Tối ưu hóa các thông số công nghệ trên máy cắt dây edm khi gia công thép không gỉ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY TỐI ƯU HỐ CÁC THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ TRÊN MÁY CẮT DÂY EDM KHI GIA CÔNG THÉP KHÔNG GỈ PHAN HÙNG DŨNG THÁI NGUYÊN 2008 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY TỐI ƯU HỐ CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ THÁI NGUYÊN 2008 TRÊN MÁY CẮT DÂY EDMTHÁI KHI GIA CÔNG THÉP KHÔNG GỈ ĐẠI HỌC NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Học viên: Phan Hùng Dũng Người HD Khoa học: TS Nguyễn Quốc Tuấn LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THÁI NGUYÊN 2008 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc о0о *** THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI TỐI ƯU HỐ CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ TRÊN MÁY CẮT DÂY EDM KHI GIA CÔNG THÉP KHÔNG GỈ Học viên: Phan Hùng Dũng Lớp: CHK8 Chuyên ngành: Chế tạo máy Người HD Khoa học: TS Nguyễn Quốc Tuấn Ngày giao đề tài: 01/11/2007 Ngày hoàn thành: 30/4/2008 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ CTM MỤC LỤC Nội dung Trang Phần mở đầu Chương Tổng quan gia công tia lửa điện 12 1.1 Đặc điểm phương pháp gia công tia lửa điện 12 1.1.1 Các đặc điểm phương pháp gia cơng tia lửa điện 12 1.1.2 Khả công nghệ phương pháp gia công tia lửa điện 12 1.2 Các phương pháp gia công tia lửa điện 13 1.2.1 Phương pháp gia cơng xung định hình 13 1.2.2 Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 13 1.2.3 Các phương pháp khác 13 1.3 Cơ chế phương pháp gia công tia lửa điện 15 1.3.1 Bản chất vật lý 15 1.3.2 Cơ chế bóc tách vật liệu 20 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình gia cơng tia lửa điện 20 1.4.1 Các đặc tính điện phóng tia lửa điện 20 1.4.2 Dòng điện bước dòng điện 25 1.4.3 Ảnh hưởng khe hở phóng điện  25 1.4.4 Ảnh hưởng điện dung C 27 1.4.5 Ảnh hưởng diện tích vùng gia cơng 28 1.4.6 Ảnh hưởng ăn mòn điện cực 29 1.5 Lượng hớt vật liệu gia công tia lửa điện 29 1.6 Chất lượng bề mặt 30 1.6.1 Độ nhám bề mặt 30 1.6.2 Vết nứt tế vi ảnh hưởng nhiệt 31 1.7 Độ xác tạo hình gia công tia lửa điện 32 1.8 Các tượng xấu gia cơng tia lửa điện 33 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ CTM 1.8.1 Hồ quang 33 1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp 34 1.8.3 Xung mạch hở, khơng có dịng điện 35 1.8.4 Sự nhiệt chất điện môi 35 1.9 Các yếu tố không điều khiển 35 1.9.1 Nhiễu hệ thống 35 1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên 36 1.10 Chất điện môi gia công tia lửa điện 36 1.10.1 Nhiệm vụ chất điện môi 36 1.10.2 Các loại chất điện môi 37 1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện mơi 37 1.10.4 Các loại dịng chẩy chất điện môi 40 1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi 42 Kết luận chương 44 Chương Máy cắt dây thông số điều chỉnh q trình gia cơng 45 2.1 Sơ máy cắt dây tia lửa điện 45 2.1.1 Công dụng máy cắt dây 46 2.1.2 Đặc điểm phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 46 2.2 Độ xác gia cơng cắt dây tia lửa điện 47 2.3 Điện cực vật liệu điện cực 50 2.3.1 Yêu cầu vật liệu điện cực 50 2.3.2 Các loại dây điện cực 51 2.4 Sự thoát phoi cắt dây tia lửa điện 51 2.5 Nhám bề mặt cắt dây 52 2.6 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 53 2.6.1 Dịng phóng tia lửa điện Ie bước dòng điện 53 2.6.2 Độ kéo dài xung t i: 53 2.6.3 Khoảng cách xung t 53 2.6.4 Điện áp đánh lửa Ui 54 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ CTM 2.6.5 Khe hở phóng điện 54 2.7 Lập trình gia công máy cắt dây 55 2.7.1 Các trục điều khiển hệ toạ độ 55 2.7.2 Các chức “G” 56 Kết luận chương 67 Chương Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất chất lượng bề mặt 68 gia công thép không gỉ máy cắt dây EDM 3.1 Thép không gỉ 68 3.1.1 Sơ lược thép không gỉ 68 3.1.2 Thép AISI 304 70 3.2 Thiết kế thí nhiệm 70 3.2.1 Các giả thiết thí nghiệm 71 3.2.2 Điều kiện thực thí nghiệm 71 3.3 Nhóm thí nghiệm 74 3.3.1 Mơ hình định tính q trình cắt dây tia lửa điện 74 3.3.2 Các thơng số đầu vào thí nghiệm 75 3.4 Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm xác định độ nhám bề mặt suất gia công gia công cắt dây tia lửa điện 76 3.4.1 Độ nhám bề mặt 77 3.4.2 Năng suất gia công 82 Kết luận chương 89 Kết luận chung 90 Tài liệu tham khảo 93 Phụ lục 95 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ CTM PHẦN MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA 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 thống như: đúc, rèn, dập, tiện, phay, mài, công nghệ phay, tiện CNC đơi khơng cịn đáp ứng u cầu ngày cao phát triển sản phẩm thời kỳ đại Ngày sản xuất đời sống xuất ngày nhiều sản phẩm chi tiết có hình dáng hình học phức tạp, làm từ vật liệu cứng khó gia cơng cắt gọt Thực tế địi hỏi phải phát triển cơng nghệ mới, có gia cơng tia lửa điện Phương pháp gọi gia công EDM ( Electrical Discharge Machine) Thực phương pháp gia công tia lửa điện cơng nghệ giới áp dụng nửa kỷ qua Ngày nhờ phát triển điều khiển số công nghệ thông tin, công nghệ đại hóa cao trang bị hệ thống điều khiển số CNC Từ cuối thập niên 80 kỷ XX đến nay, nhiều doanh nghiệp nước 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 cơng nghệ nói chung cịn gặp khó khăn định kỹ thuật 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? Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chun ngành Cơng nghệ CTM 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 công nghệ thấy có số vấn đề sau: - Các doanh nghiệp 100% vốn nước ngồi liên doanh máy gia công sử dụng kỹ thuật EDM chủ yếu để sản xuất mặt hàng truyền thống khn mẫu, có tính ổn định cao Chương trình gia cơng máy chun gia nước ngồi đưa vào nên chế độ cơng nghệ thiết lập chương trình hoàn chỉnh - Các doanh nghiệp sở nước sử dụng máy EDM việc lập trình gia cơng người lập trình thực Chế độ công nghệ, xác định cách dựa vào tài liệu kèm theo máy mị mẫm Chính lẽ đó, chế độ cơng nghệ gia cơng máy chưa thể khẳng định hợp lý Vì hiệu khai thác, sử dụng máy hạn chế Chế độ công nghệ gia công máy cắt dây phụ thuộc nhiều vào vật liệu chi tiết gia cơng (tính dẫn điện, dẫn nhiệt, ) Trong thực tế, ngày thép không gỉ ứng dụng nhiều sống, đặc biệt công nghệ xe hơi, xây dựng, thực phẩm, hố học, dầu khí, chế tạo máy (khuôn mẫu, dưỡng kiểm, bàn cán), Thép khơng gỉ loại thép có hàm lượng hợp kim cao, việc gia cơng phương pháp gia cơng truyền thống địi hỏi chi phí lớn, suất chất lượng gia công không cao Khi gia cơng tia lửa điện (EDM), tính dẫn điện nhiệt thép không gỉ khác so với thép chế tạo thông thường khác, làm cho suất chất lượng gia cơng thay đổi Vì cần nghiên cứu tìm giá trị cơng nghệ tối ưu nhằm đảm bảo suất chất lượng (độ nhám bề mặt) gia công thép không gỉ máy cắt dây tia lửa điện Đề tài “ Tối ưu hố thơng số cơng nghệ máy cắt dây EDM gia công thép không gỉ ” lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ công nghệ hợp lý tiến tới tối ưu hố chế độ cơng nghệ gia công thép không gỉ máy cắt dây việc cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu khai Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ CTM thác, sử dụng máy cắt dây EDM sản xuất khí nói riêng sở để nghiên cứu cho máy khác vật liệu khác II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, phần mở đầu, kết luận chung phụ lục luận văn có nội dung sau: Chƣơng Tổng quan gia công tia lửa điện - Nghiên cứu tổng quan kỹ thuật EDM Chƣơng Máy cắt dây thông số điều chỉnh trình gia cơng - Nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tượng xảy r46 15,58 17,34 17,8 16,58 20,9) yi i a0 = 16,604 a1 = N N ( 13,34 16,83 14,46 15,58 17,34 17,8 16,58 20,9) xi1 y i i a1 = 1,174 a2 = N N ( 13,34 16,83 14,46 15,58 17,34 17,8 16,58 20,9) xi y i i a2 = 0,276 a3 = N N ( 13,34 16,83 14,46 15,58 17,34 17,8 16,58 20,9) xi y i i a3 = 1,551 Vậy thay giá trị a tính vào phương trình được: yˆ =16,604+ 1,174Z1 + 0,276Z2 + 1,551Z3 (3.11) 3.4.2.4 Kiểm định tham số aj * Kiểm định aj =0 (có nghĩa) Ta có thí nghiệm lặp lại tâm với kết sau: y10 =16,98; y0 = y 02 =16,518; y 30 =16,384 (16,98+16,518+16,384) = 16,627 Phương sai tái sinh s 2ts s 2ts = s 2ts = n n0 1i ( y 0i y0 ) (16,98-16,627)2+(16,518-16,627) 2+(16,384-16,627) = 0,0978 sts= 0,0978 = 0,313 s ai2 = s 2ts {C-1}ii Sai= s ts N 0,313 = 0,11 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật tai= a0 s a ta1 = s ta0 = Chuyên ngành Công nghệ CTM 86 s = 16,604 = 150,9 0,11 = 1,174 = 10,7 0,11 ta2 = a 0,276 = = 2,5 s 0,11 ta3 = a 1,551 = = 14,1 s 0,11 Ta chọn mức độ có nghĩa = 0,05 cho bảng thống kê Với =0,05, bậc tự n0 = tra bảng Student ta t =2,35 So sánh |tai| lớn t nên có nghĩa Do hệ số phương trình hồi quy (4.11) có nghĩa 3.4.2.5 Kiểm định phù hợp mơ hình ˆ , ta tính phương sai dư Sau xây dựng mơ hình y s du2 s du2 s du n (k 1) (3 1) ( yi n ( yi yˆ i ) ( yi yˆ i ) i i yˆ i ) i TT yi x1 x2 x3 a0 a1 a2 a3 yˆ i (y i- yˆ i )2 13,34 16,83 14,46 15,58 17,34 17,80 16,58 20,90 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 16,604 16,604 16,604 16,604 16,604 16,604 16,604 16,604 1,174 1,174 1,174 1,174 1,174 1,174 1,174 1,174 0,276 0,276 0,276 0,276 0,276 0,276 0,276 0,276 1,551 1,551 1,551 1,551 1,551 1,551 1,551 1,551 13,603 15,950 14,155 16,503 16,705 19,053 17,258 19,605 0,069 0,774 0,093 0,851 0,403 1,569 0,459 1,677 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... Tối ưu hố thơng số cơng nghệ máy cắt dây EDM gia công thép không gỉ ” lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ cơng nghệ hợp lý tiến tới tối ưu hố chế độ cơng nghệ gia công thép không. .. HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY TỐI ƯU HỐ CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ THÁI NGUYÊN 2008 TRÊN MÁY CẮT DÂY EDMTHÁI KHI GIA CÔNG THÉP KHÔNG GỈ ĐẠI HỌC NGUYÊN... TÀI TỐI ƯU HỐ CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ TRÊN MÁY CẮT DÂY EDM KHI GIA CÔNG THÉP KHÔNG GỈ Học viên: Phan Hùng Dũng Lớp: CHK8 Chuyên ngành: Chế tạo máy Người HD Khoa học: TS Nguyễn Quốc Tuấn Ngày giao