F., Bironro M (2008), Modeling and Optimization of Process Parameters in PMEDM by Genetic Algorithm, Proceedings of World Academy of Science: Engineering & Technolog, 48, pp 1311 37 Kruth J P., Stevens L., Froyen L., Lauwers B (1995), Study on the white layer of a surface machined by die sinking electro discharge machining, Annals of the CIRP 44 (1), pp 169–172 38 Kumar A., Maheshwari S., Sharma C., Beri N (2010), Research Developments in Additives Mixed Electrical Discharge Machining (AEDM): A State of Art Review, Materials and Manufacturing Processes, 25 (10), pp 1166-1180 99 39 Kumar A., Maheshwari S., Sharma C., Beri N (2010), Effect of Aluminium Powder Characteristics in Additive Electric Discharge Machining of Nickel Based Super Alloy Inconel 718, 2nd International Conference on Production and Industrial Engineering, pp 25-28 40 Kumar S., Singh R., Singh T.P., Sethi B.L (2009), Surface modification by electrical discharge machining: A review, Journal of Materials Processing Technology 209, pp 3675–3687 41 Kung K Y., Horng J T and Chiang K T (2009), Material removal rate and electrode wear ratio study on the powder mixed electrical discharge machining of cobaltbonded tungsten carbide, Int J Adv Manuf Technol 40, pp 95-104 42 Lakshmi M V., Chaitanya M L.(2015), Application of Taguchi based Grey Relational Analysis for Evaluating Optimal Parameters of Laser Micro Drilling Al7075/SiCp Metal Matrix Composite, International Journal of research In Mechanical engineering & technology, (2), pp 16-22 43 Lee L C., Lim L C., Naryanan V., Venkatesh V C (1987), Quantification of surface damage of tool steels after EDM, International Journal of Machinery Tools &Manufacture, 28, pp 359–372 44 Long B T., Cuong N., Phan N H (2014), “Study on surface material layer quality of SKD61 die sink in Electrical discharge machining using titanium electrode in oil dielectric fluid”, The 15th International Symposium on Ecomaterials processing and Design - ISEPD2014, pp 363-366 45 Marafona J D., Araujo A (2009), Influence of workpiece hardness on EDM performance, International Journal of Machine Tools & Manufacture 49, pp 744–748 46 Mohri N., Saito N., Higashi M , Kinoshita N (1991), A New Process of Finish Machining on Free Surface by EDM Methods, Annals of the CIRP, 40 (1), pp 207–210 47 Mohri N., Saito N., Suzuki M., Kakawashi T., Kobayashi K (1988), Surface modification by EDM-An innovation in EDM with semi-conductive electrodes, Proceedings of the winter annual meeting of the ASME, 34, pp 21-5 48 Nadpara V J., Choudhary A (2014), Optimization of EDM Process Parameters Using Taguchi Method with Graphite Electrode, International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), 7(2), pp 48-51 49 Pandey P C., Shan H.S (1999), Modern Machining Process, Tata McGraw- Hill Publishing Company Ltd, pp 84-113 50 Pawade* M M., Banwait S S (2013), A Brief Review of Die Sinking Electrical Discharging Machining Process towards Automation, American Journal of Mechanical Engineering, 2013, Vol 1, № 2, 43-49 100 51 Roy, R (1910), A Primer on the Taguchi Method, New York : Van Nostrand Reinhold 52 Sanghani C R., Achary G D (2014), A Review of Research on Improvement and Optimization of Performance Measures for Electrical Discharge Machining, Int Journal of Engineering Research and Applications, 4(1), pp.433-450 53 Shabgard M., Seyedzavvar M., Oliae S N B (2011), Influence of Input Parameters on the Characteristics of the EDM Process, Journal of Mechanical Engineering, 57(9), pp 689-696 54 Sharma S., Kumar A., Beri N (2011), Study of tool wear rate during powder mixed EDM of Hastelloy steel, International Journal of Advanced Engineering Technology, (2), pp 133-139 55 Sreenivasulu R., Rao S (2012), Application of Gray Relational Analysis for Surface Roughness and Roundness Error in Drilling of Al 6061 alloy, International Journal of Lean Thinkin, 3(2), pp 67-78 56 Tzeng Y F., Lee C Y (2001), Effects of Powder Characteristics on Electro discharge Machining Efficiency, Int J Adv Manuf Technol17, pp 586–592 57 Wu K L., Yan B H., Huang F Y., Chen S C (2005), Improvement of surface finish on SKD steel using electro-discharge machining with aluminum and surfactant added dielectric, International Journal of Machine Tools & Manufacture 45, pp.1195–201 58 Yan B H., Chen S L (1993), Effects of dielectric with suspended aluminium powder on EDM, Journal of the Chinese society of mechanical engineers 14, pp 57-312 59 Y Ziada, P Koshy(2007), Rotating Curvilinear Tools for EDM of Polygonal Shapes with Sharp Corners, Ann CIRP 56(1), pp 221–224 60 Yin Qingfeng*, Wang Baorui(2014), Research of lower tool electrode wear in simultaneous EDM and ECM, Journal of Materials Processing Technology, pp 1759–1768 61 Zhen Li., Yanzhen Z,, Yonghong L, Yang S., Renjie J., Chao Z (2014), Investigation on the influence of the dielectrics on the material removal characteristics of EDM, Journal of Materials Processing Technology, Vol 214, pp 1052-1061 62 Xiaoshun Zhuang, Lenan Zhang, Jianyi Du, Zhiliang Wang, Jingyu Pei (2015), Geometric prediction of conic tool in micro-EDM milling with fixlength compensation using simulation, International Journal of Machine Tools & Manufacture Vol 89, pp 86-94 63 Reza Teimouri, Hamid Baseri (2012), Effects of magnetic field and rotary tool on EDM performance, Journal of Manufacturing Processes Vol 14, 316-322 101 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh1a, TS Trần Văn Khiêm 2b, ThS Trần Quang Huy2c(2015), Khảo sát độ nhám bề mặt sản phẩm, khe hở kích thước điện cực sau xung tia lửa điện điện cực nhơm, hội thảo khí tồn quốc, số 5, pp ThS Trần Quang Huy, PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh, TS Trần Văn Khiêm (2017), Khảo sát khe hở phóng xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ thép SKD11, tạp chí khí Việt Nam, số 10, pp 76-80 ThS Trần Quang Huy, PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh, TS Trần Văn Khiêm (2018), Khảo sát độ nhám bề mặt chi tiết gia công xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ thép SKD11, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 47, pp 17-19 Tran Quang Huy, Hoang Vĩnh Sinh, Tran Van Khiem (2018), Research on Relative Wear and Roughness Follow the Current Density in EDM Die Sinking, International Journal Applied Mechanics and Materials, ISSN: 1662-7482, Vol 889, pp 102-106, doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.889.102, 2019, Trans Tech Publications, Switzerland 102 ... tài: ? ?Nghiên cứu mòn biên dạng điện cực chất lượng bề mặt gia công phương pháp xung tia lửa điện? ?? làm đề tài luận án tiến sỹ Mục tiêu luận án Đánh giá mòn biên dạng điện cực chất lượng bề mặt chi... lượng mòn điện cực, chất lượng bề mặt gia công, nghiên cứu rằng: Biện pháp trộn bột Titan vào dung dịch điện môi nâng cao suất chất lượng bề mặt gia công phương pháp gia công tia lửa điện (EDM)... chất lượng bề mặt mạ thêm crom vào điện cực đồng đỏ 4 Chương TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 1.1 Tổng quan phương pháp gia công tia lửa điện 1.1.1 Giới thiệu Phương pháp gia công