Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu khi cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi đã qua tôi

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số quá trình (Thời gian đóng xung Ton, thời gian ngắt xung Toff, điện áp phóng điện SV, điện áp đánh tia lửa điện VM, vận tốc dây WF, vận tốc cắt SPD) đến độ nhám bề mặt và năng suất gia công khi cắt dây vật liệu 9CrSi sau khi tôi. Mời các bạn tham khảo!

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ HOA NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN LỖ HÌNH RÃNH THEN THÉP 9CrSi ĐÃ QUA TƠI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ THÁI NGUYÊN, 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Trừ phần tham khảo nêu rõ Luận văn Tác giả NGUYỄN THỊ HOA Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – PGS.TS Vũ Ngọc Pi, người hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến q trình viết hồn chỉnh Luận văn Tác giả chân thành cảm ơn TS Đỗ Thị Tám, phòng KHCN Hợp tác quốc tế Th.s Nguyễn Mạnh Cường, Ths Lưu Anh Tùng, giảng viên khoa Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp tận tình giúp đỡ tác giả trình thực phân tích kết thí nghiệm Xin chân thành cám ơn hỗ trợ Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp, ĐH Thái Nguyên thông qua đề tài KHCN mã số T2018-B13 Nhà trường Tác giả bày tỏ lòng biết ơn thầy, cô giáo bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tác giả NGUYỄN THỊ HOA Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mở đầu I Tính cấp thiết đề tài II Mục đích đối tượng phương pháp nghiên cứu III Ý nghĩa đề tài IV Nội dung đề tài CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 10 1.1 Giới thiệu 10 1.2 Hệ thống gia công tia lửa điện 10 1.2.1 Bộ tạo xung 10 1.2.2 Cơ cấu servo 10 1.2.3 Điện cực 11 1.2.4 Dung dịch điện môi 12 1.3 Bản chất q trình gia cơng xung điện 13 1.4 Kết luận chương 16 CHƯƠNG II MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THƠNG SỐ ĐIỀU CHỈNH TRONG Q TRÌNH GIA CƠNG 17 2.1 Giới thiệu máy cắt dây tia lửa điện 18 2.2 Ưu nhược điểm phương pháp gia cơng cắt dây tia lửa điện 19 2.3 Độ xác gia công tia lửa điện 19 2.4 Dây cắt vật liệu điện cực 20 2.5 Sự thoát phoi cắt dây tia lửa điện 20 2.6 Độ nhám bề mặt gia công 21 2.7 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 22 2.8 Kết luận chương 23 24 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ NĂNG SUẤT GIA CÔNG TRONG GIA CÔNG CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN THÉP 90CrSi SAU KHI TƠI 3.1 Thiết kế thí nghiệm 25 3.1.1 Các giả thiết thí nghiệm 25 3.1.2 Điều kiện thực thí nghiệm 25 3.1.2.1 Thiết bị thí nghiệm 25 3.1.2.2 Vật liệu gia công 26 3.1.2.3 Các dụng cụ đo kiểm 27 3.2 Xây dựng hàm mục tiêu tối ưu hóa số thơng số cơng nghệ gia 28 công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau tơi 3.2.1 Mơ hình định tính q trình cắt dây tia lửa điện 28 3.2.2 Các thông số đầu vào thí nghiệm 31 3.3 Ảnh hưởng thông số gia công đến nhám bề mặt vận tốc cắt 32 cắt thẳng 3.4 Ảnh hưởng thông số gia công đến nhám bề mặt vận tốc cắt 48 cắt cong CHƯƠNG IV 63 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KHUYẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 BÀI BÁO ĐÃ XUẤT BẢN 66 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn PHẦN MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - Gia công cắt dây tia lửa điện (gọi tắt gia công cắt dây) phương pháp gia công tiên tiến sử dụng rộng rãi Trong gia công cắt dây, dây cắt chuyển động liên tục điện cực sử dụng để cắt vật liệu dẫn điện Gia công cắt dây sử dụng rộng rãi để gia công chi tiết dạng lỗ thông khuôn đùn, ép kim loại, loại cối đột thép, cối đột định hình, cối dập viên định hình cho ngành dược vv… Phương pháp đặc biệt hiệu gia công lỗ nhỏ sâu, lỗ, rãnh có thành mỏng vật liệu dẫn điện khó gia cơng thép khơng rỉ, thép tơi cứng… Vì có nhiều nghiên cứu ngồi nước lĩnh vực Có thể nêu số nghiên cứu điển hình tối ưu hóa gia cơng cắt dây sau: Trong [1] trình bày tiến mà công nghệ cắt dây đạt Dao động dây cắt khảo sát [2, 3] nhằm nâng cao độ xác gia công Trong [4] nghiên cứu nguyên nhân gây đứt dây cắt phương pháp điều khiển để hạn chế đứt dây Trong [5] đưa kết nghiên cứu xác định giá trị tối ưu tham số trình cắt thép SKD11 thời gian đóng thời gian ngắt xung, tốc độ di chuyển bàn, lực căng dây Trong gia cơng cắt dây, có nhiều thơng số cơng nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, suất gia cơng, độ xác gia cơng Chất lượng bề mặt suất gia công hai yếu tố quan tâm nhiều Do vậy, có nhiều nghiên cứu tập trung vào xác định thông số tối ưu để nâng cao chất lượng bề mặt suất cắt [6, 7, 8, 9, 10], nghiên cứu tối ưu dạng đơn mục tiêu [8, 11], có tối ưu dạng đa mục tiêu [6, 7, 9, 10] ] Bên cạnh đó, nghiên cứu tập trung vào việc xác định chế độ cắt tối ưu cho loại vật liệu khác chế độ tối ưu gia công hợp kim ti tan, vonfram… [11, 12] Ở nước ta đến có số nghiên cứu tối ưu hóa cắt dây tia lửa điện Cụ thể, [13] khảo sát ảnh hưởng thời gian đóng, ngắt xung điện áp đánh lửa đến suất gia công độ nhám bề mặt gia cơng thép 9CrSi Trong [14] trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng điện áp phóng điện cường độ dịng điện đến suất gia cơng độ nhám bề mặt gia công cắt dây vật liệu SKD61 Từ phân tích trên, nói có khơng nghiên cứu gia công cắt dây tia lửa điện Các nghiên cứu đề cập đến nhiều vấn đề trình cắt dây có xác định thơng số tối ưu trình cắt dây nhằm nâng cao độ xác tăng suất cắt Bài tốn tối ưu hóa q trình cắt dây nghiên cứu gia công nhiều loại vật liệu khác Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Trên thực tế sản xuất nước ta, có nhiều sản phẩm sản phẩm xác cần sử dụng ngun cơng cắt dây để chế tạo loại khuôn đùn, ép kim loại, khuôn cối đột, cắt kim loại, khuôn cối dập viên vv Tại Doanh nghiệp tư nhân khí xác Thái Hà gia cơng sản phẩm chi tiết lỗ hình rãnh then vật liệu 9CrSi, chiều sâu 22mm chế độ cắt sử dụng chưa tối ưu Như phân tích trên, có nhiều nghiên cứu xác định thông số tối ưu cắt dây chưa có nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi Chính “Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi qua tơi” cấp thiết II MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục đích đề tài - Nghiên cứu xác định ảnh hưởng thơng số q trình (Thời gian đóng xung Ton, thời gian ngắt xung Toff, điện áp phóng điện SV, điện áp đánh tia lửa điện VM, vận tốc dây WF, vận tốc cắt SPD) đến độ nhám bề mặt suất gia công cắt dây vật liệu 9CrSi sau - Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi qua tơi 2.2 Đối tượng nghiên cứu Máy: Máy cắt dây Fanus Robotcut α-1iA (của Doanh nghiệp tư nhân Cơ khí Chính xác Thái Hà); Vật liệu gia công: thép 9CrSi sau tơi đạt độ cứng 5562HRC Dây: Dây đồng có đường kính 0,25mm 2.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm III Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Ý nghĩa khoa học - Từ kết nghiên cứu thực nghiệm, đề tài đưa hàm tốn học mơ tả mối quan hệ nhám bề mặt suất cắt với thông số q trình gia cơng với thời gian phóng điện Ton, thời gian ngắt xung Toff, điện áp phóng điện SV, điện áp đánh tia lửa điện VM, vận tốc dây WF, vận tốc cắt SPD gia công thép 9CrSi sau tơi Từ đưa tham số tối ưu gia cơng làm sở phục vụ cho nghiên cứu khác - Đề tài góp phần hiểu rõ ảnh hưởng thơng số q trình đến suất chất lượng gia cơng Thêm vào đó, xác định thơng số tối ưu cho q trình cắt dây lỗ hình then thép 9CrSi nói riêng Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Gia công tia lửa điện cắt dây ngày sử dụng rộng rãi nhiều nước giới Vì vậy, đề tài có ý nghĩa thực tiễn gia công khuôn dập, khuôn ép, cối dập thuốc… Áp dụng gia công sản phẩm Doanh nghiệp khí Thái Hà IV NỘI DUNG ĐỀ TÀI Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, phần mở đầu, kết luận chung phụ lục luận văn trình bày nội dung sau: Chương Tổng quan gia công tia lửa điện Nghiên cứu tổng quan EDM Chương Máy cắt dây thông số điều chỉnh q trình gia cơng - Nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tượng xảy trình cắt - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến trình cắt Chương Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt suất gia công gia công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau tơi - Thiết lập thí nghiệm - Xây dựng hàm mục tiêu tối ưu hóa số thơng số công nghệ gia công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau - Nghiên cứu thực nghiệm xác định hàm toán học biểu diễn mối quan hệ số thông số công nghệ với nhám bề mặt suất gia công gia công cắt dây thép 9CrSi sau - Tối ưu hóa hai mục tiêu xác định chế độ gia cơng đảm bảo suất nhám bề mặt theo yêu cầu Chương 4: Kết luận chung khuyến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 1.1 Giới thiệu Nguyên lý gia công tia lửa điện phát nhà nghiên cứu người Anh Toseph Priestley (1733-1809) vào năm 1770 Tuy nhiên, đến năm 1943 vợ chồng Lazarenko (người Nga) giới thiệu phương pháp gia cơng tia lửa điện Q trình gia cơng tia lửa điện (tiếng anh Electrical Discharge Machining (viết tắt EDM)) q trình bóc tách vật liệu nhờ tia lửa điện phóng thơng qua q trình điện nhiệt làm nóng chảy bốc kim loại Tiếp đó, phát triển cơng nghệ điều khiển CNC tạo bước phát triển lớn gia công tia lửa điện phương pháp trở thành phương pháp gia công không truyền thống ứng dụng nhiều gia công Phương pháp gia cơng tia lửa điện có đặc điểm sau: - Điện cực (hay dụng cụ cắt): Có độ cứng thấp nhiều so với vật liệu phôi Vật liệu điện cực thường đồng, grafit… - Vật liệu phôi: phải vật liệu dẫn điện; thường vật liệu khó gia cơng thép khơng gỉ, loại thép khó gia cơng, thép tơi cứng, hợp kim cứng vv - Trong gia công tia lửa điện phải sử dụng chất lỏng điện môi làm môi trường gia công Đây dung dịch không dẫn điện điều kiện làm việc bình thường Phạm vi sử dụng: Phương pháp gia công tia lửa điện thường dùng để tạo mặt trụ, mặt có biên dạng định hình, phức tạp; để gia cơng mặt địi hỏi độ xác cao biên dạng cam, biên dạng thân khai, cycloid… Phương pháp đặc biệt hiệu gia công lỗ nhỏ sâu, lỗ, rãnh có thành mỏng với độ bóng tương đối cao (Ra = 1,6 ÷ 0,8 μm) độ xác cao thơng thường khoảng ±0.013mm 1.2 Hệ thống gia cơng tia lửa điện Hình 1.1 [13] biểu diễn sơ đồ hệ thống gia công tia lửa điện Hệ thống gồm có tạo xung, cấu điều khiển chạy dao servo, điện cực dung dịch điện mơi Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1.2.1 Bộ tạo xung Bộ tạo xung nhằm tạo xung điện chiều đóng ngắt theo thời gian định với điện áp cường độ dòng điện xác định Bộ tạo xung có kiểu RC, RLC kiểu CC kiểu RC (mạch điện trở - tụ điện) (Hình 1.2) sử dụng phổ biến [14] 1.2.2 Cơ cấu servo Cơ cấu servo nhằm đảm bảo khoảng cách định hai điện cực để trì phóng điện Thơng thường khoảng cách từ 0,01 đến 0,02 mm [14] Việc điều khiển chuyển động điện cực thực mạch điều khiển tự động Các mạch mạch điều khiển cuộn dây hình ống kiểu điện động [14] Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống gia cơng xung điện [13] Hình 2.2: Mạch tạo xung RC [14] 1.2.3 Điện cực Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN 10 http://lrc.tnu.edu.vn ... xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi Chính ? ?Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi qua tơi” cấp thiết II... vận tốc dây WF, vận tốc cắt SPD) đến độ nhám bề mặt suất gia công cắt dây vật liệu 9CrSi sau - Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cắt dây tia lửa điện lỗ hình rãnh then thép 9CrSi qua tơi... tiết lỗ hình rãnh then vật liệu 9CrSi, chiều sâu 22mm chế độ cắt sử dụng chưa tối ưu Như phân tích trên, có nhiều nghiên cứu xác định thông số tối ưu cắt dây chưa có nghiên cứu xác định chế độ cắt