Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư và chất lượng bề mặt khi gia công khuôn trên máy cắt dây JS EDM​

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, em tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích cho chun mơn Với đề tài nghiên cứu hình thức luận văn thạc sỹ, em vận dụng kiến thức học để giải vấn đề thực tế Đề tài em nghiên cứu giải vấn đề lĩnh vực gia công tia lửa điện kiểm tra không phá hủy, nghiên cứu lý thuyết làm thực nghiệm, trình nghiên cứu em gặp nhiều khó khăn Với hướng dẫn tận tình thầy PGS TS Lê Chí Cương với hỗ trợ của đồng nghiệp Trường Cao Đẳng nghề Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu.Cho đến thời điểm luận văn em củng đạt kết mong muốn Qua cho phép em gửi lời cảm ơn đến - Ban Giám Hiệu trường Đại học lâm nghiệp Việt Nam - Thầy PGS TS Lê Chí Cương – Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM - Q thầy, giảng dạy khoa Cơ khí Chế tạo máy, phòng Đào tạo – phận sau đại học – Trường Đại học Lâm Nghiệp giúp đỡ em thời gian học tập nghiên cứu trường - Kính gửi lời cảm tạ tới BGH trường Đại học Lâm Nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho cho học viên trường học tập nghiên cứu - Trung tâm Hạt Nhân TP HCM - Công ty TNHH VIETUBES hỗ trợ đo kiểm mẫu - Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ động viên quý báu tất người Xin trân trọng cảm ơn Học Viên Thực Hiện Nguyễn Hàm Hịa TĨM TẮT Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư chất lượng bề mặt gia công khuôn máy cắt dây JS EDM”là đề tài thực việc khảo sát, tính tốn ứng suất dư bề mặt chi tiết có nhiều tiến so với phương pháp xác định ứng suất dư khác, khơng phá hủy cấu trúc vật liệu thực chi tiết làm việc Điều thuận lợi cho công việc chế tạo, sửa chữa bảo dưỡng chi tiết khuôn dập Kết đạt luận văn khảo sát ứng suất dư độ nhám bề mặt vật liệu SKD11 qua nhiệt luyện cắt với vận tốc cắt khác máy cắt dây y Từ kết cho phép chọn lựa vận tốc cắt tối ưu để ứng suất dư sinh bề mặt sản phẩm trình cắt nhỏ mà đảm bảo độ xác độ nhám bề mặt.Ứng suất nhỏ, độ nhám cao làm cho chất lượng tuổi thọ sản phẩm tang độ bền trình làm việc Kết đạt đề tài là: Phương pháp xác định ứng suất dư cho bề mặt mà không phá hủy sản phẩm Độ xác chất lượng bề mặt chi tiết Học viên Nguyễn Hàm Hòa SUMMARY "Optimizing some technological parameters of wire-cut EDM machine when machining steel SKD11 - Studying affections to stress and surface quality" is the theme of which surveys and risidual stress calculations carried out on surfaces of details This method is considered having more advantages than others because it doesn't destroy the structure of materials while can be done on the on-being fabricated details An advantage to the fabrication, repair and maintenance of details of dies The achievement of the thesis is getting the residual stress and surface roughness of heat treated SKD 11 material when being cut with different cutting speeds by JS EDM CNC wire cutter This result allows us to choose optimum cutting speeds in order to minimize the risidual stress on the surface of product during cutting process while still ensure accuracy and surface roughness The smaller the stress, the higher the roughness will increase the quality and life span as well as the durability of product during work List ofachievements - Method of determining the residual stress to the surface without destroying the product - The accuracy and quality of surface details Author Nguyen Ham Hoa LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Nếu nội dung nghiên cứu trùng lặp với công trình nghiên cứu cơng bố, tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm tuân thủ kết luận đánh giá luận văn Hội đồng khoa học Đồng Nai, ngày 15 tháng năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Hàm Hòa MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU 17 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan phương pháp gia công tia lửa điện [2] 1.1.1 Đặc điểm gia công tia lửa điện 1.1.2 Bản chất vật lý q trình phóng điện phóng tia lửa điện 1.1.3 Cơ cấu bóc tách vật liệu 1.1.4 Vết nứt tế vi bề mặt sau gia công tia lửa điện 1.2 Độ xác tạo hình gia công tia lửa điện yếu tố ảnh hưởng .11 1.2.1 Độ xác gia cơng tia lửa điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố 11 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình gia công tia lửa điện 11 2.2 Gia công cắt dây tia lửa điện 15 2.3 Nguyên lí cắt dây tia lửa điện 16 Chƣơng 2: GIỚI THIỆU VỀ MÁY CẮT DÂY JSEDM 19 2.1 Máy cắt dây tia lửa điện 19 2.2 Công dụng máy cắt dây 19 2.3 Đặc điểm phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 20 Chƣơng 3: MUC TIÊU NỘI DUNG VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 22 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 22 3.2 Nội dung nghiên cứu 22 3.2.1 Nghiên cứu lý thuyết 22 3.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm 22 3.3 Đối tượng nghiên cứu 22 3.3.1 Thiết bị nghiên cứu 23 3.3.2 Vật liệu thí nghiệm 24 3.4 Phương pháp nghiên cứu 24 3.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 24 3.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 24 Chƣơng 4: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 25 4.1 Nghiên cứu cắt dây tia lửa điện 25 4.1.1 Nguyên lí cắt dây tia lửa điện 26 4.1.2 tia lửa điện hai điện cực 27 4.2 Độ xác gia cơng cắt dây tia lửa điện 28 4.2.1 Điện cực vật liệu điện cực 30 4.2.1.1 Yêu cầu vật liệu điện cực 30 4.2.1.2 Các loại dây điện cực 31 4.2.2 Sự thoát phoi cắt dây tia lửa điện 32 4.2.3 Nhám bề mặt cắt dây 33 4.2.4 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 33 4.2.4.1 Dòng phóng tia lửa điện ie bước dịng điện 33 4.2.4.2 Độ kéo dài xung ti 33 4.2.4.3 Khoảng cách xung t0 34 4.2.4.4 Điện áp đánh lửa ui 34 4.2.4.5 Khe hở phóng điện 34 4.2.4.6 Các loại dòng chảy chất điện môi 35 4.2.4.7 Các lỗi thường gặp dòng chảy gây ra: 36 4.2.4.8 Hệ thống lọc chất điện môi 36 4.2.5 Độ nhám bề mặt chi tiết máy 37 4.2.5.1 Khái niệm 37 4.2.5.2 Chỉ tiêu đánh giá 38 4.2.5.3 Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 41 4.3 Cơ sở đo lường ứng suất nhiễu xạ 41 4.3.1 Khái niệm nhiễu xạ x – quang 41 4.3.1.1 Lịch sử phát triển tia x 42 4.3.1.2 Ứng dụng tia x 42 4.3.1.3 Tạo tia x 43 4.3.2 Sự hấp thụ tia x 43 4.3.3 Sự phát tán tia x 44 4.3.4 Nguyên lý nhiễu xạ - công thức braggs 45 4.3.5 Các phương pháp đo máy nhiễu xạ: 46 4.3.5.1 Phương pháp đo kiểu ψ: 47 4.3.5.2 Phương pháp đo kiểu ψ cố định ψ : 47 4.3.5.3 Phương pháp đo kiểu ψ cố định ψo 48 4.3.6 Hệ số hấp thụ 48 4.3.7 Chiều sâu thấm tia x 50 4.4 Cơ sở đo lường ứng suất nhiễu xạ 50 4.4.1 Phương trình 51 4.4.2 Quan hệ dφ,ψ– sin2ψ 53 2.4.2.1 Tách góc ψ 53 4.4.2.2 Quan hệ tuyến tính dφψ – sin2ψ (khơng tách góc ψ) 54 4.4.2.3 Tính ứng suất 54 4.4.3 Ứng suất phẳng - phương pháp “ sin2ψ” 57 2.4.4 Ứng suất khối 57 2.4.5 Xác định khoảng cách mặt tinh thể không ứng suất (do) 59 4.5 Phương pháp đo ứng suất dư kiểm tra độ nhám bề mặt.[7] 59 4.5.1 Phương pháp đo độ nhám: 59 4.5.1.1 Phương pháp so sánh ngoại quan 59 2.5.1.2 Phương pháp sử dụng máy đo độ nhám 60 4.6 Phương pháp so sánh 60 Chƣơng 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 62 5.1 Mục đích 62 5.2 Bố trí thí nghiệm 62 5.2.1 Chuẩn bị mẫu 62 5.2.1.1 Vật liệu thí nghiệm 63 5.2.1.2 Giả thiết thí nghiệm 63 5.2.1.3 Điều kiện thực mẫu làm thí nghiệm 63 5.2.2 Thiết bị đo 63 5.2.2.1 Máy đo độ cứng 63 5.2.2.2 Máy đo độ nhám sj-301 mitutoyo 65 5.2.2.3 Thước so sánh độ nhám (nigata japan) 66 5.2.2.4 Máy nhiễu xạ x-ray viện lượng nguyên tử TP.HCM 66 5.3 Tiến trình thí nghiệm 66 5.3.1 Mơ hình định tính q trình cắt dây tia lửa điện 66 5.3.2 Các thông số đầu vào thí nghiệm 67 5.4 Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm để xác định độ nhám bề mặt suất q trình gia cơng cắt dây tia lửa điện 69 5.5 Kết luận chương 75 5.6 Phương pháp đo ứng suất dư q trình gia cơng cắt dây tia lửa điện76 5.6.1 Lựa chọn phương pháp đo: phương pháp kiểu đo kiểu ψ cố định ψ 76 5.6.2 Đo mẫu gốc M0 (mẫu trước gia công cắt dây) 76 5.7 Kết thí nghiệm 78 5.7.1 Kết mẫu (khi chưa cắt) 78 5.7.2 Kết mẫu lại 81 5.7.2.1 Đường nhiễu xạ mẫu M1 nội suy hàm gauss 81 5.7.2.2 Đồ thị d- sin ψ mẫu M1 81 5.7.2.3 Đường nhiễu xạ mẫu M2 nội suy hàm gauss 82 5.7.2.4 Đồ thị d − sin ψ mẫu M2 82 5.7.2.5 Đường nhiễu xạ mẫu M3 nội suy hàm gauss 83 5.7.2.6 Đồ thị d- sin ψ mẫu M3 83 5.7.2.7 Đường nhiễu xạ mẫu M4 nội suy hàm gauss 84 5.7.2.8 Đồ thị 5.7.2.8 Đồ thị d − sin ψ d − sin ψ mẫu M4 84 mẫu M4 85 5.7.2.9 Đường nhiễu xạ mẫu M5 nội suy hàm gauss 85 5.7.2.10 Đồ thị d − sin ψ mẫu M5 86 5.7.2.11 Đường nhiễu xạ mẫu m6 nội suy hàm gauss 86 5.7.2.12 Đồ thị d − sin ψ mẫu M6 87 5.7.2.13 Đường nhiễu xạ mẫu M7 nội suy hàm gauss 87 5.7.2.14 Đồ thị d − sin ψ mẫu M7 88 5.7.2.15 Đường nhiễu xạ mẫu M8 nội suy hàm gauss 88 5.7.2.16 Đồ thị d − sin ψ mẫu M8 89 5.8 Đồ thị quan hệ vận tốc cắt (v) với ứng suất dư bề mặt cắt 90 Kết luận kiến nghị 91 Kết luận 91 Kiến nghị 91 Tài Liệu Tham Khảo 93 81 −0 Trong : m = - 0.00191 độ dốc đường thẳng nội suy d0 = 0.82870 khoảng cách mặt nhiễu xạ ứng với góc ψ = o 5.7.2 Kết mẫu lại 5.7.2.1 Đường nhiễu xạ mẫu M1 nội suy hàm Gauss Hình 1.47 Đường nhiễu xạ mẫu M1 nội suy hàm Gauss 5.7.2.2 Đồ thị d- sin ψ mẫu M1 y = - 0.00219x + 0.82839 Hình 1.48 Đồ thị d − sin ψ mẫu M1 82 5.7.2.3 Đường nhiễu xạ mẫu M2 nội suy hàm Gauss Hình 1.49 Đường nhiễu xạ mẫu M2 nội suy hàm Gauss 5.7.2.4 Đồ thị d − sin ψ mẫu M2 y = - 0.00226x + 0.82901 Hình 1.50: Đồ thị d − sin ψ mẫu M2 83 5.7.2.5 Đường nhiễu xạ mẫu M3 nội suy hàm Gauss Hình 1.51 Đường nhiễu xạ mẫu M3 nội suy hàm Gauss 5.7.2.6 Đồ thị d- sin ψ mẫu M3 y = - 0.00232x + 0.82864 Hình 1.52 Đồ thị d − sin ψ mẫu M3 84 5.7.2.7 Đường nhiễu xạ mẫu M4 nội suy hàm Gauss Hình 1.53 Đường nhiễu xạ mẫu M4 nội suy hàm Gauss 5.7.2.8 Đồ thị d − sin ψ mẫu M4 y = - 0.00255x+ 0.82916 Hình 1.54 Đồ thị d − sin ψ mẫu M4 85 5.7.2.8 Đồ thị d − sin ψ mẫu M4 y = - 0.00255x+ 0.82916 Hình 1.55 Đồ thị d − sin ψ mẫu M4 5.7.2.9 Đường nhiễu xạ mẫu M5 nội suy hàm Gauss Hình 3.19 Đường nhiễu xạ mẫu M5 nội suy hàm Gauss 86 5.7.2.10 Đồ thị d − sin ψ mẫu M5 y = - 0.00284x+ 0.82931 Hình 1.56 Đồ thị d − sin ψ mẫu M5 5.7.2.11 Đường nhiễu xạ mẫu M6 nội suy hàm Gauss Hình 1.57 Đường nhiễu xạ mẫu M6 nội suy hàm Gauss 87 5.7.2.12 Đồ thị d − sin ψ mẫu M6 y = - 0.00358x+ 0.82945 Hình 1.58 Đồ thị d − sin ψ mẫu M6 5.7.2.13 Đường nhiễu xạ mẫu M7 nội suy hàm Gauss Hình 1.59 Đường nhiễu xạ mẫu M7 nội suy hàm Gauss 88 5.7.2.14 Đồ thị d − sin ψ mẫu M7 y = - 0.00380x + 0.82900 Hình 1.60 Đồ thị d − sin ψ mẫu M7 5.7.2.15 Đường nhiễu xạ mẫu M8 nội suy hàm Gauss Hình 1.61 Đường nhiễu xạ mẫu M8 nội suy hàm Gauss 89 5.7.2.16 Đồ thị d − sin ψ mẫu M8 y = - 0.00403x+ 0.82922 Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu 2θ Max d 2θ Max d 2θ Max d 2θ Max d 2θ d 2θ Max d 2θ Max d Mẫu Mẫu 2θ Max d 2θ Max d 90 3.3 Đồ thị quan hệ vận tốc cắt (v) với ứng suất dƣ bề mặt cắt Hình 1.63: Ảnh hưởng vận tốc cắt tới ứng suất Dựa vào kết tính tốn trên, ta thể kết luận sau : Khi ta giảm vận tốc cắt từ 333(xung/ms) xuống 83(xung/ms) ứng suất bề mặt gia cơng tăng dần Sự biến thiên ứng suất vận tốc cắt thay đổi ta có thề giải thích sau : Khi vận tốc giảm dần thời gian kéo dài xung t p tăng làm thời gian dòng phóng tia lửa điện t i tăng, khoảng cách xung t không đổi Thời gian t i dài nhiệt độ bề mặt cắt cao, phoi cắt tạo nhiều thời gian bị ảnh hưởng nhiệt cao lâu Thời gian t thời gian làm lạnh bề mặt phôi để đưa phoi thoát khỏi khe cắt Ta thấy t p tăng tỷ số thời gian t i /t tăng, làm cho đơn vị diện tích bề mặt cắt bị ảnh hưởng nhiệt cao lâu Đây nguyên nhân làm cho ứng suất bề mặt cắt tăng Một nguyên nhân khác t i /t tăng làm cho áp suất tác dụng lên bề mặt cắt tăng áp suất thoát phoi tăng lên 91 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Kết luận Qua thời gian tìm học tập nghiên cứu tiến hành thí nghiệm, khảo sát trình cắt máy cắt dây Kết đạt đề tài sau: Nhận biết thông số ảnh hưởng ứng suất dư trêm bề mặt, độ nhám trình cắt Ảnh hưởng điện áp Vol đến chất lượng bề mặt gia công ứng suất dư bề mặt Ảnh hưởng bề mặt gia công đến khả làm việc khn dập, ép Từ tìm hiểu cách sử dụng hiệu lựa chọn điều kiện cắt hợp lý để tiến hành thí nghiệm khảo sát nhằm đạt kết quả, đảm bảo an toàn cho người sử dụng điều chỉnh thông số cắt Lập bảng biểu so sánh độ nhám bề mặt bề mặt thay điều kiện phóng điện Lập bảng biểu so sánh ứng suất bề mặt thay đổi điều kiện phóng điện Xây dựng biểu đồ mối quan hệ điều kiện phóng điện, độ nhám bề mặt ứng suất dư bề mặt cắt Đưa biện thông số công nghệ, biện pháp điều kiện phóng điện, nhằm thay đổi chế độ cắt tối ưu để cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết cắt dây CNC Các kết thu tiến hành thực nghiệm với loại vật liệu điều kiện thực nghiệm định Tuy nhiên trình bày mục tiêu đồ án xác định điều kiện cắt Có thể tham khảo áp dụng cách xây dựng để gia công vật liệu khác thép C45 điều kiện thực nghiệm khác để nâng cao chất lượng bề mặt gia công Khiến nghị: Lựa chọn phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm phù hợp để tiếp tục xử lý số liệu thu thập Tiếp tục mở rộng nghiên cứu dịng chảy chất điện mơi ảnh hưởng điên điều kiện cắt, suất độ xác chi tiết 92 Tiếp tục mở rộng thực nghiệm loại vật liệu khác ( SKD61, SKS95, SKS94) Sử dụng điều kiện phóng điện khác để cắt mẫu với điều kiện giống với thí nghiệm thực với vật liệu SKD61 để có so sánh, đánh giá rõ hiệu 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt PGS, TS Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hố q trình gia cơng cắt gọt, NXB Giáo dục PGS, TS Vũ Hoài Ân (2007), Gia công tia lửa điện CNC, NXB Khoa học kỹ thuật Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng trình cắt, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật Trần Mao, Phạm Đình Sùng (1998), Vật liệu khí, NXB Giáo dục PGS, TS Bùi Minh trí, (2005) xác suát thống kê quy hoạch thực nghiệm, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội GS, TSKH Phan Quốc Khánh - TS Trần Huệ Nương (2003), Quy hoạch tuyến tính, NXB Giáo dục Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia cơng thực nghiệm, NXB khoa học kỹ thuật PGS, TS Bùi Minh Trí (2005), Xác suất thống kê quy hoạch thực nghiệm, NX B Khoa học kỹ thuật 10 Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC, NXB Khoa học kỹ thuật 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, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên 13 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 sỹ kỹ thuật, Trường Đại học bách khoa Hà Nội 14 Tào Ngọc Minh (2007), Nghiên cứu ảnh hưởng yếi tố công nghệ đến chất lượng bề mặt máy cắt dây Tia lửa điện, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học bách khoa Hà Nội 15 Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab ứng dụng, 94 NXB khoa học kỹ thuật Tiếng Anh 16 M.P.Garg (2012), Investigation of the Effect of Process Parameters on Surface Roughness in Wire EDM of Titanium Alloy, Advanced Materials Research, Vols 472-475 17 X Yang (2013), Molecular dynamics simulation of residual stress generated in EDM, Procedia CIRP vol.6, p p 433 – 438 18 Anmol Bhatia et al (2014), A Study to achieve minimum surface roughness in wire EDM, Procedia Materials Science, vol 5, pp 2560 – 25 19 Bulent Ekmekci (2007), Residual stresses and white layer in electric discharge machining (EDM), Applied Surface Science z, Vol.253 pp 9234–9240 20 CNC Wire cut EDM - Chmer EDM Ching Hung Mechinery and Electric Industrial Co, Ltd - Taiwan ... TẮT Đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư chất lượng bề mặt gia công khuôn máy cắt dây JS EDM”là đề tài thực việc khảo sát, tính tốn ứng suất dư bề mặt chi tiết... công, thể qua tiêu chí độ nhám, ứng suất dư bề mặt cần thiết Với lý trình bày chọn thực đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư chất lượng bề mặt gia công khuôn máy. .. nghiên cứu Trong phạm vi thời gian thực đề tài nghiên cứu ảnh hưởng số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư chất lượng bề mặt may cắt dây js edm , thép SKD11 có bề dày 17mm lựa chọn để nghiên cứu chế