Luận án tiến sĩ: Gia công tia lửa điện có trộn bột titan tại Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. HƢỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH GS.TSKH Bành Tiến Long Lê Quang Dũng i luan an LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới GS.NGND Bành Tiến Long , người Thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên tôi, giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí, Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ khí, Trung tâm Hồng Hải – Foxconn, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành thực nghiệm luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Trường, Khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tôi. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình đã luôn bên cạnh, động viên, giúp đỡ tôi, chia sẻ những khó khăn để tôi hoàn thành luận án.

Hà Nội, ngày…. tháng… năm 2021 Nghiên cứu sinh Lê Quang Dũng ii luan an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU.

viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. ix DANH MỤC HÌNH VẼ .x DANH MỤC BẢNG BIỂU. xiii PHẦN MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu.

Mục đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu .1 Mục đích nghiên cứu .2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Những đóng góp mới của luận án.

Cấu trúc nội dung luận án .5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN (EDM) VÀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT (PMEDM). Khái quát về phƣơng pháp xung định hình. Nguyên lý gia công EDM. Nguyên lý gia công PMEDM .2 Sự phát triển công nghệ và những nghiên cứu trong lĩnh vực PMEDM .1 Tình hình nghiên cứu PMEDM trên thế giới: .1 PMEDM với mục tiêu nâng cao năng suất bóc tách vật liệu.2 Giảm mòn điện cực dụng cụ (EWR) trong PMEDM.13 iii luan an 1.

Hƣớng khảo sát trong PMEDM .4 Ảnh hƣởng của vật liệu bột và nồng độ bột đến PMEDM.2 Tình hình nghiên cứu PMEDM trong nƣớc .3 Ứng dụng của phƣơng pháp gia công xung PMEDM.4 Nâng cao chất lƣợng bề mặt xung định hình với phƣơng pháp rung.20 Kết luận chƣơng 1 .21 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT TÍCH HỢP RUNG ĐỘNG. Các thông số công nghệ trong PMEDM có tích hợp rung động .1 Các thông số công nghệ của phƣơng pháp xung định hình. Điện áp phóng tia lửa điện. Cƣờng độ dòng điện.

Thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung. Dạng sóng xung. Sự phân cực. Khe hở phóng điện().

Dung dịch điện môi .2 Ảnh hƣởng bột trộn trong dung dịch điện môi trong EDM (PMEDM) .1 Lực tác động lên hạt bột trong dung dịch điện môi .2 Ảnh hƣởng của bột đến độ bền cách điện của dung dịch điện môi .3 Ảnh hƣởng của bột đến độ lớn khe hở phóng điện .4 Ảnh hƣởng của bột đến điện dung .5 Ảnh hƣởng của bột đến đƣờng kính plasma hồ quang .3 Ảnh hƣởng của rung động gán vào phôi trong EDM. Mô hình toán học của tấm rung động .34 iv luan an 2.2 Khoảng cách khe hở và áp suất vòi phun trong EDM với rung động gán vào phôi. Mô hình hóa sự thay đổi của áp suất dung dịch điện môi trong khe hở điện cực – phôi có hỗ trợ rung động .4 Tích hợp rung động siêu âm vào điện cực .5 Tích hợp rung động tần số thấp vào phôi .40 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỘT VÀ RUNG ĐỘNG ĐẾN HIỆU QUẢ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN. Điều kiện thực nghiệm khảo sát.

Vật liệu thí nghiệm. Dung dịch điện môi. Thiết bị thực nghiệm. Máy xung định hình.

Thiết bị tạo rung. Sơ đồ gán rung động trong xung định hình. Cân điện tử .3 Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ bột trong gia công PMEDM .4 Nghiên cứu ảnh hƣởng của áp suất dòng phun dung môi trong gia công PMEDM. Nghiên cứu ảnh hƣởng PMEDM tích hợp rung động đến chi tiết gia công .1 Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến năng suất bóc tách và độ mòn điện cực.

Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A của rung động đến năng suất MRR. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A đến độ mòn điện cực EWR .2 Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến chất lƣợng bề mặt sau gia công. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến nhám bề mặt gia công (Ra). Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến độ cứng tế vi của bề mặt gia công (HV) .6 So sánh sự ảnh hƣởng của rung động đến EDM và PMEDM.

Ảnh hƣởng đến năng suất gia công. Ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công (Ra) .63 CHƢƠNG 4: XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ TRONG PMEDM VỚI RUNG ĐỘNG GÁN TRÊN PHÔI. Phƣơng pháp nghiên cứu.1 Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đơn mục tiêu. Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đa mục tiêu .1 Phƣơng pháp Topsis.

Phƣơng pháp xác định trọng số bằng AHP. Thực nghiệm nghiên cứu. Xây dựng bộ thông số đầu vào. Xây dựng ma trận thực nghiệm.

Bài toán đơn mục tiêu. Năng suất gia công. Ảnh hƣởng của các thông số đến năng suất gia công. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý.

Tỷ lệ mòn điện cực. Ảnh hƣởng của các thông số đến tỷ lệ giữa mòn điện cực và năng suất gia công. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý. Nhám bề mặt chi tiết gia công.

Ảnh hƣởng của các thông số đến nhám bề mặt chi tiết gia công (Ra). Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý .86 vi luan an 4. Độ cứng bề mặt gia công. Ảnh hƣởng của các thông số đến độ cứng bề mặt gia công (HV).

Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý. Lớp trắng của bề mặt gia công (WLT). Ảnh hƣởng của các thông số đến chiều dày lớp trắng bề mặt gia công(WLT). Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý.

Bài toán đa mục tiêu bằng Topsis. Kết quả tính toán bằng Topsis-Taguchi. Kết quả tối ƣu dựa vào hệ số S/N .3: Chất lƣợng bề mặt tại điều kiện tối ƣu. Hình thái bề mặt gia công.

Hạt bám dính trên bề mặt gia công. Nứt tế vi của bề mặt gia công. Sự thay đổi tổ chức pha .103 Kết luận chƣơng 4: .106 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU. Kết luận chung.

Hƣớng nghiên cứu: .110 TÀI LIỆU THAM KHẢO .111 vii luan an DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa Ton Thời gian phát xung Tof Thời gian ngừng phát xung Ra Nhấp nhô bề mặt gia công t Thời gian thực hiện 1 thí nghiệm  Khối lƣợng riêng của phôi D Đƣờng kính lỗ d Đƣờng kính điện cực d Lƣợng quá cắt ip Mật độ dòng điện  Độ nhớt của dung dịch điện môi i Hằng số điện môi của dung dịch điện môi 0 Hằng số điện môi chân không  Kích thƣớc khe hở phóng điện hp Chiều cao nhấp nhô S Diện tích bề mặt điện cực Wc Năng lƣợng của điện dung g/cm3 Thứ nguyên của khối lƣợng riêng V/m Thứ nguyên của cƣờng độ điện trƣờng s Thứ nguyên của thời gian HRC Thang đo độ cứng Hardness Rockwell C HV Thang đo độ cứng Vickers viii luan an DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt EDM Electrical dischagre machining Gia công bằng tia lửa điện Powder mixed electrical Gia công bằng tia lửa điện có trộn PMEDM dischagre machining bột vào dung dịch điện môi Gia công bằng tia lửa điện có trộn V- Vibration- Powder mixed bột vào dung dịch điện môi tích PMEDM electrical dischagre machining hợp rung động WLT White layer thinkness Chiều dày lớp trắng bề mặt SR Surface Roughness Độ nhám bề mặt MRR Material removal rate Năng suất bóc tách vật liệu TWR Lƣợng mòn điện cực theo khối Tool wear rate lƣợng EWR Độ mòn điện cực theo tỉ lệ giữa Electrode wear rate khối lƣợng mòn điện cực và khối lƣợng bóc tách vật liệu (%) PCA Principal component analysis Phân tích thành phần chính dof degree of freedom Bậc tự do S/N Signal to Noise ratio Tỷ số tín hiệu/nhiễu XRD X-Ray diffraction Nhiễu xạ nhờ X - Ray EDX Energy-dispersive X-ray Phổ tán xạ năng lƣợng tia X SEM Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét ANOVA Analysis of variance Phân tích phƣơng sai PVD Physical Vapor Deposition Phủ bay hơi vật lý CVD Chemical Vapor Deposition Phủ bay hơi hóa học CNC Computer Numerical Control Điều khiển bằng máy tính ix luan an DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá trình hình thành tia lửa điện trong EDM [4]. 2 Sự hình thành tia lửa điện [1]. 3 Sơ đồ gia công xung điện có trộn bột. 4 Phân loại các lĩnh vực nghiên cứu chính của PMEDM.

5 Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt và nồng độ đến MRR ở các dòng điện khác nhau [13]. 6 Ảnh hƣởng của các loại bột và nồng độ hạt khác nhau đến MRR [15]. 7 Dạng sóng xung phụ thuộc điện áp và dòng điện [3]. 8 Mức độ sử dụng của bột trong PMEDM [3].

9 Ảnh SEM bề mặt thép H13 sau EDM [7]. 10 Ảnh hƣởng của nồng độ bột đến tốc độ bóc tách vật liệu. 11 Ảnh hƣởng của nồng độ bột đến lƣợng mòn điện cực. 1 Sự thay đổi U và I trong quá trình hình thành tia lửa điện [29].

2 Ảnh hƣởng của thời gian phát xung đến tốc độ bác tách vật liệu. 3 Dạng sóng xung chữ nhật [3]. 4 Sơ đồ lực tác động lên hạt bột trong dung môi [30]. 5 Quỹ đạo dịch chuyển của bột trong dung môi [15].

6 Sơ đồ của hạt bột trong vùng khe hở phóng điện [15]. 7 Bột trong chất điện môi. 8 Sơ đồ xác định điện dụng [15]. 9 Vị trí dịch chuyển của tấm gán rung động .