NGHIÊN C ỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN NĂNG SUẤT GIA CÔNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN CÓ TR ỘN BỘT TITAN TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI INFLUENCE OF PROCESS PARAMATERS ON M
Trang 1NGHIÊN C ỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN
NĂNG SUẤT GIA CÔNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN
CÓ TR ỘN BỘT TITAN TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI
INFLUENCE OF PROCESS PARAMATERS ON MATERIAL REMOVAL RATE OF ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING USING POWDER TITANIUM MIXED
DIELECTRIC FLUID
Bành Ti ến Long 1 , Ngô Cường 2 , Nguy ễn Hữu Phấn 3 , Phạm văn Đông 4
1 long.banhtien@hust.edu.vn; 3 phanktcn@gmail.com
TÓM T ẮT
Năng suất gia công thấp, điện cực dụng cụ liên tục bị hao mòn và chất lượng bề mặt gia
trong EDM (PMEDM) là phương pháp nâng cao hiệu quả gia công của EDM đang được sự
hưởng của một số thông số công nghệ đến năng suất gia công (MRR) thép làm khuôn bằng
và đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số đến MRR là phương pháp Taguchi Các
hưởng khác nhau đến MRR và cường độ dòng điện, vật liệu điện cực, nồng độ bột là những
Từ khóa: EDM, PMEDM, MRR, Taguchi, hệ số S/N, Titan
ABSTRACT
Electrical discharge machining process suffers with drawback of low material removal rate, high tool wear and low quality of machined surface, which limits its applicability Powder mixed electrical discharge machining (PMEDM) overcomes this drawback by improving the efficiency of the process This study focuses on machining of die steel materials using titanium powder Taguchi’s method and analysis of variance were employed
to identify the significant parameters that effect material removal rate The process parameters considered in this study are electrode material, workpiece material, electrode polarization, time pulse generator, pulse generator downtime, amperage and concentration of titanium powder The results showed that, intensity of electric current, electrode material and powder concentration are most significant parameters that influence material removal rate
Keywords: EDM, PMEDM, MRR, Taguchi’s method, Signal to noise ratio, Titanium
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
EDM là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để tạo hình các bề mặt khuôn, mẫu
Trang 2dung dịch điện môi trong EDM đã được khẳng định qua nhiều nghiên cứu [1-6] Tuy nhiên,
pháp đã và đang được sử dụng để tìm ra những bộ thông số công nghệ hợp lí hoặc tối ưu cho
phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cho kết quả có độ chính xác càng cao nhưng chi phí
điện môi và bột Gr sẽ cho lượng mòn điện cực nhỏ hơn đột Cu; cường độ dòng điện và thời gian phát xung tăng dẫn đến lượng mòn điện cực cũng tăng theo Taguchi là phương pháp đã
độ dòng phóng điện Trong cùng một điều kiện thí nghiệm, thời gian gia công một sản phẩm
MRR và lượng mòn điện cực của EDM [13] Kết quả đã cho thấy: bột Gr sẽ cho MRR lớn
EDM đã được cải thiện đáng kể khi trộn bột SiC trong dung dịch điện môi [14] MRR đã tăng
đều giảm khi bột được trộn trong dung dịch điện, môi tuy nhiên sự giảm này cũng chỉ dừng
đây là phương pháp rất triển vọng để nâng cao năng suất và chất lượng của EDM Vì vậy,
độ dòng điện, nồng độ bột là những thông số có ảnh hưởng mạnh đến MRR của EDM
2 ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM
Trang 3được sử dụng để giữ lưu lượng ổn định (600lit/giờ) vào khe hở phóng điện và đẩy phoi ra
đi vào vùng gia công Đáy thùng được làm phẳng bởi vật liệu cách từ(gỗ) nhằm mục đích: bột
thước mẫu 45x27x10mm Cu, Gr là hai loại vật liệu điện cực được sử dụng phổ biến nhất và được quan tâm trong rất nhiều nghiên cứu Thành phần hóa học và đặc tính của hai loại vật liệu điện cực như Bảng 2 Điện cực có dạng trụ tròn và có kích thước đường kính φ23mm với
Hình 1 Sơ đồ thí nghiệm
Đo khối lượng của phôi trước và sau khi gia công bằng cân điện tử AJ 203 (Hãng
B ảng 1 Đặc trưng của vật liệu phôi
V ật
li ệu Nhi độ ệt
0 C
Kh ối lượng riêng kg/dm 3
Nhi ệt dung riêng J/kg.K
Điện trở
su ất Ohm.mm 2 /m
Môđul đàn hồi N/mm 2
Độ dẫn nhi ệt W/m.K
Nhi ệt độ hóa l ỏng
SKD61
SKD11
SKT4
Trang 4
B ảng 2 Đặc tính kỹ thuật của vật liệu điện cực
Hình 2 Hình d ạng điện cực
3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM
B ảng 3 Các thông số khảo sát
Trang 5B ảng 4 Ma trận thí nghiệm L27
* - Th ể hiện trạng thái lặp của thông số công nghệ
Để tối ưu hóa các kết quả nghiên cứu, Taguchi sử dụng hệ số (S/N) Trong nghiên cứu
sát là cao hơn rất nhiều so với ảnh hưởng ngẫu nhiên của các nhiễu Một thiết kế công nghệ
tính toán để xác định những ảnh hưởng chính của các thông số và sự tương tác đến các kết
Trang 6qua các đặc trưng của hệ số S/N Các trường hợp nghiên cứu có các đặc trưng chất lượng khác
4 K ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 K ết quả của MRR
MRR được xác định thông qua khối lượng của phôi và thời gian thí nghiệm Mỗi thí
B ảng 5 Kết quả MRR
(mm3/min) S/N của MRR
MRR-I MRR-II MRR-III
Trang 74.2 Ảnh hưởng của các thông số đến MRR
2 1 0 -1 -2
99
95
80
60
40
20
10
5
1
Standardized Residual
Normal Probability Plot
(response is Means)
a)
60 50 40 30 20 10 0
2 1 0 -1 -2
Fitted Value
Versus Fits
(response is Means)
b)
2 1 0 -1 -2
7
6
5
4
3
2
1
0
Standardized Residual
Histogram
(response is Means)
c)
26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2
2
1
0
-1
-2
Observation Order
Versus Order
(response is Means)
d)
Hình 3 Đồ thị số dư cho MRR
B ảng 6 ANOVA của MRR
Trang 8Cường độ dòng điện (E) 2 421,26 210,63 9,94 3,463 0,012
Hình 4 Ảnh hưởng của các thông số
đến MRR
Hình 5 Ảnh hưởng của tương tác
đến MRR
Ảnh hưởng của từng thông số công nghệ đến trị số của MRR đã được chỉ ra trên Hình
4, kết quả cho thấy rằng: MRR lớn nhất khi gia công thép SKD11 và nhỏ nhất khi gia công
Nguyên nhân là do năng lượng của tia lửa điện tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và thời
đã làm năng lượng của các tia lửa điện dẫn đến khối lượng vật liệu phôi bị nóng chảy, bay hơi khi gia công tăng theo Thời gian ngừng phát xung có ảnh hưởng rất khác nhau đến MRR, Hình
tăng lên Tuy nhiên, độ dốc của đồ thị MRR giảm đi khi nồng độ bột tăng (10÷20)g/l dẫn đến lượng tăng của MRR giảm
Trang 9luật ảnh hưởng khá giống nhau MRR của Cu thay đổi lớn hơn so Gr MRR của mỗi loại thép
độ bột (0÷20)g/l đã làm MRR của thép SKT4 tăng lên rất mạnh nhưng lại làm cho MRR của
nhưng lại giảm khi nồng độ bột tăng lớn hơn (10÷20)g/l Hình 5d, f đã cho thấy: MRR của Cu
đổi Trong môi trường có bột trộn trong dung dịch điện môi thì ảnh hưởng của vật liệu điện cực
đến MRR là lớn hơn so với không bột và ảnh hưởng này mạnh nhất khi nồng độ bột 10g/l Gr
và Cu đều cho MRR lớn nhất với nồng độ bột 20g/l và nhỏ nhất khi nồng độ bột 0g/l
hưởng mạnh đến hệ số S/N của MRR Các thông số công nghệ còn lại có ảnh hưởng yếu đến
được lựa chọn để xác định trị số tối ưu của MRR Hình 6 diễn tả ảnh hưởng của từng thông số
B ảng 7 ANOVA của S/N của MRR
Trang 10Hình 6 Ảnh hưởng của các thông số đến
S/N c ủa MRR Hình 7 Ảnh hưởng của các tương tác đến S/N c ủa MRR 4.3 T ối ưu hóa MRR
B ảng 8 Mức ảnh hưởng của các đại lượng khảo sát
2 , 3 ,A 2 3 2 3 2 3 2.
Giá tr ị MRR ở điều kiện tối ưu:
MRRtoiuu = 32,397 + 22,165 + 18,41 - 2 17,14 = 38,692mm3/min
Độ chính xác khoảng phân bố của MRR:
Khoảng phân bố phổ biến MRR:
Trang 115 K ẾT LUẬN
chúng đến năng suất bóc tách vật liệu của phương pháp PMEDM sử dụng bột titan trộn trong
Phân tích ANOVA đã chỉ ra rằng, vật liệu điện cực, cường độ dòng điện và sự tương tác giữa
SKD11 khi cường độ dòng điện 8A và nồng độ bột titan 10g/l Mức độ tin cậy của trị số tối
ưu khoảng 90%
TÀI LI ỆU THAM KHẢO
[1] K Ojha, R K Garg, K K Singh, Experimental Investigation and Modeling of PMEDM
Process with Chromium Powder Suspended Dielectric, International Journal of Applied
Science and Engineering, 2011, Vol 9 (2), p 65-81
[2] M L Jeswani, Effect of the addition of graphite powder to kerosene used as the dielectric fluid in electrical discharge machining, Wear, 1981, Vol 70, p 133-139
discharge machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2003, Vol 43,
p 1465–1471
[4] P Pecas, E Henriques, Electrical discharge machining using simple and powder-mixed dielectric: The effect of the electrode area in the surface roughness and topography,
Journal of materials processing technology, 2008, Vol 200, p 250-258
[5] W S Zhao, Q.G.Meng, Z.L.Wang, The application of research on powder mixed EDM
in rough machinng, Journal of materials processing technology, 2002, Vol 129, p 30-33
[6] H K Kansal, Sehijpal Singh, P Kumar, Parametric optimization of powder mixed
electrical discharge machining by response surface methodology, Journal of Materials
Processing Technology, 2005, Vol 169, p 427-436
[7] C R Sanghani, Dr G D Acharya, A Review of Research on Improvement and
Optimization of Performance Measures for Electrical Discharge Machining, Int Journal
of Engineering Research and Applications, 2014, Vol 4 (1), pp 433-450
[8] V Parkash, D Kumar, Effect of Powder Mixed Dielectric Medium on Tool Wear Rate in
EDM, International journal of scientific research(IJSR), 2013, Vol 2 (2), p 107-109 [9] G Singh, P Singh, G Tejpal, B Singh, effect of machining parameters on surface roughness of H13 Steel in EDM process using powder mixed fluid, International Journal
of Advanced Engineering Research and Studies, 2012, Vol 2 (1), p 148-150
[10] M Rajendra, G Krishna Mohana Rao, experimental evaluation of Electrical Discharge
Machining of D3 Die Steel with Al2O3 Abrasive Mixed Dielectric Material By Using Design of Experiments, International Journal of Research in Engineering and
Technology, 2014, Vol 3 (01), p 599-606
[11] V Kumar, M Rajpal, M Singh, Experimental Study of Surface Parameters of EN31 on
Powder Mixed EDM using Taguchi Methodology, International Journal for Scientific
Research & Development, 2014, Vol 2 (7), p 122-125
[12] M A Razak, A M Abdul-Rani, A M Nanimina, Improving EDM Efficiency with
SiliconCarbide Powder-Mixed Dielectric Fluid, International Journal of Materials,
Mechanics and Manufacturing, 2015, Vol 3 (1), p 40-43
Trang 12[13] G R Mahendra, V M Deepak, Study on Effect of Powder Mixed dielectric in EDM of Inconel
718, International Journal of Scientific and Research Publications, 2014, Vol 4 (11), p 1-7
[14] Y K Shriram, V K Mukund, U.Rawat, Effect of Powder Mixed Dielectric on
Performance Measures of EDM for Tungsten Carbide, International Journal of
Innovative Research in Advanced Engineering (IJIRAE), 2014, Vol 1 (10), p 106-111
[15] P Singh, A Kumar, N Beri, V Kumar, Some Experimental investigation on aluminum
powder mixed EDM on machining performance of hastelloy steel, International Journal
of Advanced Engineering Technology, 2010, Vol 1, p 28-45
[16] R Roy, A Primer on the Taguchi Method, New York: Van Nostrand Reinhold, 1990
