CHƯƠNG 4. TỐI ƯU HÓA THEO CHỈ TIÊU GIẢM MÒN ĐIỆN CỰC VÀ TĂNG CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
4.2 Thiết kế thực nghiệm Taguchi với điện cực đồng đỏ
4.2.2 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực khi xung với điện cực đồng đỏ
Hình 4.2 Điện cực và chi tiết sau khi xung a) Thiết kế thực nghiệm Taguchi
Bảng 4.2 Các hệ số và cấp độ (mức) thí nghiệm
Các hệ số Cấp độ
1 2 3
A (ton (às)) 5 20 10 B (toff (às)) 60 70 50
C (Ie (A)) 5 10 15
+ Bậc tự do của ma trận thí nghiệm:
Số lượng thí nghiệm sẽ được lựa chọn dựa vào bậc tự do của ma trận thí nghiệm, được xác định bằng tổng bậc tự do của các thông số vào với bậc tự do của các tương tác [51]:
Bậc tự do của một thông số: DOF = K – 1 với K = 3 là số mức của thông số Bảng 4.3 Bậc tự do của ma trận thí nghiệm
Hệ số A B C Tổng
DOF 2 2 2 6
Như vậy bậc tự do của ma trận thí nghiệm là 6 và bảng ma trận thí nghiệm Taguchi (Bảng OA) được lựa chọn phải lớn hơn 6 và dãy OA’s phù hợp nhất là L9 với bậc tự do là 8. Việc thêm 2 bậc tự do dùng để đo lỗi ngẫu nhiên.
+ Tỷ số S/N:
Khi tỷ số S/N là lớn nhất thì khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực là nhỏ nhất. Các ảnh hưởng của cường độ dòng điện đầu vào Ie, thời gian phóng xung ton, thời gian ngừng xung toff đến khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực được khảo sát:
2
( ) 10log (10 )
i mm
(4.21)
Ta có kết quả thí nghiệm sau:
Bảng 4.4 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi
TT Các hệ số Khe hở giữa bề mặt chi tiết và
điện cực (mm) A (ton (às)) B (toff (às)) C (Ie (A)) Giỏ trị i
1 1(5) 1(60) 1(5) 0,34 9,37
2 1(5) 2(70) 2(10) 0,445 7,03
3 1(5) 3(50) 3(15) 0,425 7,43
4 2(20) 1(60) 2(10) 0,51 5,85
5 2(20) 2(70) 3(15) 0,58 4,73
6 2(20) 3(50) 1(5) 0,495 6,11
7 3(10) 1(60) 3(15) 0,76 2,38
8 3(10) 2(70) 1(5) 0,69 3,22
9 3(10) 3(50) 2(10) 0,545 5,27
+ Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực :
Phân tích ANOVA của được thể hiện trong bảng 4.4 và bảng 4.5. Kết quả ở bảng 4.5 cho thấy thời gian phát xung (F = 10,52), thời gian ngừng phát xung (F = 0,95) và cường độ dòng điện (F = 1,27) ảnh hưởng đến nhưng ở các mức độ khác nhau, nhưng thời gian phát xung là ảnh hưởng mạnh nhất.
Bảng 4.5 Bảng phân tích ANOVA trị số của
TT Thông số DOF SS V F P
1 A(ton) 2 28,079 14,039 10,52 0,7653 2 B(toff) 2 2,548 1,274 0,95 0,0694 3 C (Ie) 2 3,395 1,698 1,27 0,0925
4 Nhiễu 2 2,668 1,334 0,0727
5 Total 8 36,691
Bảng 4.6 Bảng phân tích mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến
Mức A B C
1 7,945* 6,271* 6,234*
2 3,626 5,868 6,051
3 5,563 4,996 4,849
4,319 1,275 1,385
Thứ tự ảnh hưởng 1 3 2
Kết quả của các phân tích (ANOVA) cho các giá trị khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực trong bảng 4.5 chứng tỏ rằng thời gian phóng xung ton ảnh hưởng nhiều nhất đến khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực với 76,53%, trong khi đó ảnh hưởng của thời gian ngừng phóng xung toff là 6,94% và cường độ dòng điện 9,25%
là ít hơn. Do vậy thời gian phóng xung ton là tham số ảnh hưởng quan trọng nhất đến khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực.
Sử dụng phần mềm MiniTab 16.0 ta xây dựng được đồ thị ảnh hưởng của các thông số đến khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực được thể hiện trên hình 4.3 và 4.4:
Hình 4.3 Giá trị thực nghiệm xung quanh đường chuẩn
Trên hình 4.3 thấy rằng phân phối xác xuất các giá trị thực nghiệm thể hiện bởi các điểm gần với đường chuẩn, do đó có thể kết luận các kết quả là phù hợp và đưa ra được đồ thị đề xuất có kể đến sai lệch thực nghiệm.
Hình 4.4 Mức độ ảnh hưởng của các thông số
Trên hình 4.4 thể hiện mức độ ảnh hưởng của các thông số A (ton), B (toff) và C (Ie) đến khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực (). Giá trị ton khi tăng từ 5 đến 10 giây thì khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực tăng rất mạnh, tuy nhiên khi tăng tiếp ton lên 20 A thì khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực cũng giảm mạnh. Khi
tăng giá trị toff từ 50 đến 70 giây thì khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực tăng nhưng mức độ tăng không nhiều. Đối với Ie thì khi tăng dòng điện từ 5 đến 10 A gần như không có sự thay đổi về khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực nhưng khi tăng từ 10 đến 15 A thì khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực tăng đáng kể.
b) Kết quả và bàn luận
Mức độ ảnh hưởng của các cấp độ cho từng tham số được chỉ rõ trong bảng 4.4, 4.5 và các hình 4.3, 4.4. Theo như Taguchi giá trị lớn nhất sẽ cho khả năng tạo hình tốt nhất do đó các hệ số nên được lựa chọn với cấp độ cao nhất. Bộ thông số tối ưu để khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực nhỏ nhất trong quá trình gia công xung định hỡnh là A1B1C1 nghĩa là ton = 5 às, toff = 60 às và Ie = 5 A. Ta thực hiện lại thớ nghiệm ở điều kiện ton = 5 às, toff = 60 às và Ie = 5 A thu được khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực Δ = 0,33 mm thể hiện trên hình 4.5.
Hình 4.5 Ảnh đo khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực khi xung với chế độ tối ưu
4.2.3 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt của chi tiết khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ
a) Thiết kế thực nghiệm Taguchi
Xung định hình với các thông số đầu vào khác nhau ta có độ nhám bề mặt chi tiết khác nhau. Theo phương pháp Taguchi thì các giá trị độ nhám bề mặt (Ra) càng nhỏ thì chất lượng bề mặt của sản phẩm càng tốt. Tỷ lệ S/N (signal-to-noise) được xác định theo công thức:
2
( ) 10log (10 )
i mm Ra
(4.22)
Khi tỉ lệ S/N là lớn nhất thì độ nhám bề mặt là nhỏ nhất. Các ảnh hưởng của cường độ dòng điện đầu vào Ie, thời gian phóng xung ton, thời gian ngừng xung toff đến độ nhám bề mặt được khảo sát:
Bảng 4.7 Các hệ số và cấp độ của chúng trong mô hình thực nghiệm Các hệ số
Cấp độ
1 2 3
A (ton (às)) 5 20 10 B (toff (às)) 60 70 50
C (Ie (A)) 5 10 15
Khi sử dụng thí nghiệm có 3 cấp độ của từng hệ số được lựa chọn nên bảng trực giao L9 sẽ được dùng để thiết kế quy hoạch thực nghiệm. Ta có kết quả thí nghiệm như sau:
Bảng 4.8 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi Điều
kiện
Các hệ số Độ nhám bề mặt (m)
A (ton (às)) B (toff (às)) C (Ie (A)) Giỏ trị i
1 1(5) 1(60) 1(5) 2,42 -7,66
2 1(5) 2(70) 2(10) 7,74 -17,77
3 1(5) 3(50) 3(15) 5,57 -14,91
4 2(20) 1(60) 2(10) 3,51 -10,90
5 2(20) 2(70) 3(15) 7,08 -17,00
6 2(20) 3(50) 1(5) 2,21 -6,90
7 3(10) 1(60) 3(15) 7,76 -17,80
8 3(10) 2(70) 1(5) 6,35 -16,05
9 3(10) 3(50) 2(10) 6,61 -16,40
Theo như phương pháp Taguchi, phân tích phương sai (ANOVA) được sử dụng để miêu tả các quan hệ giữa các tham số và giá trị quan sát được của độ nhám bề mặt. Bảng 4.8 tổng hợp các kết quả tính toán với công thức tính tổng bình phương như sau:
2 2 2
1 2 3
3( j ) 3( j ) 3( j )
SS m m m m m m (4.23)
Trong đó:
9
1
(1 9) i 1.424
i
m
(4.24)
3
1
(1 3) ( )
ji j i
i
m
(4.25)
Kết quả của các phân tích (ANOVA) cho các giá trị độ nhám bề mặt trong bảng 4.8 chứng tỏ rằng cường độ dòng điện Ie ảnh hưởng nhiều nhất đến độ nhám bề mặt với 44,33%, trong khi đó ảnh hưởng của thời gian ngừng phóng xung toff và thời gian phóng xung ton là ít hơn 27,97% và 27,70%. Do vậy cường độ dòng điện Ie là tham số ảnh hưởng quan trọng nhất đến độ nhám bề mặt.
Bảng 4.9 Ảnh hưởng của các tham số đến độ nhám bề mặt
Hệ số
Giá trị trung bình η của từng cấp
độ Tổng bình
phương Phân bố
1 2 3
A (ton (às)) -13,447 -11,061* -16,752 40,8658 27,70%
B (toff (às)) -12,122* -16,941 -12,738 41,2613 27,97%
C (Ie (A)) -10,206* -14,908 -16,571 65,4009 44,33%
Tất cả 147,528 100,00%
* Cấp độ tối ưu b) Kết quả và bàn luận
Giá trị η (dB) của các cấp độ cho từng tham số được chỉ rõ trong bảng 4.9.
Theo như Taguchi giá trị lớn nhất của η sẽ cho khả năng tạo hình tốt nhất do đó các hệ số nên được lựa chọn với cấp độ cao nhất của η. Các điều kiện để cải thiện độ nhám bề mặt chi tiết gia công trong quá trình gia công xung định hình là A2B1C1 nghĩa 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* = 2,188àm đõy là độ nhỏm bề mặt nhỏ nhất trong quỏ trỡnh thực hiện thớ
nghiệm.