Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công hợp kim cứng BK8 bằng phương pháp cắt dây​

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ MẠNH HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM CỨNG BK8 BẰNG PHƢƠNG PHÁP CẮT DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật khí THÁI NGUYÊN – 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Cơng nghệ CTM LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo TS Nguyễn Văn Hùng - Thầy hƣớng dẫn khoa học em định hƣớng đề tài, hƣớng dẫn tận tình Thầy việc tiếp cận khai thác tài liệu nhƣ bảo trình em làm thực nghiệm viết luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Thầy giáo ThS Đặng Văn Thanh tạo điều kiện thuận lợi cho đƣợc tiến hành thí nghiệm Trung tâm thí nghiệm trƣờng ĐHKT Cơng Nghiệp suốt q trình hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn cán Khoa Sau đại học trƣờng, cán phịng thí nghiệm khoa khí – ĐHKTCN dành cho em điều kiện thuận lợi nhất, giúp em hoàn thành nghiên cứu Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, đồng nghiệp ủng hộ, động viên, giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Thái Nguyên, Ngày 22 tháng 06 năm 2014 Học viên Vũ Mạnh Hùng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM MỤC LỤC Trang 1………………………………………………………………………………1 Lời cảm ơn Mục lục………………………………………………………………………………3 Danh mục bảng số liệu………………………………………………………….5 Danh mục hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp………………………………………… PHẦN I: MỞ ĐẦU……………………………………………………………… 1.Tính cấp thiết đề tài………………………………………………………… Mục đích, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu……………………………… 2.1 Mục đích đề tài…………………………………………………………… 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu………………………………………………………… 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………………….8 Ý nghĩa đề tài……………………………………………………………… 3.1 Ý nghĩa khoa học……………………………………………………………….8 3.2 Ý nghĩa thực tiễn……………………………………………………………… Nội dung………………………………………………………………………… PHẦN II: NỘI DUNG 10 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 10 1.1 Đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện 10 1.1.1 Các đặc điểm phƣơng pháp gia cơng tia lửa điện 10 1.1.2 Khả công nghệ phƣơng pháp gia công tia lửa điện .10 1.2 Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện 11 1.2.1 Phƣơng pháp gia cơng xung định hình 11 1.2.2 Phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện 11 1.2.3 Các phƣơng pháp khác: 11 1.3 Cơ sở phƣơng pháp gia công tia lửa điện 12 1.3.1 Bản chất vật lý 12 1.3.2 Cơ chế bóc tách vật liệu 17 1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình gia cơng tia lửa điện 18 1.4.1 Các đặc tính điện phóng tia lửa điện 18 1.4.2 Dòng điện bƣớc dòng điện 22 1.4.3 Ảnh hƣởng khe hở phóng điện δ 22 1.4.4 Ảnh hƣởng điện dung C 24 1.4.5 Ảnh hƣởng diện tích vùng gia cơng 25 1.4.6 Ảnh hƣởng ăn mòn điện cực 25 1.5 Lƣợng hớt vật liệu gia công tia lửa điện 26 1.6 Chất lƣợng bề mặt 27 1.6.1 Độ nhám bề mặt 27 1.6.2 Vết nứt tế vi ảnh hƣởng nhiệt 28 1.7 Độ xác tạo hình gia công tia lửa điện 29 1.8 Các tƣợng xấu gia công tia lửa điện 30 1.8.1 Hồ quang 30 1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp 30 1.8.3 Xung mạch hở, khơng có dịng điện 31 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.8.4 Sự nhiệt chất điện môi 1.9 Các yếu tố không điều khiển đƣợc 1.9.1 Nhiễu hệ thống 1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên 1.10 Chất điện môi gia công tia lửa điện 1.10.1 Nhiệm vụ chất điện môi 1.10.2 Các loại chất điện môi 1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 1.10.4 Các loại dòng chẩy chất điện môi 1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi 1.11 Hợp kim cứng gia công hợp kim cứng 1.11.1 Khái niệm 1.11.2 Phƣơng pháp chế tạo 1.11.3 Phân loại hợp kim cứng 1.11.4 Gia công hợp kim cứng KẾT LUẬN CHƢƠNG I Chƣơng MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG 2.1 Sơ máy cắt dây tia lửa điện 2.1.1 Công dụng máy cắt dây 2.1.2 Đặc điểm phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện 2.2 Độ xác gia cơng cắt dây tia lửa điện 2.3 Điện cực vật liệu điện cực 2.3.1 Yêu cầu vật liệu điện cực 2.3.2 Các loại dây điện cực 2.4 Sự thoát phoi cắt dây tia lửa điện 2.5 Nhám bề mặt cắt dây 2.6 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 2.6.1 Dịng phóng tia lửa điện Ie bƣớc dòng điện 2.6.2 Độ kéo dài xung ti: 2.6.3 Khoảng cách xung t0 2.6.4 Điện áp đánh lửa Ui 2.6.5 Khe hở phóng điện 2.7 Lập trình gia cơng máy cắt dây 2.7.1 Các trục điều khiển hệ toạ độ 2.7.2 Các chức “G” KẾT LUẬN CHƢƠNG II Chƣơng THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI GIA HỢP KIM CỨNG TRÊN MÁY CẮT DÂY EDM 3.1 Thiết kế thí nghiệm 3.1.1 Các giả thiết thí nghiệm 3.1.2 Lý thuyết thí nghiệm 3.1.3 Điều kiện thực thí nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Cơng nghệ CTM 3.1.4 Thiết bị thí nghiệm 67 3.1.5 Vật liệu gia công 69 3.1.6 Thiết bị đo 69 3.2 Triển khai thí nghiệm 71 3.2.1 Mô hình định tính q trình cắt dây tia lửa điện 71 3.2.2 Các thông số đầu vào thí nghiệm 72 3.3 Ảnh hƣởng thông số gia công đến nhám bề mặt 74 3.4 Ảnh hƣởng thông số gia công đến suất gia công 79 3.5 Ảnh hƣởng thông số gia công đến sai số biên dạng 83 3.6 Tối ƣu hoá đa mục tiêu 89 KẾT LUẬN CHƢƠNG III 91 PHẦN III: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO……92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1 Danh mục mã G 56 Bảng 2.2 Danh mục mã M 58 Bảng 3.1.Các thông số kỹ thuật máy cắt dây CW322S……………………… 67 Bảng 3.2 Thành phần hoá học nguyên tố 69 Bảng 3.3 Tính kỹ thuật máy đo CMM C544 70 Bảng 3.4 phạm vi khảo sát biến thực nghiệm: 73 Bảng 3.5 Kế hoạch thí nghiệm tối ƣu hóa nhám bề mặt theo Ton, Toff, U .76 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 76 Bảng 3.7 Ma trận thí nghiệm kết thí nghiệm ảnh hƣởng T on, Toff, U đến suất cắt V 80 Bảng 3.8 Kết thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa sai số gia cơng theo T on, Toff, U 83 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Cơng nghệ CTM DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH CHỤP Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 13 Hình 1.2- Pha đánh lửa 14 Hình 1.3- Sự hình thành kênh phóng điện 14 Hình 1.4- Sự hình thành bốc vật liệu 15 Hình 1.5- Đồ thị điện áp dịng điện xung phóng điện 16 Hình 1.6- Mối quan hệ Vw ti 20 Hình 1.7- Mối quan hệ θ ti 21 Hình 1.8- Mối quan hệ Rmax ti (với ti = td + te) 21 Hình 1.9- Ảnh hƣởng ti t0 đến suất gia công 22 Hình 1.10- Ảnh hƣởng khe hở phóng điện δ 23 Hình 1.11- Quan hệ η ap .24 Hình 1.12- Ảnh hƣởng điện dung C 25 Hình 1.13- Ảnh hƣởng diện tích vùng gia cơng F 25 Hình 1.14- Các thông số ảnh hƣởng đến suất gia cơng EDM 27 Hình 1.15- Vùng ảnh hƣởng nhiệt bề mặt phôi 28 Hình 1.16- Hiện tƣợng hồ quang điện .30 Hình 1.17- Hiện tƣợng ngắn mạch sụt áp 31 Hình 1.18- Hiện tƣợng xung mạch hở .31 Hình 1.19- Dịng chảy bên .37 Hình 1.20- Dịng chảy áp lực .37 Hình 2.1- Sơ đồ máy cắt dây 45 Hình 2.2- Sự cân lực cắt thẳng sai số hình học cắt góc 50 Hình 2.3- Các trƣờng hợp khó khăn dịng chảy đồng trục 52 Hình 2.4- Khe hở phóng điện gia cơng cắt dây tia lửa điện .52 Hình 2.5- Các lệnh dịch chuyển đƣờng kính dây G41/G42 61 Hình 3.1- Máy cắt dây CW322S 68 Hình 3.2 Ảnh máy đo tọa độ chiều Beyond Crysta C544 69 Hình 3.3 Ảnh máy nhám SJ-201 hãng Mitutoyo 71 Hình 3.4 Khai báo biến thí nghiệm cho thiết kế Box-Behnken 74 Hình 3.5 Phân tích kết thí nghiệm tối ƣu nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 77 Hình 3.6 Đồ thị quan hệ nhám bề mặt phụ thuộc Ton Toff U=45v 78 Hình 3.7 Đồ thị đƣờng mức nhám bề mặt phụ thuộc Ton T0ff U=45v 79 Hình 3.11 Đồ thị đƣờng mức suất cắt phụ thuộc Ton T0ff U=45v .82 Hình 3.12 Phân tích kết thí nghiệm sai số gia cơng theo Ton, Toff, U 84 Hình 3.13 Đồ thị quan hệ sai số gia công phụ thuộc Ton Toff U=45v 85 Hình 3.14 Đồ thị đƣờng mức sai số gia công phụ thuộc Ton T0ff U=45v 85 Hình 3.15 Đồ thị tối ƣu hóa theo đồng thời tiêu nhám bề mặt thời gian 89 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN I: MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong chế tạo máy có nhiều chi tiết chế tạo từ vật liệu khó gia cơng có độ cứng độ bền cao Trong vật liệu hợp kim cứng đƣợc sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy Việc gia công chúng công nghệ cắt gọt thông thƣờng (Tiện; Phay; Mài v.v ) vơ khó khăn, đơi khơng thể gia cơng đƣợc Thực tế địi hỏi cần phải phát triển công nghệ gia công để gia cơng vật liệu Ngày số phƣơng pháp gia công tia lửa điện phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện Phƣơng pháp đƣợc gọi gia công WEDM (Wire Electrical Discharge Machine), phƣơng pháp gia công đƣợc phát minh sử dụng rộng rãi giới vào năm 50 kỷ XX nhƣng tự động hóa đến ngày nhờ phát triển điều khiển số công nghệ thông tin mà phƣơng pháp đƣợc đại hóa cao trang bị điều khiển số CNC máy WEDM Từ năm 80 kỷ XX đến nay, nhiều doanh nghiệp nƣớc trang bị loại máy, thiết bị sử dụng công nghệ EDM nhằm cải tiến phƣơng pháp gia công, nâng cao giá trị sản phẩm - Để nâng cao hiệu sử dụng loại máy có nhiều cách nhƣng theo hƣớng cơng nghệ ta cần thiết lập chế độ công nghệ hợp lý để đạt đƣợc độ xác kích thƣớc nhƣ suất gia công chất lƣợng sản phẩm cao Điều doanh nghiệp nƣớc thƣờng xác định dựa theo tài liệu kèm theo máy theo kinh nghiệm Do chƣa thấy đƣợc ảnh hƣởng thơng số cơng nghệ đến độ xác, suất chất lƣợng gia cơng Vì mà hiệu khai thác, sử dụng máy hạn chế - Chế độ công nghệ gia công máy cắt dây phụ thuộc nhiều thành phần hóa học vật liệu chi tiết gia cơng nhƣ tính dẫn điện dẫn nhiệt Do loại vật liệu chi tiết gia cơng khác (có độ cứng khác nhau) có chế độ cơng nghệ gia cơng khác Trong vật liệu hợp kim cứng đƣợc sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Việc gia công vật liệu hợp kim cứng phƣơng pháp thơng thƣờng địi hỏi chi phí lớn, suất chất lƣợng gia công không cao, nhƣng sử dụng phƣơng cắt dây tia lửa điện hiệu Do việc tiến hành nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 phƣơng pháp cắt dây” cần thiết Mục đích, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Xác định ảnh hƣởng thông số ( Điện áp đánh lửa U i, độ kéo dài xung Ton khoảng cách xung toff ) cắt dây với vật liệu hợp kim cứng BK8 để đảm bảo độ nhám theo yêu cầu 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu Máy: máy cắt dây CW322S Vật liệu gia công: Hợp kim cứng BK8 Dây: Dây đồng có đƣờng kính 0,25mm Đối tƣợng gia cơng: biên dạng đƣờng thẳng cung trịn Các thơng số công nghệ nghiên cứu là: Điện áp đánh lửa Ui, độ kéo dài xung Ton khoảng cách xung Toff 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Bằng cách nghiên cứu sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài đƣa đƣợc hàm tốn học mơ tả mối quan hệ điện áp đánh lửa U i, cƣờng độ dòng điện Ie, độ kéo dài xung Ton khoảng cách xung Toff với độ nhám bề mặt gia cơng hợp kim cứng BK8, từ đƣa sở cho việc tối ƣu hố q trình cắt nhƣ cho nghiên cứu khác trình cắt Làm sở cho việc nghiên cứu khía cạnh khác q trình gia cơng tia lửa điện Đề tài góp phần vào việc hồn thiện việc xác định điều chỉnh thông số công nghệ gia cơng máy cắt dây nói chung gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây nói riêng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu xây dựng chế độ cắt tối ƣu gia công máy cắt dây EDM -CNC có ý nghĩa thực tiễn nghiên cứu khoa học nhƣ sản xuất nhƣ sau: - Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ gia công hợp kim cứng máy cắt dây đƣợc hợp lý hơn, hiệu khai thác, sử dụng máy tốt Góp phần vào việc nâng cao chất lƣợng hạ giá thành sản phẩm Đây yếu tố có ý nghĩa lớn phát triển doanh nghiệp môi trƣờng sản xuất kinh doanh phải đối mặt với cạnh tranh khốc liệt thị trƣờng nhƣ trình hội nhập - Đạt đƣợc khả cho suất cao nhƣng đảm bảo chất lƣợng bề mặt theo yêu cầu gia công hợp kim cứng sản xuất, số lƣợng sản phẩm không nhiều Nội dung luận văn Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, phần mở đầu, kết luận chung phụ lục luận văn có nội dung nhƣ sau: Chƣơng Tổng quan gia công tia lửa điện - Nghiên cứu tổng quan kỹ thuật EDM Chƣơng Nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến suất, chất lƣợng bề mặt gia công máy cắt dây - Nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tƣợng xảy trình cắt - Nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố công nghệ đến trình cắt Chƣơng Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng số thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây EDM - Thiết lập thí nghiệm - Xây dựng mơ hình tốn xác định độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây - Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ công nghệ với độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 Chƣơng 4: Kết luận chung khuyến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 10 Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN II: NỘI DUNG Chƣơng TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN Năm 1943, thông qua nghiên cứu tuổi bền thiết bị phóng điện, hai vợ chồng ngƣời Nga Lazarenko tìm phƣơng pháp gia công tia lửa điện Họ sử dụng tia lửa điện để hớt lớp vật liệu mà không phụ thuộc vào độ cứng vật liệu Khi tia lửa điện phóng lớp vật liệu bề mặt phôi bị hớt q trình điện – nhiệt thơng qua nóng chảy bốc kim loại Từ đến q trình hớt vật liệu gia cơng tia lửa điện đƣợc coi phức tạp liên quan đến khoảng cách khe hở phóng điện, đến thơng tin kênh plasma, hình thành cầu phóng điện điện cực, ăn mòn điện cực, nghiên cứu tƣợng phóng điện nhà khoa học làm cho công nghệ gia cơng tia lửa điện có phát triển lớn năm gần đời thêm số phƣơng pháp gia công dùng nguyên lý phƣơng pháp gia công tia lửa điện 1.1 Đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện Gia công tia lửa điện phƣơng pháp gia công cách phóng điện ăn mịn sở tác dụng nhiệt xung điện đƣợc tạo phóng điện điện cực 1.1.1 Các đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện - Điện cực (đóng vai trị dụng cụ cắt): có độ cứng thấp nhiều so với vật liệu phôi vật liệu phôi thƣờng vật liệu cứng qua nhiệt luyện nhƣ thép tôi, loại hợp kim cứng vật liệu điện cực thƣờng đồng, grafit - Vật liệu dụng cụ cắt vật liệu phơi phải có tính chất dẫn điện tốt - Môi trƣờng gia công: gia công phải sử dụng chất lỏng điện môi làm môi trƣờng gia công Đây dung dịch không dẫn điện điều kiện làm việc bình thƣờng 1.1.2 Khả cơng nghệ phƣơng pháp gia công tia lửa điện Phƣơng pháp gia cơng tia lửa điện tạo đƣợc mặt định hình đƣờng thẳng, đƣờng cong, rãnh định hình, bề mặt có profin phức tạp, với độ bóng bề mặt tƣơng đối cao (Ra = 1.25µm ÷ 5µm) độ xác cao (IT5) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 83 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Phân tích đồ thị Trên đồ thị ta thấy độ kéo dài xung có ảnh hƣởng lớn đến suất gia công Độ kéo dài xung cao suất gia cơng lớn, đặc biệt khoảng Ton = 1,3 † 1,9 μs suất gia cơng lớn lƣỡi cắt (Hình 3.11), ảnh hƣởng khoảng cách xung lớn suất gia cơng nhỏ Do gia công muốn đạt đƣợc suất gia công lớn với V = 36,69 xung T0ff = 15 μs 3.5 Ảnh hƣởng thông số gia công đến sai số biên dạng Lần lƣợt tiến hành thí nghiệm, thu thập kết ghi lại giá trị vào cột bổ sung bảng thí nghiệm có, ta thu đƣợc kết nhƣ trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Kết thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa sai số gia cơng theo Ton, Toff, U Sử dụng chức phân tích kết thí nghiệm (Analyze Response Surface Design) phần mềm thiết kế thí nghiệm Minitab®, thu đƣợc kết nhƣ bảng sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 84 Chun ngành: Cơng nghệ CTM Hình 3.12 Phân tích kết thí nghiệm sai số gia cơng theo Ton, Toff, U Quan sát kết phân tích phƣơng sai (Analysis of Variance), nhận thấy thành phần bậc (Linear) mơ hình hồi quy có ý nghĩa thống kê (giá trị p 0,021; nhỏ so với mức ý nghĩa thông thƣờng 0,05) Quan sát giá trị p phân tích mức độ khơng phù hợp mơ hình (Lack-of-Fit), giá trị p (bằng 0,553) lớn nhiều so với mức thông thƣờng (0,05), kết luận dạng mơ hình hồi quy kiểu bậc phù hợp Trên hình 3.12 nhận thấy, hệ số bậc cao phƣơng trình hồi quy (Ton*Ton) có giá trị p nhỏ (là 0,003) Điều chứng tỏ thành phần có ý nghĩa thống kê lớn Chấp nhận kết này, ta thu đƣợc phƣơng trình hồi quy mơ tả quan hệ hàm mục tiêu δ thông số đầu vào Ton, Toff, U nhƣ sau: δ = 0.03800 + 0.00663Ton – 0.0025Toff - 0.00388U – 0.01187T on (mm) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 85 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Từ quan hệ δ với thông số Ton, Toff, U , ta thấy thời gian phóng điện Ton = 0.00663μs ảnh hƣởng nhiều đến sai số gia công thành phần bậc bậc Hiệu điện phóng điện U = 0,00388V có mức độ ảnh hƣởng cịn Thời gian ngắt xung Toff = 0,0025μs ảnh hƣởng Kết đƣợc biểu diễn dƣới dạng “bề mặt tiêu” (Response surface) nhƣ hình 3.13 Hình 3.13 Đồ thị quan hệ sai số gia công phụ thuộc Ton Toff U=45v Hình 3.14 Đồ thị đƣờng mức sai số gia công phụ thuộc Ton T0ff U=45v Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 86 Chun ngành: Cơng nghệ CTM Phân tích đồ thị Trên đồ thị ta thấy độ kéo dài xung có ảnh hƣởng lớn đến sai số gia công Độ kéo dài xung cao sai số gia cơng lớn, đặc biệt khoảng Ton = 1,2 ÷ μs sai số gia cơng lớn (Hình 3.14), ảnh hƣởng khoảng cách xung lớn sai số gia cơng nhỏ Do gia công muốn đạt đƣợc sai số gia công nhỏ với δ = 0.015 mm = 15μm ta chọn độ kéo dài xung Ton = μs với khoảng cách xung T0ff = 20 μs Nhƣ nhìn vào bảng kết sai số gia cơng trung bình ta thấy, giá trị sai số gia cơng trung bình lớn δ = 0.049 mm = 49 μm Sai số cho phép mài thô mài tinh [δ] = 0.065 mm = 65 μm lớn sai số gia cơng trung bình [δ] ˃ δ Vậy đảm bảo cho nguyên công sau mài Một số hình ảnh sai số gia cơng kích thƣớc lý thuyết kích thƣớc thực.( Đƣờng màu đỏ kích thƣớc lý thuyết, Màu đen kích thƣớc thực đƣợc đo máy đo tọa độ chiều C544 ) Chi tiết số Chi tiết số Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chi tiết số http://www.lrc.tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Chi tiết số 0.015 Chi tiết số Chi tiết số 10 http://www.lrc.tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 89 Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.6 Tối ƣu hoá đa mục tiêu Đồ thị tối ƣu với mục tiêu tối đa hóa nhám bề mặt suất gia cơng V đƣợc trình bày nhƣ sau : Hình 3.15 Đồ thị tối ƣu hóa theo đồng thời tiêu nhám bề mặt thời gian Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 90 Chun ngành: Cơng nghệ CTM Đã tối ƣu hóa đa mục tiêu tìm trị số thơng số (Ton, Toff, U) gia công để đạt độ nhám Ra = (2.5ữ2.9) àm v m bo t c nng sut V = (17÷21)(mm /phút) thơng số tối ƣu với mục tiêu : Ton = 1µs; Toff = 15µs; U= 50 v Với độ tin cậy 57,3% Bộ thông số tối ƣu độ nhám với suất đƣợc thí nghiệm, tìm nhƣ sau: Ton = 1µs ; Toff = 15µ; U = 50v Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 91 Chuyên ngành: Công nghệ CTM KẾT LUẬN CHƢƠNG III Trong chƣơng tác giả tập trung vào nghiên cứu ảnh hƣởng hƣởng thông số điện đến độ nhám bề mặt, độ xác gia cơng suất cắt Tất thí nghiệm thực điều kiện sản xuất thực tế trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Thu đƣợc kết nhƣ sau: ♦ Ta tiến hành thí nghiệm sàng lọc để tìm thơng có ảnh hƣởng lớn đến sản phẩm chất lƣợng đầu ♦ Đã tiến hành thực nghiệm thành công thu đƣợc kết đảm bảo độ tin cậy ♦ Đã ứng dụng kỹ thuật thiết kế phân tích thí nghiệm RSM cho tốn tìm thơng số tối ƣu Sử dụng RSM cho phép tiến hành số thí nghiệm hơn; thu đƣợc kết nhanh xác hơn, có khả tùy biến cao ♦ Đã xây dựng đƣợc mối quan hệ thông số công nghệ (T on, Toff, U) đến độ nhám bề mặt suất gia công, sai số gia công gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây cụ thể nhƣ sau: Ra = -2.57554 + 11.8264Ton – 0.03525Toff - 0.05525U – 3.57714T V= - 38.1627 + 45.734Ton - 0.380500Toff - 0.558750U – 38.4607T on (μm) on δ = 0.03800 + 0.00663Ton – 0.0025Toff - 0.00388U – 0.01187T on (mm) ♦Đã tìm đƣợc trị số (Ton, Toff, U) gia công muốn đạt đƣợc sai số biên dạng nhỏ với δ = 0.015 mm = 15μm ta chọn Ton = μs; T0ff = 20 μs; U=45v ♦ Đã tối ƣu hóa đa mục tiêu tìm trị số thông số (Ton, Toff, U) gia cụng t nhỏm Ra = (2.5ữ2.9) àm đảm bảo đạt đƣợc suất V = 17÷21) (mm /phút) thơng số tối ƣu với mục tiêu : Ton = 1µs; Toff = 15µs; U= 50v Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 92 Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN III KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Ngày cạnh tranh ngày gay gắt đòi hỏi phải tối ƣu công đoạn dây chuyền sản xuất nhƣ độ xác, độ bền, suất, tính kinh tế, chất lƣợng gia cơng… Điều có ý nghĩa thiết thực gia công vật liệu quý hiếm, vật liệu khó gia cơng phƣơng pháp thông thƣờng Tuy nhiên, thiết bị gia công ngày phức tạp địi hỏi phải có chế độ tối ƣu hóa để gia cơng nhằm mục đích nâng cao hiệu hạ giá thành sản phẩm Với mục đích em tập trung sâu nghiên cứu chất trình gia công tia lửa điện, mô tả đánh giá ảnh hƣởng thông số công nghệ đến suất chất lƣợng gia công dây cắt tia lửa điện Hợp kim cứng BK8 loại hợp kim đƣợc sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy….Việc gia công chúng công nghệ cắt gọt thông thƣờng (Tiện; Phay; Mài v.v ) vơ khó khăn, đơi khơng thể gia cơng đƣợc Thực tế địi hỏi cần phải phát triển công nghệ gia công để gia cơng vật liệu Khi gia cơng dây cắt tia lửa điện, tính dẫn điện hợp kim cứng BK8 thấp làm cho suất chất lƣợng gia công thay đổi Vì cần phải nghiên cứu tìm các trị số thông số công nghệ tối ƣu để đảm bảo suất chất lƣợng (độ nhám bề mặt) gia cơng dao phay đĩa xích gắn mảnh hợp kim cứng BK8 máy căt dây tia lửa điện Kết cụ thể là: Đã xây dựng cách có hệ thống tham số cơng nghệ đơn nhƣ kết hợp yếu tố công nghệ khác ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt suất gia công Tác giả đƣa kết luận ảnh hƣởng thông số công nghệ đến nhám bề mặt suất cắt, điều sở để lựa chọn chế độ gia công tối ƣu nhằm nâng cao hiệu q trình gia cơng Cụ thể là: - Điện áp đánh lửa U: yếu tố ảnh hƣởng lớn đến suất chất lƣợng bề mặt gia công Điều hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu gia công dây cắt tia lửa điện - Khoảng cách xung Toff (off time): Đây tham số có ảnh hƣởng không nhỏ đến suất, chất lƣợng bề mặt nhƣ độ xác kích thƣớc Khi khoảng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 93 Chuyên ngành: Cơng nghệ CTM cách xung lớn lƣợng hớt vật liệu phôi nhỏ ngƣợc lại Tuy nhiên, khoảng cách xung phải đủ lớn để dung dịch chất điện mơi có đủ thời gian thơi ion hóa dịng chảy điện mơi có đủ thời gian vận chuyển hết phoi khỏi vùng gia công nhƣ làm nguội bề mặt gia công - Độ kéo dài xung Ton (on time): thời gian kéo dài xung ảnh hƣởng lớn đến suất chất lƣợng bề mặt gia công Lƣợng hớt vật liệu tăng lên độ kéo dài xung tăng, nhƣng đến mức độ giảm cho dù độ kéo dài xung tăng kéo theo nhám bề mặt tăng lên Xây dựng thành công mô hình tốn học mối quan hệ độ nhám bề mặt suất gia công, sai số gia công với thông số công nghệ nhƣ điện áp đánh lửa U, độ kéo dài xung Ton, khoảng cách xung Toff gia công hợp kim cứng BK8 cụ thể nhƣ sau Ra = -2.57554 + 11.8264Ton – 0.03525Toff - 0.05525U – 3.57714T V= - 38.1627 + 45.734Ton - 0.380500Toff - 0.558750U – 38.4607T on (μm) on δ = 0.03800 + 0.00663Ton – 0.0025Toff - 0.00388U – 0.01187T on (mm) ♦Đã tìm đƣợc trị số tối ƣu(Ton, Toff, U) gia công để đạt đƣợc sai số biên dạng nhỏ với δ=0.015 mm =15μm ta chọn Ton=1μs; T0ff =20μs; U=45v Tối ƣu hóa đa mục tiêu tìm trị số thông số (Ton, Toff, U) gia công để t nhỏm Ra = (2.5ữ2.9) àm v m bo đạt đƣợc suất V = (17÷21)(mm /phút) thông số tối ƣu với mục tiêu : Ton = 1µs; Toff = 15µs; U= 50v Hƣớng nghiên cứu tiếp theo: Cần tiếp tục mở rộng nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ khác (Ie, Tp…) đặc biệt thông số phi công nghệ nhƣ: vật liệu gia công, vật liệu điện cực, tốc độ dòng chảy, lực căng dây… đến suất chất lƣợng bề mặt gia công Cần nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến q trình gia cơng thực với vật liệu khác Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 94 Chuyên ngành: Công nghệ CTM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS, TS Vũ Hồi Ân (2007), Gia cơng tia lửa điện CNC, NXB Khoa học kỹ thuật [2] PGS, TS Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ƣu hố q trình gia công cắt gọt, NXB Giáo dục [3] GS, TSKH Phan Quốc Khánh - TS Trần Huệ Nƣơng (2003), Quy hoạch tuyến tính, NXB Giáo dục [4] Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia cơng thực nghiệm, NXB khoa học kỹ thuật [5] PGS, TS Bùi Minh Trí (2005), Xác suất thống kê quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật [6] B.N Arzamaxov (2004), Vật liệu học, NXB Giáo dục [7] Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC, NXB Khoa học kỹ thuật [8] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lƣợng trình cắt, Trƣờng Đại học KTCN Thái Nguyên [9] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật [10] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang, Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, NXB Nông nghiệp [11] Sách tra cứu vật liệu khó gia cơng (1981), NXB Khoa học kỹ thuật [12] TS Trần Hữu Đà, ThS Nguyễn Thị Hoa (2001), Gia công hợp kim cứng tia lửa điện, Trƣờng Đại học KTCN Thái Nguyên [13] Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab ứng dụng, NXB khoa học kỹ thuật [14] Operation Manual – CNC Wire cut EDM – Chmer EDM Ching Hung Mechinery and Electric Industrial Co, Ltd – Taiwan [15] PC Pandey- HS Shan (2002), Modern Machining Processes, Tata McGraw- Hill Pulishing Company Limited [16] Advanced Machining Processes (2004), McGraw- Hill, Mechanical Engineering Series Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 95 Chuyên ngành: Công nghệ CTM [17] T Matsuo, E Oshima, Investigation on the Optimum Carbide Content and Machining Condition for Wire EDM of Zirconia Ceramics, CIRP Annals Manufacturing Technology, Volume 41, Issue 1, 1992, Pages 231-234 [18] Shajan Kuriakose, M.S Shunmugam, Multi-objective optimization of wire- electro discharge machining process by Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm, Journal of Materials Processing Technology, Volume 170, Issues 1-2, 14 December 2005, Pages 133-141 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... nghiên cứu ảnh hƣởng số thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây EDM - Thiết lập thí nghiệm - Xây dựng mơ hình tốn xác định độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng. .. thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 phƣơng pháp cắt dây” cần thiết Mục đích, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Xác định ảnh hƣởng thông số ( Điện... cắt dây tia lửa điện 71 3.2.2 Các thông số đầu vào thí nghiệm 72 3.3 Ảnh hƣởng thông số gia công đến nhám bề mặt 74 3.4 Ảnh hƣởng thông số gia công đến suất gia công 79 3.5 Ảnh