VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
3.2.4.2. Thước đo chiều dài
Thước đo chiều dài 1/1000 (đo kích thước của mẫu thí nghiệm). Thước cặp hiển thị số điện tử của hãng Mitutoyo – Nhật Bản. Hình ảnh của thước cặp như hình 3.13.
Hình 3.12 - Thước cặp điện tử 3.3 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM
3.3.1. Kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm.
Trước khi tiến hành quy hoạch thực nghiệm cần phải xác định xem các thực nghiệm có đồng nhất hay không. Để kiểm tra tính đồng nhất của các thực nghiệm ta thực hiện một số thí nghiệm song song trong phạm vi thay đổi các thông số đầu vào. Tính đồng nhất được hiểu là tính ổn định của các thí nghiệm. Như vậy, sau khi kiểm tra tác giả đã xây dựng được bảng sau:
Trong đó: Yi - là giá trị trung bình. Si
2
- là phương sai.
Để kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm cần xác định tỷ số giữa phương sai lớn nhất và tổng các phương sai: Gp = 2 2 max i i S S
Thay số vào ta được:
Gp = 0,02
(0,013+0,005+0,01+0,02) = 0,417
Giá trị GT theo phụ lục 22 (Sách “Các Phương Pháp Xác Định Độ Chính Xác Gia
Công” của GS.TS. Trần Văn Địch) khi n = 4 và m = 1 thì GT = 0,684
Như vậy, ta có: Gp < GT cho nên thí nghiệm trên đây được coi là đồng nhất.
3.3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đánh lửa tới năng suất và độ nhám bề mặt. mặt.
Năng suất gia công được xác định như sau:
Q = V/T Trong đó:
Q – Năng suất xung (mm3/phút). T – Thời gian xung (phút).
V – Thể tích lớp kim loại bị tách ra khỏi vật liệu (mm3).
Thể tích lớp kim loại bị tách ra khỏi vật liệu V được xác định như sau: V= a.b.h
Trong đó :
a – Chiều dài vết xung (mm). b – Chiều rộng vết xung (mm). h – Chiều sâu vết xung (mm).
Đối với mẫu thí nghiệm đã chọn, gia công trên cùng một điên cực. Như vậy chiều dài, chiều rộng, chiều sâu đối với từng mẫu là giống nhau và bằng:
Để xác định ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới năng suất và độ nhám bề mặt chi tiết gia công, ta phải làm 4 thí nghiệm ứng với 4 mẫu thử có thứ tự 1.1 ÷ 1.4. Trong quá trình thí nghiệm, các thông số khác được giữ cố định, chỉ có cường độ dòng điện thay đổi.
Qua thí nghiệm và đo kết quả ta có bảng kết quả như sau:
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của Ie tới Q và Ra
Mẫu TN Ie(A) te(s) T (phút) Q(mm3/ph) Ra(µm) 1.1 8 1.4 15’00’’ 12,50 5,16 1.2 6 23’25’’ 8,15 3,35 1.3 4 65’00’’ 2.89 2,95 1.4 2 243’00’’ 0,77 2,10
3.3.2.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới năng suất cắt.
Ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới năng suất cắt được biểu thị thông qua bảng kết quả thí nghiệm:
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của Ie tới Q
Mẫu TN Ie (A) t(s) Q(mm3/ph) 1.1 8 1,4 12,50 1.2 6 8,15 1.3 4 2.89 1.4 2 0,77
Từ bảng 3.4 ảnh hưởng của cường độ dòng điện Ie tới năng suất gia công xung Q. Ta có đồ thị thực nghiệm như hình 3.13.
Hình 3.13 - Đồ thị thực nghiệm biểu diễn quan hệ giữa năng suất xung và cường độ dòng điện xung
Từ đồ thị hình 3.13 ta thấy rằng quan hệ giữa năng suất xung và cường độ dòng
điện xung là quan hệ tuyến tính. Do đó ta xây dựng công thức thực nghiệm quan hệ giữa hai thông số này dạng:
Q = a + b.Ie
Dùng phần mềm Matlab để xác định hàm quan hệ giữa năng suất cắt và điện áp đánh lửa, vẽ đồ thị biểu diễn hàm này và các điểm thực nghiệm. Đoạn chương trình lập trình như sau:
>> Ie=[2 4 6 8]';
Từ đoạn chương trình trên ta có phương trình quan hệ giữa năng suất xung và cường độ dòng điện là:
Q = -4.0350 + 2.0225. Ie
Dùng phần mềm Matlab vẽ đồ thị biểu diễn hàm này và các điểm thực nghiệm. Đoạn chương trình lập trình như sau:
>> plot(2,0.77,'r*',4, 2.89,'r*',6, 8.15,'r*',8, 12.50,'r*'); hold on fplot('-4.0350+2.0225*x',[2 8],'b-'); xlabel('Ie(A)'); ylabel('Q(mm3/ph)'); grid on
Vậy đồ thị biểu diễn đường cong lý thuyết mô tả ảnh hưởng của dòng phóng tia lửa điện đến năng suất cắt như sau. (hình 3.14)
Hình 3.14 - Đồ thị biểu diễn đường lý thuyết và các điểm thực nghiệm của I và Q.
3.2.2.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới độ nhám bề mặt.
Các kết quả đo độ nhám bề mặt của các mẫu thí nghiệm từ 1.1 ÷ 1.4 bằng máy đo SJ – 301 của hãng Mitutoyo (Nhật Bản) như hình dưới:
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của Ie tới Ra. Mẫu TN Ie (V) t(s) Ra(µm) 1.1 8 1,4 5,16 1.2 6 3,35 1.3 4 2,95 1.4 2 2,10
Từ bảng 3.5 ảnh hưởng của cường độ dòng điện xung Ie tới độ nhám bề mặt Ra. Ta có đồ thị thực nghiệm như hình 3.16.
Hình 3.16- Đồ thị thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa dòng phóng tia lửa điện và độ nhám bề mặt
Từ đồ thị hình 3.16 ta thấy rằng quan hệ giữa độ nhám bề mặt và cường độ dòng phóng tia lửa điện là quan hệ tuyến tính. Do đó ta xây dựng công thức thực nghiệm quan hệ giữa hai thông số này dạng:
Dùng phần mềm Matlab để xác định hàm quan hệ giữa độ nhám bề mặt và dòng phóng tia lửa điện, vẽ đồ thị biểu diễn hàm này và các điểm thực nghiệm. Đoạn chương trình lập trình như sau: >> Ie=[2 4 6 8]'; Ra=[2.10 2.95 3.35 5.16]'; d= Ra; C=[ones(length(Ie),1) Ie]; x=C\d
Từ đoạn chương trình trên ta có phương trình thể hiện mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và dòng phóng tia lửa điện như sau:
Ra = 0.9950 + 0.4790Ie
Dùng phần mềm Matlab vẽ đồ thị biểu diễn hàm này và các điểm thực nghiệm. Đoạn chương trình lập trình như sau:
>> plot(2,2.10,'r*',4, 2.95,'r*',6, 3.35,'r*',8, 5.16,'r*'); hold on fplot('0.9950 +0.4790*x',[2 8],'b-'); xlabel('Ie(A)'); ylabel('Ra(micromet)'); grid on
Đồ thị biểu diễn đường cong lý thuyết và các điểm thực nghiệm của dòng phóng tia lửa điện và năng suất cắt như hình 3.17.
Hình 3.17 - Đồ thị biểu diễn đường lý thuyết và các điểm thực nghiệm của mối quan hệ Ie và Ra
3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian phóng điện tới năng suất và độ nhám bề mặt. Để xác định ảnh hưởng của thời gian phóng điện tới năng suất và độ nhám bề mặt, Để xác định ảnh hưởng của thời gian phóng điện tới năng suất và độ nhám bề mặt, ta phải làm 4 thí nghiệm ứng với 4 mẫu thử có thứ tự 2.1 đến 2.4. Trong quá trình thí nghiệm, các thông số khác được giữ cố định, chỉ có thời gian phóng điện thay đổi. Qua thí nghiệm và đo kết quả ta có bảng kết quả như sau:
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của te tới Q và Ra
Mẫu TN0 Ie(A) te(s) t(phút) Q(mm3/ph) Ra(µm) 2.1 6 2,0 23’28’’ 8,15 4,37 2.2 1,6 25’47’’ 7,21 4,01 2.3 1,2 29’15’’ 6,47 4,08 2.4 0,8 42’19’’ 4,46 4,16
3.3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian phóng điện tới năng suất xung điện. Bảng 3.7. Ảnh hưởng của te tới Q Bảng 3.7. Ảnh hưởng của te tới Q
Mẫu TN0 Ie(A) te(s) Q(mm3/ph) 2.1 6 2,0 8,15 2.2 1,6 7,21 2.3 1,2 6,47 2.4 0,8 4,46
Từ bảng 3.7 ảnh hưởng của thời gian xung te tới độ nhám bề mặt Ra. Ta có đồ thị thực nghiệm như hình 3.18.
Từ đồ thị hình 3.18 ta thấy rằng quan hệ giữa năng suất và dòng phóng tia lửa điện là quan hệ tuyến tính. Do đó ta xây dựng công thức thực nghiệm quan hệ giữa hai thông số này dạng:
Q = a + b.te
Dùng phần mềm Matlab để xác định hàm quan hệ giữa năng suất cắt và dòng phóng tia lửa điện, vẽ đồ thị biểu diễn hàm này và các điểm thực nghiệm. Đoạn chương trình lập trình như sau: >> te=[0.8 1.2 1.6 2]'; Q=[4.46 6.47 7.21 8.15]'; d= Q; C=[ones(length(te),1) te]; x=C\d
Từ đoạn chương trình trên ta có phương trình thể hiện mối quan hệ giữa năng suất xung và thời gian phóng tia lửa điện như sau:
Q = 2.4390+ 2.9525.te
Dùng phần mềm Matlab vẽ đồ thị biểu diễn hàm này và các điểm thực nghiệm. Đoạn chương trình lập trình như sau:
>> plot(0.8,4.46,'r*',1.2, 6.47,'r*',1.6, 7.21,'r*',2, 8.15,'r*'); hold on fplot('2.4390+2.9525*x',[0.8 2],'b-'); xlabel('te(A)'); ylabel('Q(mm3/phút)'); grid on
Đồ thị biểu diễn đường cong lý thuyết và các điểm thực nghiệm của dòng phóng tia lửa điện và năng suất cắt như hình 3.19.
Hình 3.19 - Đồ thị biểu diễn đường lý thuyết và các điểm thực nghiệm của mối quan hệ te và Q.
3.3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian xung điện tới độ nhám bề mặt.
Các kết quả đo độ nhám bề mặt của các mẫu thí nghiệm từ 2.1 ÷ 2.4 bằng máy đo SJ – 301 của hãng Mitutoyo (Nhật Bản) như hình dưới:
Ảnh hưởng của thời gian phóng điện đến độ nhám bề mặt được biểu thị bằng bảng kết quả thí nghiệm sau:
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của te tới Ra
Mẫu TN0 Ie(A) te(s) Ra(µm) 2.1 6 2,0 4,37 2.2 1,6 4,06 2.3 1,2 4,03 2.4 0,8 4,16 Từ bảng 3.8 ta có đồ thị thực nghiệm như hình 3.21.
hai. Do đó ta xây dựng công thức thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa hai thông số này dạng:
Ra = a + b.te + c.te 2
Dùng phần mềm Matlab để xác định hàm quan hệ giữa thời gian phóng điện và độ nhám bề mặt, vẽ đồ thị biểu diễn hàm này và các điểm thực nghiệm. Đoạn chương trình lập trình như sau: >> te=[0.8 1.2 1.6 2]'; Ra=[4.16 4.03 4.06 4.37]'; d=Ra; C=[ones(length(te),1) te te.^2]; C\x=d
Từ đoạn chương trình trên ta có phương trình thể hiện mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra và thời gian phóng điên te là:
Ra = 5.1340-1.7600.te + 0.6875.te 2
Dùng phần mềm Matlab vẽ đồ thị biểu diễn hàm này và các điểm thực nghiệm. Đoạn chương trình lập trình như sau:
>> plot(0.8,4.16,'r*',1.2, 4.03,'r*',1.6, 4.06,'r*',2.0, 4.37,'r*'); hold on fplot('5.1340-1.7600*te +0.6875* te ^2',[ 0.8 2],'b-'); xlabel(' te (s)'); ylabel('Ra(micromet)'); grid on
Đồ thị biểu diễn đường cong lý thuyết và các điểm thực nghiệm như hình 3.22:
Hình 3.22 - Đồ thị biểu diễn đường cong lý thuyết và các điểm thực nghiệm của te và Ra
3.3.4. Ảnh hưởng tổng hợp của Ie và te tới năng suất xung và độ nhám bề mặt. Để xác định ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới năng suất xung và độ nhám bề mặt, Để xác định ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới năng suất xung và độ nhám bề mặt, ta sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao. Do số yếu tố ảnh hưởng k = 2, do đó số thí nghiệm cần thực hiện N = 22 = 4. Do đó ta tiến hành 4 thí nghiệm, với các mẫu thí nghiệm từ 3.1 đến 3.4. Các thí nghiệm đều được tiến hành với các giá trị cực đại và cực tiểu của te và Ie. Qua thí nghiệm và đo kết quả, ta được bảng kết quả thí nghiệm như sau:
Bảng 3.9. Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới Q và Ra. Mẫu TN0 te(s) Ie(A) t(phút) Q(mm3/ph) Ra(µm) 3.1 2,0 8 15’32’’ 12,50 4,95 3.2 0,8 8 20’18’’ 9,38 5,07 3.3 2,0 2 228’20’’ 0,82 2,00 3.4 0,8 2 245’26’’ 0,77 1,68
3.3.4.1. Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới năng suất xung Q.
Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới năng suất xung Q được phản ánh thông qua bảng số liệu thực nghiệm sau:
Bảng 3.10. Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới Q
Mẫu TN0 te(s) Ie(A) Q(mm3/ph)
3.1 2,0 8 12,50
3.2 0,8 8 9,38
3.3 2,0 2 0,82
3.4 0,8 2 0,77
Dựa vào những kết quả nghiên cứu trước đây, ta có dạng phương trình quan hệ giữa Q = a.te b .Ie c . Trong đó: a,b,c – là các hệ số cần xác định.
Để áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao, ta phải biến phương trình về dạng đa thức bậc nhất nhiều biến. Do vậy ta sử dụng phương pháp logarit hóa hai vế. Ta được phương trình sau khi lograrit hóa như sau:
lnQ = lna + b.lnte + c.lnIe
Đặt: y = lnQ x1 = lnte
Khi đó phương trình trở thành dạng tuyến tính bậc nhất như sau: y = lna + b.x1 + c.x2
Ta có bảng các thông số thí nghiệm được logarit hóa như sau:
Bảng 3.11. Bảng logarit hóa các thông số ảnh hưởng tới Q
Mẫu TN0 x1 = lnte x2 = lnIe y = lnQ
3.1 0,693 2,079 2,526
3.2 -0,223 2,079 2,239
3.3 0,693 0,693 -0,198
3.4 -0,223 0,693 -0,261
Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao hai yếu tố như sau:
Bảng 3.12. Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm cho Q
Mẫu TN0 z1 z2 x1 x2 y
3.1 - 1 - 1 0,693 2,079 2,526
3.2 + 1 - 1 -0,223 2,079 2,239
3.3 - 1 + 1 0,693 0,693 -0,198
3.4 + 1 + 1 -0,223 0,693 -0,261
Theo phương pháp quy hoạch trực giao, phương trình sau khi tìm được sẽ có dạng: y = a’ + b’.z1 + c’.z2
Trong đó các hệ số a’, b’, c’ được tính theo công thức sau:
a’ = (2,526 + 2,239 - 0,198 - 0,261)
a’ = 1,077
Phương trình hồi quy thực nghiệm có dạng:
y = 1,077 - 0,088z1 - 1,306.z2
Chuyển phương trình hồi quy thực nghiệm về biến x1 và x2 theo công thức đổi như sau:
Zi = xi- xi 1 2Δxi
Trong đó: xi Giá trị trung bình các giá trị của xi
Δxi – Khoảng chênh lệch giá trị của xi
Phương trình hồi quy chuyển về biến x1 và x2 như sau:
y = 1,077 - 0,088.(x1-0,1175)
0,458 -
1,306.(x2-1,386) 0,693 y = 3,712 - 0,192.x1 - 1.885.x2
Vậy ta có các hệ số a, b, c như sau:
lna = 3,712 => a = 40,918 b = - 0,192 c = - 1,885
Vậy phương trình thể hiện quan hệ giữa năng suất cắt và điện áp đánh lửa te và dòng phóng tia lửa Ie là:
Q = 40,918.te-0,192.Ie-1,885
Lập trình bằng phần mềm Matlab để vẽ dạng đồ thị của phương trình quan hệ giữa Q và te, Ie với đoạn chương trình như sau:
te= 0.8 : 0.25 : 2.0; % khai bao gia tri te
Ie = 2 : 0.025 : 8; % khai bao gia tri Ie
[x,y] = meshgrid(te,Ie) % Tao ma tran gia tri Q=40.918*(x.^ -0.192).*(y.^ -1.885);
title('Anh huong cua te va Ie den Q'); xlabel('te (s)');
ylabel('Ie(A)');
zlabel('Q(mm3/phut)');
Đồ thị 3D biểu diễn quan hệ giữa năng suất xung Q với điện áp đánh lửa te và cường độ dòng phóng tia lửa điện Ie như hình dưới:
Hình 3.23 - Đồ thị 3D biểu diễn quan hệ giữa năng suất cắt với cường độ dòng xung điện và thời gian phóng tia lửa điện
Hình 3.24 - Kết quả đo nhám của mẫu thí nghiệm 3.1
Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới độ nhám bề mặt Ra được phản ánh thông qua bảng số liệu thực nghiệm sau:
Bảng 3.13. Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới Ra Mẫu TN0 te(s) Ie(A) Ra(µm) 3.1 2,0 8 4,95 3.2 0,8 8 5,07 3.3 2,0 2 2,00 3.4 0,8 2 1,68
Dựa vào những kết quả nghiên cứu trước đây, ta có dạng phương trình quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra và thời gian xung te và cường độ dòng điện Ie như sau:
Ra = a.te b .Ie c . Trong đó: a,b,c – là các hệ số cần xác định.
Để áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao, ta phải biến phương trình về dạng đa thức bậc nhất nhiều biến. Do vậy ta sử dụng phương pháp logarit hóa hai vế. Ta được phương trình sau khi lograrit hóa như sau:
lnRa = lna + b.lnUi + c.lnIe
Đặt: y = lnRa
x1 = lnte
x2 = lnIe
Khi đó phương trình trở thành dạng tuyến tính bậc nhất như sau: y = lna + b.x1 + c.x2
Ta có bảng các thông số thí nghiệm được logarit hóa như sau:
Bảng 3.14. Bảng logarit hóa các thông số ảnh hưởng tới Ra
Mẫu TN0 x1 = lnte x2 = lnIe y = lnRa
Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao hai yếu tố như sau:
Bảng 3.15. Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm cho Ra
Mẫu TN0 z1 z2 x1 x2 y
3.1 – 1 – 1 0,693 2,079 1,599
3.2 + 1 – 1 –0,223 2,079 1,623
3.3 – 1 + 1 0,693 0,693 0,693
3.4 + 1 + 1 –0,223 0,693 0,519
Theo phương pháp quy hoạch trực giao, phương trình sau khi tìm được sẽ có dạng: y = a’ + b’.z1 + c’.z2
Trong đó các hệ số a’, b’, c’ được tính theo công thức sau:
a’ = (1,599 + 1,623 + 0,693 + 0,519) a’ = 1,109 b’ = (–1,599 + 1,623 – 0,693 + 0,519) b’ = -0,038 c’ = (–1,599 – 1,623 + 0,693 + 0,519) c’ = -1,503
Phương trình hồi quy thực nghiệm có dạng: y = 1,109 – 0,038.z1 – 1,503.z2