Nghiên cứu ứng dụng máy gia công tia lửa điện CNC FO 550s để gia công khuôn cho sản phẩm có bề mặt phức tạp

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu Luận văn thân Tôi thực dƣới hƣớng dẫn thầy giáo PGS.TS NGUYỄN HUY NINH Ngoài phần tài liệu tham khảo đƣợc liệt kê nêu rõ Luận văn, số liệu kết thực nghiệm trung thực, chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Hà nội, Ngày tháng năm 2015 Ngƣời thực Nguyễn Viết Thanh LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS: Nguyễn Huy Ninh, ngƣời hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết hồn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành Luận văn Tác giả chân thành cảm ơn Trung tâm CAD/CAM/CNC BK giáo viên thuộc trung tâm tạo điều kiện thiết bị giúp đỡ trình dụng thiết bị để thực luận văn Tác giả lấy làm cảm kích trƣớc ý kiến đóng góp thầy, giáo thuộc Viện Cơ khí đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả tháo gỡ vƣớng mắc thời gian thực Luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến Thầy, Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp để Luận văn đƣợc hồn thiện có ý nghĩa thực tiễn Hà nội, ngày tháng năm 2015 Ngƣời thực Nguyễn Viết Thanh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 11 1.1 GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN (EDM) 11 1.1.1 Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện 11 1.1.1.1 Phƣơng pháp gia công xung điện 11 1.1.1.2 Phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện 12 1.1.1.3 Các phƣơng pháp khác 12 1.1.2.Đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện 14 1.1.2.1 Các đặc điểm phƣơng pháp gia cơng tia lửa điện 14 1.2 PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG XUNG ĐIỆN 15 1.2.1.Nguyên lý gia công tia lửa điện 15 1.2.2.Bản chất vật lý q trình ăn mịn tia lửa điện 16 1.2.3.Thiết bị gia công 19 1.2.4 Đặc tính phóng điện 19 1.2.5 Cơ chế bóc tách vật liệu 21 1.3 CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 23 1.3.1 Chất lƣợng bề mặt gia công 23 1.3.2 Độ xác tạo hình gia cơng tia lửa điện 25 1.4 CÁC YẾU TỐ CƠNG NGHỆ ẢNH HƢỞNG TỚI Q TRÌNH GIA CÔNG XUNG ĐIỆN 27 1.4.1 Đặc tính phóng điện xung điện định hình 27 1.4.2 Một số yếu tố công nghệ ảnh hƣởng gia công xung điện 28 1.4.3 Các yếu tố liên quan q trình gia cơng xung điện 46 1.4.4 Các tƣợng không tốt gia công xung điện 48 CHƢƠNG :ĐIỀU KHIỂN GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 53 2.1.GIA CƠNG XUNG ĐỊNH HÌNH NHIỀU GIAI ĐOẠN 53 2.2.GIA CÔNG XUNG ĐỊNH HÌNH VỚI CHỨC NĂNG HÀNH TINH 53 2.3.ĐÁNH BĨNG BẰNG XUNG ĐỊNH HÌNH 56 2.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN THEO BIÊN DẠNG 57 2.4.1 Đặc điểm điều khiển biên dạng (điều khiển contour) 57 2.4.2 Các loại điều khiển biên dạng Contour 58 2.5 GIA CƠNG XUNG ĐỊNH HÌNH THEO CONTOUR (BIÊN DẠNG) 60 2.5.1 Đặc điểm gia cơng xung định hình theo contour 60 5.2 Xác định khe hở phóng điện 61 2.5.3 Bề mặt điện cực phía trƣớc 62 2.5.6 Các sai số hình học gia cơng xung định hình 65 2.6 PHƢƠNG PHÁP PHAY TIA LỬA ĐIỆN ( GIA CÔNG THEO CONTOUR) 68 Ch-ơng III : công nghệ gia công xung định hình m¸y Fo 550s 75 3.1 Giới thiệu chung gia cơng xung định hình máy FO550S 75 3.2 ĐIỆN MÔI 75 3.3 ỨNG DỤNG CỦA GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỊNH HÌNH 77 3.3.1 Gia cơng bề mặt có diện tích lớn nhƣng độ sâu nhỏ 77 3.3.2 Đánh bóng 78 3.3.3 Gia công micro 78 3.3.4 Xung lỗ 78 3.3.5 Gia công cổng phun ngầm (Submarine gate) 79 33.6 Gia công hốc khuôn lớn 79 3.3.7 Khoan 79 3.3.8 Các đƣờng cong công nghệ 79 3.4.V DỤ: TH C HIỆN GIA CÔNG ĐƠN GIẢN VỚI M T PHÔI VÀ M T HỐC 87 CHƢƠNG IV: SỬ DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM/CNC VÀO THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN 96 4.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA NỀN CÔNG NGHIỆP CHẾ TẠO KHUÔN MẪU 96 4.1.1 Đặc điểm quy trình chế tạo khn mẫu theo cơng nghệ truyền thống96 4.1.2 Đặc điểm quy trình chế tạo khuôn mẫu theo công nghệ CAD/CAM-CNC: 96 4.1.3 Đặc điểm công nghệ sản xuất khuôn mẫu Việt Nam 97 4.2 ỨNG DỤNG CÁC PHẦN MỀM TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN 98 4.2.1 Ứng dụng phần mềm SplitWorks MoldWorks thiết kế khuôn 98 4.2.2 Ứng dụng MoldFlow để mơ q trình ép phun nhựa 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có trợ giúp máy tính CAE (Computer Aided Engineering) – Cơng nghệ có trợ giúp máy tính CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có trợ giúp máy tính CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất có trợ giúp máy tính RP (rapid prototyping) – Tạo mẫu nhanh EDM(Electric Discharge Machining)- Gia công tia lửa điện DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1.Gia cơng Milling EDM 12 Hình 1.2 Ngun lý gia cơng tia lửa điện 15 Hình 1.3 Sự hình thành kênh dẫn điện 17 Hình 1.4 Sự phóng điện qua kênh dẫn điện 17 Hình 1.5 Sự phục hồi 18 Hình 1.6.Thiết bị gia cơng tia lửa điện(xung định hình) 19 Hình 1.7 Điện áp dịng điện xung phóng điện 19 Hình 1.8: Các thơng số ảnh hƣởng đến suất gia cơng .23 Hình 1.9 : Vùng ảnh hƣởng nhiệt bề mặt phôi 24 Hình 1.10 Mối quan hệ Vw ti .30 Hình 1.11 Mối quan hệ θ(Độ mòn tƣơng đối điện cực) ti 30 Hình 1.12 Mối quan hệ Rmax ti 31 Hình 1.13 Ảnh hƣởng ti t0 31 Hình 1.14.Ảnh hƣởng δ 32 Hình 1.15 Đồ thị mối quan hệ η ap 34 Hình 1.16 Ảnh hƣởng điện dung C 35 Hình 1.17 Ảnh hƣởng diện tích vùng gia cơng F .35 Hình 1.18 Dịng chảy bên ngồi .44 Hình 1.19 Dịng chảy áp lực 44 Hình 1.20 Ảnh hƣởng Ui &C 47 Hình 1.21 Tác dụng xung điện lên độ cứng bề mặt 48 Hình 1.22 Hiện tƣợng hồ quang .49 Hình 1.22 Hiện tƣợng ngắn mạch, sụt áp .50 Hình 1.23 Hiện tƣợng xung mạch hở .50 Hình 2.1.Chuyển động hành tinh gia cơng khn 54 Hình 2.2.Các kiểu khác chuyển động hành tinh .55 Hình: 2.3 Độ lệch tâm Sai số Error! Bookmark not defined Hình 2.4: a) Điểu khiển theo contour máy tiện, b) máy phay .58 Hình:2.5 Điều khiển contour 3D 58 Hình 2.6: Xung đình hình contour 60 Hình 2.7: Xung định hình profin (a), hốc (b), rãnh (c) 61 Hình 2.8: Xác định khe hở phóng điện gia cơng hốc rãnh 62 Hình 2.9: Xác định bề mặt điện cực phía trƣớc gia cơng rãnh 63 Hình 2.10: Lƣợng hớt vật liệu hàm số bề mặt điện cực phía trƣớc Sf 64 Hình 2.11: Mức độ hớt vật liệu phụ thuộc vào diện tích bề mặt điện cực phía trƣớc Sf (gia công rãnh) 64 Hình 2.12: Các sai số hình học gia cơng định hình hốc 66 Hình 2.13: Gia cơng tinh góc lƣợn điện cực đƣờng kính nhỏ 67 Hình 2.14: Phƣơng pháp sai gia cơng tinh hốc 67 Hình 2.15: Một số dạng đƣờng chạy dao phay tia lửa điện 70 Hình 2.17: Một số dạng đƣờng chạy dao phay tia lửa điện có điện cực dạng ống .72 Hình 2.18: Một số hình ảnh điện cực bị mịn gia cơng phay tia lửa điện 72 Hình 2.19: Các máy phay tia lửa điện .73 Hình 3.1: Gia cơng bề mặt có độ sâu nhỏ 77 Hình 3.3: Gia cơng micro 78 Hình 3.7 Xung lỗ 78 Hình 3.8.Gia cơng cổng phun ngầm 79 Hình 3.9.Sơ đồ thiết lập đƣờng cong .80 Hình 3.10.Sơ đồ mơ tả giá trị khe hở .81 Hình 3.11 Đƣờng cơng nghệ 83 Hình 4.1.Xác định lịng khn dƣới 99 Hình 4.2.Tạo mặt phân khuôn .100 Hình 4.4.Hồn thành hộp khn 102 Hình: 4.5.Đƣờng dẫn nƣớc làm mát khuôn ép .105 Hình 4.6 Hộp thoại Import – Create Project 106 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.2 Bảng giá trị khe hở 86 Bảng 3.1: Đặc tính số chất điện mơi 75 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển gia cơng khn đúc, gia cơng khí ngày quan trọng công nghiệp, mà phát triển hƣớng với tốc độ cao, tự động hoá độ xác cao Phạm vi gia cơng mở rộng khơng ngừng, nhu cầu gia cơng khn có độ xác cao ngày rộng, nhƣng gia cơng khí truyền thống khơng thể đáp ứng đƣợc Trong tình hình này, vận dụng phát triển gia công xung điện bù đắp khiếm khuyết Gia công xung điện phƣơng pháp gia công trực tiếp lợi dụng lƣợng điện tiến hành phóng điện(gọi tắt gia cơng phóng điện gia cơng tia lửa điện) xảy nhiệt độ cao, lƣợng cao làm nóng chảy vật liệu gia cơng Hiện chia thành loại: gia công xung điện cắt dây gia cơng xung điênh định hình, ngun lý gia cơng hai phƣơng pháp giống nhau, khác biệt công cụ sử dụng khác Gia công xung điện lợi dụng điện cực thành hình(cơng cụ) gia cơng vật liệu, vật liệu bị gia cơng thành hình dáng âm sản phẩm, để giải khó khăn mà máy móc truyền thống khó gia cơng đạt đƣợc vị trí gia cơng u cầu Ở Việt Nam, gia cơng xung điện chƣa có vị trí xứng đáng đào tạo thực tiễn sản xuất Vì có cơng trình nghiên cứu gia công tia lửa điện Việc sử dụng gia công tia lửa điện thực tế sản xuất hạn chế Vì việc nghiên cứu sâu sắc ứng dụng hiệu q trình gia cơng tia lửa điện, góp phần nâng cao chất lƣợng sản phẩm khí vấn đề cấp thiết nƣớc ta Để nâng cao hiệu trung tâm gia cơng vào chƣơng trình đào tạo Đai học, Sau đại học, nghiên cứu khoa học, chuyển giao cơng nghệ khai thác q trình sản xuất gia cơng sản phẩm có độ phức tạp độ xác gia cơng cao Vì tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng máy gia công tia lửa điện CNC FO 550S để gia cơng khn cho sản phẩm có bề mặt phức tạp” Mục đích nghiên cứu luân văn, đối tƣơng, phạm vi nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu khai thác sử dụng máy gia công tia lửa điện CNC FO 550S, ứng dụng để gia cơng lịng khn cho máy ép phun nhựa - Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu máy gia công tia lửa điện CNC FO 550S (lý thuyêt thực nghiệm) Tóm tắt nội dung thực đóng góp tác giả Nội dung nghiên cứu gồm: - Nghiên cứu chất q trình gia cơng tia lửa điện - Biên tập tài liệu máy gia công tia lửa điện CNC FO 550S dùng học tập,nghiên cứu ứng dụng - Thiết kế khuôn ép phun cho sản phẩm nhựa Lập chƣơng trình gia cơng bề mặt lịng khn Gia công sản phẩm mẫu máy gia công tia lửa điện CNC FO 550S Ý nghĩa đề tài: - Gia cơng tia lửa điện q trình phức tạp với lớn thông số ảnh hƣởng tiêu đánh giá Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm đƣợc trình bày luận văn khơng phù hợp với đối tƣợng nghiên cứu đề tài mà cịn sử dụng nghiên cứu nhiều loại máy gia công tia lửa điện với điều kiện gia công khác Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý thuyết gia công tia lửa điện - Nghiên cứu thực nghiệm q trình gia cơng máy CNC FO550S 10 4.2.2 Ứng dụng MoldFlow để mơ q trình ép phun nhựa 4.2.2.1 Tổng quan phần mềm Moldflow Phần mềm MOLDFLOW phần mềm CAE (Computer Aided Engineering) chuyên dụng, dùng để mơ q trình ép phun nhựa Thơng qua việc mơ q trình ép phun ta xác định đƣợc vị trí miệng phun hợp lý, dự đốn khuyết tật xảy cho sản phẩm: co ngót cong vênh, đƣờng hàn, lỗ khí, …, cách bố trí sản phẩm hợp lý, … Thơng qua giúp giảm chi phí thời gian sản xuất, làm hạ giá thành sản phẩm t phân tích 4.2.2.2 Tìm vị trí miệng phun a.Trình tự thực phân tích phân tích • Khởi động phần mềm MOLDFLOW • Chọn File → Import… • Hộp thoại Import xuất • Chọn đƣờng dẫn đến thƣ mục có lƣu File mơ hình CAD sản phẩm ―Look in‖ Thông thƣờng file có igs • Chọn tên File mơ hình CAD sản phẩm • Chọn Open >Chọn Fusion > OK Hình 4.6 Hộp thoại Import – Create Project b.Chia lưới cho mơ hình sản phẩm - Chọn Mesh → Generate Mesh… - Hộp thoại Mesh xuất Hộp thoại Mesh cho phép ta nhập giá trị chiều dài cạnh phần tử tam giác, giá trị sai số cho phép 106 - Chọn Mesh để chia lƣới cho mơ hình phân tích Mơ hình sản phẩm sau chia lưới Kết phân tích theo áp suất 107 Kết phân tích theo thời gian điền đầy Kết phân tích theo nhiệt độ dịng chảy 108 Thiết lập gia cơng Miêu tả hình dáng Nhập miêu tả hình dáng (liệt kê dao, liệt kê phơi, khoang, đƣờng gia cơng, Các nhận xét) Nhận xét ó nhận xét 109 Thiết lập dụng cụ Đƣờng kính dụng cụ Phải sét độ xác ảnh hƣởng đến dịch chuyển q trình gia cơng Xem ví dụ : Bán kính điện cực :R = 6.720mm Dao tinh : R = 5.400 mm 110 Thiết lập phơi Đo đạc phơi Sử dụng,ví dụ, chu kỳ đo G136 (ngồi tâm)đặt cơng cụ phầntrung tâm Vị trí tƣơng ứng với điểm khởi đầu đƣờng cơng 111 Thiết lập khn Vị trí khn Là trung tâm mảnh điểm khởi đầu chu kỳ gia cơng, vị trí khn tƣơng tự nhƣ nguồn gốc phôi (tọa độ : 0;0;0) 112 ứng dụng lựa chọn ∫Contouringª Chu kỳ Traj đƣợc tự động chọn sau Thiết lập EDM Bấm vào biểu tƣợng để chọn Sự dịch chuyển (bán kính điện cực + khe hở) Định nghĩa tốc độ quay Công thức : N =1200 mm/phút ( x Ỉ điện cực in mm) Ví dụ với điện cực Ỉ 10 mm Tốc độ quay = 1200/( x 10) = 38 Có thể nói 40 Nhập tay Tạo phần mền CAD/CAM Có thể dùng cut pasted (CTRL + V) Không dùng G0 Chạy sau G41hoặc G42 Nhập liệu tay Bấm vào biểu tƣợng để mở chƣơng trình Material removal Select the lateral removal option Lateral machining : Frontal machining 114 Thiết lập EDM (cài đ t chi tiết) Trình tự nhóm / kết thúc biên tập Khe bên (G41 – bù trái G42 – bù phải) Khe hở trên, bao gồm biến #2002 Sự dịch chuyển thêm Một dịch chuyển thêm Q9001 trajectory cách chỉnh sửa biến #2001 (CLE) chƣơng trình Thiết lập cơng cụ 115 116 Thiết lập ISO Chỉnh sửa chƣơng trình Chƣơng trình thay đổi 117 Lịng khn sau gia cơng máy FO 550S Lịng khn đực sau gia công máy FO 550S 118 Kết luận Với ứng dụng gia công sản phẩm khuôn ép nhựa minh chứng cho khả công nghệ máy EDM CNC FO550S.Tuy nhiên ta tiến hành gia cơng phay CNC tồn bề mặt khn trừ phần chữ in chìm dùng điện cực để gia công máy FO550S.Điều xuất phát từ thực tế gia công phƣơng pháp xung tốn nhiều thời gian,năng suất không cao phƣơng pháp phay CNC Hiện công nghệ gia công tia lửa điện đƣợc ứng dụng phổ biến nƣớc ta phát triển năm tới.Để phát triển công nghệ tiên tiến cần thêm nhiều nghiên cứu sâu đồng thời công ty nƣớc nên tận dụng tối đa nguồn vốn,trang bị máy móc cơng nghệ, nguồn nhân lực chuyên nghiệp lĩnh vực Kiến nghị: Tuy nhiên thời gian lực thân hạn chế nên kết nghiên cứu hạn chế dừng lại mức nghiên cứu lý thuyết tổng quan kèm gia công sản phầm đơn giàn mà chƣa sâu vào nghiên cứu thực nghiệm để tối ƣu hóa thơng số cơng nghệ Từ số liệu thí nghiệm thu đƣợc,dùng phần mềm chuyên dùng để xử lý số liệu đƣa nhận xét kết thu đƣợc từ tính tốn xây dựng nên phƣơng trình hồi quy để tối ƣu hóa chế độ cắt gia cơng tia lửa điện 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Hoài Ân, Gia công tia lửa điện CNC , NXB khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia cơng thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Địch (2008), Các phương pháp xác định độ xác gia cơng cơ, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Trần Xn Việt (2003), Cơng nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tạ Duy Liêm (2001), Hệ thống điều khiển máy công cụ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật , Hà Nội Nguyễn Doãn Ý (2003), Giáo trình quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Phạm Minh Sơn,Trần Minh Thế Uyên (2014), Thiết kế chế tạo khuôn phun ép nhựa, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tài liệu online : http://www.georgfischer.com/content/dam/gfac/PDFDocuments/sales/USA/Literature/CorporateLiterature/259_804_472_GFAC_FO-350_S_550-S-E.pdf 120 ... khn cho sản phẩm có bề mặt phức tạp? ?? Mục đích nghiên cứu luân văn, đối tƣơng, phạm vi nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu khai thác sử dụng máy gia công tia lửa điện CNC FO 550S, ứng dụng. .. dung nghiên cứu gồm: - Nghiên cứu chất trình gia cơng tia lửa điện - Biên tập tài liệu máy gia công tia lửa điện CNC FO 550S dùng học tập ,nghiên cứu ứng dụng - Thiết kế khuôn ép phun cho sản phẩm. .. chuyển giao cơng nghệ khai thác q trình sản xuất gia cơng sản phẩm có độ phức tạp độ xác gia cơng cao Vì tác giả chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu ứng dụng máy gia công tia lửa điện CNC FO 550S để gia cơng