Luận án tiến sĩ: Mối quan hệ giữa mòn điện cực và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện (EDM)

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và hoàn thành luận án tiến sĩ, tác giả luôn nhận đƣợc sự giúp đỡ, động viên của gia đình, ngƣời thân và sự dạy bảo của các thầy cô giáo Trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Viện cơ khí - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình dạy bảo trong suốt khoá học. Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn PGS. Hoàng Vĩnh Sinh và TS.

Trần Văn Khiêm đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án. Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp tại Trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Nam Định đã động viên, hỗ trợ và giúp đỡ tác giả trong suốt khoá học. i luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc tác giả khác công bố.

Hà Nội, ngày tháng năm THAY MẶT TẬP THỂ HƢỚNG DẪN TÁC GIẢ TS. Trần Văn Khiêm Trần Quang Huy ii luan an MỤC LỤC Lời cảm ơn. i Lời cam đoan. ii Mục lục.

iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt. vi Danh mục các bảng. vii Danh mục các hình ảnh, hình vẽ, đồ thị. vii MỞ ĐẦU.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu của luận án. Nội dung nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.

Phƣơng pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Những kết quả khoa học đạt đƣợc và đóng góp mới của luận án. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN .1 Tổng quan về phƣơng pháp gia công tia lửa điện .2 Nguyên lý gia công .2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .1 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .2 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc.

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÕN ĐIỆN CỰC VÀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG VỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO .1 Sơ đồ mối quan hệ giữa các đại lƣợng trong quá trình gia công tia lửa điện .2 Đại lƣợng đầu vào .1 Đại lƣợng hệ thống.2 Đại lƣợng điều chỉnh. Đại lƣợng trung gian.1 Tác động của điện .2 Tác động của nhiệt .3 Khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực .4 Đại lƣợng đầu ra .2 Chất lƣợng bề mặt và sự biến đổi cấu trúc. 33 iii luan an 2.5 Ảnh hƣởng của các đại lƣợng đầu vào đến các đại lƣợng quá trình và đại lƣợng đầu ra .1 Ảnh hƣởng của các thông số công nghệ .2 Ảnh hƣởng của số lƣợng tia lửa điện trong mỗi lần phát xung .3 Ảnh hƣởng của thành phần dung dịch điện môi .4 Nghiên cứu điều khiển các điện cực trong EDM.5 Nghiên cứu điều khiển dạng xung trong EDM .6 Nghiên cứu tối ƣu hóa thông số công nghệ trong EDM. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM .1 Sơ đồ mô hình thí nghiệm .2 Trang thiết bị và vật liệu thí nghiệm .1 Trang thiết bị .3 Khảo sát lựa chọn điện cực.1 Khảo sát khe hở và độ nhám bề mặt với điện cực hợp kim nhôm 6061 .2 Điều kiện thực nghiệm .3 Khảo sát khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực .4 Khảo sát độ nhám bề mặt .5 Kết quả và bàn luận .4 Khảo sát khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực và độ nhám bề mặt với điện cực đồng đỏ .1 Điều kiện thực nghiệm .2 Khảo sát khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực .3 Khảo sát độ nhám bề mặt .4 Kết quả và bàn luận.

TỐI ƢU HÓA THEO CHỈ TIÊU GIẢM MÕN ĐIỆN CỰC VÀ TĂNG CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT .1 Phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi .1 Giới thiệu phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi .2 Các bƣớc tiến hành thực nghiệm .3 Cơ sở của phƣơng pháp Taguchi .2 Thiết kế thực nghiệm Taguchi với điện cực đồng đỏ.1 Điều kiện thực nghiệm .2 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực khi xung với điện cực đồng đỏ. 60 iv luan an 4.3 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt của chi tiết khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ .4 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ mòn điện cực khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ.5 Tối ƣu hóa đa mục tiêu.6 Ảnh hƣởng của mật độ dòng điện đến độ mòn điện cực và độ nhám bề mặt chi tiết .7 Ảnh hƣởng của hình dạng điện cực tới mòn điện cực .3 Thiết kế thực nghiệm Taguchi với điện cực đồng đỏ mạ crom.1 Điều kiện thực nghiệm .2 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom.3 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt của chi tiết khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom .4 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ mòn điện cực khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom .5 Tối ƣu hóa đa mục tiêu. 94 KẾT LUẬN CHUNG. 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

96 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 101 v luan an DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải nội dung Đơn vị ton Thời gian phát xung s toff Thời gian ngừng phát xung s U0 Điện áp lớn nhất V Ue Điện áp ổn định V Id Cƣờng độ dòng phóng tia lửa điện A J Mật độ dòng điện A/cm2  Khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực mm TWR Lƣợng mòn điện cực g/giờ MRR Năng suất bóc tách vật liệu mm3/s Ra Độ nhám bề mặt m S/N Signal to noise F Hệ số fisher DOF Bậc tự do PMEDM Powder Mixed Electrical Discharge Machining vi luan an DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2. Tiết diện tròn nhỏ nhất điện cực có thể dùng trên máy Erosimat C30 .2 Vật liệu làm điện cực .1 Thông số kỹ thuật của máy xung EDM EXPRESS 503 .2 Thông số kỹ thuật của thiết bị đo SURFTEST SJ-210 .3 Thông số kỹ thuật của cân phân tích MW-P Series .4 Thông số kỹ thuật TESA CAPA μ SYSTEM IP54.5 Thành phần của thép C45 .6 Thành phần của thép SKD11 .7 Thành phần đồng đỏ .8 Thành phần của hợp kim nhôm 6061 .9 Khe hở phụ thuộc cƣờng độ dòng điện .10 Kích thƣớc của điện cực tại cùng một vị trí trƣớc và sau khi xung.11 Bảng thông số Ra khi thay đổi cƣờng độ dòng điện khi xung .12 Khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực phụ thuộc cƣờng độ dòng điện .13 Bảng thông số Ra khi thay đổi cƣờng độ dòng điện khi xung .1 Tỷ số S/N của các đặc trƣng .2 Các hệ số và cấp độ (mức) thí nghiệm.3 Bậc tự do của ma trận thí nghiệm .4 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .5 Bảng phân tích ANOVA trị số của .6 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến  .7 Các hệ số và cấp độ của chúng trong mô hình thực nghiệm .8 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .9 Ảnh hƣởng của các tham số đến độ nhám bề mặt .10 Các hệ số và cấp độ (mức) thí nghiệm.11 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .12 Bảng phân tích S/N.13 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến TWR .14 Hệ số S/N cho 3 mục tiêu chuẩn hóa .15 Bảng hệ số sai lệch 0,i (k ) .16 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey .17 Cấp quan hệ Grey  0,i. 74 vii luan an Bảng 4.18 Mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến tỷ số S/N của Grey .19 Khối lƣợng điện cực và phôi .20 Mối quan hệ giữa mòn và mật độ dòng điện.21 Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với mật độ dòng điện .22 Diện tích và cạnh của các hình tƣơng ứng .23 Bảng quan hệ góc điện cực với lƣợng mòn điện cực .24 Các hệ số và cấp độ của chúng trong mô hình thực nghiệm .25 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .26 Bảng phân tích ANOVA trị số của  .27 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến  .28 Các hệ số và cấp độ của chúng trong mô hình thực nghiệm .29 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .30 Ảnh hƣởng của các tham số đến độ nhám bề mặt .31 Các hệ số và cấp độ (mức) thí nghiệm.32 Kết quả theo thiết kế thực nghiệm Taguchi .33 Bảng phân tích S/N.34 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến TWR .35 Hệ số S/N cho 3 mục tiêu chuẩn hóa .36 Bảng hệ số sai lệch 0,i (k ) .37 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey .38 Cấp quan hệ Grey  0,i .39 Mức độ ảnh hƣởng của các thông số đầu vào đến tỷ số S/N của Grey.

93 viii luan an DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình Trang Hình 1.1 Cắt dây tia lửa điện .2 Xung định hình .3 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện .4 Thống kê về các phƣơng pháp gia công tia lửa điện .5 Mòn điện cực với hƣớng phun dung dịch điện môi bên cạnh .6 Mòn điện cực với hƣớng phun dung dịch điện môi ở giữa .7 Chuyển động của điện cực bám theo hình đa giác .8 Phƣơng pháp xung có tấm nhựa bảo vệ .9 Điện cực sau khi xung với tấm nhựa bảo vệ và không có tấm bảo vệ .10 Sơ đồ phóng điện .11 Mối liên hệ về động học giữa điện cực với phôi ) .12 Sơ đồ gá đặt phôi trong từ trƣờng .13 Sơ đồ quá trình thoát phoi .1 Sơ đồ mối quan hệ phụ thuộc trong quá trình gia công EDM .2 Chiều dài của một thanh điện cực .3 Gia công lỗ cụt bằng nhiều điện cực liên tiếp nhau .4 Sự hình thành kênh dẫn điện .5 Sự phóng điện qua kênh dẫn điện. 27 Hình 26 Sự phục hồi .7 Bề mặt chi tiết sau khi gia công tia lửa điện .8 Mô hình bề mặt của điện cực-chi tiết .9 Cặp nhấp nhô bị ăn mòn tạo hố có hình dạng miệng núi lửa .10 Năng suất và độ mòn trung bình của điện cực bằng hợp kim đồng – grafit trong trƣờng hợp gia công thô trên thép hợp kim Cr-Ni-Mo-V .