S N y s 2 1 / 10 log( i ) S N y n
Quá trình gia công tia lửa điện được mô tả bao gồm các thông số đầu vào bao gồm các thông số về điện như dòng điện xung Ie, điện áp xung Ue, độ kéo dài xung ti, khoảng cách xung t0, ... và các thông tin về công nghệ về điện cực, về dung dịch chất điện môi, chương trình gia công và các loại nhiễu trong quá trình gia công. Đầu ra là các yếu tố như kích thước gia công, độ bóng bề mặt, năng suất gia công,.... cụ thể nó được mô hình hoá như trong [9].
Các thông số đầu vào bao gồm rất nhiều các yếu tố, Tuy nhiên trong quá trình phân tích và tìm hiểu thì tác giả chọn ra ba yếu tố để khảo sát đó chính là I, ti, to và ba yếu tố này cũng chính là ba yếu tố quan trọng được nhà sản xuất thiết lập ngay trên màn hình máy gia công để cho người lập trình dễ dàng thao tác.
Hình 3.15. Các thông số trên bảng điều khiển của máy cắt dây.
+ Điều kiện thí nghiệm và các giả thiết của thí nghiệm
Các thí ngiệm được thiết kế với những giả thiết sau đây: - Bề rộng phôi cắt bằng nhau.
- Tiết diện dây coi như không đổi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm. - Chất lượng chất dung môi và điều kiện dòng chảy chất điện môi trong tất cả các thí nghiệm là như nhau.
- Nhiệt độ môi trường gia công luôn luôn ổn định và bằng nhiệt độ trong phòng gia công.
- Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công là ổn định và không đổi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm.
- Lực căng dây luôn ổn định khi gia công.
+ Các yếu tố cần kiểm soát và mức độ của chúng
Để chọn ra được các giá trị cụ thể cho từng thông số trong thí nghiệm tác giả đã sử dụng những thông số kinh nghiệm của công ty trong việc gia công các sản phẩm khuôn mẫu. Để từ đó có được vùng giá trị tin cậy. Trong đó:
Dòng phóng tia lửa điện Ie (A): 7-9 Độ kéo dài xung ti (µs): 3-5
Khoảng cách xung to (µs): 5-7 + Dòng phóng tia lửa điện Ie: Trong thí nghiệm cơ bản:
- Mức cao được chọn: Imax = 9 - Mức thấp được chọn: Imin = 7 - Mức cơ bản: I0 = 8 (mm) - Khoảng biến thiên: ΔI = 1 + Độ kéo dài xung ti:
Trong thí nghiệm cơ bản:
- Mức cao được chọn: timax = 5 - Mức thấp được chọn: timin = 3 - Mức cơ bản: ti0 = 4
+ Khoảng cách xung t0: Trong thí nghiệm cơ bản:
- Mức cao được chọn: tomax = 7 - Mức thấp được chọn: tomin = 5 - Mức cơ bản: to0 = 6
- Khoảng biến thiên: Δto = 1 + Lựa chọn mảng trực giao phù hợp
Từ bước 2 ta có thể tóm tắt cấp độ ảnh hưởng của các biến đầu vào như sau: Các biến đầu vào I ti to
Mức ảnh hưởng 3 3 3
Bảng 3.6. Mức hưởng của các biến đầu vào
Dựa vào bảng 2.4 ta chọn mảng trực giao L9(3) để khảo sát sự ảnh hưởng của 3 yếu tố: Dòng phóng tia lửa điện Ie, Thời gian xung ti, Khoảng cách xung to đến chất lượng bề mặt gia công
Bảng 3.7. Bảng lựa chọn mảng trực giao theo số cấp độ của biến đầu vào Sơ đồ mảng trực giao để thực hiện thí nghiệm:
L 9 (3) mảng trực giao
Biến độc lập Thông số giá trị Thí nghiệm Biến 1 Biến 2 Biến 3
1 1 1 1 p1
2 1 2 2 p2
4 2 1 2 p4 5 2 2 3 p5 6 2 3 1 p6 7 3 1 3 p7 8 3 2 1 p8 9 3 3 2 p9
Bảng 3.8. Sơ đồ mảng trực giao thực hiện thí nghiệm Bảng kết quả thí nghiệm:
L 9 (3) mảng trực giao
Biến độc lập Thông số giá trị Thí nghiệm I (A) ti (µs) to(µs) Độ nhám Ra
1 7 3 5 6.466 2 7 4 6 5.543 3 7 5 7 7.253 4 8 3 6 6.204 5 8 4 7 6.102 6 8 5 5 7.256 7 9 3 7 5.779 8 9 4 5 7.208 9 9 5 6 7.817 Bảng 3.9. Bảng kết quả thí nghiệm + Xử lý kết quả thí nghiệm
Để xử lý kết quả thí nghiệm trước hết ta cần phải chọn được hàm mục tiêu: Giá trị trung bình: 1 1 n i i y y n Độ lệch cơ bản: 2 1 1 n i i y y S n
Từ đó ta có ba hàm mục tiêu cơ bản sau:
- Nhỏ hơn thì tốt hơn (Áp dụng cho những đối tượng yêu cầu cao về sự chính xác): 2 1 1 10 log n S i i SN y n .
- Bình thường thì tốt hơn (Áp dụng cho những đối tượng cần giảm tần số điều biến): 2 2 10 log T y SN S
- Lớn hơn thì tốt hơn (Áp dụng cho những đối tượng cần về độ lớn):
2 1 1 1 10 log n L i i SN n y
Như vậy để nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến chất lượng gia công ta chon hàm mục tiêu là hàm “nhỏ hơn thì tốt hơn”.
Bảng số liệu thông qua sử lý như sau:
L 9 (3) mảng trực giao
Biến độc lập Thông số Giá trị Thử nghiệm I (A) ti (µs) to(µs) Độ nhám Ra (µm) Giá trị trung bình S/N 1 0.30 0.20 100 6.466 6.466 - 16.2127 2 0.30 0.25 110 5.543 5.543 - 14.8749 3 0.30 0.30 120 7.253 7.253 - 17.2104 4 0.55 0.20 110 6.204 6.204 - 15.8534 5 0.55 0.25 120 6.102 6.102 -
15.7094 6 0.55 0.30 100 7.256 7.256 - 17.2139 7 0.80 0.20 120 5.779 5.779 - 15.2371 8 0.80 0.25 100 7.208 7.208 - 17.1563 9 0.80 0.30 110 7.817 7.817 - 17.8608
Bảng 3.10: Bảng số liệu thông qua xử lý
+ Ứng dụng phần mềm Minitab 17 để tính toán và vẽ đồ thị. Các bƣớc nhƣ sau:
Hình 3.16. Ứng dụng phần mềm Minitab để tính toán
- Chọn phương pháp thí nghiệm: Chọn DOE sau đó chọn phương phápTaguchi - Chon mảng trực giao phù hợp.
- Nhập số liệu của bài toán.
- Chọn đầu ra của bài toán và hàm cần tìm. - Chọn hiển thị trên phần mềm.
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab
+ Dựa vào đồ thị “Means” ta có thể thấy ngay sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào là: dòng phóng tia lửa điện (Ie), thời gian xung (ti), khoảng cách xung (to) đến chất lượng bề mặt khi gia công trên máy cắt dây.
- Trục Tung thể hiện độ nhám bề mặt gia công (Ra) và trục Hoành thể hiện giá trị độ lớn của các biến đầu vào (I, ti, to).
- Với đồ thị dòng phóng tia lửa điện ta có thể thấy ngay tại giá trị I = 7 thì độ độ nhám bề mặt là nhỏ nhất, tương tự trên đồ thị lượng thời gian xung (ti), khoảng cách xung (to) ta có thể chọn được ngay thời gian xung (ti) là 3 và khoảng cách xung (to) thì đảm bảo cho độ nhám bề mặt là tốt nhất.
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn S/N giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab + Dựa vào đồ thị “S/N” ta có thể khẳng định được sự lựa chọn trên là hoàn toàn đúng với sự ảnh hưởng của các yến tố đầu vào đến độ nhám bề mặt.
- Những đồ thị con thuộc đồ thị S/N đã thể hiện rõ điều này. Ví dụ ở đồ thị dòng phóng tia lửa điện thì sự ảnh hưởng của giá trị 7 là lớn nhất, tương tự đồ thị thời gian xung (ti)và khoảng cách xung (to) ta cũng có thể chọn được giá trị tương ứng là ti = 3 và to = 7
Như vậy bộ thông số tối ưu được chọn để sao cho độ nhám bề mặt cần gia công là nhỏ nhất là: [ I; ti; to] =[ 7; 3; 7 ] và bộ thông số này tác giả sẽ ứng dụng để gia công cắt dây biên dạng lòng khuôn.
Sau khi thí nghiệm 9 mẫu thí nghiệm, Tác giả tiến hành gia công mẫu với bộ thông số tính toán tối ưu.
Hình 3.19. Đo độ nhám lòng khuôn sau khi gia công
Với bộ thông số tối ưu là :[ I; ti; to] =[ 7; 3; 7], Tác giả đã đo được độ nhám lòng khuôn sau khi gia công là Ra = 4.8 µm và nhận thấy rằng độ nhám lòng khuôn đạt được là nhỏ nhất trong 9 thí nghiệm và hoàn toàn đạt yêu cầu là tìm ra bộ thông số công nghệ trong khoảng nghiên cứu sao cho độ nhám là nhỏ hơn.
3.3. Kết luận chƣơng 3
Chương này tác giả đã ứng dụng công nghệ CAD/CAM để tiến hành gia công các chi tiết của bộ khuôn đùn cao su, cụ thể hơn đó là ứng dụng phần mềm Mastercam để lập trình gia công các chi tiết của khuôn trên máy phay CNC.
Mặt khác, tác giả nhận thấy rằng chất lượng khi gia công cắt dây biên dạng đầu đùn đóng vai trò quyết định đến chất lượng sản phẩm đùn. Do đó tác giả đã sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tìm ra được bộ thông số tối ưu với thời gian và số lần thí nghiệm là ít nhất.
Trong chương này tác giả cũng nghiên cứu và ứng dụng phần mềm Minitab để tiến hành xử lý số liệu và vẽ các đồ thị ảnh hưởng nhằm tiết kiệm thời gian và hiệu quả công việc khi sản xuất thực.
Sau khi tiến hành lập trình gia công và nghiên cứu các thông số ảnh hưởng tác giả đã tìm ra được bộ thông số tối ưu và tiến hành gia công, kết quả là một bộ khuôn đùn cao su hoàn chỉnh.
KẾT LUẬN CHUNG
Kết luận về phần lý thuyết
Luận văn đã đưa ra những nghiên cứu về cơ sở lý thuyết về công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse Engineering), vật liệu cao su và thiết kế khuôn đùn cao su. Và nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/CAM để tiến hành gia công các chi tiết của khuôn nhằm nâng cao độ chính xác và gia tăng hiệu quả kinh tế.
Tác giả cũng tiến hành nghiên cứu lý thuyết về sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi gia công cắt dây, nghiên cứu lý thuyết về phương pháp quy hoach thực nghiệm Taguchi và các phần mềm hỗ trợ để từ đó giải các bài toán một cách nhanh chóng và hiểu quả.
Luận văn này tác giả nghiên cứu một số phần mềm ứng dụng như: Phần mềm Rapidform để xử lý dữ liệu đo và hỗ trợ thiết kế lại biên dạng mặt cắt ngang của gioăng cao su. Phần mềm Inventor để thiết kế khuôn bao gồm thiết kế mô hình 3D và tạo các bản vẽ chế tạo. Nghiên cứu phần mềm Mastercam để lập trình gia công cho máy phay CNC, Nghiên cứu phần mềm Minitab để giải bài toán quy hoạch thực nghiệm.
Kết luận về phần thực nghiệm
Dựa trên những kế quả lý thuyết đã nghiên cứu về công nghệ kỹ thuật ngược và công nghệ CAD/CAM tác giả đã tiến hành đo mẫu, xử lý dữ liệu mây điểm và thiết kế được một bộ khuôn đùn gioăng cao su hoàn chỉnh.
Tác giả cũng tiến hành thí nghiệm 9 mẫu cắt dây để từ đó đưa ra được bộ thông số tối ưu khi gia công theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi.
Kết quả của luận văn tác giả cũng đã thực nghiệm gia công hoàn chỉnh một bộ khuôn đùn gioăng cao su.
Kiến nghị
Với thời gian và kinh phí còn hạn hẹp cho nên tác giả mới dừng lại nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse Engineering), công nghệ CAD/CAM cùng với phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi vào thiết kế và chế tạo khuôn đùn gioăng cao su nên hướng phát triển của đề tài là tiếp tục phát triểnđưa khuôn đùn vào máy đùn để chế tạo sản phẩm từ đó có những đánh giá và hiệu chỉnh hoàn thiện hơn về khuôn đùn đã thiết kế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bành Tiến Long (2000), CAD/CAM CIMATRON, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[2] Bành Tiến Long, Trần Xuân Thái, Hoàng Vĩnh Sinh, Bùi Ngọc Tuyên (2005), Tin học kỹ thuật ứng dụng, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[4] Trần Vĩnh Hưng (2007), MasterCam phần mềm thiết kế công nghệ CAD/CAM điều khiển các máy CNC, NXB. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[5] Trần Vĩnh Hưng (2004), Autodesk Inventor - Phần mềm thiết kế công nghiệp, NXB. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[6] Ngô Mạnh Long (2013), Vật liệu và công nghệ gia công chất dẻo, NXB Giáo dục Việt Nam,tr. 119-188.
[7] Nghiêm Hùng (1997), Sách tra cứu thép, gang thông dụng, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tr 275-282.
[8] Trần Vĩnh Hưng (2009), Nghiên cứu hệ số điều chỉnh biên dạng khuôn đùn gioăng cao su, Tạp chí cơ khí Việt Nam, số 143.
[9] Ngô Ngọc Vũ, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cam của trục cam DS60 động cơ Diesel bằng phương pháp bao hình và các giải pháp công nghệ bề
mặtnâng cao chất lượng của cam, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật,Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, tr. 64-68.
[10]Zhiliang Xia (2014), Application of Reverse Engineering based on Computer in ProductDesign, International Journal of Multimedia and Ubiquitous Engineering Vol.9, No.5,pp.343-354.
[11] Tadi SURESH BABU (2011), Rapid mould manufacturing for sculpture shape part by Reverse engineering and CAD/CAM, Proceedings in Manufacturing Systems, Volume. 6, Issue 3.
[12] Y. Li, and P. Gu (2004), Free-form surface inspection techniques state of the art review, Computer-Aided Design, vol. 36, no. 13, pp. 1395-1417.
[13]P. Minetola (2015), A customer oriented methodology for reverse engineering software selection in the computer aided inspection scenario, Computers in Industry 67, pp. 54–71.
[14] A. Gameros (2015), A reverse engineering methodology for nickel alloy turbine blades with internal features, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology.
[15] Y.S. Ha (2008), Finite element analysis of rubber extrusion forming process for automobile weather strip, Elsevier Inc.
[16]CAD/CAM: Theory and Practice, Mc Grall-Hill, Inc.,New York.
[17] Chris Rauwendaal (2014), Polymer Extrusion 5th Edition, Hanser Publishers, Munich Hanser Publications.
[18] Burak Erman, James E. Mark, C. Michael Roland (2013),The Science and Technology of Rubber Fourth Edition, Elsevier Inc.
[19] Taguchi (1981), G. On-line Quality Control during Production. Japan Standard Association, Tokyo.
PHỤ LỤC 1: CÁC BẢN VẼ
PHỤ LỤC 2:
Hình 6. Sản phẩm thực tế của gioăng cao su ô tô.
Hình 7. Kết quả khuôn sau khi gia công hoàn chỉnh.
Hình 9. Máy phay CNC sử dụng gia công khuôn
Hình 10. Mẫu thí nghiệm cắt dây
Hình 12. Đo độ nhám bề mặt của các mẫu cắt dây
(Máy đo độ nhám SurfCom Flex)
Hình 13. Đo độ nhám vùng lòng khuôn