CHƯƠNG 4. TỐI ƯU HÓA THEO CHỈ TIÊU GIẢM MÒN ĐIỆN CỰC VÀ TĂNG CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
4.3 Thiết kế thực nghiệm Taguchi với điện cực đồng đỏ mạ crom
4.3.5 Tối ưu hóa đa mục tiêu
Tiến hành tối ưu hóa đồng thời 3 mục tiêu là khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực, độ nhám bề mặt và độ mòn điện cực theo phân tích Grey – Taguchi, ta có bảng 4.37 với S/N cho 3 mục tiêu. Trong nghiên cứu này tỷ số S/N sẽ được chuẩn hóa theo kiểu “lớn hơn thì tốt hơn”. Do đó phương trình (4.30) sẽ được sử dụng để chuẩn hóa dữ liệu. Sử dụng tỷ số S/N và m = 9, n = 3 sẽ cho tỷ số S/N chuẩn hóa ở bảng 4.37 Tỷ số S/N chuẩn hóa lớn hơn sẽ cho chất lượng tốt hơn.
Bảng 4.35 Hệ số S/N cho 3 mục tiêu chuẩn hóa
TT
A:
ton [às]
B:
toff
[às]
C:
Ie
[A]
S/N cho S/N cho Ra S/N cho TWR
Y (dB) Y (dB) Ra Y (dB) TWR 1 1 1 1 -6.651 0.465 -6.717 2.167 34.425 0.019 2 2 2 1 -3.742 0.65 -13.487 4.724 33.152 0.022 3 3 3 1 -2.270 0.77 -15.520 5.970 33.979 0.020 4 1 2 2 -2.499 0.75 -11.293 3.669 30.173 0.031 5 2 3 2 -0.220 0.975 -16.193 6.451 29.630 0.033
6 3 1 2 -3.479 0.67 -7.959 2.5 30.752 0.029
7 1 3 3 -2.975 0.71 -14.559 5.345 28.636 0.037
8 2 1 3 -4.437 0.6 -11.725 3.857 29.370 0.034
9 3 2 3 -1.993 0.795 -13.813 4.905 29.630 0.033 Để xác định hệ số quan hệ Grey ta sử dụng kết quả S/N chuẩn hóa ở bảng 4.38 để xác định 0,i( )k . Kết quả 0,i( )k được cho trong bảng 4.. Với max 1 và min 0.
Bảng 4.36 Bảng hệ số sai lệch 0,i( )k Hệ số quan hệ Grey, 0,i( )k
TT Khe hở (dB) Ra (dB) mòn (dB)
1 0.333 1.000 1.000
2 0.477 0.412 0.665
3 0.611 0.350 0.850
4 0.585 0.509 0.373
5 1.000 0.333 0.345
6 0.497 0.792 0.408
7 0.539 0.377 0.304
8 0.433 0.486 0.333
9 0.645 0.400 0.345
Thay vào phương trình (4.33) sẽ xác định được 0,i( )k , cấp quan hệ Grey được xác định bằng trị số trung bình của 0,i( )k , thể hiện trong bảng 4.39.
Bảng 4.37 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey A:
ton
B:
toff
C:
Ie
Cấp quan hệ Grey
TT Xếp hạng
1 1 1 1 0.778 1
1 2 2 2 0.518 5
1 3 3 3 0.604 2
2 1 2 4 0.489 6
2 2 3 5 0.559 4
2 3 1 6 0.566 3
3 1 3 7 0.406 9
3 2 1 8 0.417 8
3 3 2 9 0.463 7
Hình 4.20 Đồ thị cấp quan hệ Grey
Hệ số cấp quan hệ Grey lớn hơn sẽ cho kết quả đầu ra tốt hơn. Hình 4.19 chỉ ra hệ số cấp quan hệ Grey lớn nhất là 0,778. Theo phương trình (4.34) ta có cấp
Bảng 4.38 Cấp quan hệ Grey 0,i Bảng cấp quan hệ Grey Ký
hiệu
Thông số
Cấp quan hệ Grey 0,i
Max-min Xếp hạng
1 2 3
A ton 0.558 0.498 0.544 0.059 2
B t0ff 0.587 0.490 0.523 0.064 1
C Ie 0.633 0.538 0.429 0.109 3
Bảng 4.39 Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến tỷ số S/N của Grey Ký hiệu Thông số Bậc tự do Tổng bình
phương
Bình phương trung bình
Phần trăm
A Ie 2 0.0209 0.0104 75.460
B ton 2 0.0019 0.0010 7.016
C t0ff 2 0.0048 0.0024 17.525
Total 6 0.0276 0.0138 100.000
Trên bảng 4.41 thấy rằng Ie ảnh hưởng lớn nhất đến tỷ số S/N của Grey với 75,46%, tiếp đến là toff với 17,525% và ton ảnh hưởng ít nhất với 7,016%.
Căn cứ vào ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của Grey sẽ xác định được trị số hợp lý của đồng thời cho cả 3 mục tiêu (, Ra, TWR). Giá trị tối ưu các kết quả đầu ra được xác định theo công thức 4.17:
2, 3, 3 ( 2 ) ( 3 ) ( 3 )
A B C T A T B T C T
Ta có kết quả dự báo như sau: = 0,33 mm, Ra = 2,32 m, TWR = 0,024 g/giờ.
KẾT LUẬN
Đã xác định được bộ thông số tối ưu để khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực nhỏ nhất trong quỏ trỡnh gia cụng xung định hỡnh bằng điện cực đồng đỏ là ton = 5às, toff = 60às và Ie = 5A khi đú thu được khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực Δ = 0,33mm.
Cũng với điện cực đồng đỏ, xác định được bộ thông số tối ưu để độ nhám bề mặt chi tiết gia công trong quá trình gia công xung định hình là nhỏ nhất khi ton = 20às, toff = 60às và Ie = 5A. Thực nghiệm lại với bộ thụng số tối ưu này thu được độ nhỏm bề mặt chi tiết gia cụng Ra* = 2,188àm.
Đã khảo sát ảnh hưởng của mật độ dòng điện và hình dạng đến độ mòn điện cực, thấy rằng khi mật độ dòng điện tăng thì độ nhám bề mặt tăng và khi góc độ của điện cực từ 600 đến dưới 1200 tỷ lệ mòn điện cực so với mòn chi tiết cao, điện cực từ 1200 đến dưới 1800 tỷ lệ này giảm rõ rệt và lượng mòn này tiến đến ổn định.
Xác định được bộ thông số tối ưu để độ mòn điện cực nhỏ nhất trong quá trình gia cụng xung định hỡnh với điện cực đồng đỏ là ton = 20 às, toff = 50 às và Ie = 15 A.
Với điện cực đồng đỏ mạ crom, các điều kiện để cải thiện khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực trong quỏ trỡnh gia cụng xung định hỡnh là ton = 20 às, toff = 50 às và Ie = 15 A. Thực hiện lại thớ nghiệm ở điều kiện ton = 20 às, toff = 50 às và Ie = 15 A thu được khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực Δ = 0,11 mm, đây là khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực nhỏ hơn nhiều so với gia công bằng điện cực đồng đỏ.
Các điều kiện để cải thiện độ nhám bề mặt chi tiết gia công trong quá trình gia cụng xung định hỡnh điện cực đồng đỏ mạ crom là ton = 20às, toff = 60às và Ie = 5A. Ta thực hiện lại thớ nghiệm ở điều kiện ton = 20às, toff = 60às và Ie = 5A thu được độ nhỏm bề mặt chi tiết gia cụng Ra* = 2,167àm, độ nhỏm đó được cải thiện so với khi sử dụng điện cực đồng đỏ.
Các kết quả tối ưu đa mục tiêu với điện cực đồng đỏ cho = 0,38 m, Ra = 2,75 m, TWR = 0,15 g/giờ. Các kết quả này được cải thiện đáng kể với điện cực đồng đỏ mạ crom = 0,33 mm, Ra = 2,32 m, TWR = 0,024 g/giờ.
Ngoài ra, độ cứng của chi tiết gia công tăng khi sử dụng điện cực đồng đỏ mạ crom với lý do trong quá trình gia công một phần lớp mạ crom bốc hơi và thẩm thấu vào bề mặt chi tiết gia công. Điều này làm tăng tính chống mòn và độ cứng cho chi tiết gia công.
KẾT LUẬN CHUNG
Với điện cực đồng đỏ, đã xác định được bộ thông số tối ưu để đạt được khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực nhỏ nhất, độ nhám bề mặt nhỏ nhất và độ mòn nhỏ nhất trong quá trình gia công xung định hình là = 0,38 mm, Ra = 2,75 m, TWR = 0,15 g/giờ. Các kết quả này được cải thiện đáng kể với điện cực đồng đỏ mạ crom với = 0,33 mm, Ra = 2,32 m, TWR = 0,024 g/giờ.
Đã khảo sát ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến mòn điện cực và độ nhám bề mặt thấy rằng: Khi tăng mật độ dòng điện thì tỷ lệ giữa lượng mòn điện cực với lượng mòn chi tiết giảm và độ nhám bề mặt tăng. Như vậy có thể thấy rằng độ mòn điện cực và độ nhám bề mặt sẽ ít bị ảnh hưởng nếu trong quá trình gia công chúng ta kiểm soát tốt được mật độ dòng điện. Nếu không sẽ làm tăng độ mòn điện cực và độ nhám bề mặt của chi tiết.
Ngoài ra biên dạng điện cực có ảnh hưởng nhiều đến mòn điện cực và do đó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt. Các kết quả khảo sát cho thấy rằng góc độ của điện cực từ 600 đến dưới 1200 tỷ lệ mòn điện cực so với mòn chi tiết cao, điện cực từ 1200 đến dưới 1800 tỷ lệ này giảm rõ rệt và lượng mòn này tiến đến ổn định.
Trong quá trình xung do mật độ dòng điện là không đều nhau nên dẫn đến mòn không đều trên toàn bộ điện cực, đặc biệt là tại các góc rãnh do có tập trung mật độ dòng điện sẽ xảy ra mòn lớn nhất, để khắc phục nên chọn hình dạng điện cực tránh các góc nhọn, nên chọn góc điện cực từ 120 đến 180.
HƯỚNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Với nghiên cứu bước đầu đã cho kết quả về lớp trắng mỏng hơn và ổn định hơn, lớp tôi cứng có bề dày lớn hơn, lớp cấu trúc nền ổn định hơn. Do đó định hướng nghiên cứu về mạ crom cho điện cực đồng đỏ để thực hiện nghiên cứu về cấu trúc tế vi của chi tiết gia công là một định hướng tốt.
Khi thay đổi biên dạng điện cực, kích thước tại các góc mòn sau khi xung thay đổi. Kích thước thay đổi này phụ thuộc vào hạt điện tử xuất hiện trên bề mặt của điện cực. Việc xây dựng công thức tính toán được lượng thay đổi theo thời gian là vô cùng quan trọng cho việc lựa chọn thông công nghệ đầu vào đối với từng biên dạng điện cực khác nhau. Đây là hướng đi mới sẽ được định hướng ở các nghiên cứu tiếp theo.