THÔNG TIN TÀI LIỆU
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian xung thời gian ngừng xung đến xuất nhám bề mặt gia công thép SKD11 nhiệt luyện xung định hình với điện cực graphit Studying the influence of pulse-on time and the pulse-off time on productivity and surface roughness for the heat treatment of SKD11 steel using pulse shaping with graphite electrodes Trương Chí Cơng1,*, Nguyễn Việt Thao2 Khoa Cơ khí, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Trung tâm Hồng Hải, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội * Email: truongchicong@haui.edu.vn Số điện thoại: 0868453639 Tóm tắt Từ khóa: Nhám bề mặt; Máy xung điện CM323C CHMER; Thép SKD11 nhiệt luyện; Thời gian xung; Thời gian ngừng xung Nội dung báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian xung (Ton) thời gian ngừng xung (Tof) sử dụng điện cực than chì máy xung điện CM323C CHMER đến suất nhám bề mặt gia công thép SKD11 nhiệt luyện Bài báo xác định phương trình đồ thị thể mối quan hệ thông số công nghệ với suất nhám bề mặt Kết nghiên cứu giúp người làm công nghệ xác định thơng số để đảm bảo suất chất lượng chi tiết gia công theo yêu cầu Abstract Keywords: Roughness; CM323C CHMER electrical impulse generator; Steel material SKD11 heat treatment; The pulse-on time, The pulse-off time The paper presents the results of research of the influence of pulse on time (Ton) and the pulse-off time (Tof) when using graphite electrodes on the CM323C CHMER electrical pulse generatoron productivity and surface roughness for heat-treated SKD11 steel The paper identified equations and graphs that show the relationship between technological parameters, yield and surface roughness Research results enable technicians to define a set of parameters ensuring the productivity and quality of the machined parts required Ngày nhận bài: 06/07/2018 Ngày nhận sửa: 05/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong phương pháp gia cơng xung định hình ta thấy độ kéo dài xung máy phát xung hay thời gian xung (TON) khoảng cách xung hay thời gian ngừng xung (TOF) tham số điều khiển có ảnh hưởng đến suất cắt nhám bề mặt chi tiết gia cơng Khi kéo dài xung TON lớn có lợi cho suất lượng hớt vật liệu cao, nhiên bề mặt gia công lại thô (tương tự xảy với TOF nhỏ) Ngoài ra, khoảng cách xung TOF nhỏ, chất điện HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 môi không đủ thời gian để thơi ion hố, phần tử vật liệu bóc tách điện nhiệt khơng kịp đẩy khỏi vùng khe hở, điều gây nên lỗi phóng điện ngắn mạch, phóng hồ quang, bề mặt lỗ gia công bị ngậm xỉ, Về mối quan hệ thời gian xung/khoảng ngắt ta có tỉ lệ TON /TOF ~ 10 phù hợp cho gia cơng thơ, tỉ lệ TON /TOF ~ ÷ 10 cho gia công tinh TON /TOF < cho gia công bề mặt siêu tinh Để nâng cao chất lượng bề mặt gia công tăng suất cắt, việc xác định mối liên hệ nhám bề mặt Ra, suất cắt Q với tham số điều khiển TON, TOF cần thiết Ở Việt Nam chưa có nghiên cứu xét ảnh hưởng thời gian xung (TON) thời gian ngừng xung (TOF) đến suất cắt chất lượng bề mặt gia công vật liệu thép SKD11 dùng phương pháp gia cơng xung định hình, sử dụng điện cực than chì máy gia cơng xung điện CHMER CM323C Trong nghiên cứu nhóm tác giả tìm ảnh hưởng xây dựng mối quan hệ đại lượng thơng qua phương pháp thực nghiệm HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 2.1 Máy thí nghiệm Máy thí nghiệm máy gia cơng xung điện trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội (hình 1), ký hiệu máy: CHMER CM323C (Hãng CHMEREDM - Đài Loan) 2.2 Vật liệu thí nghiệm phơi thí nghiệm + Vật liệu thí nghiệm thép SKD 11 loại thép làm khn gia cơng nguội với độ chống mài mịn cao Thép SKD 11 có độ thấm tơi tốt ứng suất thấp thường sử dụng gia công khn mẫu, chi tiết chịu mài mịn cao, phù hợp với gia công tia lửa điện Kết phân tích thành phần hóa học mẫu thép thí nghiệm bảng Hình Máy gia cơng xung điện CHMER CM323C Bảng Kết phân tích thành phần hóa học mẫu thép SKD 11 TP Hóa học Tỷ lệ nguyên tố TP Hóa học Tỷ lệ nguyên tố %C 1,4 ÷ 1,6 %Mo 0,8 ÷ 1,2 %Si 0,4 max %W 0,2 ÷ 0,5 %Mn 0,6 max %V ≤ 0,25 %P ≤ 0,03 %Ni 0,5 max %S ≤ 0,03 %Cu ≤ 0,25 %Cr 11,0 ÷ 13,0 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 + Phơi thí nghiệm mẫu thép SKD 11 gia cơng có kích thước: 30 × 20 × 10mm, qua nhiệt luyện với độ cứng 56 HRC, tiến hành mài phẳng bề mặt (hình 2) Hình Các mẫu phơi thí nghiệm thép SKD11 2.3 Dụng cụ đo Dụng cụ đo máy đo nhám Mitutoyo SJ - 400 hãng Misubisi Nhật Bản có độ tin cậy cao (hình 3) Hình Máy đo nhám Mitutoyo SJ - 400 Đánh giá nhám bề mặt theo tiêu Ra, tiêu chuẩn ISO Kiểu đo tiếp xúc, áp lực đo 0,75 N, tốc độ đo 0,05 mm/s Chia làm khoảng, chiều dài đo thí nghiệm khoảng mm 2.4 Điều kiện giả thiết thí nghiệm ; Thí nghiệm thiết kế với giới hạn sau + Chất lượng dịng chảy dung mơi khơng thay đổi + Tiết diện cực than chì khơng đổi suốt q trình thí nghiệm, với 12 mẫu điện cực vật liệu kích thước, điện cực gia công máy phay CNC với thông số q trình gia cơng + Nhiệt độ mơi trường ổn định suốt q trình thí nghiệm + Rung động nhiễu coi khơng đáng kể ổn định suốt q trình thí nghiệm HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 2.5 Số thí nghiệm Do khảo sát hai biến đầu vào nên số thí nghiệm cần thiết là: 2k [3] Số thí nghiệm cho trường hợp N = 22 = Trong nghiên cứu xét cho trường hợp nên tổng số thí nghiệm N = 12 KẾT QUẢ Kết thí nghiệm trường hợp trình bày bảng 2, Bảng Kết đo nhám bề mặt suất cắt mẫu 1,2,3 trường hợp cố định TOF Mẫu thí nghiệm TON(µs) 25 50 75 100 TOF(µs) 25 Ra(µm) 3,43 3,55 3,69 3,79 Q(mm3/ph) 1,26 1,38 1,42 1,49 Trong trường hợp xét ảnh hưởng thời gian xung TON ta có Q = V/TON V = a.b.h a chiều dài vết xung (mm), b chiều rộng vết xung (mm), h chiều sâu vết xung (mm) Đối với mẫu thí nghiệm chọn, gia cơng kích thước điên cực nhau: a = 20 (mm); b = 15 (mm); h = 0,3(mm) Bảng Kết đo nhám bề mặt suất cắt mẫu 5, 6, trường hợp cố định TON Mẫu thí nghiệm TON(µs) 50 TOF(µs) 12 18 25 37 Ra(µm) 3,89 3,65 3,43 3,24 Q(mm3/ph) 1,79 1,65 1,57 1,48 Bảng Kết đo nhám bề mặt suất cắt mẫu 9, 10, 11 12 trường hợp TON, TOF thay đổi Mẫu thí nghiệm 10 11 12 TON(µs) 25 25 100 100 TOF(µs) 37 12 37 12 Q(mm3/ph) 1,31 2,03 1,29 1,44 Ra(µm) 3,25 2,88 3,83 4,09 THẢO LUẬN Trường hợp cố định TOF cho TON thay đổi TON cố định cho TOF thay đổi, theo [3] ta xây dựng công thức thực nghiệm dạng: Q = a1 + b1.TON; Ra = c1 + d1.TON; Q = a2 + b2.TOF; Ra = c2 + d2.TOF (1) Lập trình sử dụng phần mềm Matlab vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ thời gian xung (TON), thời gian ngừng xung (TOF) với suất cắt Q với nhám bề mặt Ra thể qua cơng thức (2) hình 4, 5, 6, Q 1, 2050 0,0029.TON ;R a 3, 3100 0,0049.TON (2) Q 1,8937 0,0118.TOF ; R a 4,1388 0,0255.TOF HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Q TON Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ra TON Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Q TOF HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ra TOF Trường hợp TON TOF thay đổi, theo [3] ta xây dựng công thức thực nghiệm dạng: Q = a.TONb.TOFc; Ra = d.TONe.TOFf (3) Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao để xác định hệ số a, b,c, d, e f công thức (3) Bảng Kết logarit thông số thí nghiệm Mẫu TN 10 11 12 Biến mã hóa X1 X2 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 -1 Biến thực TON (s) 75 75 105 105 TOF (s) 5 Q (mm3/ph) Ra (m) 1,31 2,03 1,29 1,44 4,09 2,88 3,83 3,25 ln(TON) ln(TOF) ln(Q) ln(Ra) X1 X2 y y1 3,218 3,218 4,605 4,605 3,611 2,485 3,611 2,485 0,270 0,708 0,255 0,365 1,408 1,057 1,342 1,178 Kết thu a = 0,399, b = 0,140, c = 0,263, d = 0,051, e = 0,829, f = 0,227 Sau đánh giá độ tin cậy hàm hồi quy thực nghiệm nhóm tác giả xác định độ tin cậy cho trường hợp tương ứng r = 99,48% 99,63% Từ xác định mối quan hệ suất cắt Q nhám bề mặt Ra với thời gian xung TON thời gian ngừng xung TOF: Q = 0,399.TON0,140.TOF0,263 (4) Ra = 0.051.TON0,829.TOF0,227 (5) Sử dụng phần mềm Matlab vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ suất cắt (Q), nhám bề mặt (Ra) với thời gian xung TON thời gian ngừng xung TOF hình 8, HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Đồ thị mơ tả quan hệ Q với TON, TOF Hình Đồ thị mơ tả quan hệ Ra với TON, TOF Năng suất Q nhám bề mặt Ra tăng thời gian xung TON tăng Khi thời gian kéo dài xung lâu hơn, lượng bóc tách vật liệu lớn ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt chi tiết nhám bề mặt tăng lên Nếu tiếp tục tăng TON lượng phóng điện khơng cịn sử dụng thêm để hớt vật liệu mà làm tăng nhiệt độ điện cực dung dịch chất điện mơi, phoi khơng tốt Năng suất Q nhám bề mặt Ra tăng thời gian ngừng xung TOF giảm thời gian ngừng xung ít, ngược lại khoảng cách bước xung phải đủ lớn để có đủ thời gian thơi ion hố chất điện mơi khe hở phóng điện Nhờ tránh lỗi q trình tạo hồ quang dịng ngắn mạch Cũng thời gian nghỉ xung điện, dòng chảy đẩy vật liệu bị ăn mịn khỏi khe hở phóng điện Qua kết thí nghiệm ta lựa chọn dải tham số TON = 25µ, TOF = 12µ điều kiện gia cơng S025 với (cường độ dịng phóng Ie = 3A, điện áp đánh lửa Ue = 1,5v) ta đạt Ra = 2,88(µm) tương đương với mài thơ (cấp độ 5-6) KẾT LUẬN Bằng thực nghiệm nhóm tác giả xác định mối quan hệ toán học suất cắt (Q), nhám bề mặt (Ra) với thời gian xung TON thời gian ngừng xung TOF HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Q = 1,2050 + 0,0029.TON, Ra = 3,3100 + 0,0049TON Q = 1,8937 - 0,0118.TOF, Ra = 4,1388 - 0,0255.TOF Q = 0,399.TON0,140.TOF0,263 Ra = 0,051.TON0,829.TOF0,227 Kết cho thấy, xét ảnh hưởng riêng thời gian xung TON thời gian ngừng xung TOF suất căt (Q) nhám bề mặt (Ra) vật liệu SKD11 tỷ lệ thuận với thời gian xung tỷ lệ nghịch với thời gian ngừng xung Nếu xét ảnh hưởng đồng thời thời gian xung TON thời gian ngừng xung TOF suất căt (Q) nhám bề mặt (Ra) vật liệu SKD11 tỷ lệ thuận với thời gian xung thời gian ngừng xung Kết nghiên cứu phù hợp với số kết nghiên cứu lý thuyết cơng trình khoa học cơng bố Điều góp phần quan trọng cho người đứng máy giúp cho doanh nghiệp tìm phương pháp tối ưu hóa q trình gia cơng đối vật liệu thép SKD 11 nhiệt luyện gia công máy CHMER CM323C TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Hồi Ân, Gia cơng tia lửa điện CNC, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 [2] Nhóm tác giả: Lý thuyết thực hành gia công xung điện, tài liệu trung tâm đào tạo Đại học Công nghiệp Hà Nội - Tập đoàn Khoa học Kỹ thuật Hồng Hải, 2007 [3] Nguyễn Doãn Ý, Xử lý số liệu thực nghiệm kỹ thuật, Nhà xuất khoa học kỹ thuật , Hà Nội, 2009 [4] Nghiêm Văn Luật: Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến suất chất lượng chi tiết gia công tia lửa điện (cụ thể ảnh hưởng cường độ dòng điện) Luận văn thạc sĩ Đại học Bách khoa, 2011 [5] Tô Cẩm Tú, Trần Văn Diễn, Nguyễn Đình Hiên, Phạm Chí Thành, Thiết kế phân tích thí nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội (1999) [6] Nguyễn Mạnh Linh, Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 gia công phương pháp tia lửa điện với điện cực đồng dung môi dầu, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên, 2013 [7] CHMEREDM, Wire cut cutting data manual [8] James Madison, CNC Machining Handbook, Industrial Press Inc, NewYork, NY.10016, 1996 [9] DIBTONTO,D.D (1986), “Theoretical models and electrical discharge machining process A single cathode erosion model”, Jurnal of applicated Physics 66, pp 4095 - 4103 [10] 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 [11] 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 ... đồng thời thời gian xung TON thời gian ngừng xung TOF suất căt (Q) nhám bề mặt (Ra) vật liệu SKD11 tỷ lệ thuận với thời gian xung thời gian ngừng xung Kết nghiên cứu phù hợp với số kết nghiên cứu. .. xét ảnh hưởng riêng thời gian xung TON thời gian ngừng xung TOF suất căt (Q) nhám bề mặt (Ra) vật liệu SKD11 tỷ lệ thuận với thời gian xung tỷ lệ nghịch với thời gian ngừng xung Nếu xét ảnh hưởng. .. ảnh hưởng thời gian xung (TON) thời gian ngừng xung (TOF) đến suất cắt chất lượng bề mặt gia công vật liệu thép SKD11 dùng phương pháp gia cơng xung định hình, sử dụng điện cực than chì máy gia
Ngày đăng: 06/05/2021, 17:39
Xem thêm: