tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của một số THÔNG số CÔNG NGHỆ đến độ NHÁM bề mặt và NĂNG SUẤT GIA CÔNG TRONG GIA CÔNG cắt dây TIA lửa điện THÉP 9crsi SAU KHI tôi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---LƯU ANH TÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ NĂNG SUẤT GIA CÔNG TRONG GIA CÔNG CẮT DÂY

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-LƯU ANH TÙNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ NĂNG SUẤT GIA CÔNG TRONG GIA CÔNG CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN

THÉP 9CrSi SAU KHI TÔI Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN 2011

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

Phản biện 1: GS TS TRẦN VĂN ĐỊCH

Đại học Bách khoa Hà nội

Phản biện 2: TS HOÀNG VỊ

Đại học Kỹ thật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên

Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp tại: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐHTN Ngày 14 tháng 11 năm 2011

1 Tính cấp thiết của đề tài

- Gia công bằng cắt dây tia lửa điện (gọi tắt là gia công cắtdây) là một trong các phương pháp gia công tiên tiến được sử dụngkhá rộng rãi Phương pháp này được dùng để gia công các khuônmẫu, dụng cụ như khuôn đột, khuôn đùn, ép kim loại, các loại cốiđịnh hình vv… Phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi gia công các

lỗ nhỏ và sâu, các lỗ, rãnh có thành rất mỏng trên vật liệu khó giacông (thép khổng rỉ, thép đã tôi…) Chính vì thế việc xác định chế độcắt dây tối ưu khi gia công các loại vật liệu khác nhau là vấn đề hếtsức quan trọng và cần thiết

- Trong gia công cắt dây, có rất nhiều các thông số côngnghệ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, năng suất gia công, độ chínhxác gia công Chất lượng bề mặt và vận tốc cắt là hai thông số quantrọng nhất [1] Do vậy, có khá nhiều nghiên cứu tập trung vào xácđịnh thông số tối ưu để nâng cao chất lượng bề mặt và vận tốc cắt [1-5] Các nghiên cứu về tối ưu đa số là ở dạng đơn mục tiêu (ví dụtrong [2, 3]) Tuy nhiên, cũng đã có một số nghiên cứu trên cơ sở bàitoán tối ưu đa mục tiêu như trong [6, 7] Bên cạnh đó, các nghiêncứu cũng tập trung vào việc xác định chế độ cắt tối ưu cho các loạivật liệu khác nhau như chế độ tối ưu khi gia công hợp kim ti tanTi6Al4V [1, 5], thép không gỉ AISI 420 [3], hợp kim Ti-44.5Al-2Cr-2Nb0.3B [4], ceramics [5], Inconel 718 [8], STD11 (hay X12M) [9]vv…

- Thép 9CrSi là loại thép hợp kim dụng cụ hiện được sửdụng rất phổ biến Trong trường hợp làm khuôn dập, khuôn ép, cốidập thuốc, các chi tiết có thành mỏng …, một số bề mặt sử dụng thép9CrSi khi đã tôi cứng, việc gia công các bề mặt này bằng các phươngpháp truyền thống là rất khó khăn và đôi khi không thể thực hiện

được Do vậy việc tiến hành nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng

của một số thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt và năng suất gia công trong gia công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau khi

tôi.” là rất cần thiết.

II MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục đích của đề tài

Xác định ảnh hưởng của các thông số (Điện áp phóng điện

U, thời gian đóng xung Ton, thời gian ngắt xung Toff) khi cắt dây vậtliệu 9CrSi sau khi tôi đến năng suất gia công đảm bảo độ nhám theoyêu cầu

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Máy: máy cắt dây CW322S trường ĐH Kỹ thuật Côngnghiệp

Vật liệu gia công: thép 9CrSi sau khi tôi đạt độ cứng5562HRC

Dây: Dây đồng có đường kính 0,25mm

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

III Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

3.1 Ý nghĩa khoa học

Từ việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với nghiên cứuthực nghiệm, đề tài đã đưa ra hàm toán học mô tả mối quan hệ giữanhám bề mặt và năng suất cắt với các thông số của quá trình gia côngvới thời gian phóng điện Ton, thời gian ngắt xung Toff, hiệu điện thếphóng điện U khi gia công thép 9CrSi sau khi tôi Từ đó đưa ra cơ sởcho việc tối ưu hóa quá trình gia công cũng như tiền đề cho cácnghiên cứu khác

Đề tài góp phần hoàn thiện việc lựa chọn các thông số tối ưucho quá trình gia công trên máy cắt dây nói chung và gia công thép9CrSi sau khi tôi trên máy cắt dây nói riêng

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Gia công tia lửa điện bằng cắt dây ngày càng được sử dụngrộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Vì vậy, đề tài này có ý nghĩatrong thực tiễn gia công các khuôn dập, khuôn ép, cối dập thuốc…

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN

1.1 Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện

Gia công tia lửa điện là phương pháp gia công bằng cáchphóng điện ăn mòn trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được tạo

ra do sự phóng điện giữa hai điện cực

1.1.1 Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện

- Điện cực (đóng vai trò là dụng cụ cắt): Có độ cứng thấphơn nhiều so với vật liệu phôi Vật liệu phôi thường là những vật liệucứng và đã qua nhiệt luyện như thép đã tôi, các hợp kim cứng Vậtliệu điện cực thường là đồng, grafit…

- Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi đề phải có tính dẫnđiện tốt

- Môi trường gia công: Khi gia công phải sử dụng một chấtlỏng điện môi làm môi trường gia công Đây là dung dịch không dẫnđiện ở điều kiện làm việc bình thường

1.1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện.

1.2 Các phương pháp gia công tia lửa điện

1.2.1 Phương pháp gia công xung định hình

1.2.2 Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện 1.2.3 Các phương pháp khác:

1.3 Cơ sở của phương pháp gia công tia lửa điện

I.3.1 Bản chất vật lý

1.4.3 Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ.

1.4.4 Ảnh hưởng của điện dung C

1.4.5 Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công

1.4.6 Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực

1.5 Lượng hớt vật liệu khi gia công tia lửa điện

1.6 Chất lượng bề mặt

1.6.1 Độ nhám bề mặt

1.6.2 Vết nứt tế vi và các ảnh hưởng về nhiệt

1.7 Độ chính xác tạo hình khi gia công tia lửa điện

1.8 Các hiện tượng xấu khi gia công tia lửa điện

1.8.1 Hồ quang

1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp

1.8.3 Xung mạch hở, không có dòng điện

1.8.4 Sự quá nhiệt của chất điện môi

1.9 Các yếu tố không điều khiển được

1.9.1 Nhiễu hệ thống

1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên

1.10 Dung dịch chất điện môi trong gia công tia lửa điện 1.10.1 Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi

1.10.2 Các loại chất điện môi

1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi

1.10.4 Các loại dòng chảy của chất điện môi

- Các thong số công nghệ được sử dụng trong gia công tialửa điện như: hiệu điện thế phống điện, thời gian đóng và ngắt xung,điện cực, chất điện môi… có ảnh hưởng lớn và đôi khi rất phức tạpđến hiệu quả quá trình cắt Vì vậy cần tiến hành nghiên cứu tìm raảnh hưởng của các yếu tố đó khi gia công ứng với mỗi loại vật liệu,với mỗi máy gia công nhằm nâng cao hiệu quả trong việc khai thác

và sử dụng các thiết bị và đặc biệt là nâng cao năng suất và chấtlượng của quá trình gia công

CHƯƠNG 2 MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH TRONG

QÚA TRÌNH GIA CÔNG 2.1 Sơ bộ về máy cắt dây tia lửa điện

Hình 2.1 Sơ đồ máy cắt dây tia lửa điện

Trong đó các cụm thiết bị chính là:

1- Thân máy 7- Bàn công tác

2- Phần thân máy 8- Dẫn hướng bàn công tác3- Bộ phận tạo góc nghiêng cắt 9- Thùng chứa chất điệnmôi

4- Dẫn hướng dây trên 10- Bệ máy5- Lô quấn dây 11- Bảng điện6- Bể làm việc 12- Tủ điều khiển

2.1.1 Công dụng của máy cắt dây

2.1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện

2.1.2.1 Ưu điểm:

2.1.2.2 Nhược điểm:

2.2 Độ chính xác khi gia công tia lửa điện

2.3 Điện cực và vật liệu làm điện cực

2.3.1 Yêu cầu của vật liệu làm điện cực

2.3.2 Các loại dây điện cực

2.4 Sự thoát phoi trong gia công cắt dây tia lửa điện 2.5 Nhám bề mặt khi cắt dây

2.6 Các thông số về điện trong điều khiển máy cắt dây tia lửa điện

2.6.1 Dòng phóng tia lửa điện Ie và bước của dòng điện 2.6.2 Độ kéo dài xung t i :

2.6.3 Khoảng cách xung t 0

2.6.4 Điện áp đánh lửa U i

2.6.5 Khe hở phóng điện

2.7 Lập trình gia công trên máy cắt dây

2.7.1 Các trục điều khiển và hệ tọa độ

2.7 2 Các chức năng “G”

KẾT LUẬN CHƯƠNG II

- Gia công bằng dây cắt tia lửa điện (EDM) là phương phápgia công được sử dụng chủ yếu để gia công các lỗ định hình trongcác khuôn dập, cối dập thuốc, các điện cực dùng trong gia công xung

định hình, các dưỡng kiểm, các khối 3D, các chi tiết có thànhmỏng….

- Ưu điểm chủ yếu khi gia công bằng dây cắt tia lửa điện là:cho độ chính xác cao, thao tác và vận hành đơn giản Tuy nhiên, chấtlượng bề mặt gia công và năng suất cắt phụ thuộc rất nhiều vào cácthông số công nghệ Vì vậy cần tiến hành nghiên cứu và thiết lập cácmối quan hệ giữa các thông số đó với năng suất và chất lượng của bềmặt gia công

- Ở nước ta, các công trình nghiên cứu về sự ảnh hưởng củacác thông số công nghệ đến quá trình cắt ứng với mỗi loại vật liệukhác nhau trên máy cắt dây còn ít, chưa theo kịp sự phát triển củamáy móc và sản suất Do đó, tác giả lựa chọn hướng đi đề tài này

CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ NĂNG SUẤT GIA CÔNG TRONG GIA CÔNG CẮT DÂY TIA

LỬA ĐIỆN THÉP 90CrSi SAU KHI TÔI.

3.1 Thiết kế thí nghiệm

3.1.1 Các giả thiết của thí nghiệm

Thí nghiệm được xây dựng theo những giả thiết sau:

- Chất lượng chất dung môi và điều kiện dòng chảy chất điệnmôi trong tất cả các thí nghiệm là như nhau

- Tiết diện dây coi như không đổi trong suốt quá trình thựchiện thí nghiệm

- Nhiệt độ môi trường gia công luôn luôn ổn định và bằngnhiệt độ trong phòng gia công

- Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng tới độ chính xác kích thước

là ổn định và không thay đổi trong suốt quá trình thực hiện thínghiệm

3.1.2 Điều kiện thực hiện thí nghiệm.

Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm trường Đạihọc Kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên, dưới những điều kiện cốđịnh sau:

3.1.2.1 Thiết bị thí nghiệm.

- Thiết bị để thực hiện thí nghiệm là máy cắt dây CW322S

do hãng CHMER EDM-CHING HUNG MECHINERY &

ELECTRIC INDUSTRIAL CO LTD-TAIWAN sản xuất với nhữngđặc tính như sau (Bảng 3.1):

3.1.2.2 Vật liệu gia công

3.2 Xây dựng hàm mục tiêu tối ưu hóa một số thông số công nghệ trong gia công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau khi tôi.

3.2.1 Mô hình định tính quá trình cắt dây tia lửa điện.

Có thể mô hình hóa như sau:

Hình 3.2: Mô hình hóa quá trình gia công tia lửa điện

3.2.2 Các thông số đầu vào của thí nghiệm

- Điện cực và dòng chảy chất điện môi: Để tập trung nghiêncứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ Ton, Toff, U, đến độ nhám

và năng suất cắt Ở đây tác giả giả thiết các thí nghiệm được thựchiện ở cùng một điện cực gia công Đó là điện cực đồng, đường kính

d = 0,25mm và được ngâm trong dung dịch điện môi Các điều kiệnnày phù hợp với điều kiện thực tế tại phòng thí nghiệm

Bảng 3.4 phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm:

Mức

Biến

Thấpnhất

Trungbình Cao nhất

Độ kéo dài xung Ton (on

Khoảng cách xung Toff (off

Vật liệu gia công là thép 9CrSi đã tôi với độ cứng HRC(55-60),

có kích thước 10x10x100 đã được mài phẳng

3.3 Ảnh hưởng của các thông số gia công đến nhám bề mặt.

Bảng 3.5 Kế hoạch thí nghiệm tối ưu hóa nhám bề mặt theo Ton, Toff, U

Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm nghiệm tối ưu hóa nhám bề mặt theo

Ton, Toff, U

Sử dụng chức năng phân tích kết quả thí nghiệm (AnalyzeResponse Surface Design) của phần mềm thiết kế thí nghiệmMinitab®, thu được kết quả như sau:

Estimated Regression Coefficients for Ra using data in uncoded units

-off

3.4 Ảnh hưởng của các thông số gia công đến năng suất gia công.

Ma trận thí nghiệm và kết quả thí nghiệm ảnh hưởng Ton, Toff, U đến

năng suất cắt V

Sử dụng chức năng phân tích kết quả thí nghiệm (AnalyzeResponse Surface Design) của phần mềm thiết kế thí nghiệmMinitab®, thu được kết quả như sau :

Estimated Regression Coefficients for V using data in uncoded units

3.5 Tối ưu hóa đa mục tiêu

Căn cứ các kết quả khảo sát, ta có thể chọn khoảng chế độcắt thỏa mãn hài hòa cả 2 lợi ích: nhám bề mặt và năng suất cắt.Quan sát đồ thị trên hình 3.13, ta thấy có thể lựa chọn các thông sốcắt để đồng thời đạt được chỉ tiêu về nhám bề mặt và năng suât cắt.Khi đó, sẽ chọn thông số công nghệ tối ưu như sau:

Ton = 2.0s

Toff = 15s

U= 45v

Ở đây ta chọn giá trị Toff nhỏ nhất trong giải giá trị có thể lựachọn vì khi đó năng suất sẽ cao nhất.

3.6 Tiến hành gia công thử kiểm nghiệm kết quả.

Tiến hành gia công cắt cối dập thuốc kích thước 10 dầy23mm với 03 mẫu thử như hình vẽ với các thông số điều chỉnh củachế độ cắt: Ton=2; Toff=15; Vs(U)=45; FR=10; WF=3; WT=6; WL=7;AN=1; AFF=15

Kết quả đạt được như sau:

Độ nhám Ra Thời gian cắt t (phút) Năng suất (mm2/phút)Mẫu

1

Mẫu

2

Mẫu3

Mẫu1

Mẫu2

Mẫu3

Mẫu1

Mẫu2

Mẫu32.69 2.76 2.59 39.12 36,2 37.25 18.46 19.95 19.38

Kết quả cắt thử hoàn toàn khớp với số liệu quy hoạch

KẾT LUẬN CHƯƠNG III

Trong chương này tác giả đã tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởnghưởng của các thông số về điện đến độ nhám bề mặt và năng suất giacông trong gia công dây cắt tia lửa điện khi gia công thép 9CrSi saukhi tôi Tất cả các thí nghiệm thực hiện trong điều kiện sản xuất thực

tế tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên.Thu được kết quả như sau:

- Xây dựng được mô hình định tính của quá trình gia côngxuất phát từ các thông số đầu vào đến khi thực hiện và kết thúc quátrình.

- Đã tiến hành thực nghiệm thành công và thu được kết quảđảm bảo độ tin cậy

- Đã ứng dụng kỹ thuật thiết kế và phân tích thí nghiệmRSM cho bài toán tìm các thông số tối ưu Sử dụng RSM cho phéptiến hành số thí nghiệm ít hơn; thu được kết quả nhanh và chính xáchơn, có khả năng tùy biến cao hơn

- Đã xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số côngnghệ (Ton, Toff, U) đến độ nhám bề mặt và năng suất gia công khi giacông thép 9CrSi sau khi tôi trên máy cắt dây và cụ thể như sau:

Ra = -10,5236 + 11,9419T on + 0,7077T off - 0,06475U - 3,6023T 2

on 0,018323T 2

Ton = 2.0s

Toff = 15s

U= 45v

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KHUYẾN NGHỊ.

Ngày nay sự cạnh tranh ngày càng gay gắt đòi hỏi phải tối

ưu các công đoạn trong dây chuyền sản xuất như độ chính xác, độbền, năng suất, tính kinh tế, chất lượng gia công… Điều này càng có

ý nghĩa thiết thực khi gia công các vật liệu quý hiếm, các vật liệu khógia công bằng các phương pháp thông thường Cùng với sự phát triểncủa khoa học công nghệ, các công tác này đang ngày một hiệu quảhơn Tuy nhiên, các thiết bị gia công ngày càng phức tạp và nó đòihỏi phải có một chế độ tối ưu hơ để gia công nhằm mục đích nângcao hiệu quả và hạ giá thành sản phẩm Với mục đích đó tác giả đãtập trung đi sâu nghiên cứu bane chất của quá trình gia công tia lửađiện, mô tả và đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đếnnăng suất và chất lượng trong gia công bằng dây cắt tia lửa điện

Thép 9CrSi là loại thép hiện đang được sử dụng rất nhiềutrong chế tạo khuôn dập, xây dựng, bàn cán, dụng cụ gia công….Việc gia công 9CrSi sau khi tôi là gặp khó khăn đối với các phươngpháp truyền thống do chi phí lớn, năng suất và chất lượng không cao

và đôi khi không thể thực hiện được Khi gia công bằng dây cắt tialửa điện, do tính dẫn điện của thép 9CrSi khác với các loại thép hợpkim khác, làm cho năng suất và chất lượng gia công thay đổi Vì vậycần phải nghiên cứu tìm ra các các trị số của các thông số công nghệtối ưu để đảm bảo năng suất và chất lượng (độ nhám bề mặt) khi giacông 9CrSi sau tôi trên máy căt dây tia lửa điện Kết quả cụ thể là:

1 Đã xây dựng một cách có hệ thống các tham số công nghệđơn cũng như kết hợp các yếu tố công nghệ khác nhau ảnh hưởngđến độ nhám bề mặt và năng suất gia công Tác giả đã đưa ra các kếtluận về ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến nhám bề mặt vànăng suất cắt, điều đó là cơ sở để lựa chọn chế độ gia công tối ưunhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công Cụ thể là:

- Điện áp đánh lửa U: là yếu tố ảnh hưởng lớn đến năng suất

và chất lượng bề mặt gia công Điều này hoàn toàn phù hợp với cácnghiên cứu về gia công bằng dây cắt tia lửa điện

- Khoảng cách xung Toff (off time): Đây là tham số có ảnhhưởng không nhỏ đến năng suất, chất lượng bề mặt cũng như độchính xác kích thước Khi khoảng cách xung càng lớn thì lượng hớtvật liệu phôi càng nhỏ và ngược lại Tuy nhiên, nếu khoảng cáchxung phải đủ lớn để dung dịch chất điện môi có đủ thời gian thôi ionhóa và dòng chảy điện môi có đủ thời gian vận chuyển hết phoi rakhỏi vùng gia công cũng như làm nguội bề mặt gia công

- Độ kéo dài xung Ton (on time): thời gian kéo dài xung cũngảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công Lượnghớt vật liệu tăng lên khi độ kéo dài xung tăng, nhưng đến một mức

độ nào đó rồi sẽ giảm cho dù độ kéo dài xung vẫn tăng và kéo theo

nó nhám bề mặt sẽ tăng lên

2 Xây dựng thành công mô hình toán học về mối quan hệ giữa

độ nhám bề mặt và năng suất gia công với các thông số công nghệnhư diện áp đánh lửa U, độ kéo dài xung Ton, khoảng cách xung Toffkhi gia công thép 9CrSi sau khi tôi