Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ MẠNH HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM CỨNG BK8 BẰNG PHƢƠNG PHÁP CẮT DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật khí THÁI NGUYÊN – 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo TS Nguyễn Văn Hùng - Thầy hƣớng dẫn khoa học em định hƣớng đề tài, hƣớng dẫn tận tình Thầy việc tiếp cận khai thác tài liệu nhƣ bảo trình em làm thực nghiệm viết luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Thầy giáo ThS Đặng Văn Thanh tạo điều kiện thuận lợi cho đƣợc tiến hành thí nghiệm Trung tâm thí nghiệm trƣờng ĐHKT Công Nghiệp suốt trình hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn cán Khoa Sau đại học trƣờng, cán phòng thí nghiệm khoa khí – ĐHKTCN dành cho em điều kiện thuận lợi nhất, giúp em hoàn thành nghiên cứu Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, đồng nghiệp ủng hộ, động viên, giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Thái Nguyên, Ngày 22 tháng 06 năm 2014 Học viên Vũ Mạnh Hùng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM MỤC LỤC Trang 1………………………………………………………………………………1 Lời cảm ơn Mục lục………………………………………………………………………………3 Danh mục bảng số liệu………………………………………………………….5 Danh mục hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp………………………………………… PHẦN I: MỞ ĐẦU……………………………………………………………… 1.Tính cấp thiết đề tài………………………………………………………… Mục đích, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu……………………………… 2.1 Mục đích đề tài…………………………………………………………… 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu………………………………………………………… 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………………….8 Ý nghĩa đề tài……………………………………………………………… 3.1 Ý nghĩa khoa học……………………………………………………………….8 3.2 Ý nghĩa thực tiễn……………………………………………………………… Nội dung………………………………………………………………………… PHẦN II: NỘI DUNG 10 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 10 1.1 Đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện 10 1.1.1 Các đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện 10 1.1.2 Khả công nghệ phƣơng pháp gia công tia lửa điện 10 1.2 Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện 11 1.2.1 Phƣơng pháp gia công xung định hình 11 1.2.2 Phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện 11 1.2.3 Các phƣơng pháp khác: 11 1.3 Cơ sở phƣơng pháp gia công tia lửa điện 12 1.3.1 Bản chất vật lý 12 1.3.2 Cơ chế bóc tách vật liệu 17 1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình gia công tia lửa điện 18 1.4.1 Các đặc tính điện phóng tia lửa điện 18 1.4.2 Dòng điện bƣớc dòng điện 22 1.4.3 Ảnh hƣởng khe hở phóng điện  22 1.4.4 Ảnh hƣởng điện dung C 24 1.4.5 Ảnh hƣởng diện tích vùng gia công 25 1.4.6 Ảnh hƣởng ăn mòn điện cực 25 1.5 Lƣợng hớt vật liệu gia công tia lửa điện 26 1.6 Chất lƣợng bề mặt 27 1.6.1 Độ nhám bề mặt 27 1.6.2 Vết nứt tế vi ảnh hƣởng nhiệt 28 1.7 Độ xác tạo hình gia công tia lửa điện 29 1.8 Các tƣợng xấu gia công tia lửa điện 30 1.8.1 Hồ quang 30 1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp 30 1.8.3 Xung mạch hở, dòng điện 31 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 1.8.4 Sự nhiệt chất điện môi 31 1.9 Các yếu tố không điều khiển đƣợc 32 1.9.1 Nhiễu hệ thống 32 1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên 32 1.10 Chất điện môi gia công tia lửa điện 32 1.10.1 Nhiệm vụ chất điện môi 32 1.10.2 Các loại chất điện môi 34 1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 35 1.10.4 Các loại dòng chẩy chất điện môi 36 1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi 38 1.11 Hợp kim cứng gia công hợp kim cứng 39 1.11.1 Khái niệm 39 1.11.2 Phƣơng pháp chế tạo 39 1.11.3 Phân loại hợp kim cứng 40 1.11.4 Gia công hợp kim cứng 42 KẾT LUẬN CHƢƠNG I 44 Chƣơng 45 MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH 45 TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG 45 2.1 Sơ máy cắt dây tia lửa điện 45 2.1.1 Công dụng máy cắt dây 45 2.1.2 Đặc điểm phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện 46 2.2 Độ xác gia công cắt dây tia lửa điện 47 2.3 Điện cực vật liệu điện cực 50 2.3.1 Yêu cầu vật liệu điện cực 50 2.3.2 Các loại dây điện cực 51 2.4 Sự thoát phoi cắt dây tia lửa điện 51 2.5 Nhám bề mặt cắt dây 52 2.6 Các thông số điện điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 53 2.6.1 Dòng phóng tia lửa điện Ie bƣớc dòng điện 53 2.6.2 Độ kéo dài xung ti: 53 2.6.3 Khoảng cách xung t0 53 2.6.4 Điện áp đánh lửa Ui 53 2.6.5 Khe hở phóng điện 54 2.7 Lập trình gia công máy cắt dây 54 2.7.1 Các trục điều khiển hệ toạ độ 55 2.7.2 Các chức “G” 55 KẾT LUẬN CHƢƠNG II 65 Chƣơng 66 THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM CỨNG TRÊN MÁY CẮT DÂY EDM 66 3.1 Thiết kế thí nghiệm 66 3.1.1 Các giả thiết thí nghiệm 66 3.1.2 Lý thuyết thí nghiệm 66 3.1.3 Điều kiện thực thí nghiệm 67 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.1.4 Thiết bị thí nghiệm 67 3.1.5 Vật liệu gia công 69 3.1.6 Thiết bị đo 69 3.2 Triển khai thí nghiệm 71 3.2.1 Mô hình định tính trình cắt dây tia lửa điện 71 3.2.2 Các thông số đầu vào thí nghiệm 72 3.3 Ảnh hƣởng thông số gia công đến nhám bề mặt 74 3.4 Ảnh hƣởng thông số gia công đến suất gia công 79 3.5 Ảnh hƣởng thông số gia công đến sai số biên dạng 83 3.6 Tối ƣu hoá đa mục tiêu 89 KẾT LUẬN CHƢƠNG III 91 PHẦN III: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO……92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1 Danh mục mã G 56 Bảng 2.2 Danh mục mã M 58 Bảng 3.1.Các thông số kỹ thuật máy cắt dây CW322S……………………… 67 Bảng 3.2 Thành phần hoá học nguyên tố 69 Bảng 3.3 Tính kỹ thuật máy đo CMM C544 70 Bảng 3.4 phạm vi khảo sát biến thực nghiệm: 73 Bảng 3.5 Kế hoạch thí nghiệm tối ƣu hóa nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 76 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 76 Bảng 3.7 Ma trận thí nghiệm kết thí nghiệm ảnh hƣởng Ton, Toff, U đến suất cắt V 80 Bảng 3.8 Kết thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa sai số gia công theo Ton, Toff, U 83 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH CHỤP Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 13 Hình 1.2- Pha đánh lửa 14 Hình 1.3- Sự hình thành kênh phóng điện 14 Hình 1.4- Sự hình thành bốc vật liệu 15 Hình 1.5- Đồ thị điện áp dòng điện xung phóng điện 16 Hình 1.6- Mối quan hệ Vw ti 20 Hình 1.7- Mối quan hệ  ti 21 Hình 1.8- Mối quan hệ Rmax ti (với ti = td + te) 21 Hình 1.9- Ảnh hƣởng ti t0 đến suất gia công 22 Hình 1.10- Ảnh hƣởng khe hở phóng điện  23 Hình 1.11- Quan hệ  ap 24 Hình 1.12- Ảnh hƣởng điện dung C 25 Hình 1.13- Ảnh hƣởng diện tích vùng gia công F 25 Hình 1.14- Các thông số ảnh hƣởng đến suất gia công EDM 27 Hình 1.15- Vùng ảnh hƣởng nhiệt bề mặt phôi 28 Hình 1.16- Hiện tƣợng hồ quang điện 30 Hình 1.17- Hiện tƣợng ngắn mạch sụt áp 31 Hình 1.18- Hiện tƣợng xung mạch hở 31 Hình 1.19- Dòng chảy bên 37 Hình 1.20- Dòng chảy áp lực 37 Hình 2.1- Sơ đồ máy cắt dây 45 Hình 2.2- Sự cân lực cắt thẳng sai số hình học cắt góc 50 Hình 2.3- Các trƣờng hợp khó khăn dòng chảy đồng trục 52 Hình 2.4- Khe hở phóng điện gia công cắt dây tia lửa điện 52 Hình 2.5- Các lệnh dịch chuyển đƣờng kính dây G41/G42 61 Hình 3.1- Máy cắt dây CW322S 68 Hình 3.2 Ảnh máy đo tọa độ chiều Beyond Crysta C544 69 Hình 3.3 Ảnh máy nhám SJ-201 hãng Mitutoyo 71 Hình 3.4 Khai báo biến thí nghiệm cho thiết kế Box-Behnken 74 Hình 3.5 Phân tích kết thí nghiệm tối ƣu nhám bề mặt theo Ton, Toff, U 77 Hình 3.6 Đồ thị quan hệ nhám bề mặt phụ thuộc Ton Toff U=45v 78 Hình 3.7 Đồ thị đƣờng mức nhám bề mặt phụ thuộc Ton T0ff U=45v 79 Hình 3.11 Đồ thị đƣờng mức suất cắt phụ thuộc Ton T0ff U=45v 82 Hình 3.12 Phân tích kết thí nghiệm sai số gia công theo Ton, Toff, U 84 Hình 3.13 Đồ thị quan hệ sai số gia công phụ thuộc Ton Toff U=45v 85 Hình 3.14 Đồ thị đƣờng mức sai số gia công phụ thuộc Ton T0ff U=45v 85 Hình 3.15 Đồ thị tối ƣu hóa theo đồng thời tiêu nhám bề mặt thời gian 89 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN I: MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong chế tạo máy có nhiều chi tiết chế tạo từ vật liệu khó gia công có độ cứng độ bền cao Trong vật liệu hợp kim cứng đƣợc sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy Việc gia công chúng công nghệ cắt gọt thông thƣờng (Tiện; Phay; Mài v.v ) vô khó khăn, gia công đƣợc Thực tế đòi hỏi cần phải phát triển công nghệ gia công để gia công vật liệu Ngày số phƣơng pháp gia công tia lửa điện phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện Phƣơng pháp đƣợc gọi gia công WEDM (Wire Electrical Discharge Machine), phƣơng pháp gia công đƣợc phát minh sử dụng rộng rãi giới vào năm 50 kỷ XX nhƣng tự động hóa đến ngày nhờ phát triển điều khiển số công nghệ thông tin mà phƣơng pháp đƣợc đại hóa cao trang bị điều khiển số CNC máy WEDM Từ năm 80 kỷ XX đến nay, nhiều doanh nghiệp nƣớc trang bị loại máy, thiết bị sử dụng công nghệ EDM nhằm cải tiến phƣơng pháp gia công, nâng cao giá trị sản phẩm - Để nâng cao hiệu sử dụng loại máy có nhiều cách nhƣng theo hƣớng công nghệ ta cần thiết lập chế độ công nghệ hợp lý để đạt đƣợc độ xác kích thƣớc nhƣ suất gia công chất lƣợng sản phẩm cao Điều doanh nghiệp nƣớc thƣờng xác định dựa theo tài liệu kèm theo máy theo kinh nghiệm Do chƣa thấy đƣợc ảnh hƣởng thông số công nghệ đến độ xác, suất chất lƣợng gia công Vì mà hiệu khai thác, sử dụng máy hạn chế - Chế độ công nghệ gia công máy cắt dây phụ thuộc nhiều thành phần hóa học vật liệu chi tiết gia công nhƣ tính dẫn điện dẫn nhiệt Do loại vật liệu chi tiết gia công khác (có độ cứng khác nhau) có chế độ công nghệ gia công khác Trong vật liệu hợp kim cứng đƣợc sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Việc gia công vật liệu hợp kim cứng phƣơng pháp thông thƣờng đòi hỏi chi phí lớn, suất chất lƣợng gia công không cao, nhƣng sử dụng phƣơng cắt dây tia lửa điện hiệu Do việc tiến hành nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 phƣơng pháp cắt dây” cần thiết Mục đích, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Xác định ảnh hƣởng thông số ( Điện áp đánh lửa Ui, độ kéo dài xung Ton khoảng cách xung toff ) cắt dây với vật liệu hợp kim cứng BK8 để đảm bảo độ nhám theo yêu cầu 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu Máy: máy cắt dây CW322S Vật liệu gia công: Hợp kim cứng BK8 Dây: Dây đồng có đƣờng kính 0,25mm Đối tƣợng gia công: biên dạng đƣờng thẳng cung tròn Các thông số công nghệ nghiên cứu là: Điện áp đánh lửa Ui, độ kéo dài xung Ton khoảng cách xung Toff 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Ý nghĩa đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Bằng cách nghiên cứu sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài đƣa đƣợc hàm toán học mô tả mối quan hệ điện áp đánh lửa U i, cƣờng độ dòng điện Ie, độ kéo dài xung Ton khoảng cách xung Toff với độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8, từ đƣa sở cho việc tối ƣu hoá trình cắt nhƣ cho nghiên cứu khác trình cắt Làm sở cho việc nghiên cứu khía cạnh khác trình gia công tia lửa điện Đề tài góp phần vào việc hoàn thiện việc xác định điều chỉnh thông số công nghệ gia công máy cắt dây nói chung gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây nói riêng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu xây dựng chế độ cắt tối ƣu gia công máy cắt dây EDM -CNC có ý nghĩa thực tiễn nghiên cứu khoa học nhƣ sản xuất nhƣ sau: - Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ gia công hợp kim cứng máy cắt dây đƣợc hợp lý hơn, hiệu khai thác, sử dụng máy tốt Góp phần vào việc nâng cao chất lƣợng hạ giá thành sản phẩm Đây yếu tố có ý nghĩa lớn phát triển doanh nghiệp môi trƣờng sản xuất kinh doanh phải đối mặt với cạnh tranh khốc liệt thị trƣờng nhƣ trình hội nhập - Đạt đƣợc khả cho suất cao nhƣng đảm bảo chất lƣợng bề mặt theo yêu cầu gia công hợp kim cứng sản xuất, số lƣợng sản phẩm không nhiều Nội dung luận văn Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, phần mở đầu, kết luận chung phụ lục luận văn có nội dung nhƣ sau: Chƣơng Tổng quan gia công tia lửa điện - Nghiên cứu tổng quan kỹ thuật EDM Chƣơng Nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến suất, chất lƣợng bề mặt gia công máy cắt dây - Nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tƣợng xảy trình cắt - Nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố công nghệ đến trình cắt Chƣơng Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng số thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây EDM - Thiết lập thí nghiệm - Xây dựng mô hình toán xác định độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây - Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ công nghệ với độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 Chƣơng 4: Kết luận chung khuyến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 10 Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN II: NỘI DUNG Chƣơng TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN Năm 1943, thông qua nghiên cứu tuổi bền thiết bị phóng điện, hai vợ chồng ngƣời Nga Lazarenko tìm phƣơng pháp gia công tia lửa điện Họ sử dụng tia lửa điện để hớt lớp vật liệu mà không phụ thuộc vào độ cứng vật liệu Khi tia lửa điện phóng lớp vật liệu bề mặt phôi bị hớt trình điện – nhiệt thông qua nóng chảy bốc kim loại Từ đến trình hớt vật liệu gia công tia lửa điện đƣợc coi phức tạp liên quan đến khoảng cách khe hở phóng điện, đến thông tin kênh plasma, hình thành cầu phóng điện điện cực, ăn mòn điện cực, nghiên cứu tƣợng phóng điện nhà khoa học làm cho công nghệ gia công tia lửa điện có phát triển lớn năm gần đời thêm số phƣơng pháp gia công dùng nguyên lý phƣơng pháp gia công tia lửa điện 1.1 Đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện Gia công tia lửa điện phƣơng pháp gia công cách phóng điện ăn mòn sở tác dụng nhiệt xung điện đƣợc tạo phóng điện điện cực 1.1.1 Các đặc điểm phƣơng pháp gia công tia lửa điện - Điện cực (đóng vai trò dụng cụ cắt): có độ cứng thấp nhiều so với vật liệu phôi vật liệu phôi thƣờng vật liệu cứng qua nhiệt luyện nhƣ thép tôi, loại hợp kim cứng vật liệu điện cực thƣờng đồng, grafit - Vật liệu dụng cụ cắt vật liệu phôi phải có tính chất dẫn điện tốt - Môi trƣờng gia công: gia công phải sử dụng chất lỏng điện môi làm môi trƣờng gia công Đây dung dịch không dẫn điện điều kiện làm việc bình thƣờng 1.1.2 Khả công nghệ phƣơng pháp gia công tia lửa điện Phƣơng pháp gia công tia lửa điện tạo đƣợc mặt định hình đƣờng thẳng, đƣờng cong, rãnh định hình, bề mặt có profin phức tạp, với độ bóng bề mặt tƣơng đối cao (Ra = 1.25m  5m) độ xác cao (IT5) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 81 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Hình 3.8 Phân tích kết thí nghiệm suất gia công theo Ton, Toff, U Chấp nhận kết này, ta thu đƣợc phƣơng trình hồi quy mô tả quan hệ hàm mục tiêu suất cắt V thông số đầu vào Ton, Toff, U nhƣ sau :  mm   V= - 38.1627 + 45.734Ton - 0.380500Toff - 0.558750U – 38.4607T2on   phút  Từ mối quan hệ suất cắt V với thông số Ton, Toff, U, ta thấy ảnh hƣởng thời gian phóng điện Ton =45,734 μs nhiều kể thành phần bậc bậc Hiệu điện phóng điện U= 0,558750 V ảnh hƣởng thời gian ngắt xung Toff = 0,380500 μs ảnh hƣởng đến suất cắt V Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 82 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Surface Plot of V vs Toff, Ton Hold Values U 45 35 V 30 25 25 20 20 1.0 1.5 T on T off 15 2.0 Hình 3.10 Đồ thị quan hệ suất cắt phụ thuộc Ton Toff U=45v Hình 3.11 Đồ thị đƣờng mức suất cắt phụ thuộc Ton T0ff U=45v Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 83 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Phân tích đồ thị Trên đồ thị ta thấy độ kéo dài xung có ảnh hƣởng lớn đến suất gia công Độ kéo dài xung cao suất gia công lớn, đặc biệt khoảng Ton = 1,3 † 1,9 μs suất gia công lớn lƣỡi cắt (Hình 3.11), ảnh hƣởng khoảng cách xung lớn suất gia công nhỏ Do gia công muốn đạt đƣợc suất gia công lớn  mm   ta chọn độ kéo dài xung Ton = 1,5 μs với khoảng cách với V = 36,69   phút  xung T0ff = 15 μs 3.5 Ảnh hƣởng thông số gia công đến sai số biên dạng Lần lƣợt tiến hành thí nghiệm, thu thập kết ghi lại giá trị vào cột bổ sung bảng thí nghiệm có, ta thu đƣợc kết nhƣ trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Kết thí nghiệm nghiệm tối ƣu hóa sai số gia công theo Ton, Toff, U Sử dụng chức phân tích kết thí nghiệm (Analyze Response Surface Design) phần mềm thiết kế thí nghiệm Minitab®, thu đƣợc kết nhƣ bảng sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 84 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Hình 3.12 Phân tích kết thí nghiệm sai số gia công theo Ton, Toff, U Quan sát kết phân tích phƣơng sai (Analysis of Variance), nhận thấy thành phần bậc (Linear) mô hình hồi quy có ý nghĩa thống kê (giá trị p 0,021; nhỏ so với mức ý nghĩa thông thƣờng 0,05) Quan sát giá trị p phân tích mức độ không phù hợp mô hình (Lack-of-Fit), giá trị p (bằng 0,553) lớn nhiều so với mức thông thƣờng (0,05), kết luận dạng mô hình hồi quy kiểu bậc phù hợp Trên hình 3.12 nhận thấy, hệ số bậc cao phƣơng trình hồi quy (Ton*Ton) có giá trị p nhỏ (là 0,003) Điều chứng tỏ thành phần có ý nghĩa thống kê lớn Chấp nhận kết này, ta thu đƣợc phƣơng trình hồi quy mô tả quan hệ hàm mục tiêu δ thông số đầu vào Ton, Toff, U nhƣ sau: δ = 0.03800 + 0.00663Ton – 0.0025Toff - 0.00388U – 0.01187T2on (mm) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 85 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Từ quan hệ δ với thông số Ton, Toff, U , ta thấy thời gian phóng điện Ton = 0.00663μs ảnh hƣởng nhiều đến sai số gia công thành phần bậc bậc Hiệu điện phóng điện U = 0,00388V có mức độ ảnh hƣởng Thời gian ngắt xung Toff = 0,0025μs ảnh hƣởng Kết đƣợc biểu diễn dƣới dạng “bề mặt tiêu” (Response surface) nhƣ hình 3.13 Hình 3.13 Đồ thị quan hệ sai số gia công phụ thuộc Ton Toff U=45v Hình 3.14 Đồ thị đƣờng mức sai số gia công phụ thuộc Ton T0ff U=45v Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 86 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Phân tích đồ thị Trên đồ thị ta thấy độ kéo dài xung có ảnh hƣởng lớn đến sai số gia công Độ kéo dài xung cao sai số gia công lớn, đặc biệt khoảng Ton = 1,2 ÷ μs sai số gia công lớn (Hình 3.14), ảnh hƣởng khoảng cách xung lớn sai số gia công nhỏ Do gia công muốn đạt đƣợc sai số gia công nhỏ với δ = 0.015 mm = 15μm ta chọn độ kéo dài xung Ton = μs với khoảng cách xung T0ff = 20 μs Nhƣ nhìn vào bảng kết sai số gia công trung bình ta thấy, giá trị sai số gia công trung bình lớn δ = 0.049 mm = 49 μm Sai số cho phép mài thô mài tinh [δ] = 0.065 mm = 65 μm lớn sai số gia công trung bình [δ] ˃ δ Vậy đảm bảo cho nguyên công sau mài Một số hình ảnh sai số gia công kích thƣớc lý thuyết kích thƣớc thực.( Đƣờng màu đỏ kích thƣớc lý thuyết, Màu đen kích thƣớc thực đƣợc đo máy đo tọa độ chiều C544 ) Chi tiết số 0.044 0.031 0.026 0.023 0.028 0.046 0.024 0.037 0.027 0.037 0.033 0.028 Chi tiết số 0.036 0.027 0.03 0.028 0.026 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 0.043 0.018 0.027 0.029 0.046 0.023 0.02 http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 87 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Chi tiết số 0.044 0.036 0.048 0.047 0.039 0.032 0.041 0.046 0.026 0.041 0.037 0.042 Chi tiết số 0.044 0.011 0.007 0.008 0.006 0.027 0.024 0.046 0.023 0.02 0.012 0.003 Chi tiết số 0.041 0.018 0.006 0.009 0.011 0.029 0.025 0.043 0.024 0.022 0.012 0.003 Chi tiết số 0.044 0.027 0.034 0.031 0.036 0.039 0.028 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 0.024 0.027 0.041 0.023 0.023 http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 88 Chi tiết số 0.044 0.042 0.038 0.042 0.042 0.032 0.041 0.047 0.023 0.038 0.04 0.049 Chi tiết số 0.032 0.025 0.031 0.018 0.026 0.027 0.024 0.02 0.023 0.02 0.012 0.015 Chi tiết số 0.044 0.032 0.041 0.035 0.048 0.027 0.033 0.042 0.039 0.043 0.039 0.037 Chi tiết số 10 0.044 0.052 0.043 0.049 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 0.051 0.053 0.055 0.049 0.048 0.046 0.03 0.056 http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 89 Chuyên ngành: Công nghệ CTM 3.6 Tối ƣu hoá đa mục tiêu Đồ thị tối ƣu với mục tiêu tối đa hóa nhám bề mặt suất gia công V đƣợc trình bày nhƣ sau : Hình 3.15 Đồ thị tối ƣu hóa theo đồng thời tiêu nhám bề mặt thời gian Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 90 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Đã tối ƣu hóa đa mục tiêu tìm trị số thông số (Ton, Toff, U) gia công để đạt độ nhám Ra = (2.5÷2.9) m đảm bảo đạt đƣợc suất V = (17÷21)(mm2/phút) thông số tối ƣu với mục tiêu : Ton = 1s; Toff = 15s; U= 50 v Với độ tin cậy 57,3% Bộ thông số tối ƣu độ nhám với suất đƣợc thí nghiệm, tìm nhƣ sau: Ton = 1s ; Toff = 15; U = 50v Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 91 Chuyên ngành: Công nghệ CTM KẾT LUẬN CHƢƠNG III Trong chƣơng tác giả tập trung vào nghiên cứu ảnh hƣởng hƣởng thông số điện đến độ nhám bề mặt, độ xác gia công suất cắt Tất thí nghiệm thực điều kiện sản xuất thực tế trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Thu đƣợc kết nhƣ sau: ♦ Ta tiến hành thí nghiệm sàng lọc để tìm thông có ảnh hƣởng lớn đến sản phẩm chất lƣợng đầu ♦ Đã tiến hành thực nghiệm thành công thu đƣợc kết đảm bảo độ tin cậy ♦ Đã ứng dụng kỹ thuật thiết kế phân tích thí nghiệm RSM cho toán tìm thông số tối ƣu Sử dụng RSM cho phép tiến hành số thí nghiệm hơn; thu đƣợc kết nhanh xác hơn, có khả tùy biến cao ♦ Đã xây dựng đƣợc mối quan hệ thông số công nghệ (T on, Toff, U) đến độ nhám bề mặt suất gia công, sai số gia công gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây cụ thể nhƣ sau: Ra = -2.57554 + 11.8264Ton – 0.03525Toff - 0.05525U – 3.57714T2on (μm)  mm    phút  V= - 38.1627 + 45.734Ton - 0.380500Toff - 0.558750U – 38.4607T2on  δ = 0.03800 + 0.00663Ton – 0.0025Toff - 0.00388U – 0.01187T2on (mm) ♦Đã tìm đƣợc trị số (Ton, Toff, U) gia công muốn đạt đƣợc sai số biên dạng nhỏ với δ = 0.015 mm = 15μm ta chọn Ton = μs; T0ff = 20 μs; U=45v ♦ Đã tối ƣu hóa đa mục tiêu tìm trị số thông số (Ton, Toff, U) gia công để đạt độ nhám Ra = (2.5÷2.9) m đảm bảo đạt đƣợc suất V = 17÷21) (mm2/phút) thông số tối ƣu với mục tiêu : Ton = 1s; Toff = 15s; U= 50v Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 92 Chuyên ngành: Công nghệ CTM PHẦN III KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Ngày cạnh tranh ngày gay gắt đòi hỏi phải tối ƣu công đoạn dây chuyền sản xuất nhƣ độ xác, độ bền, suất, tính kinh tế, chất lƣợng gia công… Điều có ý nghĩa thiết thực gia công vật liệu quý hiếm, vật liệu khó gia công phƣơng pháp thông thƣờng Tuy nhiên, thiết bị gia công ngày phức tạp đòi hỏi phải có chế độ tối ƣu hóa để gia công nhằm mục đích nâng cao hiệu hạ giá thành sản phẩm Với mục đích em tập trung sâu nghiên cứu chất trình gia công tia lửa điện, mô tả đánh giá ảnh hƣởng thông số công nghệ đến suất chất lƣợng gia công dây cắt tia lửa điện Hợp kim cứng BK8 loại hợp kim đƣợc sử dụng rộng rãi làm dao cắt, khuôn kéo sợi, khuôn dập chi tiết máy….Việc gia công chúng công nghệ cắt gọt thông thƣờng (Tiện; Phay; Mài v.v ) vô khó khăn, gia công đƣợc Thực tế đòi hỏi cần phải phát triển công nghệ gia công để gia công vật liệu Khi gia công dây cắt tia lửa điện, tính dẫn điện hợp kim cứng BK8 thấp làm cho suất chất lƣợng gia công thay đổi Vì cần phải nghiên cứu tìm các trị số thông số công nghệ tối ƣu để đảm bảo suất chất lƣợng (độ nhám bề mặt) gia công dao phay đĩa xích gắn mảnh hợp kim cứng BK8 máy căt dây tia lửa điện Kết cụ thể là: Đã xây dựng cách có hệ thống tham số công nghệ đơn nhƣ kết hợp yếu tố công nghệ khác ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt suất gia công Tác giả đƣa kết luận ảnh hƣởng thông số công nghệ đến nhám bề mặt suất cắt, điều sở để lựa chọn chế độ gia công tối ƣu nhằm nâng cao hiệu trình gia công Cụ thể là: - Điện áp đánh lửa U: yếu tố ảnh hƣởng lớn đến suất chất lƣợng bề mặt gia công Điều hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu gia công dây cắt tia lửa điện - Khoảng cách xung Toff (off time): Đây tham số có ảnh hƣởng không nhỏ đến suất, chất lƣợng bề mặt nhƣ độ xác kích thƣớc Khi khoảng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 93 Chuyên ngành: Công nghệ CTM cách xung lớn lƣợng hớt vật liệu phôi nhỏ ngƣợc lại Tuy nhiên, khoảng cách xung phải đủ lớn để dung dịch chất điện môi có đủ thời gian ion hóa dòng chảy điện môi có đủ thời gian vận chuyển hết phoi khỏi vùng gia công nhƣ làm nguội bề mặt gia công - Độ kéo dài xung Ton (on time): thời gian kéo dài xung ảnh hƣởng lớn đến suất chất lƣợng bề mặt gia công Lƣợng hớt vật liệu tăng lên độ kéo dài xung tăng, nhƣng đến mức độ giảm cho dù độ kéo dài xung tăng kéo theo nhám bề mặt tăng lên Xây dựng thành công mô hình toán học mối quan hệ độ nhám bề mặt suất gia công, sai số gia công với thông số công nghệ nhƣ điện áp đánh lửa U, độ kéo dài xung Ton, khoảng cách xung Toff gia công hợp kim cứng BK8 cụ thể nhƣ sau Ra = -2.57554 + 11.8264Ton – 0.03525Toff - 0.05525U – 3.57714T2on (μm)  mm    phút  V= - 38.1627 + 45.734Ton - 0.380500Toff - 0.558750U – 38.4607T2on  δ = 0.03800 + 0.00663Ton – 0.0025Toff - 0.00388U – 0.01187T2on (mm) ♦Đã tìm đƣợc trị số tối ƣu(Ton, Toff, U) gia công để đạt đƣợc sai số biên dạng nhỏ với δ=0.015 mm =15μm ta chọn Ton=1μs; T0ff =20μs; U=45v Tối ƣu hóa đa mục tiêu tìm trị số thông số (Ton, Toff, U) gia công để đạt độ nhám Ra = (2.5÷2.9) m đảm bảo đạt đƣợc suất V = (17÷21)(mm2/phút) thông số tối ƣu với mục tiêu : Ton = 1s; Toff = 15s; U= 50v Hƣớng nghiên cứu tiếp theo: Cần tiếp tục mở rộng nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ khác (Ie, Tp…) đặc biệt thông số phi công nghệ nhƣ: vật liệu gia công, vật liệu điện cực, tốc độ dòng chảy, lực căng dây… đến suất chất lƣợng bề mặt gia công Cần nghiên cứu ảnh hƣởng thông số công nghệ đến trình gia công thực với vật liệu khác Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 94 Chuyên ngành: Công nghệ CTM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS, TS Vũ Hoài Ân (2007), Gia công tia lửa điện CNC, NXB Khoa học kỹ thuật [2] PGS, TS Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ƣu hoá trình gia công cắt gọt, NXB Giáo dục [3] GS, TSKH Phan Quốc Khánh - TS Trần Huệ Nƣơng (2003), Quy hoạch tuyến tính, NXB Giáo dục [4] Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia công thực nghiệm, NXB khoa học kỹ thuật [5] PGS, TS Bùi Minh Trí (2005), Xác suất thống kê quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật [6] B.N Arzamaxov (2004), Vật liệu học, NXB Giáo dục [7] Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC, NXB Khoa học kỹ thuật [8] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lƣợng trình cắt, Trƣờng Đại học KTCN Thái Nguyên [9] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật [10] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang, Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, NXB Nông nghiệp [11] Sách tra cứu vật liệu khó gia công (1981), NXB Khoa học kỹ thuật [12] TS Trần Hữu Đà, ThS Nguyễn Thị Hoa (2001), Gia công hợp kim cứng tia lửa điện, Trƣờng Đại học KTCN Thái Nguyên [13] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab ứng dụng, NXB khoa học kỹ thuật [14] Operation Manual – CNC Wire cut EDM – Chmer EDM Ching Hung Mechinery and Electric Industrial Co, Ltd – Taiwan [15] PC Pandey- HS Shan (2002), Modern Machining Processes, Tata McGrawHill Pulishing Company Limited [16] Advanced Machining Processes (2004), McGraw- Hill, Mechanical Engineering Series Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 95 Chuyên ngành: Công nghệ CTM [17] T Matsuo, E Oshima, Investigation on the Optimum Carbide Content and Machining Condition for Wire EDM of Zirconia Ceramics, CIRP Annals Manufacturing Technology, Volume 41, Issue 1, 1992, Pages 231-234 [18] Shajan Kuriakose, M.S Shunmugam, Multi-objective optimization of wire-electro discharge machining process by Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm, Journal of Materials Processing Technology, Volume 170, Issues 1-2, 14 December 2005, Pages 133-141 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... nghiên cứu ảnh hƣởng số thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 máy cắt dây EDM - Thiết lập thí nghiệm - Xây dựng mô hình toán xác định độ nhám bề mặt gia công hợp kim cứng. .. thông số công nghệ đến chất lƣợng bề mặt gia công hợp kim cứng BK8 phƣơng pháp cắt dây cần thiết Mục đích, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Xác định ảnh hƣởng thông số ( Điện... công nghệ đến suất, chất lƣợng bề mặt gia công máy cắt dây - Nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tƣợng xảy trình cắt - Nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố công nghệ đến trình cắt Chƣơng Thực nghiệm nghiên