Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công vật liệu có độ cứng cao trên máy cắt dây CNC EMD

giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội ĐàM HảI NAM Đàm Hải Nam Công nghệ khí Nghiên cứu ảnh hưởng MộT Số YếU Tố CÔNG NGHệ ĐếN CHấT Lượng bề mặt gia công vật liệu có độ cứng cao máy cắt dây CNC-EMd luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: công nghệ khí 2006-2008 Hà Nội - 2008 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi Đàm Hải Nam Nghiên cứu ảnh hưởng MộT Số YếU Tố CÔNG NGHệ ĐếN CHấT Lượng bề mặt gia công vật liệu có độ cứng cao máy cắt dây CNC-Emd Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy luận văn thạc sĩ công nghệ khí Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS trần xuân việt Hà Nội - 2008 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công vật liệu có độ cứng cao máy cắt dây EMD - CNC công trình nghiên cứu soạn thảo Từ nghiên cứu lý thuyết trình làm thực nghiệm, không chép từ viết đà công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nội dung luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Nếu có vi phạm nào, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả Đàm Hải Nam Danh mục bảng Ký hiệu Tên bảng Trang II.1 Danh mơc c¸c m· G 55 II.2 Danh mơc c¸c m· M 60 II.3 Các lệnh dịch chuyển 64 III.1 Ví dụ 69 III.2 Các thí nghiệm kiểm tra tính đồng thí nghiệm 72 III.3 Điều kiện quy hoạch thùc nghiƯm hai u tè (N=4) 74 III.4 §iỊu kiƯn quy ho¹ch thùc nghiƯm u tè (N=8) 74 III.5 Đặc tính kỹ thuật máy cắt dây DK7732 79 III.6 Thành phần hoá học thép P18(%) 81 III.7 Kết đo độ nhám 84 III.8 Bảng kết số liệu tính toán 88 Danh mục hình vẽ Ký hiệu Tên hình Trang I.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 16 I.2 Pha đánh lửa 17 I.3 Sự hình thành kênh phóng điện 17 I.4 Sự hình thành bốc vật liệu 18 I.5 Xung điển hình gia công tia lửa điện 19 I.6 Mối quan hệ VW ti 24 I.7 Mối quan hệ ti 25 I.8 Mối quan hệ Rmax ti 25 I.9 ảnh hưởng ti t0 đến suất gia công 26 I.10 ảnh hưởng khe hở phóng điện 27 I.11 Quan hệ ap 28 I.12 ¶nh h­ëng cđa ®iƯn dung C 29 I.13 ¶nh h­ëng cđa diƯn tÝch vïng gia c«ng F 30 I.14 HiƯn tượng hồ quang điện 31 I.15 Hiện tượng ngắn mạch sụt áp 32 I.16 Hiện tượng xung mạch hở 33 I.17 Cấu trúc tế vi độ cứng tế vi 35 I.18 Dòng chảy bên 41 I.19 Dòng chảy áp lực 41 II.1 Sơ đồ máy cắt dây 44 II.2 Sự cân lực cắt thẳng sai số hình học 49 cắt góc II.3 Các trường hợp khó khăn dòng chảy đồng trục 51 II.4 Khe hở phóng điện gia công cắt dây tia lửa điện 52 II.5 Các lệnh dịch chuyển đường kính dây G41/G42 63 III.1 Máy cắt dây DK7732 79 III.2 Sơ đồ máy cắt dây DK7732 80 III.3 Máy đo độ nhám SJ-201-Mitutoyao 82 III.4 Đầu đo thực đo độ bóng 82 III.5 Mô hình trình gia công tia lửa điện 83 III.6 Mẫu thép P18 sau cắt 84 III.7 Kết đo độ nhám 84 III.8 Đồ thị phục thuộc Ra vào U I 89 Mục lục Phần Mở đầu Chương I: Tổng quan gia công tia lửa điện 12 I.1 Đặc điểm phương pháp gia công tia lửa điện 12 I.1.1 Các đặc điểm phương pháp gia công tia lửa điện 12 I.1.2 Khả công nghệ phương pháp gia công tia lửa điện 13 I.2 Các phương pháp gia công tia lửa điện 13 I.2.1 Phương pháp gia công xung định hình 13 I.2.2 Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 13 I.2.3 Các phương ph¸p kh¸c 13 I.3 Nghiên cứu chất phương pháp gia công tia lửa điện 15 I.3.1 Bản chất vật lý 15 I.3.2 Cơ chế hớt kim loại tia lưa ®iƯn 20 I.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình gia công tia lửa điện 21 I.4.1 Các đặc tính điện cđa sù phãng tia lưa ®iƯn 21 I.4.2 ảnh hưởng khe hở phóng điện : 25 I.4.3 ¶nh h­ëng cđa ®iƯn dung C 28 I.4.4 ¶nh h­ëng cđa diƯn tÝch vïng gia công 28 I.4.5 ảnh hưởng ăn mòn điện cực 29 I.4.6 Các tượng xấu gia công tia lửa điện 30 I.4.6.1 Hå quang 30 I.4.6.2 Ngắn mạch, sụt áp 31 I.4.6.3 Xung mạch hở, dòng điện 31 I.4.7 Các yếu tố không điều khiển 32 I.4.7.1 NhiƠu hƯ thèng 32 I.4.7.2 NhiƠu ngÉu nhiªn 32 I.5 ChÊt lượng bề mặt 32 I.5.1 Độ nhám bề mặt 33 I.5.2 Vết nứt tế vi ảnh hưởng nhiƯt 33 I.5.3 §é chÝnh xác tạo hình gia công tia lửa điện 34 I.6 Chất điện môi gia công tia lửa điện 35 I.6.1 Nhiệm vụ chất ®iƯn m«i: 35 I.6.2 Các loại chất điện môi 37 I.6.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 38 I.6.4 Các loại dòng chảy chất điện m«i 39 I.6.5 HƯ thống lọc chất điện môi 41 Chương II: Máy cắt dây thông số điều chỉnh Trong trình gia công 43 II.1 S¬ máy cắt dây tia lửa điện 43 II.1.2 Công dụng máy cắt dây 44 II.1.3 Ưu nhược điểm phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 44 II.1.3.1 Ưu điểm: 44 II.1.3.2 Nhược điểm: 45 II.2 Độ xác gia công cắt dây tia lửa điện 45 II.3 Điện cực vật liệu điện cực 48 II.3.1 Yêu cầu vật liệu điện cực: 48 II.3.2 Các loại dây điện cực 49 II.4 Sự thoát phoi cắt dây tia lửa điện 50 II.5 Nhám bề mặt cắt dây 51 II.6 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 51 II.6.1 Dòng phóng tia lửa điện Ie bước dòng điện 51 II.6.2 Độ kéo dài xung ti: 52 II.6.3 Khoảng cách xung t0 52 II.6.4 Điện áp đánh löa Uz 52 II.6.5 Khe hë phãng ®iƯn 52 II.7 LËp tr×nh gia công máy cắt dây 53 II.7.1 Các trục điều khiển hệ toạ độ 54 II.7.2 Các chức G 54 Chương III: nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng bề mặt gia công cắt dây tia lưa ®iƯn 68 III.1 C¸c phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm 68 III.1.1 Phương pháp bình phương cực tiểu 68 III.1.1.1 Tr­êng hỵp y = a + bx 68 III.1.1.2 Các dạng quan hệ khác 69 III.1.1.3 Đánh giá 70 III.1.2 Ph­¬ng pháp quy hoạch thực nghệm 70 III.1.2.1 Kiểm tra tính đồng thÝ nghiƯm 71 III.1.2.2 Quy ho¹ch thùc nghiÖm trùc giao 72 III.1.2.3 Đánh giá 75 III.1.3 Kết luận phương pháp sư dơng 76 III.2 Thiết kế thí nghiệm 77 III.2.1 Các giả thiÕt cđa thÝ nghiƯm 77 III.2.2 §iỊu kiƯn thùc hiƯn thÝ nghiƯm 77 III.2.2.1 ThiÕt bÞ thÝ nghiƯm 77 III.2.2.2 VËt liÖu thÝ nghiÖm 81 III.2.2.3 C¸c dơng ®o kiÓm 81 III.2.3 ThÝ nghiÖm 82 III.2.3.1 Mô hình định tính trình cắt dây tia lửa điện 82 III.2.3.2 Các thông số đầu vào thí nghiệm 83 III.2.3.3 Quá trình thí nghiÖm 84 III.2.3.4 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm 85 Hình III.7: Kết đo độ nh¸m 85 III.2.4 Xư lý sè liƯu thùc nghiƯm 86 Chương IV: Kết bµn luËn 91 KÕt luận kiến nghị 92 Tài liệu tham khảo 93 Phô lôc Phần Mở đầu I Tính cấp thiết đề tài ứng dụng công nghệ luôn nhu cầu cấp bách sản xuất quốc gia Đối với sản xuất khí phương pháp gia công truyền thông như: Đúc, Rèn, Dập, Tiện, Phay, Mài v.v công nghệ phay tiện CNC không đáp ứng yêu cầu ngày cao phát triển sản phẩm thời kỳ đại Ngày sản phẩm yêu cầu tinh vi phức tạp có yêu cầu tính cao, độ phức tạp cao Các dụng cụ thiết bị thông thường không đáp ứng Vì vậy, phương pháp gia công đà nghiên cứu ứng dụng gia công tia lửa điện Phương pháp gọi gia công EDM (Electrical Discharge Machining) Thực phương pháp gia công tia lửa điện công nghệ giới áp dụng nửa kỷ qua Ngày nhờ phát triển điều khiển số công nghệ thông tin, công nghệ đà đại hoá cao trang bị hệ thống điều khiển số CNC Từ cuối thập niên 80 kỷ XX đến nay, nhiều doanh nghiệp nước đà trang bị loại máy, thiết bị sử dụng công nghệ EDM nhằm cải tiến phương pháp gia công, nâng cao giá trị sản phẩm Bên cạnh kết đạt mặt công nghệ số doanh nghiệp gặp khó khăn hiệu kinh tế sử dụng máy thiết bị nguyên nhân sau: - Việc chuyển giao công nghệ chưa đầy đủ - Đầu tư thiếu đồng phần lớn thiết bị không rõ nguồn gốc - Giá thành đầu tư lớn nên mức khấu hao cao - Số lượng sản xuất máy thường theo loạt vừa nhỏ - Chưa chủ động bảo dưỡng, bảo trì máy Vấn đề đặt làm để nâng cao hiệu khai thác, sử dụng loại máy này? Qua tìm hiểu doanh nghiệp sản xuất khí có sử dụng máy thiết bị gia công tia lửa điện EDM, xét mặt xác định chế độ cắt thấy có số vấn đề sau: - Các doanh nghiệp 100% vốn nước liện doanh máy gia công sử dụng kỹ thuật EDM chủ yếu để sản xuất mặt hàng truyền thông khuôn mẫu, có tính ổn định cao Chương trình gia công máy chuyên gia nước đưa vào nên chế độ công nghệ thiết lập chương trình đà hoàn chỉnh Các doanh nghiệp sở nước sử dụng máy EDM việc lập trình gia công người lập trình thực Chế độ công nghệ xác định cách dựa vào tài liệu kèm theo máy kinh nghiệm Chính lẽ đó, chế độ công nghệ gia công máy chưa thể khẳng định hợp lý Vì hiệu khai thác, sử dụng máy hạn chế Đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công vật liệu có độ cứng cao máy cắt dây EMD CNC" lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý tiến tới tối ưu hoá chế độ công nghệ cho trình cắt dây việc cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu khai thác, sử dụng máy cắt dây EDM sản xuất khí nói riêng sở để nghiên cứu cho máy khác II Nội dung nghiên cứu Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn có nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan phương pháp cắt dây EDM lĩnh vực ứng dụng - Các thông số gia công ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt cắt dây EMD CNC 89 Hình III.8: Đồ thị phơc thc cđa Ra vµo U vµ I 90 KÕt luận chương III Trong chương tác giả đà tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng thông số điện tới chất lượng bề mặt gia công phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện thực điều kiện sản xuất thực tế Trường Cao Đẳng Nghề Công Nghiệp Hà Nội Trong tập trung giả số vấn đề sau: - Xây dựng mô hình định tính trình gia công yếu tố đầu vào (U,I) đến trình thực kết thúc trình - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến chất lượng bề mặt, đưa phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng thông số đến chất lượng bề mặt 91 Chương IV: Kết bàn luận Qua chương đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công vật liệu có độ cứng cao máy cắt dây EMD - CNC" đề tài đà đạt số kết sau: Phần mở đầu: Đà nêu bật lên tính cấp thiết đề tài, xác định nội dung nghiên cứu phương pháp nghiên cứu Chương 1: Tổng quan gia công tia lửa điện Tìm hiểu nguyên lý gia công tia lửa điện đặc tính trình gia công tia lửa điện Các thông số gia công tia lửa điện ảnh hưởng chúng đến suất chất lượng bề mặt Chương II: Tổng quan máy cắt dây, thông số điều khiển trình gia công cách lập trình gia công máy cắt dây Chương III: Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng bề mặt cắt dây tia lửa điện Tiến hành làm thí nghiệm với thông số công nghệ để đưa mô hình toán học ảnh hưởng hiệu điện cường độ dòng điện đến chất lượng bề mặt 92 Kết luận kiến nghị Kết luận Trong thời đại mà cạnh tranh ngày gay gắt đòi hỏi công đoạn dây truyền sản xuất phải đảm bảo yêu cầu tối thiểu độ xác, độ bền, suất, tính kinh tế cao, Điều trở nên cần thiết công đoạn, nguyên công gia công loại vật liệu quý hiếm, loại vật liệu khó gia công, Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, công tác ngày hiệu Tuy nhiên, việc thiết bị gia công phức tạp đòi hỏi phải có chế độ gia công tối ưu nhằm mục đích hạ giá thành sản phẩm Cũng với mục đích đó, tác giả đà tập trung sâu nghiên cứu chất trình gia công tia lửa điện, mô tả đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ tới suất chất lượng gia công cắt dây tia lửa điện Từ đó, đà phát triển mô hình hoá trình gia công Một số kiến nghị - Tiếp tục mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ khác (mà theo đánh giá có ảnh hưởng tới suất chất lượng gia công) yếu tố phi công nghệ ảnh hưởng vật liệu, ảnh hưởng dòng chảy chất điện môi, - Các thí nghiệm nghiên cứu luận văn thực thời gian gia công ngắn nên chưa đánh giá ảnh hưởng yếu tố tới độ mòn điện cực Cần tập trung nghiên cứu ảnh hưởng nhằm nâng cao hiệu trình gia công - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến trình gia công có tính đến ảnh hưởng nhiễu trình gia công 93 Tài liệu tham khảo Vũ Hoài Ân (2005), Gia công tia lửa điện CNC, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hoá trình gia công cắt gọt, Nhà xuất giáo dục Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia công thực nghiệm", Nhà xuất khoa học kỹ thuật Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC", Nhà xuất khoa học kỹ thuật Ngô Trí Phúc, Trần Văn Địch (2003), Sổ tay sử dụng thép giới", Nhà xuất khoa học kỹ thuật Bùi Minh Trí (2005), Xác suất thống kê quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Trần Xuân Việt, Phạm Văn Bổng Khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng thông số công nghệ v, t, s đến lực cắt máy tiện CNC", Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 105 (12/2005) Phan Công Trình Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy gia công máy phay CNC", Luận văn thạc sĩ, ĐHBK-HN (2006); Nguyễn Trọng Bình, Hoàng Việt Hồng ảnh hưởng chế độ cắt đến nhấp nhô tế vi bề mặt phay dao phay mặt đầu trên máy phay CNC", Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 60 (05/2002) 10 Đỗ Văn Vũ (2002), Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến chất lượng chi tiết gia công phương pháp tia lửa điện" Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Viện máy dụng cụ công nghiệp 94 11 Nguyễn DoÃn ý (2003), Giáo trình quy hoạch thực nghiệm", Nhà xuất khoa học kỹ thuật 12 Nguyễn Nam Sơn (2005) Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến suất chất lượng gia công máy cắt dây tia lửa điện" Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Công Ty Chế Tạo Điện Cơ Hà Nội 13 Tào Ngọc Minh (2007) Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công máy cắt dây tia lửa điện" Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Phụ lục I: Máy cắt dây DK7732 Phụ lục II: Máy đo đầu đo độ nhám Máy đo độ nhám SJ-201-Mitutoyao Đầu ®o thùc hiƯn ®o ®é bãng Phơ lơc III: MÉu thép P18 sau cắt máy cắt dây Phụ lục IV Kết đo độ nhám ... Hải Nam Nghiên cứu ảnh hưởng MộT Số YếU Tố CÔNG NGHệ ĐếN CHấT Lượng bề mặt gia công vật liệu có độ cứng cao máy cắt dây CNC- Emd Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy luận văn thạc sĩ công nghệ khí... cam đoan Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt gia công vật liệu có độ cứng cao máy cắt dây EMD - CNC công trình nghiên cứu soạn thảo Từ nghiên cứu lý thuyết trình... chất lượng bề mặt gia công vật liệu có độ cứng cao máy cắt dây EMD CNC" lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý tiến tới tối ưu hoá chế độ công nghệ cho trình cắt dây việc