Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 chưa tôi bằng phương pháp xung tia lửa điện trong môi trường dung dịch điện môi có chứa bột Cacbít vônphram

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ VĂN TẠO

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 CHƯA TÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG TIA LỬA ĐIỆN TRONG MÔI TRƯỜNG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CÓ CHỨA BỘT CACBÍT VÔNPHRAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ VĂN TẠO

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 CHƯA TÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP XUNG TIA LỬA ĐIỆN TRONG MÔI TRƯỜNG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CÓ CHỨA BỘT CACBÍT VÔNPHRAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 62520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS TRẦN XUÂN THÁI 2. PGS. TS NGUYỄN THỊ HỒNG MINH

Hà Nội - 2017

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................................... ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ................................................................................................................ iv

DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................................................... vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ………………………………………………... . ……...ix

PHẦN MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................................... 1

2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ......................................... 3

a. Mục đích của đề tài ...................................................................................................................... 3

b. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................................................. 4

c. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................................... 4

d. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................................... 5

e. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................................. 5

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................................................ 6

a. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................................................... 6

b. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................................................... 6

4. Các đóng góp mới của luận án ........................................................................................................ 7

5. Nội dung của luận án ....................................................................................................................... 7

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PH P GIA C NG TIA ỬA ĐIỆN ............................. 9

1.1. Lịch sử hình thành, sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện ................................. 9

1.1.1. Lịch sử hình thành ................................................................................................................. 9

1.1.2. Sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện ........................................................ 10

1.1.2.1. Xung định hình (Die Sinking EDM hay Ram-EDM) ................................. 10

1.1.2.2. Cắt dây bằng tia ửa điện (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM) ..................... 11

1.1.2.3. Gia c ng EDM rung điện cực với tần số siêu âm (Ultrasonic vibration) .. 12

1.1.2.4. Xung khô (Dry EDM)................................................................................. 12

1.2. Phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện có trộn bột (PMEDM- Powder Mixed Electrical

Discharge Machining) ........................................................................................................................ 13

1.2.1. Nguyên lý, trang thiết bị phƣơng pháp PMEDM .............................................................. 13

1.2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu phƣơng pháp EDM và PMEDM................................... 14

1.2.2.1. Khả năng bóc tách vật iệu (MRR) và độ mòn điện cực (TWR) của phƣơng

pháp PMEDM .......................................................................................................... 15

1.2.2.2. Khả năng cải thiện chất ƣợng bề mặt chi tiết của phƣơng pháp PMEDM 17

Kết luận chƣơng 1: ............................................................................................................................. 23

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VÀ GIA CÔNG TIA LỬA

ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT ........................................................................................................................... 24

2.1. Cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện ......................................................................................... 24

2.1.1. Bản chất vật lý của quá trình phóng tia lửa điện ............................................................... 24

2.1.2. Cơ chế tách vật liệu ............................................................................................................. 28

2.1.3. Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện ........................................................................ 30

2.1.4. ƣợng hớt vật liệu ............................................................................................................... 31

2.1.5. Chất lƣợng bề mặt sau gia công ......................................................................................... 32

2.1.6. Sự mòn điện cực .................................................................................................................. 34

2.1.7. Chất điện môi ...................................................................................................................... 35

2.1.7.1. Nhiệm vụ cơ bản của chất điện m i ........................................................... 35

2.1.7.2. Các oại chất điện m i ................................................................................ 36

2.2. Cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện có trộn bột ...................................................................... 36

2.2.1. Vai trò của hạt bột trong quá trình phóng tia lửa điện ...................................................... 36

2.2.2. Sự cách điện của dung dịch điện môi ................................................................................. 38

2.2.3. Độ lớn khe hở phóng điện ................................................................................................... 39

2.2.4. Độ rộng của kênh plasma ................................................................................................... 39

2.2.5. Số ƣợng tia lửa điện ........................................................................................................... 40

2.2.6. Cơ sở lý thuyết sự xâm nhập của bột trộn trong dung môi vào bề mặt chi tiết trong quá

trình PMEDM ................................................................................................................................ 41

2.2.6.1. Khuếch tán .................................................................................................. 41

2.2.6.2. Sự iên kết của các phản ứng hóa học và sự hấp phụ bay hơi của quá trình

vật ........................................................................................................................ 44

2.2.6.3. ám dính cơ học ......................................................................................... 44

Kết luận chƣơng 2: ............................................................................................................................. 44

CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG

ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT . 46

3.1. Mục đích ...................................................................................................................................... 46

3.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 46

3.3. Điều kiện thực nghiệm khảo sát ................................................................................................. 47

3.3.1. Hệ thống thí nghiệm ............................................................................................................ 47

3.3.2. Thiết bị đo, kiểm tra ............................................................................................................ 52

3.4. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra .................................. 54

3.4.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ

nhám bề mặt ................................................................................................................................... 57

3.4.1.1. So sánh độ nhám bề mặt giữa phƣơng pháp PMEDM và EDM................ 60

3.4.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi nhiều

nhất .......................................................................................................................... 61

3.4.1.3. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi ít nhất

................................................................................................................................. 62

3.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng điện Ip và nồng độ bột tới độ nhám

bề mặt ............................................................................................................................................. 62

3.5. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra ............................. 65

Kết luận chƣơng 3: ............................................................................................................................. 69

CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG

ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI SỰ XÂM NHẬP CỦA

V NPHRAM VÀ ĐỘ CỨNG TẾ VI BỀ MẶT CHI TIẾT ................................................................ 71

4.1. Mục đích ...................................................................................................................................... 71

4.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 71

4.3. Điều kiện thực nghiệm khảo sát ................................................................................................. 72

4.3.1. Hệ thống thí nghiệm ............................................................................................................ 73

4.3.2. Thiết bị đo, kiểm tra ............................................................................................................ 73

4.4. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới sự xâm nhập của nguyên tố Vônphram

vào bề mặt SKD61 ............................................................................................................................. 74

4.4.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới sự

xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61 ............................................................ 78

4.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng tia ửa điện Ip và nồng độ bột tới sự

xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61 ............................................................ 82

4.4.3. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới hàm ƣợng Vônphram xâm nhập

vào bề mặt ...................................................................................................................................... 85

4.5. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt SKD61 ........ 89

4.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt

SKD61 ............................................................................................................................................ 92

4.5.2. Ảnh hƣởng dòng phóng tia lửa điện Ip và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt

SKD61 ............................................................................................................................................ 95

4.5.3. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi bề mặt ................... 98

4.5.4. Ảnh chụp tổ chức pha Cacbít v nphram ớp bề mặt gia công bằng phƣơng pháp

PMEDM ....................................................................................................................................... 102

4.6. Kiểm nghiệm mòn..................................................................................................................... 107

Kết luận chƣơng 4: ........................................................................................................................... 110

KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN N VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ...................... 112

KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................................................... 112

HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ........................................................................................... 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................... 115

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .................................................... 120

PHỤ LỤC………………………………………………………………………………….............121

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các số liệu và kết quả

nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình

nghiên cứu nào khác.

Hà nội, ngày tháng 11 năm 2017

Tác giả TẬP THỂ HƯỚNG DẪN

TS Trần Xuân Thái PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh Lê Văn Tạo

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của TS.

Trần Xuân Thái và PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh tôi đã hoàn thành đề tài nghiên cứu luận án của

mình. Để có được kết quả như ngày hôm nay, tác giả cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

thầy GS.TSKH Bành Tiến Long đã có những chỉ bảo và định hướng về mặt khoa học từ khi bắt đầu

tìm hiểu và nghiên cứu đề tài. Các Thầy, Cô không những góp ý và định hướng về mặt khoa học mà

còn quan tâm và động viên tinh thần nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Đây là nguồn động lực tinh thần rất lớn và có ý nghĩa, giúp nghiên cứu sinh tự tin và say mê nghiên

cứu khoa học. Qua đây tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô.

Tác giả gửi lời cảm ơn trân trọng đến tập thể các Thầy, Cô trong Bộ môn Gia công vật liệu

và dụng cụ công nghiệp, Viện Cơ khí, Viện đào tạo Sau đại học đã có những góp ý xác đáng và luôn

tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.

Tôi xin được chân thành cảm ơn sự giúp đỡ các cơ quan trong quá trình thực hiện đề tài nghiên

cứu đó là : Phòng thí nghiệm Kim tương - Bộ môn Vật liệu học; Phòng thí nghiệm Cơ học máy - Bộ

môn Cơ học máy - Khoa cơ khí - Học viện Kỹ thuật Quân sự ; Trung tâm đánh giá hư hỏng-Viện

vật liệu-Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam; Trung tâm lưu mẫu T626-Cục vũ khí-

Tổng cục kỹ thuật ; Viện hóa học- Viện khoa học và công nghệ Quân sự.

Cuối cùng, tác giả gửi lời cảm ơn đến Ban chỉ huy, các đồng nghiệp của Trung tâm Công nghệ

- Học viện Kỹ thuật Quân sự và gia đình đã luôn ở bên động viên giúp đỡ trong suốt quá trình

nghiên cứu và thực hiện đề tài.

Hà nội, ngày tháng 11 năm 2017

Tác giả

Lê Văn Tạo

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Giải thích ý nghĩa

EDM- Electrical discharge machining Gia công tia lửa điện

PMEDM-Powder mixed electrical discharge

machining Gia công tia lửa điện có trộn bột

AEDG - Abrasive Electrical Discharge

Grinding Mài xung điện

MRR - Material removal rate N ng suất bóc tách vật liệu

TWR - Tool wear rate Lượng mòn điện cực

T lệ giữa n ng suất bóc vật liệu với

WR - Wear ratio mòn điện cực

SR- Surface Roughness Độ nhấp nhô bề mặt

SEM - Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử qu t

iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Độ trễ đánh lửa (µs) td

Độ kéo dài xung máy xung máy phát (µs) ti

Khoảng cách xung (µs) t0

Thời gian chu kỳ xung (µs) tp

Điện áp máy phát mở (V) Ui

Điện áp phóng tia lửa điện (V) Ue

Dòng phóng tia lửa điện (A) Ie

N ng lượng tách vật liệu We

Độ mòn tương đối của điện cực θ

Thể tích vật liệu bị mất đi ở điện cực (mm3) VE

Thể tích vật liệu phôi được hớt đi (mm3) VW

Cường độ điện trường đánh thủng sự cách điện của dung môi khi

không có bột(V/m) Ei

Cường độ điện trường đánh thủng sự cách điện của dung môi khi có

bột(V/m) Ebr

Hằng số điện môi của dung môi cách điện ε1

Hằng số điện môi của hạt bột εp

Nồng độ bột sau gia công (g/l) Nf

Nồng độ bột ban đầu (g/l) Ni

r Bán kính hạt bột (µm)

Khoảng cách khe hở điện cực khi không có bột (µm) δ1

Khoảng cách khe hở điện cực khi có bột (µm) δ2

β Hệ số t ng điện trường do hình dạng nhấp nhô tại khe hở điện cực

Khoảng cách giữa hạt bột và điện cực (µm) gd

Chiều cao nhấp nhô (µm) hp

Cường độ mật độ dòng điện (A) Ip

Thời gian phát xung (µs) Ton

Thời gian ngừng phát xung (µs) Toff

Nhấp nhô bề mặt (µm) Ra

g/l Thứ nguyên của nồng độ hạt bột

Bán kính vùng nhiệt truyền vào phôi ở cuối quá trình phóng tia lửa

điện(µm) rs

Bán kính của miệng núi lửa (µm) rc

S Chiều sâu của miệng núi lửa (µm)

Khối lượng của phôi trước và sau quá trình gia công(g/m3) M1, M2

Số xung trong một lần phóng Nnp

ρ Trọng lượng riêng của phôi (g/m3)

HV Thang đo độ cứng theo Vicker

HRC Thang đo độ cứng theo Rocwel

V Thứ nguyên điện áp

A Thứ nguyên cường độ dòng điện

μs Thứ nguyên của thời gian

mN Thứ nguyên đơn vị đo lực

Nồng độ bột(g/l) Nbt

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1. Thành phần hóa học theo % khối lượng của thép SKD61……………………….……....49

Bảng 3.2. Đặc tính kỹ thuật của đồng điện cực………………………………………………….....50

Bảng 3.3. Thành phần hóa học theo % khối lượng của bột Cacbít vônphram……..........................50

Bảng 3.4. Kích thước hạt theo% khối lượng……………………………………….……………....50

Bảng 3.5. Đặc tính kỹ thuật của dầu Shell EDM Fluid 2………………………………………......51

Bảng 3.6. Các thông số về điện và nồng độ thực nghiệm cho quá trình PMEDM………….………52

Bảng 3.7. Kết quả đo độ nhấp nhô bề mặt tại Ip=1A........................................................................55

Bảng 3.8. Kết quả đo độ nhấp nhô bề mặt tại Ip=2A.........................................................................55

Bảng 3.9. Kết quả đo độ nhấp nhô bề mặt tại Ip=3A.........................................................................56

Bảng 3.10. Kết quả đo độ nhấp nhô bề mặt tại Ip=4A.......................................................................57

Bảng 3.11. Bảng mã hóa biến…………………………………………………………………….....66

Bảng 3.12. Tính toán các giá trị Logarit hóa …………………………………………………….....66

Bảng 3.13. Kết quả tính toán các giá trị theo bảng 3.12……………………………………..….......67

Bảng 4.1. Kết quả xác định hàm lượng Vônphram của bề mặt tại Ip=1A.........................................76

Bảng 4.2. Kết quả xác định hàm lượng Vônphram của bề mặt tại Ip=2A.........................................76

Bảng 4.3. Kết quả xác định hàm lượng Vônphram của bề mặt tại Ip=3A.........................................77

Bảng 4.4. Kết quả xác định hàm lượng Vônphram của bề mặt tại Ip=4A.........................................78

Bảng 4.5. Bảng mã hóa biến………………………………………………………………………...86

Bảng 4.6. Tính toán các giá trị Logarit hóa…………………………………………………………86

Bảng 4.7. Kết quả tính toán các giá trị theo bảng 4.6……………………………………………….87

Bảng 4.8. Kết quả xác định độ cứng tế vi bề mặt tại Ip=1A...............................................................89

Bảng 4.9. Kết quả xác định độ cứng tế vi bề mặt tại Ip=2A...............................................................90

Bảng 4.10. Kết quả xác định độ cứng tế vi bề mặt tại Ip=3A.............................................................91

Bảng 4.11. Kết quả xác định độ cứng tế vi bề mặt tại Ip=4A.............................................................91

Bảng 4.12. Bảng mã hóa biến…………………………………………………………………….....99

vii

Bảng 4.13. Tính toán các giá trị Logarit hóa………………………………………………………..99

Bảng 4.14. Kết quả tính toán các giá trị theo bảng 4.13…………………………………………...100

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Phương pháp gia công xung định hình 10

11 Hình 1.2: Mô hình máy xung tia lửa điện

12 Hình 1.3: Phương pháp gia công xung cắt dây tia lửa điện

12 Hình 1.4: Phương pháp gia công dạng xung khô (Dry EDM)

13 Hình 1.5: Mô hình nguyên lý phương pháp PMEDM

Hình 1.6: Mô hình thực nghiệm PMEDM 14

Hình 1.7: Ảnh hưởng của nồng độ bột Graphite(g/l) tới MRR, TWR, WR 16

Hình 1.8: Biểu đồ biểu thị của các thành phần bột khác nhau đến khả n ng tách vật liệu 17

18 Hình 1.9: Độ nhấp nhô bề mặt(Ra) thay đổi giữa EDM và PMEDM

19 Hình 1.10: Ảnh hưởng của cỡ hạt và loại hạt đến Ra và lớp đúc lại

Hình 1.11: Biểu đồ thời gian mở xung và dòng phóng tia lửa điện cho lớp phủ 20

Hình 1.12: Nhấp nhô bề mặt 22

Hình 1.13: Thông kê chung các công trình nghiên cứu đến n m 2015 22

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 24

Hình 2.2: Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện 26

Hình 2.3: Sự đánh lửa 26

Hình 2.4 Sự phóng điện qua kênh dẫn điện 27

Hình 2.5: Nóng chảy và bốc hơi vật liệu 27

Hình 2.6: Diễn biến của một quá trình phóng tia lửa điện 29

Hình 2.7 Các “miệng núi lửa” được hình thành liên tiếp 32

Hình 2.8 Câu trúc tế vi bề mặt của chi tiết gia công bằng EDM 33

Hình 2.9: Câu trúc các lớp bề mặt của chi tiết gia công bằng EDM 33

Hình 2.10: Ảnh hưởng của hạt bột trong quá trình hình thành kênh phóng điện của quá trình EDM

Hình 2.11: Cây cầu trong quá trình phóng điện của quá trình EDM 38

Hình 2.12: Hạt bột trong khe hở phóng điện 39

Hình 2.13: Dạng sóng xung của điện áp và dòng điện 40

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý hình thành lớp phủ 41

Hình 2.15: Cặp khuếch tán Cu-Ni 42

Hình 2.16: Khuếch tán nguyên tử 42

Hình 2.17: Khuếch tán nút trống 43

Hình 2.18: Khuếch tán xen kẽ 43

Hình 3.1: Mô hình thực nghiệm 47

Hình 3.2: Máy xung tia lửa điện ARISTECH CNC-460 48

Hình 3.3: Phôi SKD61 49

Hình 3.4: Điện cực đồng 49

Hình 3.5: Bột Cacbít vônphram của nhà sản xuất Praxair surface technologies 50

Hình 3.6: Th ng dầu 52

Hình 3.7: Máy đo độ nhấp nhô bề mặt TR200 53

Hình 3.8: Cân điện tử TE612 53

Hình 3.9: Độ nhấp nhô bề mặt Ra tại Ip=1A 58

Hình 3.10: Độ nhấp nhô bề mặt Ra tại Ip=2A 58

Hình 3.11: Độ nhấp nhô bề mặt Ra tại Ip=3A 59

Hình 3.12: Độ nhấp nhô bề mặt Ra tại Ip=4A 59

Hình 3.13: Sự tham gia của các hạt kim loai trong quá trình hình thành kênh phóng điện 60

Hình 3.14: Sự phóng điện khi có sự tham gia của các hạt kim loai trong quá trình bóc vật liệu bề

mặt phôi 61

Hình 3.15: Độ nhấp nhô bề mặt Ra tại Ton=16μs 63

Hình 3.16: Độ nhấp nhô bề mặt Ra tại Ton=32μs 63

Hình 3.17: Độ nhấp nhô bề mặt Ra tại Ton=50μs 64

Hình 3.18: Độ nhấp nhô bề mặt Ra tại Ton=200μs 64

Hình 4.1: Sơ đồ thực nghiệm và kết quả 72

Hình 4.2: Máy quét JSM6610LA 73

Hình 4.3: Máy đo độ cứng tế vi DURAMIN 73

Hình 4.4: Máy chụp tổ chức pha AXIO- A2M 74

Hình 4.5: Thiết bị thử nghiệm mẫu đa n ng UMT 74

Hình 4.6: V ng ED để xác định nguyên tố Vônphram trên bề mặt 75

Hình 4.7: Phổ mức n ng lượng các nguyên tố v ng 1 75

Hình 4.8: Phổ mức n ng lượng các nguyên tố v ng 2 75

Hình 4.9: Phổ mức n ng lượng các nguyên tố v ng 3 76

Hình 4.10: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ip=1A 79

Hình 4.11: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ip=2A 79

Hình 4.12: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ip=3A 80

Hình 4.13: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ip=4A 80

Hình 4.14: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ton=16μs 82

Hình 4.15: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ton=32μs 83

Hình 4.16: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ton=50μs 83

Hình 4.17: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ton=200μs 84

Hình 4.18: Độ cứng tế vi HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ip=1A 92

Hình 4.19: Độ cứng tế vi HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ip=2A 93

Hình 4.20: Độ cứng tế vi HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ip=3A 93

Hình 4.21: Độ cứng tế vi HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ip=4A 94

Hình 4.22: Độ cứng tế vi HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ton=16μs 96

Hình 4.23: Độ cứng tế vi HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ton=32μs 96

Hình 4.24: Độ cứng tế vi HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ton=50μs 97

Hình 4.25: Độ cứng tế vi HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ton=200μs 97

Hình 4.26: Quy ước bề mặt mẫu 102

Hình 4.27: Tổ chức pha Cacbít vônphram mặt cắt vuông với bề mặt mẫu tại Ip=1A, độ phóng đại

500 lần 103

Hình 4.28: Tổ chức pha Cacbít vônphram mặt cắt mặt cắt vuông với bề mặt mẫu tại Ip=2A, độ

phóng đại 500 lần 104

Hình 4.29: Tổ chức pha Cacbít vônphram mặt cắt mặt cắt vuông với bề mặt mẫu tại Ip=3A, độ

phóng đại 500 lần 105

Hình 4.30: Tổ chức pha Cacbít vônphram mặt cắt mặt cắt vuông với bề mặt mẫu tại Ip=4A, độ

phóng đại 500 lần 106

Hình 4.31: Tốc độ mòn bề mặt của mẫu tại Ip=1A; Ton=16μs; 60g/l 108

Hình 4.32: Tốc độ mòn bề mặt của mẫu tại Ip=1A; Ton=16μs; 40g/l 109

Hình 4.33: Tốc độ mòn bề mặt của mẫu tại Ip=1A; Ton=16μs; 20g/l 109

Hình 4.34: Tốc độ mòn bề mặt của mẫu tại Ip=1A; Ton=16μs; 0g/l 110

xii

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại ngày nay với nền kinh tế thị trường có sự kết nối toàn cầu. Do vậy,

tính cạnh tranh trở thành một yếu tố quan trọng với bất kỳ sản phẩm nào. Chính điều này

làm cho các nhà sản xuất và công nghệ luôn chú trọng đến các chỉ tiêu như: Chất lượng,

mẫu mã sản phẩm, năng suất…Ngành cơ khí cũng không nằm ngoài xu hướng chung đó,

cụ thể là trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu và sản xuất các chi tiết chịu mài mòn cao, các

nhà công nghệ đã tìm những phương án công nghệ tối ưu để giảm số nguyên công, rút

ngắn thời gian gia công, cho ra được những sản phẩm đáp ứng được những yêu cầu về:

Mẫu mã, tính năng kỹ thuật, giá thành cạnh tranh. Mục đích để đáp ứng được yêu cầu của

thị trường với giá thành hợp lý.

Trong công nghệ gia công phi truyền thống, phương pháp gia công tia lửa điện-

Electrical discharge machining (EDM) ra đời là một bước đột phá. Phương pháp gia công

tia lửa điện đạt được một số ưu điểm và độ chính xác nhất định [25]. Nhưng cũng qua

những nghiên cứu đã chỉ ra rằng EDM còn những hạn chế như: Năng suất bóc tách vật liệu

không cao, điện cực dụng cụ bị mòn, những vết tích để lại trên bề mặt sau quá trình gia

công tia lửa điện không tốt đến tuổi đời làm việc và độ chính xác của chi tiết hoặc của

khuôn [31].

Trong những năm gần đây các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu rất nhiều

biện pháp trong quá trình gia công tia lửa điện để cải thiện các đặc điểm phóng điện của

phương pháp này, nhằm cải thiện năng suất, chất lượng của quá trình gia công. Một trong

những biện pháp đó là: Trộn bột có tính dẫn điện vào trong dung môi cách điện để cải

thiện quá trình gia công EDM, phương pháp này được gọi theo thuật ngữ tiếng anh là -

Powder Mixed Electrical Discharge Machining (PMEDM). Một số các nghiên cứu gần đây

đã cho thấy phương pháp PMEDM tạo ra các bề mặt có độ nhám thấp hơn phương pháp

EDM, cấu trúc tế vi ổn định, độ cứng và sự chịu mài mòn cao. Tuy nhiên, các công trình

nghiên cứu của các tác giả về phương pháp PMEDM đưa ra vẫn còn những hạn chế nhất

định như: Kích c các hạt bột ảnh hưởng tác động ra sao tới quá trình PMEDM; Các thông

số công nghệ EDM tác động như thế nào đối với nồng độ bột ... Ngoài ra các trang thiết bị

để thực hiện cồng kềnh và phức tạp, đặc biệt là điều kiện sản xuất ở Việt Nam. Như vậy,

việc nghiên cứu và phát triển công nghệ này ở Việt Nam là hướng nghiên cứu cần được

quan tâm.

Hiện nay, các máy EDM ở Việt Nam như: Máy xung định hình, máy cắt dây được

nhập khẩu từ Trung Quốc, Đài Loan,... có giá thành không quá cao nên đây là thiết bị

đang được sử dụng phổ biến ở nước ta. Mặc dù vậy, EDM là phương pháp có số lượng

thông số công nghệ lớn với phạm vi thay đổi rộng. Việc lựa chọn các thông số công

nghệ trong sản xuất thường dựa vào tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất máy hoặc theo

kinh nghiệm thực tế nên hiệu quả ứng dụng EDM bị hạn chế. Bên cạnh đó, những

nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực EDM ở nước ta chưa nhiều. Do vậy, để khai thác

hiệu quả kinh tế - kỹ thuật các thiết bị EDM, giảm giá thành chế tạo và nâng cao năng suất

gia công, tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm cơ khí trong bối cảnh hội nhập và cạnh

tranh khốc liệt, đòi hỏi cấp thiết các công trình nghiên cứu theo hướng nâng cao hiệu quả

gia công của EDM.

Đã có rất nhiều loại vật liệu bột (Si, Al, W, Gr, Cu, Ti,...) được sử dụng

trong nghiên cứu PMEDM [39], [31]. Tập trung vào các hướng nghiên cứu như:

Nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt gia công (bột Al, Gr, Cu, Si, Al, ...) hoặc

nâng cao cơ tính bề mặt gia công (bột W, WC, Ti, TiC, Cr,...). Một số nghiên cứu đã cho

thấy: Sử dụng vật liệu bột hợp lý trong PMEDM có thể đồng thời nâng cao năng suất gia

công, giảm độ nhám bề mặt và cải thiện cơ tính của bề mặt gia công. Đặc biệt,

năng suất và chất lượng bề mặt gia công có thể đồng thời được cải thiện ngay trong quá

trình tạo hình bề mặt sản phẩm bằng PMEDM nên đã làm giảm thời gian chế tạo

sản phẩm.

Hiện tại các nghiên cứu với bột Cacbít vônphram trong PMEDM rất ít, mới chỉ

có hai công trình được công bố [20], [39] nghiên cứu ảnh hưởng của bột Vônphram tới độ

nhám bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt.

Vật liệu SKD61 là một loại vật liệu dụng cụ có các cơ tính tốt để làm khuôn và các

chi tiết máy, đặc biệt khi được xử lý nhiệt hoặc xử lý hóa học SKD61 đạt được cơ tính tốt.

Vônphram là nguyên tố kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao vào khoảng 3.422 °C, độ giãn

nở vì nhiệt thấp và có độ bền cao. Ngoài ra khả năng chống oxy hóa, ăn mòn axit và kiềm

của Vônphram là rất tốt. Đây là những đặc tính quý của nguyên tố Vônphram khi xâm

nhập vào bề mặt thép SKD61. Những đặc tính quý này tạo ra bề mặt chi tiết dụng cụ hữu

ích trong thực tế, đặc biệt trong ngành chế tạo khuôn và chi tiết chịu mài mòn.

Trong nước hiện nay ngành chế tạo khuôn mẫu đang được nhà nước ưu tiên phát

triển. Vì vậy nghiên cứu này có một ý nghĩa thực tiễn đối với cả đời sống dân sinh và trong

quốc phòng.

Xuất phát từ những vấn đề trên là cơ sở định hướng cho tác giả chọn đề tài:

“Nghiên cứu đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 chưa tôi bằng phương pháp xung

tia lửa điện trong môi trường dung dịch điện môi có chứa bột Cacbít vônphram”.

2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu

a. Mục đích của đề tài

Mục đích nghiên cứu của luận án là: Đánh giá chất lượng bề mặt của thép làm

khuôn SKD61 sau gia công PMEDM với bột trộn Cacbít vônphram, với các chỉ tiêu: Độ

cứng tế vi bề mặt - HV và độ nhám bề mặt - Ra, dưới sự ảnh hưởng của các thông số công

nghệ EDM như: Dòng phóng tia lửa điện Ip, thời gian phát xung Ton và nồng độ bột trong

miền khảo sát. Với bộ thông số công nghệ này làm cơ sở cho việc lựa chọn, tham khảo cho

gia công PMEDM.

Một vấn đề được đặt ra là: Khi gia công bằng phương pháp PMEDM để cải thiện

chất lượng bề mặt (độ nhám bề mặt- Ra, độ cứng tế vi bề mặt- HV) và giảm được số

nguyên công so với gia công bằng phương pháp khác, điều này mang một ý nghĩa thực

tiễn. Do vậy, trong luận án đã chọn vùng khảo sát gia công tinh và bán tinh các thông số

công nghệ EDM.

b. Đối tƣợng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là thép SKD61 chưa qua xử lý nhiệt. Bột Cacbít

vônphram sử dụng của nhà sản xuất PRAXAIR SURFACE TECHNOLOGIES với mã

thương mại WC-727-6, có một số thành phần nguyên tố khác và được trộn vào dung môi

cách điện.

Điện cực sử dụng là điện cực đồng (ký hiệu M1 của Nga).

c. Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của thông số công nghệ EDM, nồng độ

bột tác động tới độ nhám bề mặt của chi tiết gia công PMEDM. So sánh, đánh giá độ nhám

bề mặt của phương pháp PMEDM và EDM.

Nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của thông số công nghệ EDM, nồng độ

bột tác động tới chất lượng bề mặt (sự xâm nhập của Vônphram vào bề mặt; độ cứng tế vi

bề mặt) của chi tiết gia công PMEDM. So sánh, đánh giá độ cứng tế vi bề mặt của phương

pháp PMEDM và EDM.

Các thông số công nghệ EDM được chọn để khảo sát là ở chế độ tinh và bán tinh.

Bột được sử dụng để nghiên cứu ở ba dải nồng độ khác nhau cụ thể là: 20g/l, 40g/l;

60g/l.

d. Nội dung nghiên cứu

* Nghiên cứu tổng quan và cơ sở lý thuyết về bản chất, cơ chế gia công tia lửa điện (EDM)

và gia công tia lửa điện trong môi trường dung môi trộn bột hợp kim (PMEDM) dựa trên

các giả thuyết và cơ sở khoa học được các nhà khoa học công bố nhằm:

- Hệ thống hóa được cơ chế và bản chất của quá trình PMEDM.

-Làm cơ sở để luận giải ảnh hưởng của các thông số công nghệ xung điện PMEDM

trong quá trình nghiên cứu.

* Nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM, nồng độ bột

Cacbít vônphram trộn trong dung môi cách điện đến độ nhám bề mặt (Ra) của chi tiết sau

gia công PMEDM. Đánh giá so sánh ảnh hưởng của các thông số công nghệ gia công

EDM tới độ nhám bề mặt khi có sự tham gia của bột Cacbít vônphram so với gia công

EDM thông thường.

* Nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM và nồng độ

bột Cacbít vônphram trộn trong dung môi cách điện tới sự xâm nhập vônphram vào bề

mặt, độ cứng tế vi bề mặt. Đánh giá so sánh độ cứng tế vi bề mặt khi có sự tham gia của

bột- PMEDM so với EDM thông thường tại cùng thông số công nghệ EDM.

* Từ các kết quả nghiên cứu về độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt, luận án đã phân

tích, luận giải cơ chế bản chất của quá trình phóng tia lửa điện có trộn bột ảnh hưởng tới

các kết quả thu được.

* Kiểm nghiệm mòn một số mẫu thí nghiệm có độ cứng cao và độ nhám bề mặt thấp.

e. Phƣơng pháp nghiên cứu

* Phương pháp tiếp cận: Xuất phát từ mục đích của luận án, kế thừa và phát triển từ kết

quả nghiên cứu của các tác giả đi trước. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về EDM, PMEDM và

quá trình xâm nhập, cacbít hóa bề mặt của nguyên tố hóa học trong bột trộn PMEDM kết

hợp với thực nghiệm.

* Nghiên cứu l thu ết:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và bản chất của quá trình EDM và quá trình PMEDM.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng chính tới quá trình phóng tia lửa điện như: Dòng phóng tia

lửa điện; thời gian phát xung; nồng độ bột, kích thước bột....

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình xâm nhập nguyên tố hóa học vào bề mặt,

quá trình hình thành cacbít trên bề mặt của chi tiết sau gia công bằng phương pháp

PMEDM.

*Nghiên cứu bằng thực nghiệm bao gồm:

- Xây dựng hệ thống thí nghiệm và kế hoạch thực nghiệm.

- Phân tích, đánh giá, so sánh, luận giải các hiện tượng và kết quả nhận được bao

gồm: Độ nhám bề mặt - Ra; hàm lượng vônphram xâm nhập vào bề mặt; độ cứng tế vi bề

mặt – HV dựa vào cơ sở lý thuyết EDM, PMEDM và quá trình xâm nhập nguyên tố hóa

học vào bề mặt, quá trình hình thành cacbít trên bề mặt của chi tiết.

- Dùng quy hoạch thực nghiệm để xây dựng các hàm quan hệ: Độ nhám bề mặt,

hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt với các thông số công

nghệ EDM và nồng độ bột.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a. Ý nghĩa khoa học

- Đề tài đã nghiên cứu làm r cơ chế và bản chất của gia công PMEDM sử dụng bột

Cacbít vônphram để gia công chi tiết thép SKD61, từ đó tìm ra quy luật để điều khiển sự

ảnh hưởng của nồng độ bột và các thông số công nghệ trong quá trình gia công đến chất

lượng bề mặt. Kết quả nghiên cứu này hoàn toàn có thể sử dụng làm cơ sở khoa học về mặt

phương pháp cho các nghiên cứu ứng với các cặp vật liệu bột và chi tiết khác khi gia công

PMEDM.

b. Ý nghĩa thực tiễn

- Là cơ sở tham khảo để lựa chọn bộ thông số công nghệ khi gia công PMEDM

dùng cho các nhà máy, xí nghiệp và các phòng thí nghiệm nhằm đạt được độ nhám bề mặt

và độ cứng tế vi bề mặt theo yêu cầu đặt ra trước.

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở đào tạo.

- Đề tài lựa chọn đối tượng nghiên cứu là thép SKD61 và bột Cacbít vônphram có

một ý nghĩa thực tiễn trong việc gia công khuôn dập nóng, khuôn đúc áp lực, khuôn thủy

tinh... để cải thiện về chất lượng bề mặt.

- Phương pháp PMEDM với bột Cacbít vônphram thích hợp với các chi tiết có bề

mặt thành mỏng hoặc chi tiết có hình thù phức tạp khác nhằm đảm bảo đồng thời độ nhám

bề mặt và độ cứng tế vi lớp bề mặt.

4. Các đóng góp mới của luận án

Cụ thể hóa cơ chế và bản chất của một phương pháp gia công mới – gia công PMEDM, nhằm tạo ra các chi tiết máy có chất lượng bề mặt vượt trội trên cơ sở hiệu ứng của gia công EDM. Một số kết quả cụ thể như sau:

- Xác định được ảnh hưởng của thông số công nghệ EDM và nồng độ bột tới độ

nhám bề mặt trong vùng các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột được nghiên cứu.

- Xác định được ảnh hưởng của thông số công nghệ EDM và nồng độ bột tới sự

xâm nhập Vônphram vào bề mặt trong vùng các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột

được nghiên cứu.

- Xác định được ảnh hưởng của thông số công nghệ EDM và nồng độ bột tới độ

cứng tế vi bề mặt trong vùng các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột được nghiên

cứu.

5. Nội dung của luận án

Luận án gồm: Mở đầu, 4 chương chính, kết luận và các phụ lục:

Chƣơng 1 Tổng quan về phƣơng pháp gia c ng tia l a điện

Tổng hợp quá trình hình thành và phát triển của phương pháp EDM và PMEDM.

Tổng quan các nghiên cứu về EDM và đặc biệt là PMEDM, phân tích đánh giá những

điểm còn tồn tại để xác định hướng nghiên cứu của luận án.

Chƣơng 2 Cơ sở l thu ết gia c ng tia l a điện và gia c ng tia l a điện có trộn bột

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình EDM; PMEDM và quá trình xâm nhập

nguyên tố hóa học vào bề mặt, quá trình hình thành cacbít trên bề mặt của chi tiết sau gia

công. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng chính tới quá trình phóng tia lửa điện như: Dòng

phóng tia lửa điện; thời gian phát xung; nồng độ bột, kích thước bột.... Đây là cơ sở lý

thuyết phục vụ cho việc nghiên cứu thực nghiệm và luận giải các hiện tượng xảy ra trong

Chương 3 và Chương 4.

Chƣơng 3 Nghiên cứu ảnh hƣởng của các th ng số c ng nghệ và nồng độ bột Cacbít

vônphram trong dung d ch điện m i tới độ nhám bề mặt

Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM và nồng độ

bột tới độ nhám bề mặt. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng, luận giải các hiện tượng xảy ra đối

với độ nhám bề mặt thu được.

Đánh giá độ nhám bề mặt của phương pháp PMEDM so với phương pháp EDM.

Xây dựng mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt của phương pháp PMEDM và các yếu

tố ảnh hưởng bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm.

Chƣơng 4 Nghiên cứu ảnh hƣởng của các th ng số c ng nghệ và nồng độ bột Cacbít

vônphram trong dung d ch điện m i tới sự xâm nhập của Vônphram và độ cứng tế vi

bề mặt chi tiết

Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM và nồng độ

bột tới hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt. Đánh giá các

yếu tố ảnh hưởng, luận giải các hiện tượng xảy ra đối với hàm lượng vônphram xâm nhập

vào bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt thu được.

Đánh giá độ cứng tế vi bề mặt của phương pháp PMEDM so với phương pháp

EDM.

Xây dựng mối quan hệ giữa hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt và độ

cứng tế vi bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm.

Kiểm nghiệm mòn một số mẫu có chất lượng bề mặt tốt về cơ tính, phân tích đánh giá

trong mối quan hệ tương hỗ.

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN

1.1. L ch s hình thành, sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia l a

điện

1.1.1. L ch s hình thành

Trong công nghệ gia công phi truyền thống, phương pháp gia công tia lửa điện

(EDM) ra đời là một bước đột phá nhằm khắc phục được những điểm hạn chế của những

công nghệ truyền thống. Cách đây gần 200 năm nhà nghiên cứu tự nhiên người Anh

Joseph Priestley (1733-1809) trong các thí nghiệm của mình đã nhận thấy có hiện tượng ăn

mòn vật liệu gây ra bởi sự phóng điện. Nhưng mãi đến năm 1943 tại Nga thông qua hàng

loạt các nghiên cứu tuổi bền của các thiết bị đóng điện, hai vợ chồng Lazarenko người Nga

mới tìm ra cánh cửa dẫn tới công nghệ gia công tia lửa điện theo [14], [4].

Họ bắt đầu sử dụng tia lửa điện để làm quá trình hớt đi kim loại mà không phụ

thuộc vào độ cứng của vật liệu đó. Khi các tia lửa điện phóng ra thì một lớp vật liệu trên bề

mặt phôi sẽ bị hớt đi bởi 1 quá trình điện - nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim

loại. Từ đó đến nay, quá trình hớt vật liệu trong gia công tia lửa điện vẫn được coi là phức

tạp liên quan đến khoảng cách khe hở phóng điện, đến thông tin về kênh plasma, về sự

hình thành của cầu phóng điện giữa 2 điện cực, sự ăn mòn của cả 2 điện cực, .... các nghiên

cứu về hiện tượng phóng điện của các nhà khoa học làm cho công nghệ gia công tia lửa

điện có những phát triển lớn trong những năm gần đây và đã ra đời thêm một số phương

pháp gia công dùng nguyên lý của phương pháp gia công tia lửa điện [28], [25]: Mài EDM;

Micro EDM; gia công EDM có trộn bột hợp kim.

Cho đến nay, phương pháp gia công này đã được phổ biến rộng rãi khắp nơi trên

thế giới. Nguyên tắc của phương pháp là bắn phá bề mặt chi tiết để tách vật liệu bằng

nguồn năng lượng nhiệt rất lớn được sinh ra khi cho hai điện cực tiến gần nhau. Trong hai

điện cực này, một đóng vai trò là dao và một đóng vai trò là phôi trong quá trình gia công.

Trong thập niên 1960 đã có nhiều nghiên cứu sâu rộng về gia công EDM và đã giải

quyết được nhiều vấn đề liên quan đến mô hình tính toán quá trình gia công EDM. Trong

thập niên 1970 đã xảy ra cuộc cách mạng về gia công trên máy cắt dây EDM nhờ vào việc

phát triển các máy phát xung công suất lớn, các loại dây cắt và các phương pháp sục chất

điện môi hữu hiệu. Hiện nay, các máy EDM đã được thiết kế khá hoàn chỉnh và quá trình

gia công được điều khiển theo chương trình số. Với các thuật toán điều khiển mới, các hệ

thống điều khiển CNC cho phép gia công đạt năng suất và chất lượng cao. Các máy gia

công tia lửa điện ngày nay được đặc trưng bởi mức độ tự động hóa cao. Các hệ điều khiển

CNC trên thị trường hiện nay đã có những bước tiến vượt bậc và rất phổ biến.

1.1.2. Sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia l a điện

- Ngày nay, phương pháp EDM được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp

gia công cơ khí. Có hai phương pháp gia công tia lửa điện chủ yếu là xung định hình và

cắt dây tia lửa điện theo [14], [4]. Cả hai phương pháp trên được ứng dụng rộng rãi và đã

có những đóng góp đáng kể cho sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại. Ngoài ra

còn một số phương pháp khác đang trong quá trình nghiên cứu phát triển hoặc chuyên

dùng cho chế tạo các sản phẩm đặc chủng.

1.1.2.1. Xung định hình (Die Sinking EDM ha Ram-EDM)

Đây là phương pháp dùng các điện cực đã được tạo hình sẵn có hình dáng không

gian bất kỳ để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi [14]. Phương pháp này được dùng

để chế tạo khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn

Điện cực định hình

Phôi

Lòng khuôn

đúc áp lực ... như mô tả trên hình 1.1

Hình 1.1: Phương pháp gia công xung định hình [14]

Theo [14] hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining -EDM)

bao gồm có hai bộ phận chủ yếu: Máy công cụ và nguồn cung cấp điện. Máy công cụ gắn

điện cực định hình (đóng vai trò là dao) và điện cực tiến tới bề mặt chi tiết gia công sinh ra

một lỗ chép hình hình dạng của dụng cụ. Chi tiết gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn

điện cực thì gắn với đầu máy như mô tả trên hình 1.2.

1a. Động cơ servô trục Y 1b. Động cơ servô trục X 1c. Động cơ servô trục Z 2. Đầu mang điện cực 3. Thùng chất điện môi 4. Phôi 5. Điện cực 6. Bàn trượt dọc X 7. Bàn trượt ngang Y 8. Hệ thống điều khiển servô 9. Màn hình vi deo 10. Tủ cấp điện và các cầu chì 11. Thùng chứa và xử lí chất điện môi 12. Bơm tuần hoàn 13. Bộ lọc 14. Đường ống cấp chất điện môi 15. Ống thoát chất điện môi 16. Máy phát tia lửa điện 17. Khe hở phóng tia lửa điện

Hình 1.2: Mô hình máy xung tia lửa điện [14]

Một động cơ servo AC hoặc xylanh thủy lực để điều khiển điện cực theo phương

thẳng đứng và duy trì một vị trí, khoảng cách thích hợp của điện cực so với chi tiết gia

công.

Nguồn năng lượng cung cấp sản sinh ra một tần số cao, tạo ra một loạt tia lửa điện

giữa điện cực và bề mặt chi tiết và bóc đi một lớp kim loại bởi sự ăn mòn của nhiệt độ và

sự hóa hơi. Vị trí này được điều chỉnh một cách tự động với sự chính xác cao nhờ hệ thống

servo và nguồn cung cấp. Trong quá trình vận hành máy, thông thường điện cực không bao

giờ chạm bề mặt chi tiết, giữa chúng có một khe hở phóng điện nhỏ. Bề mặt chi tiết và điện

cực đều bao bọc trong dung dịch điện môi. Dung dịch này đóng vai trò như chất cách điện

để điều khiển sự phóng tia lửa điện. Trong gia công EDM, chất điện môi cũng thực hiện

chức năng của môi trường làm nguội và làm giảm nhiệt độ sau khi phóng điện. Quan trọng

hơn, dung dịch điện môi được bơm vào theo khe hở hình cung để đẩy đi những hạt bị xói

mòn, muội còn bám trên bề mặt giữa chi tiết và điện cực.

1.1.2.2. Cắt dâ bằng tia lửa điện (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM)

Là phương pháp dùng 1 dây dẫn điện có đường kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) cuốn liên

tục và chạy theo 1 biên dạng định trước để tạo thành 1 vết cắt trên phôi theo [14]. Phương

pháp này thường dùng để gia công các lỗ suốt có biên dạng phức tạp như các lỗ trên khuôn

dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho gia công xung định hình,

Điện cực dây

Phôi

gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các dư ng kiểm,... như mô tả trên hình 1.3

Hình 1.3: Phương pháp gia công xung cắt dây tia lửa điện [14]

1.1.2.3. Gia công EDM rung điện cực với tần số siêu âm (Ultrasonic vibration)

Công nghệ này được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1980. Đây là phương pháp hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung điện cực dụng cụ với tần số rung bằng tần số siêu âm. Rung điện cực với tần số siêu âm giúp nâng cao khả năng công nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia công khi gia công các lỗ nhỏ và siêu nhỏ theo tài liệu [60], [30], [29], [54].

Chuyển động quay hoặc tịnh tiến

Điện cực

Dòng khí

1.1.2.4. Xung khô (Dry EDM)

Hạt xỉ

Phôi

Vùng nóng chảy

Hình 1.4: Phương pháp gia công dạng xung khô (Dry EDM) [56]

Trong EDM khô theo hình 1.4, công cụ điện cực được hình thành là ống vách

mỏng. Khí áp suất cao hoặc không khí được cung cấp qua các ống. Vai trò của khí là để

loại bỏ các mảnh v từ các khoảng cách và để nguội khoảng cách giữa các điện cực. Kỹ

thuật này được phát triển để giảm ô nhiễm môi trường gây ra bởi việc sử dụng điện môi

lỏng dẫn đến sản xuất hơi trong công và chi phí để quản lý chất thải.

- Ngoài ra còn một số phương pháp khác đang trong quá trình nghiên cứu phát triển hoặc

chuyên dùng cho chế tạo các sản phẩm đặc chủng như : phay EDM (EDM milling), mài

xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding - AEDG), xung có trộn bột hợp kim

trong dung môi cách điện- Powder mixed electrical discharge machining (PMEDM), ...

1.2. Phƣơng pháp gia c ng tia l a điện có trộn bột (PMEDM- Powder

Mixed Electrical Discharge Machining)

Trong những năm gần đây các nhà khoa khoa học đã nghiên cứu ảnh hưởng của

việc trộn bột hợp kim vào dung môi cách điện trong quá trình EDM, nhằm cải thiện quá

trình gia công và cải thiện chất lượng bề mặt của chi tiết sau quá trình gia công. Khi có sự

tham gia của các hạt bột dẫn điện trong quá trình phóng tia lửa điện, nó đã làm quá trình

phóng tia lửa điện có sự biến đổi đáng kế. Chính điều này đã thay đổi quá trình gia công và

chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công.

1.2.1. Nguyên lý, trang thiết b phƣơng pháp PMEDM

Khi có sự tham gia các hạt bột vào quá trình phóng tia lửa điện đã làm thay đổi quá

trình này theo hình 1.5. Trang thiết bị khi có trộn bột trở nên cồng kềnh và phức tạp hơn so

với EDM truyền thống theo hình 1.6.

Điện Cực(+)

Hạt bột dẫn điện

Phôi (-)

Hình1.5: Mô hình nguyên lý phương pháp PMEDM [37]

Bộ điều khiển

Nguồn điện

5. Điện cực. 6. Trục khuấy. 7. Chỉ thị kế.

1. Nam châm. 2. Bơm tuần hoàn. 3. Vòi phun. 4. Thùng chứa dung môi cách điện. 8. Bộ hiển thị tọa độ các trục.

Hình 1.6: Mô hình thực nghiệm PMEDM [37]

1.2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu phƣơng pháp EDM và PMEDM

a. Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện tại trong nước vẫn tập trung nghiên cứu nhiều vào phương pháp EDM và W-

EDM và tập trung vào các hướng sau: - Nghiên cứu về bộ điều khiển CNC của máy xung: Theo [2], [13] nhóm tác giả

Bành Tiến Long; Trần Xuân Thái; Hoàng Vĩnh Sinh; Trần Thế Lục đã nghiên cứu ứng

dụng bộ điều khiển PLC và vi điều khiển 8051 để điều khiển quá trình EDM thay thế các

bộ điều khiển nhập khẩu của nước ngoài.

- Nghiên cứu về mòn điện cực của EDM: Trong nước nghiên cứu mòn điện cực,

chủ yếu tập trung trên hai loại vật liệu đồng và graphite để điều khiển lượng mòn điện cực,

nhằm điều khiển và kiểm soát quá trình gia công đạt được độ chính xác cần thiết cho chi

tiết gia công. Tối ưu nhằm tìm được những chế độ công nghệ có độ mòn ít nhất,...

- Nghiên cứu về vật liệu điện cực sử dụng khi gia công EDM: Trong nước vẫn sử

dụng phổ biến hai loại điện cực là đồng và graphite. Các nghiên cứu đề cập chủ yếu về ảnh

hưởng của từng loại vật liệu điện cực tới các chỉ tiêu: Năng suất bóc tách vật liệu; Chất

lượng bề mặt sau gia công; Độ chính xác kích thước hình dạng chi tiết sau gia công. Từ

những nghiên cứu này đã khuyến cáo về việc ứng dụng vật liệu điện cực cho từng giai

đoạn gia công trong EDM.

- Nghiên cứu về vật liệu của dung dịch điện môi: Các nghiên cứu và ứng dụng

trong nước vẫn thường dùng là dầu và nước cất. Các nghiên cứu đề cập đến vai trò, ảnh

hưởng của từng loại dung dịch điện môi trong quá trình gia công như: Khả năng cách điện,

ion hóa của từng loại dung môi ảnh hưởng tới năng suất bóc tách vật liệu, chất lượng bề

mặt chi tiết sau gia công, độ chính xác hình học của chi tiết sau gia công.

- Tối ưu hoá các thông số công nghệ trong quá trình gia công EDM và W-EDM

nhằm đạt được các hàm mục tiêu định trước. Các nghiên cứu trong nước chủ yếu đi theo

hướng này. Các kết quả thường là bảng tra thông số công nghệ và các công thức thực

nghiệm.

- Trong nước lĩnh vực nghiên cứu về trộn bột dẫn điện trong dung dịch điện môi

của phương pháp gia công tia lửa điện mới du nhập vào Việt Nam và rất ít được nghiên

cứu. Gần đây nhóm tác giả : Bành Tiến Long và Nguyễn Hữu Phấn [9] nghiên cứu ảnh

hưởng bột Titan đến năng suất bóc tách vật liệu, độ mòn điện cực, chất lượng bề mặt của

chi tiết. Trong công trình nghiên cứu này các tác giả đã tối ưu đa mục tiêu các tham số

công nghệ ảnh hưởng đến năng suất bóc tách vật liệu, độ mòn điện cực và chất lượng bề

mặt.

Như vậy, qua phân tích tìm hiểu về tình hình nghiên cứu trong nước. Nhận thấy

rằng các nhà nghiên cứu vẫn chủ yếu tập trung vào phương pháp EDM và W-EDM, rất ít

các nghiên cứu liên quan đến việc trộn bột dẫn điện trong dung dịch điện môi của quá trình

EDM. Do đó vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng bột Cacbít vônphram sẽ góp một phần trong

nghiên cứu và ứng dụng sản xuất của phương pháp PMEDM ở Việt Nam.

b.Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Phương pháp PMEDM là phương pháp công nghệ gia công mới, các nhà nghiên

cứu trên thế giới tập trung chủ yếu vào các hướng sau:

- Nghiên cứu năng suất gia công: Chủ yếu tập trung vào khả năng bóc tách vật liệu

(MRR) và độ mòn điện cực (TWR).

- Nghiên cứu chất lượng bề mặt sau gia công của các chi tiết được gia công bằng

phương pháp PMEDM: Độ nhám bề mặt; Vết nứt tế vi bề mặt; Độ cứng tế vi bề mặt

1.2.2.1. Khả năng bóc tách vật liệu (MRR) và độ mòn điện cực (TWR) của phương pháp

PMEDM

Erden và Bilgin [15] báo cáo thực nghiệm và lý thuyết về ảnh hưởng của các hạt bột trong điện môi chất lỏng của phương pháp EDM vào năm 1980. Bao gồm các loại bột: đồng, nhôm , sắt và carbon ở dạng bột được trộn vào dung môi dầu. Vật liệu dùng để gia công là thép. Thông qua nghiên cứu, các tác giả nhận thấy rằng: Việc thêm bột vào đã cải thiện các đặc điểm về điện môi chất lỏng, khi tăng nồng độ bột thì tỷ lệ thuận với việc hớt vật liệu của phôi . Tại công trình nghiên cứu này, các tác giả cũng đã công bố: Việc gia công trở nên không ổn định ở nồng độ bột cao do sự xuất hiện của các ngắn mạch.

Hình 1.7: Ảnh hưởng của nồng độ bột Graphite(g/l) tới MRR, TWR, WR [33]

Jeswani [33] nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung bột than chì nguyên chất vào

dung môi dầu. Bằng cách thêm 4 g/l bột than chì nguyên chất đã làm tăng khoảng cách

phóng điện giữa điện cực-phôi và giảm sự cố điện áp. Sự ổn định quá trình gia công đã

được cải thiện và làm tăng khả năng bóc tách vật liệu của phôi đến 60% (MRR), giảm mòn

điện cực 28% (TWR)- hình 1.7.

Wang và cộng sự [21] nghiên cứu tác động của Al và Cr bột hỗn hợp trong dung

môi dầu cách điện. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các thông số công nghệ (thời gian

phát xung , dòng phóng điện, điện cực phân cực, khoảng cách giữa điện cực và phôi, bản

chất và nồng độ của các chất phụ gia trong chất lỏng điện môi) có ảnh hưởng đáng kể đến

khả năng bóc tách vật liệu. Kết quả cho thấy hỗn hợp Al và Cr trộn trong chất lỏng điện

môi làm quá trình này được ổn định và tăng cường đáng kể khả năng bóc tách vật liệu ra

khỏi phôi (MRR)- hình 1.8.

Hình 1.8: Biểu đồ biểu thị của các thành phần bột khác nhau đến khả năng tách vật liệu [21]

Kobayashi và các cộng sự [35] nghiên cứu ảnh hưởng của bột Silic (Si) trong dung

dịch điện môi đến khả năng bóc tách vật liệu (MRR), kết quả cho thấy có sự tác động tích

cực đến việc bóc tách vật liệu khi có sự tham gia của bột Si. Tiếp theo Yan và Chen [17],

[18], [19] nghiên cứu ảnh hưởng của bột Al và Silic cacbít trong dung môi cách điện khi

gia công vật liệu SKD11 và Ti-6Al-4V, nghiên cứu đã chứng minh được việc tham gia của

các hạt bột đã cải thiện khả năng bóc tách vật liệu của phôi SKD11 và Ti-6Al-4V.

Ming và He [57] đã công bố nghiên cứu ảnh hưởng của bột Oxit dẫn điện trong quá

trình EDM, các tác giả đã công bố rằng khi có bột Oxit dẫn đã cải thiện đáng kể bóc tách

vật liệu phôi (MRR) và giảm mòn điện cực (TWR).

Wong và các cộng sự [63] đã nghiên cứu sử dụng bột mịn trong gia công tinh (Si, than

chì , molypden, nhôm và silic cacbít) trộn trong dung dịch điện môi. Nghiên cứu chỉ ra

rằng có ảnh hưởng lớn của bột trên các phương diện khả năng bóc tách vật liệu (MRR) và

mòn điện cực (TWR).

1.2.2.2. Khả năng cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết của phương pháp PMEDM

Mohri và các cộng sự [53], [51], [52] nghiên cứu ảnh hưởng của bột Si. Bột Si có

kích c hạt 10-30μm đã được trộn lẫn trong dung dịch điện môi dầu. Chế độ gia công được

thực hiện tại dòng phóng tia lửa điện thấp (0,5-1 A) và thời gian phát xung nhỏ Ton (<3 μs)

với điện cực là cực âm. Kết quả thu được các bề mặt khả năng chịu mài mòn tốt và độ

nhám bề mặt (Ra) nhỏ hơn 2μm.

Kobayashi và các cộng sự [35] đã công bố ảnh hưởng bột Si trong dung dịch điện

môi đến khả năng cải thiện độ nhám bề mặt (SR-Ra). Uno và Okada [62] công bố ảnh

hưởng của bột Si trộn đến cơ chế hình thành bề mặt. EDM với bột Si trộn trong dung dịch

điện môi cho ra được các bề mặt sản phẩm luôn bóng hơn so với phương pháp EDM thông

thường.

Pecas và Henriques [55] đã nghiên cứu ảnh hưởng của bột Si trộn trong dung dịch

điện môi, nghiên cứu cho thấy bằng cách thêm 2 g /l Si bột thì thời gian gia công và độ

nhám bề mặt (Ra) giảm. Trung bình của độ nhám bề mặt phụ thuộc vào khu vực gia công

và thời gian gia công. Nhám bề mặt thay đổi 0,09-0,57μm trong phạm vi diện tích 1- 64cm2.

Mới đây nhất Molinetti và các cộng sự [48] nghiên cứu ảnh hưởng của bột Si và

Mn - C hạt trung bình 5μm được trộn trong dung môi cách điện, các tác giả đã chỉ ra ảnh

hưởng của bột Si và Mn tới độ nhám bề mặt, quá trình EDM khi có bột đã cải thiện độ

nhám bề mặt tốt hơn so với EDM thông thường - hình 1.9

µm PMEDM với Si PMEDM với Mn EDM

a

R

- t ặ m ề b m á h n ộ Đ

Hình 1.9: Độ nhám bề mặt (Ra) thay đổi giữa EDM và PMEDM [48]

Narumiya và các cộng sự [26] chỉ ra rằng trong điều kiện làm việc cụ thể, bột than chì

(Gr) và bột nhôm (Al) thì cho độ nhám bề mặt ở nguyên công cuối tốt hơn so với bột Si.Cụ

thể kết quả tốt nhất (Ra<2μm) thu được sau khi cho bột nhôm và bột than chì vào dung

môi, các hạt bột có đường kính nhỏ hơn15μm và nồng độ dao động từ 2 đến 15g/l.

Ip=1.5A; Al Ip=1.5A; Cr Ip=1.5A; SiC Ip=4A; Al Ip=4A; Cr Ip=4A; SiC

Ip=1.5A; cỡ hạt 70-80nm Ip=1.5A; cỡ hạt 10-15µm Ip=1.5A; cỡ hạt 100µm Ip=4A; cỡ hạt 70-80nm Ip=4A; cỡ hạt 10-15µm Ip=4A; cỡ hạt 100µm

Nồng độ

Cỡ hạt

Ip=1.5A; cỡ hạt 70-80nm Ip=1.5A; cỡ hạt 10-15µm Ip=1.5A; cỡ hạt 100µm Ip=4A; cỡ hạt 70-80nm Ip=4A; cỡ hạt 10-15µm Ip=4A; cỡ hạt 100µm

Ip=1.5A; Al Ip=1.5A; Cr Ip=1.5A; SiC Ip=4A; Al Ip=4A; Cr Ip=4A; SiC

i ạ l c ú đ p ớ L

Nồng độ

Cỡ hạt

Hình 1.10: Ảnh hưởng của cỡ hạt và loại hạt đến Ra và lớp đúc lại [64]

Tzeng and Lee [58] và Yih-fong ,Fu-chen [64] nghiên cứu ảnh hưởng của bột Al c

hạt nhỏ nhất 70-80nm được trộn trong dung môi dầu cách điện. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng

độ nhám bề mặt (Ra) và lớp bề mặt đúc lại đã thay đổi so với các loại bột khác có c hạt

lớn hơn hoặc cùng c hạt, theo mô tả trên hình 1.10

Wong và các cộng sự [63] đã nghiên cứu độ bóng bề mặt của chế độ gia công tinh

trong EDM sử dụng bột mịn ( silic, than chì, molypden, nhôm và silic carbide ) trộn trong

dung dịch điện môi . Trong nghiên cứu này bột Al đã không phù hợp để tạo độ bóng trên

bề mặt SKH -51, nhưng phù hợp đã phù hợp tạo độ bóng trên bề mặt của SKH -54.

Trong một nghiên cứu khác, Uno và cộng sự [61] quan sát thấy rằng bột Niken (Ni)

trộn trong dung dịch điện môi làm biến đổi bề mặt của các thành phần bằng đồng, nhôm.

Bột Ni đã được sử dụng để phủ một lớp trên bề mặt phôi làm cho bề mặt có tính chịu mài

mòn cao. Ngoài ra tác giả cũng chỉ rằng độ dày lớp phủ tăng với sự gia tăng nồng độ của

bột Ni.

Ming và He [57] đã công bố nghiên cứu ảnh hưởng của bột Oxit dẫn điện trong quá

trình EDM, các tác giả đã chỉ ra rằng loại bột này đã cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt

chi tiết sau gia công ở chế độ bán tinh và tinh. Ngoài ra, nghiên cứu này cũng chỉ ra với

nồng độ trên 30g/l thì xảy ra sự cố về điện của quá trình xung.

Một phương pháp mới

để hình thành lớp cứng có

chứa Cacbít titan, bột

cacbon trộn trong dung dịch

điện môi sử dụng điện cực

Vùng thông số ứng dụng để bóc vật liệu

titan được đề xuất bởi Okada

và các cộng sự [16]. Một lớp

dày và mịn TiC được hình

Vùng thông số có thể tạo lớp phủ

) s μ ( g n u x ở m n a i g

thành trên bề mặt gia công,

i ờ h T

các hiện tượng lắng đọng

Vùng thông số tạo lớp phủ tốt

lớp TiC trên bề mặt của

phôi. Độ cứng và khả năng

chống mài mòn của lớp phủ

Dòng phóng tia l a điện (A)

được tìm thấy cao hơn nhiều Hình 1.11: Biểu đồ thời gian mở xung và dòng phóng tia lửa điện cho lớp phủ [34]

so với bề mặt xung thông thường.

Furutani và các cộng sự [34] đã nghiên cứu sự bồi tụ của bột titan cacbua được trộn

trong dung môi dầu cách điện. Titan bột có c hạt kích thước < 36 μm và nồng độ 50g/l

được trộn vào dầu cách điện EDF-K (dầu Mitsubishi). Một điện áp 320V và độ mở xung

dài với điện cực là cực âm đã được thiết lập, mô tả một loạt các thông số công nghệ thích

hợp cho được lớp phủ dày nhất như hình 1.11. TiC lớp phủ có độ dày vào khoảng 150μm

và độ cứng 1600HV trên bề mặt của phôi thép.

Marashi [45] và các cộng sự nghiên cứu ảnh hưởng của bột Ti có c hạt(40-60nm)

đến chất lượng bề mặt thép AIDI D2, các tác giả đã chỉ ra rằng tại Ip=6; 12 A có sự thay

đổi độ nhám bề mặt so với EDM, thay đổi lớn nhất theo hướng giảm độ nhám là 35%.

Janmanee and Muttamara [32] công bố bề mặt chi tiết đã thay đổi độ cứng 76.76% (990-

>1750 HV) tại Ip=20A và tỷ lệ thời gian mở và đóng xung là 50% với lớp phủ dày 5μm,

ngoài ra độ nhám bề mặt và các vết nứt tế vi trên bề mặt giảm so với EDM thông thường.

Kumar and Batra [39] nghiên cứu ảnh hưởng của bột Vônphram trộn trong dung

môi dầu cách điện đến độ cứng bề mặt chi tiết của ba loại thép OHNS, D2 và H13, kết

quả là độ cứng tế vi bề mặt của ba loại thép đều tăng trên 100%, việc tăng độ cứng tế vi bề

mặt đã làm tăng khả năng kháng mòn, điều này rất có ích cho các khuôn và các chi tiết cần

độ chống mài mòn cao.

Bhattacharya và các cộng sự [20] nghiên cứu ảnh hưởng của bột Vônphram trộn

trong dung dịch điện môi để gia công vật liệu đồng với điện cực là W-Cu đã cho bề mặt

chi tiết sau gia công tốt, biểu hiện cụ thể là độ cứng tế vi được cải thiện đáng kể.

Mohammadreza Shabgard và các cộng sự theo tài liệu [47] đã đề xuất công thức tính

độ nhám bề mặt Ra như sau:

(1.1)

Trong đó:

%PFE=100×Vc(EXP)/Vc(FEM)

Vc(FEM)=½ (π S rc

Vc (EXP)=(M1-M2)/(Nnp ×ρ)

rs: Bán kính vùng nhiệt truyền vào phôi ở cuối quá trình phóng tia lửa điện (μm)-

theo hình 3.15.

rc: Bán kính của miệng núi lửa (μm)- theo hình 1.12.

S: Chiều sâu của

miệng núi lửa (μm)- theo hình

1.12.

M1, M2 : Lần lượt là

khối lượng của phôi trước và

sau quá trình gia công.

Nnp : Số lượng tia lửa

điện trong một lần phóng.

ρ: Khối lượng riêng Hình 1.12: Nhấp nhô bề mặt [47],[36] của phôi.

Trong công thức (1.1) này tác giả đã chứng minh được rằng quan hệ giữa việc số

lượng tia lửa điện trong một lần phóng ảnh hưởng tới chiều rộng và chiều sâu miệng núi

lửa trên bề mặt, từ đó ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt.

Theo tài liệu [46] thống kê chung các công trình nghiên cứu về PMEDM đến năm

2015 theo hình 1.13

Giới thiệu về việc thêm bột vào dung môi cách điện

Bột cỡ hạt Nano

Trộn bột dẫn và bột vô cơ

So sánh sự ảnh hưởng một số loại bột trong dung môi cách điện

Giai đoạn không rõ ràng

Giai đoạn nhận thức

Hình 1.13: Thống kê chung các công trình nghiên cứu đến năm 2015 [46]

Kết luận chƣơng 1:

Trong chương này tổng hợp sự hình thành và phát triển của phương pháp gia công

tia lửa điện-EDM, xu hướng phát triển của phương pháp EDM. Các xu hướng đang nghiên

cứu phương pháp PMEDM trên thế giới như:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của bột trộn trong dung môi cách điện đến khả năng bóc

tách vật liệu-MRR và độ mòn điện cực-TWR. Với các loại bột được sử dụng nghiên cứu là: Graphite, Al, Si, SiC, Ti, Cr...

- Nghiên cứu ảnh hưởng của bột trộn trong dung môi cách điện đến chất lượng bề

mặt chi tiết sau gia công, gồm: Nhám bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt, vết nứt tế vi bề mặt.

Các loại bột được sử dụng để nghiên cứu: Graphite, Al, Si, SiC, Ti, Cr...

Qua phần đánh giá tổng quan về xu hướng phát triển của phương phương pháp

PMEDM, nhận thấy rằng các nhà khoa học tập trung nghiên cứu vào các loại bột có nhiệt

độ nóng chảy thấp và vùng thông số công nghệ xung tia lửa điện trong dải hẹp. Còn những

loại vật liệu bột có nhiệt độ nóng chảy cao rất ít được nghiên cứu, như mục đích trong

chương mở đầu của luận án đã nêu, hướng nghiên cứu của đề tài về ảnh hưởng bột Cacbít

vônphram tới độ nhám bề mặt, sự xâm nhập của Vônphram vào bề mặt, độ cứng tế vi bề

mặt thép SKD61 tại các chế độ gia công tinh và bán tinh của quá trình PMEDM là cần

thiết. Đây là vấn đề mới có ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn ở Việt Nam.

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VÀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT

2.1. Cơ sở l thu ết gia c ng tia l a điện

Theo các tài liệu [14], [4], [28], [25], [40] cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện được

tìm hiểu trên các khía cạnh: Bản chất vật lý; Cơ chế tách vật liệu; Đặc tính về điện; Lượng

hớt vật liệu; Chất lượng bề mặt; Sự mòn điện cực; Chất điện môi. Mục đích để hiểu r hơn

cơ chế bản chất của quá trình phóng tia lửa điện, phục vụ cho việc nghiên cứu gia công tia

lửa điện có trộn bột.

2.1.1. Bản chất vật l của quá trình phóng tia l a điện

Theo tài liệu [14], [4], [28], [25], [40] đặt một điện áp 1 chiều giữa 2 điện cực như

mô tả trên hình 2.1, trong quá trình gia công dụng cụ và chi tiết là hai điện cực, trong đó

dụng cụ là ca-tốt, chi tiết là a-nốt của một nguồn điện một chiều, khoảng cách khe hở

phóng điện được xác định là 25-50μm.

R R: điện trở Điện cực

C: Tụ điện

Chuyển động của điện cực DC: Nguồn 1 chiều

DC C

Dung dịch điện môi

Phôi

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện[14]

Lượng hớt vật liệu có thể đạt 300 mm3/phút, hai điện cực này được đặt trong dung

dịch cách điện được gọi là chất điện môi. Khi cho hai điện cực tiến lại gần nhau thì giữa

chúng có điện trường. Khi điện áp tăng lên, từ bề mặt cực âm có các điện tử phóng ra, tiếp

tục tăng điện áp thì chất điện môi giữa hai điện cực bị ion hóa làm cho chúng trở nên dẫn

điện, làm xuất hiện tia lửa điện giữa hai điện cực. Nhiệt độ ở vùng có tia lửa điện lên rất cao, có thể đạt đến 12.000oC, làm nóng chảy, đốt cháy phần kim loại trên cực dương.

Trong quá trình phóng điện, xuất hiện sự ion hóa mạnh và tạo nên áp lực va đập rất lớn,

đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Toàn bộ quá trình trên xảy ra trong thời gian rất ngắn từ 10-4 đến 10-7s. Sau đó, mạch trở lại trạng thái ban đầu và khi điện áp của tụ được nâng lên

đến mức đủ để phóng điện thì quá trình trên lại diễn ra ở điểm có khoảng cách gần nhất.

Phoi của quá trình gia công là các giọt kim loại bị tách ra khỏi các điện cực và đông

đặc lại thành những hạt nhỏ hình cầu. Khi các hạt này bị đẩy ra khỏi vùng gia công, khe hở

giữa hai điện cực lớn lên, sự phóng điện không còn nữa. Để đảm bảo quá trình gia công

liên tục, người ta điều khiển điện cực dụng cụ đi xuống liên tục sao cho khe hở giữa hai

điện cực là không đổi và ứng với điện áp nạp vào tụ.

Khi phóng tia lửa điện, các điện cực không tiếp xúc với nhau. Nếu chúng chạm

nhau thì sẽ không có hiện tượng phóng tia lửa điện mà sẽ tạo ra một dòng ngắn mạch có

hại đến quá trình gia công. Nếu khe hở lớn quá thì sẽ không thể xảy ra sự phóng điện làm

giảm năng suất gia công.

Để có thể làm phát sinh tia lửa điện, trong một thời gian ngắn sau khi có dòng điện

chạy qua điện cực và xảy ra hiện tượng phóng điện thì phải ngừng cung cấp năng lượng.

Để làm được điều này người ta dùng xung định hình, được phát ra bởi một máy phát tĩnh

trong những khoảng thời gian xác định của 1 chu kỳ xung. Điểm mấu chốt của phương

pháp gia công tia lửa điện là nguồn cung cấp năng lượng dạng xung. Trong các máy gia

công tia lửa điện, bộ phận quyết định khả năng hoạt động là máy phát năng lượng dạng

xung.

Nguồn cung cấp dạng xung: Thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời gian cần

thiết để dung dịch điện ly có thể khôi phục lại trạng thái không dẫn điện của nó và sẵn sàng

cho xung gia công tiếp theo. Nếu thời gian này không có hoặc quá nhỏ sẽ làm dung dịch

điện ly luôn ở trạng thái dẫn điện. Điều này làm cho tia lửa điện phát triển thành hồ quang

gây hỏng bề mặt chi tiết và dụng cụ, đây là điều không mong muốn trong quá trình gia

công. Do đó nếu trong quá trình gia công mà điều chỉnh khoảng cách xung quá ngắn thì sẽ

xảy ra hiện tượng xung phía sau sẽ đốt cháy cùng một điểm với xung phía trước vì vậy

điểm ăn mòn sẽ khoét thành hố sâu và không đồng đều trên bề mặt phôi.

Diễn biến của điện áp và dòng được sinh ra bởi máy phát tĩnh như mô tả trên hình 2.2:

Các ký hiệu trên hình 2.2 gồm:

1. te: Thời gian phát xung.

2. td: Độ trễ đánh lửa.

3. ti: Độ kéo dài xung máy xung máy phát.

4. t0: Khoảng cách xung.

5. tp: Thời gian chu kỳ xung.

6. Ui : Điện áp máy phát mở.

i

7. Ue : Điện áp phóng tia lửa

U

điện.

e U

8. Ie : Dòng phóng tia lửa

điện.

Đặc điểm của đồ thị

hình 2.2 là dòng điện Ie của

xung bao giờ cũng xuất hiện

trễ hơn một khoảng thời gian

td (độ trễ đánh lửa) so với

thời điểm bắt đầu có điện áp

máy phát Ui. Ue, Ie là các giá Hình 2.2: Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện [14]

trị trung bình của điện áp và

dòng điện khi phóng tia lửa điện.

Quá trình ăn mòn của một xung gia công được trải qua 3 pha được mô tả theo hình

2.3÷2.5:

Pha 1: Đánh lửa (hình 2.3)

Hình 2.3: Sự đánh lửa [14]

Theo hình 2.3:

Một máy phát tăng điện áp khởi động qua 1 khe hở (đóng điện áp máy phát Ui).

Dưới ảnh hưởng của điện trường, từ cực âm (ca-tốt) bắt đầu phát ra các điện tử và bị chúng

hút về cực dương (a-nốt). Sự phát điện gây ra sự tăng cục bộ tính dẫn điện của chất điện

môi khe hở. Các bề mặt của 2 điện cực không hoàn toàn phẳng, điện trường sẽ mạnh nhất

ở hai điểm gần nhau nhất. Chất điện môi sẽ bị ôxi hóa, tất cả các phần tử dẫn điện (điện tử

và ion dương) đều hội tụ quanh điểm này trong khoảng thời gian giữa 2 điện cực và chúng

tạo ra một cây cầu. Một kênh phóng điện đột nhiên được hình thành ngang qua cầu. Sự

phóng điện được bắt đầu. Kết quả là dung dịch điện ly trở nên dẫn điện ở cuối giai đoạn

này.

Pha 2: Sự hình thành kênh phóng điện (hình 2.4)

Hình 2.4: Sự phóng điện qua kênh dẫn điện [14]

Theo hình 2.4:

Ở thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm. Số lượng các phần tử dẫn điện (điện

tử và ion dương) tăng lên rất lớn và dòng điện bắt đầu chạy giữa các điện cực. Dòng điện này cung cấp mật độ năng lượng rất lớn (đạt c 105 đến 107 W/mm) làm cho nhiệt độ tại đó đạt tới 10.000o C và dung dịch chất điện môi bốc hơi cục bộ, áp suất bong bóng sẽ đẩy

chất lỏng điện môi sang 2 bên. Nhưng do có độ nhớt nên chất điện môi tạo ra một sự cản

trở hạn chế sự lớn lên của kênh phóng điện giữa các điện cực.

Pha 3: Nóng chảy và bốc hơi vật liệu (hình 2.5)

Hình 2.5: Nóng chảy và bốc hơi vật liệu [14]

Theo hình 2.5:

L i của bọt hơi bao gồm 1 kênh plasma (hình 2.5), đây là hợp chất khí có các điện tử và ion dương ở áp suất rất cao (khoảng 1kbar) và nhiệt độ rất lớn (khoảng 10000oC).

Khi kênh plasma này được tạo thành đầy đủ thì điện áp qua khe hở đạt tới mức của điện áp

phóng tia lửa điện Ue. Giá trị điện áp của Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc vào sự phối

hợp vật liệu a-nốt/ca-tốt và bằng 25V đối với cặp vật liệu đồng/thép. Chất lượng chất điện

môi giữ kênh Plasma và cũng là giữ cho năng lượng có một độ tập trung cục bộ. Sự va

chạm của các điện tử lên a-nốt và của các ion dương lên ca-tốt làm nóng chảy và bốc hơi

các điện cực.

Máy phát sẽ ngắt dòng điện sau khi đã diễn ra 1 xung có hiệu quả và điện áp này

được ngắt đột ngột. Kênh phóng điện biến mất, áp suất cũng bị mất đột ngột. Điều này

khiến cho kim loại bị nóng chảy bất ngờ, bị đẩy ra khỏi kênh phóng điện và bốc hơi. Sự

phóng điện có thể kéo dài từ vài micrô giây đến vài trăm micrô giây tùy thuộc vào công

dụng. Giữa các xung có 1 độ trễ to (là thời gian giữa các xung), cho phép chất điện môi thôi

ion hóa và có thời gian chuyển phoi ra khỏi khe hở giữa các điện cực nhờ dòng chảy của

chất điện môi, ở đây chất điện môi của điện cực bị tách ra. Mỗi bề mặt điện cực đều để lại

một lỗ bị ăn mòn, nhưng sự ăn mòn này không như nhau. Cực nào bị ăn mòn nhiều hơn

thường là cực dương thì sẽ dành cho phôi. Cực nào ít bị ăn mòn hơn thì làm điện cực, tuy

nhiên điều này không phải là luôn luôn cố định mà nó còn tùy vào chế độ phóng điện và

việc chọn cặp vật liệu, đấu cực.

Kết thúc giai đoạn này, dung dịch điện ly lấy lại trạng thái ban đầu của nó: không

dẫn điện. Một xung gia công kết thúc. Các giai đoạn trên được lặp lại cho các xung gia

công kế tiếp theo.

Sau hàng loạt xung gia công có ích, vật liệu của các điện cực bị ăn mòn dần theo

từng lớp. Người ta thường chọn vật liệu dụng cụ có khả năng chịu ăn mòn hơn (bằng đồng

hay graphite...) nên chi tiết dần bị ăn mòn nhiều và sẽ mang hình dáng của dụng cụ.

2.1.2. Cơ chế tách vật liệu

Các đặc tính của vật liệu đầu tiên phụ thuộc vào năng lượng tách vật liệu. Nếu gọi

năng lượng tách vật liệu là We , theo tài liệu [14] ta có đẳng thức sau:

(2.1) We = Ue.Ie.te

Trong đó: Ue, Ie là các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện được lấy trong

khoảng thời gian phát xung te. Do Ue là một hằng số vật liệu phụ thuộc vào cặp vật liệu

điện cực/phôi nên thực chất năng lượng tách vật liệu chỉ phụ thuộc vào dòng điện và thời

gian xung.

Dòng điện tổng cộng trong kênh Plasma qua khe hở phóng điện là tổng của các dòng

điện tử chạy tới cực dương (a-nốt) và dòng các ion dương chạy tới cực âm (ca-tốt). Do các

dòng ion dương lớn hơn trên 100 lần so với khối lượng các điện tử nên có thể bỏ qua tốc

độ của các ion dương khi xuất phát các xung điện so với tốc độ của điện tử.

Mật độ điện tử tập trung tới các bề mặt cực dương (a-nốt) cao hơn nhiều lần so với

mật độ ion dương tập trung tới bề mặt cực âm (ca-tốt) trong khi mức độ tăng của các dòng

điện rất lớn trong khoảng đầu tiên của sự phóng điện. Điều này là nguyên nhân gây ra sự

nóng chảy rất mạnh cực dương (a-nốt) trong chu kỳ đầu này. Dòng ion dương chỉ đạt tới

cực âm (ca-tốt) trong micrô giây đầu tiên. Các ion dương gây ra sự nóng chảy và bốc hơi

của vật liệu ca-tốt. Do đó có hiện tượng điện cực bị mòn.

Vật liệu điện cực khi tiếp xúc với plasma này ở một pha có áp lực cao tới 1kbar và

nhiệt độ cực cao tới 10.000oC trong kênh plasma.

Một lý do quan trọng của việc thoát vật liệu bị chảy lỏng là sự đột ngột biến mất của

của kênh plasma khi dòng điện bị ngắt. Ngay lập tức áp suất tụt xuống bằng áp suất xung

quanh sau khi dòng điện bị ngắt. Nhưng nhiệt độ của dòng chất lỏng lại không hạ nhanh

như thế nên gây ra sự nổ và bốc hơi của chất lỏng hiện có. Tốc độ cắt của dòng điện và

mức độ sụt của xung dòng điện sẽ quyết định tốc độ sụt áp suất và sự bắt buộc nổ vật liệu

cháy lỏng. Thời gian sụt của dòng điện là yếu tố quyết định đối với độ nhám bề mặt gia

Đường cong điện áp

t1=0µs; U1=120V t2=30µs; U2=120V t3=45µs; U3= 60V t4=120µs; U4= 42V t5=150µs; U5= 30V t6=240µs; U6= 30V t7=300µs; U7= 30V t8=310µs; U8= 0V

Đường cong dòng điện

t1=0µs; I1= 0A t2=30µs; I2= 0A t3=45µs; I3= 20A t4=120µs; I4= 29A t5=150µs; I5= 30A t6=240µs; I6= 30A t7=300µs; I7= 30A t8=310µs; I8= 0A

công.

Hình 2.6: Diễn biến của một quá trình phóng tia lửa điện [14]

Vì lượng vật liệu hớt đi phụ thuộc điện áp, cường độ dòng điện và thời gian nên các

nhà nghiên cứu đã nghiên cứu một cách chính xác tuần tự theo thời gian của điện áp và

dòng điện trong lúc phóng tia lửa điện, đo điện áp và dòng điện ở các khoảng thời gian đã

cho từ thời điểm phóng điện (t=0) đến thời điểm ngắt điện (nghĩa là vào khoảng t=300μs)

theo mô tả trên hình 2.6.

2.1.3. Đặc tính về điện của sự phóng tia l a điện

Dựa vào các đặc tính thời gian của sự phóng tia lửa điện có thể nhận ra các đặc tính

về điện. Các đặc tính này chính là thông số điều chỉnh quan trọng nhất của quá trình gia

công.

Mỗi máy phát của thiết bị gia công tia lửa điện đều có nhiệm vụ là cung cấp năng

lượng làm việc cần thiết. Trước đây thường sử dụng các máy phát có tụ bù. Nhược điểm

của loại máy này là 50% năng lượng tích trữ trong điện trở bị biến thành nhiệt, vì vậy loại

máy này chỉ có hiệu suất khoảng 50%. Ngày nay các tụ bù này chỉ được sử dụng trong các

bộ ngắt xung để thực hiện tối ưu việc gia công đơn giản.

Máy phát điện hiện đại của một thiết bị gia công tia lửa điện là một máy phát xung

tĩnh. Ở đây năng lượng được điều khiển bằng điện tử nhưng không có yếu tố bù. Nguyên lý

tác dụng của máy phát xung tĩnh thực hiện được trước hết thông qua sự phát triển của

stransitor mạnh và các sản phẩm điện tử hiện đại. Máy phát xung tĩnh có ưu việt lớn ở độ

linh hoạt của các thông số điều chỉnh. Qua đó mỗi trường hợp gia công có thể được giải

quyết dưới quan điểm là điện cực phải mòn ít nhất và chất lượng bề mặt gia công tối ưu.

Muốn vậy tất cả các thông số của quá trình gia công phải được điều chỉnh phù hợp. Các

thông số của điện áp đó bao gồm:

- Điện áp đánh lửa Uz: Đây là điện áp cần thiết để dẫn tới sự đánh lửa tia lửa điện, nó

được cung cấp cho điện cực và phôi khi máy phát được đóng điện, gây ra sự phóng tia lửa

điện để đốt cháy vật liệu. Điện áp đánh lửa Uz càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho

phép khe hở phóng điện càng lớn.

- Thời gian trễ đánh lửa tđ: Đó là thời gian giữa lúc đóng điện máy phát và lúc xảy ra

phóng tia lửa điện. Khi đóng điện máy phát lúc đầu chưa xảy ra hiện tượng gì. Điện áp duy

trì ở điện áp đánh lửa Uz, dòng điện vẫn bằng 0. Sau khoảng thời gian trễ td mới xảy ra

hiện tượng phóng tia lửa điện, dòng điện từ không tăng vọt lên giá trị Ie.

- Điện áp phóng tia lửa điện Ue: Khi bắt đầu phóng tia lửa điện thì điện áp tụt từ Uz

xuống giá trị Ue. Đây là điện áp trung bình trong suốt thời gian phát xung. Ue là một hằng

số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi. Ue không điều chỉnh được.

- Dòng phóng tia lửa điện Ie: Là giá trị trung bình của dòng điện từ khi bắt đầu phóng

tia lửa điện đến khi ngắt điện. Khi bắt đầu phóng tia lửa điện dòng điện tăng mạnh từ

không đến giá trị Ie, kèm theo là sự đốt cháy. Ie ảnh hưởng lớn tới nhất lên lượng hớt vật

liệu, lên độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt gia công. Nhìn chung Ie càng lớn thì lượng

hớt vật liệu càng lớn, độ nhám càng lớn nhưng độ mòn điện cực lại giảm.

- Thời gian phát xung te: Là khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu phóng tia lửa điện và lúc

ngắt điện (thời gian có dòng điện Ie trong 1 lần phóng điện)

- Độ kéo dài xung ti: Là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy phát trong

cùng 1 chu kỳ phóng tia lửa điện. Độ kéo dài xung ti là tổng của thời gian trễ đánh lửa tđ và

thời gian phát xung te theo tài liệu [14] thì:

(2.2) ti = tđ + te

Độ kéo dài xung ảnh hưởng đến:

+ Tỷ lệ bóc tách vật liệu (MRR)

+ Độ mòn điện cực (TWR)

+ Chất lượng bề mặt gia công

- Khoảng cách xung to: Là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy phát giữa 2

chu kỳ xung kế tiếp nhau, to còn được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung. Phải giữ cho to nhỏ

để có thể đạt được một lượng hớt vật liệu tối đa. Nhưng khoảng cách xung to phải đủ lớn

để có đủ thời gian thôi ion hóa chất điện môi trong khe hở phóng điện. Nhờ đó sẽ tránh

được các lỗi của quá trình như tạo hồ quang hoặc dòng điện ngắn mạch. Trong thời gian

của khoảng cánh xung to dòng chảy sẽ đẩy các vật liệu đã bị ăn mòn ra khỏi khe hở phóng

điện.

- Các thông số về điện này cũng chính là các thông số điều chỉnh và ảnh hưởng đến quá

trình gia công PMEDM.

2.1.4. Lƣợng hớt vật liệu

- Năng lượng phóng tia lửa điện và hớt vật liệu, trong đó các yếu tố tác động lên

lượng hớt vật liệu là:

+ Điện áp phóng tia lửa điện

+ Dòng phóng tia lửa điện

+ Thời gian phát xung

Từ đẳng thức của năng lượng phóng tia lửa điện (2.1) nhận thấy rằng dưới điều

kiện bình thường thì khi Ue, Ie, te càng lớn thì năng lượng phóng tia lửa điện càng lớn.

Trong thực tế lượng hớt vật liệu có thể được xác định thông qua các thông số điều chỉnh là

Ie, ti, to, và Uz.

- Sự đồng đều khi hớt vật liệu: Khi xảy ra sự phóng điện, trên bề mặt phôi xuất hiện

1 miệng núi lửa rất nhỏ ở điểm A nào đó (hình 2.7) có khoảng cách gần nhất tới điện cực

(vì thực tế là bề mặt phôi không bao giờ bằng phẳng tuyệt đối). Khi nguồn điện áp được

đóng ngắt một lần nữa, chu kỳ trên được lặp lại, tia lửa điện tiếp theo được sinh ra tại vị trí

B (hình 2.7). Cứ như vậy khi máy phát đóng ngắt liên tục thì sự phóng tia lửa điện sẽ sản

sinh ra một loạt miệng núi lửa kế tiếp nhau trên toàn bề mặt điện cực. Kết quả là vật liệu

được hớt đi một cách đồng đều trên toàn bề mặt điện cực (phôi) theo mô tả trên hình 2.7.

- Bề mặt được gia công tia lửa điện sẽ hình thành do sự tạo nên các “miệng núi

lửa” li ti đó. Nếu năng lượng do phóng tia lửa điện được giảm một cách hợp lý thì các

“miệng núi lửa” sẽ có kích thước cực nhỏ và ta nhận được một bề mặt có độ bóng cao.

C A B

A A B

Hình 2.7: Các ―miệng núi lửa‖ được hình thành liên tiếp [14]

2.1.5. Chất lƣợng bề mặt sau gia c ng

Chất lượng bề mặt là một khái niệm tổng hợp, bao gồm:

+ Độ nhám bề mặt.

+ Vết nứt tế vi trên bề mặt.

+ Các ảnh hưởng nhiệt ở lớp bề mặt.

Về độ nhám bề mặt: Sau khi gia công bề mặt gia công không hoàn toàn phẳng mà

nó để lại những nhám, gọi là nhám bề mặt.

Khi gia công thô sẽ có độ nhám rất lớn, tạo ra bề mặt thô và ngược lại khi gia công

tinh sẽ có độ nhám bề mặt thấp.

Theo lý thuyết thì bề mặt bị ăn mòn tạo ra những viết l m hình vòm bán cầu chồng

mép lên nhau. Nhưng trong thực tế thì không có sự đều đặn như hình 2.8, mà hình dạng

của chúng thay đổi đi nhiều do hơi kim loại ngưng tụ lại.

Hình 2.8 cho thấy cấu trúc tế vi của bề mặt gia công bằng tia lửa điện. Nó không

đồng đều, nhiều nghiên cứu chứng minh rằng tỉ số của đường kính vết l m và chiều sâu

l m dao động giữa 0,1 0,3mm.

a R

Độ kéo dài xung ti cũng có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công.

Hình 2.8: Câu trúc tế vi bề mặt của chi tiết gia công bằng EDM [14]

Về vết nứt tế vi và lớp ảnh hưởng nhiệt sau khi gia công có thể được mô tả như

hình 2.9:

Hình 2.9: Câu trúc các lớp bề mặt của chi tiết gia công bằng EDM [14]

Hình 2.9 cho thấy r cấu trúc lớp bề mặt phôi và sự thay đổi độ cứng của chúng

theo chiều sâu. Ta phân biệt được các lớp và các cấu trúc sau đây:

1-Lớp trắng: Đó là lớp kết tinh lại, với các vết nứt tế vi do ứng suất dư vì nóng lạnh

đột ngột lặp lại. Độ kéo dài xung te càng lớn thì lớp này càng dày.

2-Lớp bị tôi cứng: Với cấu trúc dòn, lớp này có độ cứng tăng vọt (trên 1000 HV ≈

69HRC) so với kim loại nền.

3-Lớp bị ảnh hưởng nhiệt: Do nhiệt độ ở đây đã vượt quá nhiệt độ ostenit (Fe-

Fe3C) trong một thời gian ngắn. Độ cứng của lớp này giảm so với lớp tôi cứng, khoảng

dưới 800HV.

4- Dưới cùng là lớp không bị ảnh hưởng nhiệt: Nó trở lại độ cứng bình thường của

vật liệu nền.

Nhiệt độ cao sinh ra do sự phóng điện gây ra nóng chảy và bốc hơi vật liệu, r ràng

là nhiệt độ này tác dụng lên tính chất của lớp mỏng (2,5-150μm) của bề mặt gia công. Lớp

ngoài cùng bị nguội nhanh, đó là nguyên nhân làm lớp này rất cứng, lớp sát trong lớp này

ở trong điều kiện như ram.

2.1.6. Sự mòn điện cực

Quá trình gia công xung định hình không được thực hiện với sự hớt vật liệu riêng

lẻ. Vật liệu được hớt đi từ phôi cho đến khi khe hở giữa điện cực và phôi lớn đến mức

không thể xảy ra sự phóng điện nữa. Nếu điện cực tịnh tiến đều để duy trì được chiều

rộng khe hở ban đầu thì nó sẽ gia công ngày càng sâu hơn vào vật liệu phôi tạo ra một âm

bản của điện cực ở trong phôi.

Trong quá trình gia công, chính điện cực cũng bị hớt đi một lớp mỏng vật liệu của

nó, tuy rất nhỏ so với lượng hớt vật liệu của phôi. Sự hớt vật liệu từ điện cực này là không

mong muốn vì nó gây ra sự mòn điện cực. Nguyên nhân là do mật độ điện tử tập trung ở

bề mặt phôi (cực dương) cao hơn nhiều lần so với mật độ ion dương tập trung tới bề mặt

dụng cụ (cực âm) trong khi mức độ tăng của dòng điện lại rất lớn. Đặc biệt là dòng ion

dương chỉ đạt cực (+) trong những μs đầu tiên mà thôi.

Có thể giữ cho độ mòn điện cực là nhỏ nhất bằng cách chọn vật liệu điện cực phù

hợp và phôi, và xác định sự đấu cực phù hợp. Việc chọn các tham số ăn mòn điện cực cũng

tác động lên độ mòn điện cực. Chính do sự mòn điện cực mà nó gây ra sự không chính xác

khi gia công. Độ mòn tương đối θ của điện cực theo tài liệu [14] :

(2.3)

VE: Thể tích vật liệu bị mất đi ở điện cực.

VW: Thể tích vật liệu phôi được hớt đi.

Ảnh hưởng lên độ mòn tương đối θ của điện cực có các yếu tố sau:

- Sự phối hợp điện cực/phôi.

- Dòng điện Ie, hay bước dòng điện.

- Độ kéo dài xung.

- Sự đấu cực.

2.1.7. Chất điện m i

2.1.7.1. Nhiệm vụ cơ bản của chất điện môi

 Cách điện

Nhiệm vụ chính của chất lỏng điện môi là cách điện giữa điện cực và phôi. Nó phải

đảm bảo sự cách ly giữa điện cực với phôi khi khe hở chưa đủ hẹp. Chỉ có một khoảng

cách nhỏ nhất có thể có giữa điện cực và phôi mới cho phép dòng tia lửa điện đi qua. Nếu

khe hở nhỏ thì lượng hớt vật liệu và độ chính xác in hình tăng. Tuy nhiên, lượng hớt vật

liệu cũng tăng khi khoảng cách xung ngắn. Chất điện môi phải được thôi ion hoá nhanh

sau một xung. Chất điện môi được dùng trong thực tế ít khi là nguyên chất. Vì vậy, trước

tiên phải cho chất điện môi đi qua một hệ thống lọc. Mặc dù vậy vẫn luôn luôn còn xót lại

các phần tử tế vi của vật liệu.

 Ion hoá

Chất điện môi phải tạo nên những điều kiện tối ưu cho sự phóng tia lửa điện, nghĩa là

nó phải được ion hoá ở vào thời điểm chuẩn bị phóng tia lửa điện, tức là phải có khả năng

tạo nên một cầu phóng điện. Điều này giúp cho sự tập trung năng lượng ở kênh plasma,

giúp cho sự hớt vật liệu khi phóng tia lửa điện. Nếu xung ngắt thì chất điện môi phải được

thôi ion hoá, tạo điều kiện để cho sự phóng điện tiếp theo xảy ra ở một vị trí khác. Chất

điện môi cũng bao trùm kênh phóng điện, nhờ đó có thể đạt được mật độ năng lượng cao,

tăng hiệu quả phóng điện.

 Làm nguội

Ở kênh phóng điện, trong khoảng thời gian cực ngắn nhiệt độ có thể lên tới 10.0000C. Nhiệt xuất hiện ở đây cần phải được chuyển đi, nếu không thì độ mòn điện cực

sẽ tăng lên, đồng thời bề mặt phôi cũng bị hư hại do quá nhiệt.

Bản thân chất điện môi cũng không được phép bị quá nhiệt. Sự quá nhiệt làm cho

chất điện môi dễ bị phân huỷ thành khí và cacbon tự do. Khí này sẽ làm mở rộng không

mong muốn kênh phóng điện và làm giảm lượng hớt vật liệu. Đồng thời cặn cacbon lắng

xuống trên bề mặt điện cực sẽ gây ra sự ngắn mạch. Vì vậy, cần tạo ra một dòng chảy đi

qua khe hở phóng điện để làm nguội cả điện cực và phôi.

 Vận chuyển phoi

Nếu chất điện môi bị bẩn sẽ gây ra sự in hình không chính xác và các khuyết tật

quá trình. Sự bẩn của chất điện môi chủ yếu là do các phần tử đã bị ăn mòn còn lơ lửng

hoặc lắng đọng trong khe hở phóng điện. Một tỷ lệ lớn của các phần tử này dẫn đến sự

phóng điện thất thường và gây sai số in hình, nguy cơ tạo hồ quang và ngắn mạch tăng lên.

Chính vì các lý do trên mà cần phải có một hệ thống dòng chảy của chất điện môi

để vận chuyển các phần tử đã bị ăn mòn (phoi) đi ra khỏi khe hở phóng điện và đảm bảo

chất điện môi sạch cho khe hở.

2.1.7.2. Các loại chất điện môi

Hiện nay có hai loại chất điện môi chủ yếu dùng cho hai pháp gia công tia lửa điện

khác nhau, đó là:

- Hydrocacbon: Chủ yếu dùng cho xung định hình. Nó lại được chia ra làm ba

nhóm trên cơ sở đặc tính hoá học

+Parafin

+Dầu khoáng.

+ Các dẫn xuất của xăng.

- Nước khử khoáng: Chủ yếu dùng cho cắt dây.

2.2. Cơ sở l thu ết gia c ng tia l a điện có trộn bột

Trong phần nghiên cứu cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện có trộn bột này, các

loại bột được nghiên cứu có tính dẫn điện.

2.2.1. Vai trò của hạt bột trong quá trình phóng tia l a điện

Nhiều nghiên cứu [26], [43], [59], [58], [31], [38], [42], [49] đã miêu tả các ứng xử

khi thêm bột vào chất điện môi để phân tích ảnh hưởng đến khoảng cách xuất hiện phóng

tia lửa điện. Vai trò của các hạt trong cơ chế phóng tia lửa điện dường như rất phức tạp.

Trong khi sự hiện diện của quá nhiều hạt bột có thể gây ra hoạt động không ổn định và

không hiệu quả của quá trình EDM. Một yêu cầu quá trình gia công EDM ổn định được

phân bố đều tại các địa điểm phóng tia lửa điện trên bề mặt chi tiết gia công, điều này phụ

thuộc chủ yếu vào: Nồng độ bột, phân phối của quá trình EDM, do tạo vùng bong bóng khí

khi hình thành kênh phóng điện, quá trình ion của điện môi chất lỏng [58]. Tuy nhiên, bột

xuất hiện trong khoảng cách phóng tia lửa điện có thể được coi là yếu tố quan trọng nhất

cho quá trình EDM vì nó có ảnh hưởng trên các yếu tố như: Phóng tia lửa điện, khoảng

cách phóng tia lửa điện tăng 25-50μm (EDM) đến 50-150μm (PMEDM) [34], năng lượng

và sự ion hóa của chất điện môi [26], [43], [59], [58]. Chính những điều này ảnh hưởng

đến sự kiểm soát, điều khiển quá trình phóng tia lửa điện khi gia công bằng phương pháp

PMEDM.

Sự di chuyển của các hạt trong khoảng cách phóng tia lửa điện của quá trình EDM

được nghiên cứu bởi Kunieda và Yanatori [44]. Trong nghiên cứu này đã thực hiện các

tính toán về chuyển động hạt, do lực tĩnh điện trong khoảng cách phóng tia lửa điện lấp

đầy bởi điện môi chất lỏng. Các hạt di chuyển về phía một điện cực và trở lại mỗi khi

ngừng phóng điện. Vận tốc của các hạt rất cao khi có một điện áp xung được thiết lập,

nhiều chuỗi hạt được hình thành trong một thời gian rất ngắn. Trong thời gian phát xung,

tại vùng lân cận của các điểm phóng, các chuỗi hạt dây chuyền bị phá v do sự v ra của

bong bóng hơi từ chất lỏng điện môi và nó được tách ra. Nhưng hầu hết các dây chuyền

hạt khác vẫn còn duy trì, khi điện áp xung tiếp theo được thiết lập, sự phóng tia lửa điện

xảy ra trong khoảng một thời gian tại một địa điểm có khoảng cách hai cực gần nhất.

Thời gian phát xung lâu hơn hay còn gọi là thời gian kích hoạt là cần thiết cho các hạt tạo

thành cây cầu giữa hai điện cực. Điều này được giải thích và thể hiện bằng sơ đồ hình 2.10

và 2.11.

Hình 2.10: Ảnh hưởng của hạt bột trong quá trình hình thành kênh phóng điện của quá

trình EDM [43]

Ca-tốt

Hạt bột

A-nốt

Hình 2.11: Cây cầu trong quá trình phóng điện của quá trình PMEDM [59]

2.2.2. Sự cách điện của dung d ch điện m i

Theo [50] sự cách điện của dung dịch điện môi được đặc trưng bởi cường độ điện

trường đánh thủng sự cách điện của dung môi (Ebr) và được xác định bởi công thức (2.4)

(2.4)

Trong đó:

ε1: Hằng số điện môi của dung môi cách điện.

εp: Hằng số điện môi của hạt bột.

Nf: Nồng độ bột sau gia công(g/l).

Ni: Nồng độ bột ban đầu(g/l).

r: Bán kính hạt bột(µm).

Ei: Điện trường đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi khi không có

bột(V/m).

Nếu tỷ số là không đổi thì sự cách điện của dung dịch điện môi phụ thuộc

chủ yếu vào kích thước hạt bột (r), nồng độ hạt bột (N), hằng số điện môi của vật liệu bột

và loại dung dịch điện môi. Bột trộn vào dung dịch điện môi đi vào vùng khe hở

phóng điện sẽ chịu tác dụng của lực điện trường và các lực khác. Các hạt bột sẽ làm giảm

sự cách điện của dung dịch điện môi và Ebr giảm khi N tăng.

2.2.3. Độ lớn khe hở phóng điện

A-nốt

δi

Ca-tốt

Hình 2.12: Hạt bột trong khe hở phóng điện [22]

Giả thiết các hạt bột mang dấu (+) do điện từ cực dương đặt vào theo hình 2.12.

Điện trường là một yếu tố quan trọng để tạo ra tia lửa điện. Nó phụ thuộc vào sự thay đổi

kích thước khe hở phóng điện.

- Khi không có bột: Khoảng cách khe hở điện cực có giá trị là δ1 .

- Khi có bột: Điện trường tăng lên khi có sự xuất hiện của các hạt bột,

khoảng cách khe hở điện cực mới là δ2 theo tài liệu [50] xác định bởi công thức

(2.5):

(2.5)

Trong đó:

β: Hệ số tăng điện trường do hình dạng nhám tại khe hở điện cực (β>1).

gd: Khoảng cách giữa hạt bột và điện cực.

hp: Chiều cao nhấp nhô.

Theo công thức (2.5) δ2>δ1 chứng tỏ bột trộn vào khe hở đã làm tăng khe hở phóng tia lửa

điện.

2.2.4. Độ rộng của kênh plasma

Do các hiện tượng vật lý phức tạp xảy ra trong khe hở phóng điện, rất khó khăn

trong việc xác định độ rộng của kênh plasma trong khe hở phóng điện của EDM. Độ rộng

của kênh plasma trong PMEDM nói chung được coi là lớn hơn so với EDM [59]. Nguyên

nhân mở rộng kích thước kênh plasma có thể là do đường dịch chuyển các ion và electron

dài hơn, áp lực xung quanh lại nhỏ hơn. Cả hai nguyên nhân này đều quan hệ với kích

thước khe hở phóng điện. Các ion và electron được tăng tốc độ di chuyển, tích lũy năng

lượng và va chạm với các phân tử nhỏ tại thời điểm phóng tia lửa điện. Điều này làm tăng

năng lượng và số lượng đường dịch chuyển của chúng, do đó kích thước khe hở phóng

điện tăng theo. Phân cực điện cực dương với thời gian phát xung ngắn đã làm đường kính

plasma tại bề mặt phôi lớn hơn nhiều so với trên bề mặt điện cực [65]. Khi gia công tinh

với phân cực dương, cường độ dòng điện nhỏ và thời gian phát xung ngắn thì sự di chuyển

chủ yếu là các electron, do các ion có khối lượng lớn hơn nên cần thời gian dài hơn để tăng

tốc.

2.2.5. Số lƣợng tia l a điện

Chow và các cộng sự [23] cho thấy rằng sau khi bổ sung thêm bột, dạng sóng xung

là hoàn toàn khác nhau so với không có bột theo hình 2.13.

b. Bột Al

a. Bột SiC

c. Không trộn bột

Hình 2.13: Dạng sóng xung của điện áp và dòng điện [23]

Nhiều tia lửa điện được hình thành với mỗi lần phát xung trong PMEDM. Nguyên

nhân là do rất nhiều chuỗi tia lửa điện được hình thành và dẫn đến sự phân tán năng lượng

tia lửa điện. Khi một xung điện được đặt vào sẽ tạo ra đồng thời nhiều điểm phóng tia lửa

điện [23], [27], [41].

2.2.6. Cơ sở l thu ết sự xâm nhập của bột trộn trong dung m i vào bề mặt chi tiết

trong quá trình PMEDM

Trong quá trình PMEDM đã có rất nhiều hiện tượng xảy ra đối với nguyên tố kim loại trong bột trộn để xâm nhập vào bề mặt chi tiết và tạo thành cacbít trên bề mặt dưới tác dụng nhiệt, điện. Các hiện tượng đó có thể bao gồm: Khuếch tán, hóa học, hấp phụ bay hơi của quá trình vật lý và bám dính cơ học...

2.2.6.1. Khuếch tán

Dưới tác dụng nhiệt sinh ra của quá trình PMEDM đã hình thành các hiện tượng hóa học và vật lý làm cho các nguyên tố của môi trường như: Bột hợp kim, dung môi dầu cách điện chuyển biến và khuếch tán sâu vào bề mặt như trên hình 2.14.

A Nguyên tố kim loại của bột

AxCy

Phôi thép gia công PMEDM

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý hình thành lớp phủ [32]

- Phân hóa: Là quá trình phân rã phân tử, tạo ra các nguyên tử hoạt của nguyên tố

định thấm phủ.

- Hấp thụ: Tiếp theo nguyên tử hoạt xâm nhập, hòa tan vào mạng tinh kim loại nền

với nồng độ cao, tạo ra độ chênh lệch gradien nồng độ giữa lớp bề mặt và phần lõi.

- Khuếch tán: Tiếp theo nguyên tử hoạt ở lớp hấp thụ sẽ đi sâu vào bên trong theo cơ

chế khuếch tán, tạo nên lớp phủ với chiều sâu nhất định.

Trong xử 1ý vật liệu, có nhiều

phản ứng và quá trình dựa vào sự khuếch

tán trong trạng thái rắn, ở mức vi mô,

hoặc từ pha lỏng, pha khí, hoặc pha rắn

khác, Điều này được thực hiện bằng

khuếch tán, hiện tượng chuyển tái vật Hình 2.15: Cặp khuếch tán Cu-Ni liệu thông qua chuyển động nguyên tử. Có

thề minh họa hiện tượng này bằng cách

sử dụng cặp khuếch tán, ghép hai thanh

kim loại khác nhau với nhau, chẳng hạn

Cu và Ni theo hình 2.15. Cặp đôi này

được nung nóng đến nhiệt độ cao và

giữ nhiệt trong thời gian đủ dài, nhưng

a)

dưới nhiệt độ nóng chảy của cả hai kim

loại, và làm nguội đến nhiệt độ phòng.

Phân tích hóa học cho thấy trạng thái,

tương tự trạng thái minh họa trên hình

2.16.a, Cu và Ni tinh khiết ở hai đầu

mút của cặp thanh và ở giữa là vùng hợp

kim hóa. Nồng độ của hai kim loại này

b)

biến thiên theo vị trí được nêu trên

hình 2.16.b. Kết quả này cho thấy, các

nguyên tử Cu dịch chuyển, khuêch tán, vào

Ni, và Ni khuếch tán vào Cu. Quá trình,

nguyên từ kim loại này khuêch tán vào

kim loại khác được gọi là liên khuếch tán,

hoặc khuếch tán tạp chất.

Cơ chế nguyên tử từ nút mạng ban a. Khuếch tán nút trống

đầu chuyển sang vị trí nút trống kế cận

được minh họa trên hình 2.17. Cơ chế

này được gọi là khuếch tán nút trống.

Quá trình này yêu cầu sự hiện diện của

c) Hình 2.16: Khuếch tán nguyên tử [11]

nút trống, và khả năng xảy ra khuếch tán nút trống phụ thuộc vào số lượng sai

lệch này; trong kim loại, nồng độ nút trống cao thường ở các khoảng nhiệt độ

cao. Do nguyên tử khuếch tán và nút trống trao đổi vị trí cho nhau, khuếch tán

nguyên tử theo một chiều tương ứng với chuyền động của nút trống theo chiều ngược

lại. Cả liên khuếch tán và tự

khuếch tán đều xảy ra theo cơ

chế này; trong liên khuếch tán,

các nguyên tử tạp chất phải thay

thế các nguyên tử dung môi.

b. Khuếch tán xen kẽ

Trong kiểu khuếch tán

thứ hai, khuếch tán xen kẽ, các

nguyên tử dịch chuyển từ vị trí

xen kẽ đến vị trí xen kẽ kế cận,

nếu vị trí này còn trống. Cơ chế

này xảy ra trong liên khuếch

tán, các nguyên tử cacbon,

nitrogene, hydro, và oxy, có kích

thước đủ nhỏ để chen vào vị trí

xen kẽ. Các ngưyên tử kim loại,

kể cả trong dung dịch rắn thay

thế, thường không khuếch tán

theo cơ chế này, hình 2.18.

Trong hầu hết các hợp kim, Hình 2.17: Khuếch tán nút trống [24]

sự khuếch tán xen kẽ xảy ra nhanh

hơn so với cơ chế khuếch tán

nút trống, do các nguyên tử xen

kẽ nhỏ hơn, do đó linh động

hơn. Hơn nữa, số vị trí xen kẽ còn

trống cũng nhiêu hơn nút trống,

xác suất khuếch tán xen kẽ lớn hơn Hình 2.18: Khuếch tán xen kẽ [24] khuếch tán thông qua nút trống.

2.2.6.2. Sự liên kết của các phản ứng hóa h c và sự hấp phụ ba hơi của quá trình vật l

Dưới tác dụng nhiệt hoặc tác dụng của chùm ion của quá trình PMEDM, bột hợp

kim và chất dung môi bị phân hủy thành các nguyên tử hoạt tính. nguyên tử hoạt tính sẽ bị

hấp phụ và khuếch tán thành lớp phủ, ngay sau khi phân hủy các nguyên tố này sẽ kết hợp

với nhau tạo nên các hợp chất và phủ lên bề mặt chi tiết. Tại nhiệt độ cao đã phá v các

liên kết trong phân tử bột, đồng thời tăng tốc độ của các phản ứng hóa học. Quá trình tạo

lớp phủ là kết quả của các phản ứng hóa học, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, thành phần

hóa học của bột và dung môi cách điện …

Các tác động vật lý sinh ra trong khi phóng tia lửa của quá trình PMEDM đã tạo

thành lớp phủ như bay hơi, lực điện từ, plasma… Quá trình này thường bao gồm ba giai

đoạn chính:

- Bay hơi: Tách hoặc lấy vật liệu từ bột hợp kim dung môi cách điện hay hay vật liệu nền;

- Chuyên chở: Di chuyển vật liệu tới bề mặt cần phủ;

- Lắng đọng: Tạo lớp màng lên bề mặt phủ.

2.2.6.3. Bám dính cơ h c

Dưới tác dụng nhiệt của quá trình PMEDM làm cho bột hợp kim bị nóng chảy và

bám dính vào bề mặt. Độ bám cơ học được biểu thị như một sự giữa chặt các phần tử kim

loại đập vào những vị trí nhấp nhô của bề mặt kim loại nền.

Quá trình bám dính cơ học được chia làm ba giai đoạn:

- Tạo nên một mặt tiếp xúc, nghĩa là tạo nên sự dịch chuyển gần nhau của các

nguyên từ kim loại đến một khoảng cách đủ để có sự tác dụng hóa học.

- Hoạt tính và sự tác dụng hóa học của các nguyên tử kim loại gần nhau sẽ đưa đến

hình thành mối liên kết hóa học bền vững.

- Các quá trình phục hồi (kết tinh lại, khuếch tán tạo pha mới,...) xảy ra tiếp theo có

thể nâng cao hoặc làm giảm sức bền của mối liên kết.

Kết luận chƣơng 2:

Chương hai nghiên cứu và tổng hợp về cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện EDM

và gia công tia lửa điện có trộn bột –PMEDM trên các vấn đề:

- Bản chất vật lý của quá trình phóng tia lửa điện trong phương pháp gia công

EDM để làm cơ sở nghiên cứu về quá trình gia công PMEDM.

- Bản chất của quá trình gia công PMEDM, vai trò của hạt bột ảnh hưởng đến quá

trình phóng tia lửa điện trong gia công EDM.

- Cơ sở và bản chất của sự xâm nhập nguyên tố hóa học trong bột trộn và dung môi

cách điện vào bề mặt chi tiết và quá trình tạo cacbít trên bề mặt.

Tóm lại: Quá trình EDM có sự tham gia của các hạt bột đã làm thay đổi phương

thức và thông số của quá trình phóng tia lửa điện, khả năng cách điện của dung môi giảm

đi. Mỗi loại vật liệu bột và kích c hạt khác nhau thì dạng ứng xử trong quá trình PMEDM

rất khác nhau. Điều này ảnh hưởng đến quá trình gia công trên các phương diện:

- Năng suất gia công.

- Mòn điện cực.

- Chất lượng bề mặt của chi tiết sau gia công (độ nhám bề mặt, độ cứng tế vi

bề mặt).

CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT

3.1. Mục đích

Một số kết quả nghiên cứu [63], [53], [51], [52], [62], [55], [27], [26], [58], [64],

[46] đã công bố về ảnh hưởng của bột dẫn điện đến độ nhám bề mặt của chi tiết. Trong các

công bố nêu trên, mới chỉ dừng lại ở việc khảo sát các loại bột có nhiệt độ nóng chảy thấp

như: Graphite, Crom, Silicon, Nikel...trên nền vật liệu phôi khác nhau. Nhưng rất ít công

trình nghiên cứu về ảnh hưởng của bột Cacbít vônphram tới độ nhám bề mặt (Ra). Ngoài ra

các nghiên cứu được công bố mới chỉ dừng lại khảo sát ở một vài chế độ thông số công

nghệ EDM và nồng độ bột. Chính vì điều này chưa đánh giá hết mức độ ảnh hưởng của các

thông số công nghệ EDM, nồng độ bột đến quá trình PMEDM và độ nhám bề mặt của chi

tiết sau gia công.

Trong chương này, luận án nghiên cứu, đánh giá, xác định ảnh hưởng của các

thông số công nghệ EDM, nồng độ bột Cacbít vônphram trộn trong dung môi đến độ

nhám bề mặt chỉ tiêu - Ra của thép SKD61, làm cơ sở cho bộ thông số tham khảo trong quá

trình gia công PMEDM. Ngoài ra, luận giải các hiện tượng xảy ra trong quá trình PMEDM

tác động tới độ nhám bề mặt, đây chính là tiền đề để mở rộng nghiên cứu sau này. Bên

cạnh đó so sánh, đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp PMEDM so

với độ nhám bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp EDM.

3.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tƣợng nghiên cứu

Vật liệu thép SKD61 chưa qua xử lý nhiệt được gia công bằng phương pháp

PMEDM để khảo sát độ nhám bề mặt sau gia công.

Bột Cacbít vônphram có một số thành phần nguyên tố khác theo bảng 3.3 được trộn

vào dung môi cách điện.

Nghiên cứu sự tác động qua lại giữa các thông số công nghệ và nồng độ bột ảnh

hưởng tới độ nhám bề mặt của chi tiết sau gia công. So sánh độ nhám bề mặt của phương

pháp PMEDM và EDM.

Phạm vi nghiên cứu

Các chế độ công nghệ của má xung trong gia công PMEDM: Xuất phát từ vấn

đề thực tiễn là giảm được một số nguyên công khi gia công PMEDM so với các phương

pháp khác. Do vậy, trong chương này khảo sát nghiên cứu tại các chế độ gia công tinh và

bán tinh các thông số công nghệ EDM được chọn theo bảng 3.6.

Nồng độ bột trộn trong gia công PMEDM: Thông qua các thí nghiệm thăm dò dựa

trên các thông số công nghệ EDM đã chọn như bảng 3.6 để xác định tác động, ảnh hưởng

của nồng độ bột đến độ nhám bề mặt (Ra). Do vậy, trong nghiên cứu này nồng độ bột

được chọn tại 3 dải (20g/l; 40g/l; 60g/l).

3.3. Điều kiện thực nghiệm khảo sát

Trong phần thực nghiệm gia công EDM có trộn bột đảm bảo các điều kiện:

- Chất lượng dung môi và điều kiện dòng chảy chất điện môi trong tất cả các thí

nghiệm là như nhau.

- Nồng độ bột được ổn định trong quá trình gia công PMEDM.

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

công.

- Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng tới độ chính xác gia công, các phép đo là ổn định

và không thay đổi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm.

QÚA TRÌNH XUNG PMEDM

Mô hình thực nghiệm theo như hình 3.1.

Hình 3.1: Mô hình thực nghiệm

3.3.1. Hệ thống thí nghiệm

1. Máy thí nghiệm

Máy xung điện ARISTECH CNC-460 của Hãng LIEN SHENG MECHANICAL

&ELECTRICAL CO.,LTD – ĐÀI LOAN được dùng để làm thực nghiệm gia công vật liệu

SKD61, tại Trung tâm Công nghệ -Học Viện Kỹ thuật Quân Sự. Các đặc tính của máy như

- Kích thước lắp đặt: 2.170x1.760x2.560mm.

- Kích thước thùng dầu: 1.400x800x500mm.

- Kích thước bàn máy: 900x600mm.

- Hành trình 3 trục X,Y,Z: 900x600x300mm.

- Khối lượng điện cực mang tối đa: 200 Kg.

- Khôi lượng phôi đặt tối đa: 1.800 Kg.

Cụm đầu gá điện cực

Di chuyển theo trục Y

Động cơ trục khuấy Di chuyển theo trục X

Di chuyển theo trục Z Thùng dầu

Tủ điều khiển

Vòi phun dung môi

Bàn máy

Hình 3.2: Máy Xung tia lửa điện ARISTECH CNC-460

2. Vật liệu phôi Vật liệu sử dụng để gia công thực nghiệm là thép SKD61- Nhà sản xuất Daido

Amistar (JIS- Nhật Bản), thành phần hóa học của thép SKD61 được cho ở bảng 3.1.

Trước khi gia công bằng EDM và PMEDM đã được làm chính xác hai bề mặt có độ song

song < 0,02mm, bề mặt trước khi gia công có độ nhám Ra=1,6 μm. Kích thước phôi trước

khi gia công D=19mm, L=50mm, kích thước phôi sau khi gia công D=19mm, L=49,7mm.

Bảng 3.1. Thành phần hóa học theo % khối lượng của thép SKD61

C Si Cr Mo V Mn

≤0,38% ≤1,0% ≤5,0% ≤1,25% ≤1,0% ≤0,4%

Hình 3.3: Phôi SKD61

3. Vật liệu đồng điện cực Sử dụng đồng điện cực là loại đồng đỏ (ký hiệu M1 của Nga) có độ tinh khiết cao

theo bảng 3.2.

Hình 3.4: Điện cực đồng

Bảng 3.2. Đặc tính kỹ thuật của đồng điện cực

Đặc tính kỹ thuật TT Chỉ số

Thành phần hóa học của Cu (%) 1 99,78

2 9

3 1083

Điện trở suất (µΩ.m) Nhiệt độ nóng chảy (0C) Khối lượng riêng (kg/m3) 4 8.960

Độ cứng (HB) 5 100

4. Đặc tính kỹ thuật của bột Cacbít vônphram Bột Cacbít vônphram (mã thương mại WC-727-6) dùng làm thí nghiêm được nhập

khẩu từ Mỹ của nhà sản xuất PRAXAIR SURFACE TECHNOLOGIES. Các đặc tính của

bột được thể hiện ở bảng 3.3 và bảng 3.4. Theo tài liệu [46] kích thước hạt dùng để nâng

cao chất lượng bề mặt hiệu quả nhỏ hơn 36μm.

Bảng 3.3. Thành phần hóa học theo % khối lượng của bột Cacbít vônphram

C Co Fe W Thành phần khác

5,56% 11,9% 0,02% 82,5% <0,1%

Bảng 3.4. Kích thước hạt bột Cacbít vônphram theo % khối lượng

11μm 16μm 22μm 31μm 5.5μm

20,75% 33,76% 29,61% 10,65% 5,23%

Hình 3.5: Bột Cacbít vônphram của nhà sản xuất Praxair surface technologies

5. Dung môi dầu cách điện

Dung môi dầu cách điện được dùng là dầu Shell EDM Fluid 2, các đặc tính kỹ

thuật được cho trong bảng 3.5

Bảng 3.5. Đặc tính kỹ thuật của dầu Shell EDM Fluid 2

TT Chỉ tiêu kĩ thuật Chỉ số

1 2,25 Độ nhớt động học, cSt ở 400C

2 0,773 Tỷ trọng ở 150C, kg/l

3 Nhiệt độ đông đặc (max) (0C) -27

4 Hệ số tổn thất điện môi (max) 0,01

6. Thùng chứa dung dịch điện môi

Thùng chứa dung dịch điện môi đảm bảo bột trộn được đồng đều và không bị lắng

đọng, gá đặt phôi dễ dàng và thay đổi dung dịch điện môi được thuận tiện. Dùng hai cánh

khuấy (D=100mm) có tốc độ 100v/phút để tạo sự đồng đều của bột và tránh lắng đọng.

Bơm tuần hoàn cung cấp dung dịch điện môi có trộn bột với lưu lượng 32lít/phút vào khe

hở phóng điện. Nam châm vĩnh cửu điều khiển có nhiệm vụ hút phoi để không lẫn với bột

trộn trong dung môi.

Vòi phun

Điện cực

Trục khuấy

Phôi Bột dẫn

Bơm

Nam châm từ

Hình 3.6: Thùng dầu

7. Các thông số công nghệ và nồng độ bột dùng trong thực nghiệm Các thông số công nghệ EDM có ảnh hưởng lớn đến quá trình ứng xử của các

hạt bột. Ngoài ra mục đích của việc khảo sát tại các chế độ gia công tinh và bán tinh.

Căn cứ vào cấu hình của máy xung làm thí nghiệm.Do vậy, các thông số về điện được

chọn theo bảng 3.6. Các nồng độ bột được chọn để khảo sát được tiến hành trên cơ sở

những thí nghiệm thăm dò, mục đích đánh giá ảnh hưởng mạnh nhất tác động đến

chất lượng bề mặt của chi tiết theo bảng 3.6.

Bảng 3.6. Các thông số công nghệ và nồng độ bột thực nghiệm cho quá trình PMEDM

1A; 2A; 3A; 4A Cường độ dòng điện (Ip)

Thời gian phát xung (Ton) 16s; 32s; 50s; 200s

Thời gian ngừng phát xung (Toff) 50s

Dung dịch điện môi Shell EDM Fluid 2

Phân cực Ngược: Điện cực (-), Phôi (+)

Điện áp phóng (V) 80-120V

Nồng độ bột Cacbít vônphram (g/l) 20; 40; 60

3.3.2. Thiết b đo, kiểm tra

1. Máy đo độ nhám bề mặt

Nhám bề mặt được đo bằng máy đo độ nhám bề mặt TR200 kiểu đầu đo tiếp xúc,

độ phân giải 0,001μm theo hình 3.7. Điện nguồn: 220V/50Hz, Pin. Chiều dài chuẩn sử

dụng mỗi lần đo là 5mm với 3 lần lặp trên mỗi mẫu thí nghiệm và kết quả sẽ là giá trị trung

bình của các lần đo.

Đầu dò đo tiếp xúc

hình Màn hiển thị kết quả đo và phím các chức năng

Bàn gá

Bề mặt mẫu đo

Hình 3.7: Máy đo độ nhám bề mặt TR200

2. Cân điện tử Dùng để cân bột Cacbít vônphram trộn trong dung môi dầu cách điện. Cân điện tử Model: TE612; Hãng: SARTORIUS – Đức.

Hình 3.8: Cân điện tử TE612

Đặc tính kỹ thuật:

– Tải trọng: 610g.

– Bước nhảy: 0,01g.

– Giao diện: RS232 kết nối máy tính.

– Kích thước đĩa: D= 110 mm.

– Điện nguồn: 220V/50Hz , Pin.

3.4. Nghiên cứu thực nghiệm các ếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt

Ra

Trong mục 2.1.5 của chương 2 đã tìm hiểu và nghiên cứu chất lượng bề mặt - cụ

thể là độ nhấp bề mặt Ra gia công bằng phương pháp EDM chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố

như: Dòng phóng tia lửa điện, điện áp phóng tia lửa điện và thời gian phát xung. Ba yếu tố

này có tác động mạnh tới việc tạo ra các vết l m trên bề mặt gia công, chính những vết l m

này tạo thành độ nhám bề mặt sau gia công.

Khi gia công EDM bằng biện pháp trộn bột Cacbít vônphram trong dung môi dầu

đã làm thay đổi quá trình phóng tia lửa điện: Khoảng cách phóng tăng 25-50μm (EDM)

đến 50-150μm (PMEDM) [34], năng lượng và sự ion hóa của chất điện môi [26], [43],

[59], [58] thay đổi. Ngoài ra phải kể đến sự phóng đồng đều khi có hạt bột trong quá trình

phóng tia lửa điện, quá trình EDM chỉ phóng tại điểm gần nhất giữa hai điện cực nhưng

trong quá trình PMEDM do hiệu ứng cây cầu [59] mà vùng phóng tia lửa điện được mở

rộng hay nói một cách khác khi có sự tham gia của hạt bột quá trình phóng tia lửa điện

diễn ra ở nhiều điểm trên bề mặt phôi.

Một yếu tố mấu chốt để vai trò hạt bột trong quá trình phóng tia lửa điện tác động

mạnh đến độ nhám bề mặt đó chính là mật độ hạt trong vùng phóng tia lửa điện. Để tạo

được mật độ hạt cao (hay sự hiện diện của hạt bột đủ lớn) trong vùng phóng tia lửa điện

phải kể đến ảnh hưởng của áp lực bong bóng khí v ra khi hình thành kênh phóng điện của

lần phóng tia lửa điện trước, mà áp lực bong bóng khí này được tạo ra bởi ba yếu tố: Điện

áp phóng tia lửa điện, dòng phóng tia lửa điện và thời gian phát xung.

Qua các phân tích nêu trên, kết hợp với mục đích của đề tài trong phần mở đầu và

phụ thuộc vào cấu hình của máy xung tia lửa điện làm thực nghiêm, do đó trong phần thực

nghiệm này nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố:

1. Dòng phóng tia lửa điện Ip. Các chế độ theo bảng 3.6

2. Thời gian phát xung Ton. Các chế độ theo bảng 3.6

3. Nồng độ bột Cacbít vônphram . Các chế độ theo bảng 3.6

Tác động tới độ nhám bề mặt Ra chi tiết gia công bằng phương pháp PMEDM. Ngoài ra so

sánh độ nhám bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp PMEDM và độ nhám bề mặt chi

tiết gia công bằng phương pháp EDM trong cùng chế độ thông số công nghệ EDM.

Các kết quả đo độ nhám bề mặt Ra của chi tiết sau gia công EDM và PMEDM tại

các chế độ thực nghiệm với ba lần lặp trên mỗi mẫu thu được như các bảng 3.7÷3.10:

Bảng 3.7. Kết quả đo độ nhám bề mặt tại Ip=1A

Ra-I(µm) Ra-II(µm) Ra-III(µm)

Ra(tb) (µm)

Dòng phóng tia lửa điện Ip=1A

Thời gian phát xung Nồng độ

0g/l 1,182 1,177 1,004 1,121

20g/l 0,818 0,773 0,812 0,801 Ton=16µs

40 g/l 0,484 0,463 0,467 0,471

60g/l 0,686 0,632 0,694 0,674

0g/l 1,199 1,079 1,2 1,159

20g/l 1,031 0,955 1,002 0,996 Ton=32µs

40g/l 0,968 0,877 0,983 0,943

60g/l 0,832 0,81 0,758 0,800

0g/l 1,46 1,39 1,503 1,451

20g/l 1,269 1,249 1,232 1,25 Ton=50µs

40g/l 1,067 1,059 1,12 1,082

60g/l 1,107 1,056 1,004 1,056

0g/l 1,556 1,555 1,6 1,57

20g/l 1,498 1,462 1,45 1,47 Ton=200µs

40g/l 1,373 1,292 1,274 1,313

60g/l 1,135 1,05 1,065 1,083

Bảng 3.8. Kết quả đo độ nhám bề mặt tại Ip=2A

Ra(tb) (µm)

Dòng phóng tia lửa điện Ip=2A

Thời gian phát xung Nồng độ Ra-I(µm) Ra-II(µm) Ra-III(µm)

0g/l 1,577 1,469 1,619 1,555

20g/l 1,405 1,462 1,462 1,443 Ton=16µs

40 g/l 1,346 1,295 1,312 1,318

60g/l 0,708 0,701 0,773 0,727

0g/l 1,388 1,337 1,4 1,375

20g/l 1,16 1,262 1,188 1,203 Ton=32µs

40g/l 1,05 1,008 1,033 1,03

0,93 0,929 60g/l 0,859 0,999

1,756 1,762 0g/l 1,75 1,78

1,229 1,293 20g/l 1,29 1,359 Ton=50µs

1,195 1,118 40g/l 1,136 1,023

0,9 60g/l 1,001 0,902 0,934

2,304 2,328 0g/l 2,278 2,402

2,178 2,204 20g/l 2,193 2,241 Ton=200µs

2,026 2,009 40g/l 1,982 2,018

1,906 1,811 60g/l 1,768 1,76

Bảng 3.9. Kết quả đo độ nhám bề mặt tại Ip=3A

Ra-II(µm) Ra-III(µm)

Ra(tb) (µm)

Dòng phóng tia lửa điện Ip=3A

Thời gian phát xung Nồng độ Ra-I(µm)

1,64 1,645 0g/l 1,54 1,754

1,595 1,613 20g/l 1,68 1,564 Ton=16µs

1,579 1,577 40 g/l 1,603 1,549

1,494 1,527 60g/l 1,509 1,577

1,525 1,54 0g/l 1,517 1,577

1,382 1,382 20g/l 1,359 1,404 Ton=32µs

1,325 1,359 40g/l 1,4 1,352

1,205 1,241 60g/l 1,27 1,248

1,768 1,854 0g/l 1,898 1,897

1,84 1,78 20g/l 1,72 1,781 Ton=50µs

1,712 1,663 40g/l 1,598 1,678

1,564 1,608 60g/l 1,653 1,608

2,609 2,675 0g/l 2,82 2,597

2,341 2,277 20g/l 2,255 2,234 Ton=200µs

2,17 2,167 40g/l 2,221 2,11

1,898 1,921 60g/l 1,916 1,95

Bảng 3.10. Kết quả đo độ nhám bề mặt tại Ip=4A

Dòng phóng tia lửa Ip=4A

Ra-I(µm) Ra-II(µm) Ra-III(µm) Ra(tb) (µm)

điện Thời gian phát xung Nồng độ

2,081 1,936 1,983 0g/l 2,000

20g/l 2,031 1,913 1,87 1,938 Ton=16µs

40 g/l 1,907 1,804 1,845 1,852

60g/l 1,825 1,77 1,804 1,800

0g/l 2,159 2,242 2,312 2,238 Ton=32µs

20g/l 2,325 2,234 2,134 2,231

40g/l 2,212 2,192 2,202 2,202

60g/l 2,111 2,125 2,106 2,114

0g/l 2,549 2,791 2,654 2,665

20g/l 2,336 2,295 2,436 2,356 Ton=50µs

40g/l 2,25 2,318 2,12 2,229

60g/l 2,227 2,185 2,175 2,196

0g/l 3,011 3,319 3,052 3,127

20g/l 3,011 3,019 2,952 2,994 Ton=200µs

40g/l 2,857 2,897 2,612 2,789

60g/l 2,556 2,645 2,598 2,600

3.4.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột

tới độ nhám bề mặt

Trong phần khảo sát thực nghiệm này, trên cơ sở kết quả thực nghiệm đo được về

độ nhám bề mặt trung bình theo các bảng 3.7 ÷ 3.10, xây dựng biểu đồ quan hệ giữa độ

nhám bề mặt Ra trung bình với thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tại các Ip. Căn cứ

vào các biểu đồ- hình 3.9† 3.12 phân tích, đánh giá ảnh hưởng của thời gian phát xung và

nồng độ bột tại các Ip tới độ nhám bề mặt.

Độ nhám bề mặt Ra bằng thực nghiệm khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại p=1A: Theo

biểu đồ hình 3.9

Hình 3.9: Độ nhám bề mặt Ra tại Ip=1A

Độ nhám bề mặt Ra bằng thực nghiệm khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại p=2A: Theo

biểu đồ hình 3.10

Hình 3.10: Độ nhám bề mặt Ra tại Ip=2A

Độ nhám bề mặt Ra bằng thực nghiệm khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại p=3A: Theo

biểu đồ hình 3.11

Hình 3.11: Độ nhám bề mặt Ra tại Ip=3A

Độ nhám bề mặt Ra bằng thực nghiệm khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại p=4A: Theo

biểu đồ hình 3.12

Hình 3.12: Độ nhám bề mặt Ra tại Ip=4A

3.4.1.1. So sánh độ nhám bề mặt giữa phương pháp PMEDM và EDM

Căn cứ kết quả thực nghiệm độ nhám bề mặt theo biểu đồ hình 3.9÷ 3.12 nhận

thấy:

Độ nhám bề mặt theo phương pháp PMEDM có sự thay đổi theo chiều hướng giảm

so với nhám bề mặt theo phương pháp EDM tại các Ton và nồng độ bột khác nhau trong

vùng khảo sát.

Nguyên nhân: Độ nhám bề mặt thay đổi theo chiều hướng giảm là do có sự tham

gia của các hạt bột trong quá trình phóng tia lửa điện. Với việc các hạt bột tham gia trong

quá trình phóng tia lửa điện đã làm thay đổi quá trình phóng tia lửa điện trên các phương

diện sau:

a. Tăng khoảng cách phóng tia lửa điện [59], [63], [58], [43], [50]. Nguyên nhân

của việc tăng khoảng cách phóng tia lửa điện là khi bắt đầu hình thành kênh phóng điện tạo

ra điện trường, các hạt bột được điện trường định hướng xếp thành các chuỗi hạt dẫn điện-

các cây cầu. Khi tăng khoảng cách phóng tia lửa điện thì dẫn tới năng lượng của tia phóng

điện yếu đi một phần tại một điểm phóng, chính điều này năng lượng của tia lửa điện khi

bắn phá trên bề mặt phôi giảm tại một điểm phóng, dẫn tới chiều sâu và rộng các miệng

núi lửa nhỏ đi, do vậy độ nhám bề mặt giảm, điều này được mô tả theo hình 3.13.

Ca-tốt

A-nốt

Hình 3.13: Sự tham gia của các hạt kim loai trong quá trình hình thành kênh phóng điện

[59]

b. Sự phóng điện được đồng đều. Đối với phương pháp EDM quá trình phóng xảy

ra tại điểm gần nhất giữa Ca-tốt và A-nốt, nhưng phương pháp PMEDM có các hạt bột

kim loại tham gia vào quá trình hình thành kênh phóng điện, dẫn tới sự phóng không chỉ ở

một điểm duy nhất mà ở nhiều điểm khác nhau, tại các điểm đó các hạt bột kim loại hình

thành các cây cầu bởi quá trình sinh ra điện từ trường tại điểm đó [59], [23], [27], [41].

Chính việc phóng đồng đều này làm cho các miệng núi lửa xếp chồng với nhau, dẫn tới

nhám bề mặt thấp hơn, điều này được mô tả theo hình 3.14.

Ca-tốt

Các hạt bột

A-nốt

Miệng núi lửa

Hình 3.14: Sự phóng điện khi có sự tham gia của các hạt kim loại trong quá trình bóc vật liệu bề mặt phôi

3.4.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt tha đ i nhiều nhất

a. Thay đổi nhiều nhất độ nhám bề mặt giữa phương pháp PMEDM so với phương

pháp EDM:

Trong các biểu đồ 3.9÷3.12 thì tại biểu đồ hình 3.9: Với Ton=16μs ở nồng độ

40g/l của phương pháp PMEDM có sự thay đổi độ nhám bề mặt lớn nhất, giảm so với

nhám bề mặt của phương pháp EDM cùng chế độ thông số công nghệ là 57.98%.

b. Thay đổi nhiều nhất độ nhám bề mặt giữa các chế độ trong phương pháp

PMEDM:

Trong các biểu đồ 3.9÷3.12 thì tại biểu đồ hình 3.10: Với Ton=16 μs nhám bề mặt

ở nồng độ 60g/l giảm nhiều nhất so với nhám bề mặt ở nồng độ 40g/l là 44.84%.

c. Độ nhám bề mặt nhỏ nhất trong các chế độ khảo sát của phương pháp PMEDM:

Theo biểu đồ hình 3.9 ở nồng độ 40g/l tại Ton= 16μs có độ nhám mặt nhỏ nhất là Ra=0.471µm.

Nguyên nhân của các hiện tượng này: Do dòng phóng tia lửa điện và thời gian phát

xung kết hợp với thời gian nghỉ giữa hai lần phóng hợp lý theo [43], dẫn tới áp lực bong

bóng khí hình thành kênh phóng điện v ra ở lần phóng điện trước nhỏ, do đó làm cho

mật độ xuất hiện của các hạt bột kim loại trong vùng hình thành kênh phóng điện cho lần

phóng kế tiếp cao. Đây là những nguyên nhân dẫn tới việc tăng khoảng cách phóng tia lửa

điện (do hình thành các cây cầu phóng tia lửa điện của các hạt bột kim loại tạo ra). Ngoài

ra sự phóng tia lửa điện đồng đều diễn ra ở nhiều điểm. Chính các lý do này dẫn tới độ

nhám bề mặt của PMEDM được cải thiện một cách đáng kể.

3.4.1.3. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt tha đ i ít nhất

a. Thay đổi độ nhám bề mặt ít nhất giữa phương pháp PMEDM so với phương

pháp EDM:

Trong các biểu đồ hình 3.9÷3.12 thì tại biểu đồ hình 3.12: Với Ton= 32μs ở nồng

độ 20g/l độ nhám bề mặt của phương pháp PMEDM có sự thay đổi nhỏ nhất so với nhám

bề mặt của EDM cùng chế độ thông số công nghệ EDM là 0.31%.

b. Thay đổi độ nhám bề mặt ít nhất giữa các chế độ trong phương pháp PMEDM:

Trong các biểu đồ hình 3.9÷3.12 thì tại biểu đồ hình 3.12: Ở nồng độ 40g/l có

nhám bề mặt giảm ít nhất so với nhám bề mặt ở nồng độ 20g/l với cùng Ton= 32μs là 1.3%.

Nguyên nhân của các hiện tượng này: Do dòng phóng tia lửa điện và thời gian phát

xung kết hợp với thời gian nghỉ giữa hai lần phóng chưa hợp lý lý theo [43], dẫn tới áp lực

bong bóng khí hình thành kênh phóng điện v ra ở lần phóng trước lớn, chính điều này

làm cho mật độ xuất hiện của các hạt kim loại trong vùng hình thành kênh phóng điện

cho lần phóng kế tiếp không cao. Do đó dẫn tới việc tăng khoảng cách phóng tia lửa điện

không lớn (do hình thành các cây cầu phóng tia lửa điện của những hạt kim loại tạo ra).

Ngoài ra sự phóng tia lửa điện có độ đồng đều thấp (diễn ra tại ít điểm). Chính các nguyên

nhân này dẫn tới độ nhám bề mặt thay đổi ít.

3.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng điện Ip và nồng độ bột tới

độ nhám bề mặt

Trong phần khảo sát thực nghiệm này, trên cơ sở kết quả thực nghiệm đo được về

độ nhám bề mặt trung bình theo các bảng 3.7 ÷ 3.10, xây dựng biểu đồ quan hệ giữa độ

nhám bề mặt Ra trung bình với dòng phóng tia lửa điện Ip và nồng độ bột tại các Ton. Căn

cứ vào các biểu đồ- hình 3.15† 3.18 phân tích, đánh giá ảnh hưởng của dòng phóng tia lửa

điện Ip và nồng độ bột tại các Ton tới độ nhám bề mặt.

Độ nhám bề mặt Ra bằng thực nghiệm khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=16µs: Theo biểu đồ hình 3.15

Hình 3.15: Độ nhám bề mặt Ra tại Ton=16μs

Độ nhám bề mặt Ra bằng thực nghiệm khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=32µs: Theo biểu đồ hình 3.16

Hình 3.16: Độ nhám bề mặt Ra tại Ton=32μs

Độ nhám bề mặt Ra bằng thực nghiệm khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=50µs: Theo biểu đồ hình 3.17

Hình 3.17: Độ nhám bề mặt Ra tại Ton=50μs

Độ nhám bề mặt Ra bằng thực nghiệm khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=200µs: Theo biểu đồ hình 3.18

Hình 3.18: Độ nhám bề mặt Ra tại Ton=200μs

Theo biểu đồ các hình 3.15÷3.18:

- Ở cùng một nồng độ (trong các nồng độ bột khảo sát) thì nhám bề mặt tăng dần

theo Ip=1A; Ip=2A; Ip=3A; Ip=4A. Điều này phù hợp với lý thuyết EDM và PMEDM.

- Tại thời gian phát xung nhất định (trong các thời gian phát xung đang khảo sát)

thì độ nhám bề mặt giảm dần khi nồng độ bột tăng. Nguyên nhân của hiện tượng này

được giải thích theo mục 3.4.1.1. Riêng chỉ có một trường hợp tại biểu đồ hình 3.15 ở chế

độ Ton=16µs, Ip=1A, nồng độ 40g/l có độ nhám bề mặt Ra=0.471µm nhỏ hơn độ nhám bề

mặt Ra=0.674µm tại chế độ Ton=16µs, Ip=1A, nồng độ 60g/l không tuân theo quy luật độ

nhám bề mặt giảm khi nồng độ bột tăng ở cùng chế độ thông số công nghệ EDM, nguyên

nhân của hiện tượng này được giải thích theo mục 3.4.1.2

3.5. Xâ dựng mối quan hệ giữa các ếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề

mặt Ra

Qua phân tích đánh giá của các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt Ra trung bình

ở mục 3.4 nhận thấy rằng, các yếu tố đều có ảnh hưởng nhất định tới độ nhám bề mặt,

những sự tác động mạnh yếu của các yếu tố thì chưa đánh giá được. Do vậy, trong phần

này dựa vào các kết quả thực nghiệm đã có, dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm để phân tích đánh giá vai trò tác động mạnh yếu từng

yếu tố đến độ nhám bề mặt.

Thông số đầu vào là: Thời gian phát xung tia lửa điện Ton, dòng phóng tia lửa điện

Ip, nồng độ bột Nbt và thông số đầu ra là độ nhám bề mặt Ra trung bình. Dựa vào số liệu

thực nghiệm thu được và phương pháp đồ thị biểu diễn các điểm số liệu thực nghiệm, tác

giả đề xuất quan hệ hàm hồi quy này có dạng hàm số mũ như sau:

(3.1)

Logarit cơ số e cả hai vế phương trình ta được:

(3.2)

Đặt LnRa=y; a0= lnK; a=a1; b=a2 ; c=a3; lnTon=x1; lnIp=x2; lnNbt=x3

Ta có hàm tuyến tính: y=a0+a1.x1+a2.x2+a3.x3 (3.3)

Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm

Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất để xây dựng hàm hồi quy trong tính

toán quy hoạch thực nghiệm [7]:

Ta có phương trình ma trận: [Y]=[A].[X] (3.4)

STT Biến mã hóa Bảng 3.11. Bảng mã hóa biến Biến thực nghiệm Ra(µm)

X3 Ton(µs) Ip(A) Nbt(g/l) X1 X2

0,801 20 -1 1 -1 -1 1 16

1,25 20 -1 2 1 -1 1 50

1,61 20 -1 3 -1 1 3 16

1,78 20 -1 4 1 1 3 50

0,674 60 1 5 -1 -1 1 16

1,06 60 1 6 1 -1 1 50

1,53 60 1 7 -1 1 3 16

1,61 60 1 8 1 1 3 50

1,03 40 0 9 0 0 2 32

1,03 40 0 10 0 0 2 32

1,03 40 0 11 0 0 2 32

Bảng 3.12. Tính toán các giá trị Logarit hóa

STT Ton(µs) Ip(A) Nbt(g/l) Ra lnTon lnIp ln Nbt lnRa

-0,22189 0 20 1 16 1 0,81 2,7726 2,9957

0 20 2 50 1 1,25 3,9120 2,9957 0,22314

20 3 16 3 1,61 2,7726 1,09861 2,9957 0,47623

0,57661 20 4 50 3 1,78 3,9120 1,09861 2,9957

-0,39452 0 60 5 16 1 0,674 2,7726 4,0943

0,05827 0 60 6 50 1 1,06 3,9120 4,0943

0,42527 60 7 16 3 1,53 2,7726 1,09861 4,0943

0,47623 60 8 50 3 1,61 3,9120 1,09861 4,0943

0,02956 40 9 32 2 1,03 3,4657 0,6931 3,6889

0,02956 40 32 2 10 1,03 3,4657 0,6931 3,6889

0,02956 40 32 2 11 1,03 3,4657 0,6931 3,6889

Trong đó: [X] là ma trận biến số đầu vào của thực nghiệm

[Y] là ma trận cột giá trị độ nhám bề mặt trung bình

[A] là ma trận hệ số tương đương với a0, a1, a2, a3. Vậy nghiệm [A]= [M]-1.[X]T.[Y], với [M]-1 là ma trận nghịch đảo của ma trận

[M]=[X]T.[X]

Sử dụng phần mềm Maple giải hệ phương trình [X].[A]=[Y]:

+ Kết quả xử lý số liệu đối với độ nhám bề mặt trung bình Ra sau khi tính toán ta có ma

trận A:

Thay A vào phương trình tổng quát (3.1) ta được hàm hồi quy thực nghiệm

(3.5)

Đánh giá độ tin cậy của hàm hồi quy thực nghiệm với :

(3.6)

Trong đó

Với yi : Giá trị độ nhám bề mặt trung bình Ra

: Giá trị độ nhám bề mặt trung bình Ra theo thực nghiệm.

„ : Giá trị độ nhám bề mặt trung bình Ra theo hàm hồi quy thực nghiệm.

„)2

n : Số thí nghiệm.

STT Ton(µs) Bảng 3.13. Kết quả tính toán các giá trị theo bảng 3.12 Ip(A) Nbt(g/l) Ra1 (Ra1-Rai

1 16 1 20 0,81 0,85744 0,18554357 0,00218652

2 50 1 20 1,25 1,11460 0,14198368 0,00233152

3 16 3 20 1,61 1,51974 0,2632655 0,00614523

4 50 3 20 1,78 1,87553 0,32512913 0,00623411

5 16 1 60 0,674 0,75880 0,49762877 0,00619177

6 50 1 60 1,06 0,99637 0,98165496 0,00402041

7 16 3 60 1,53 1,49314 0,39994731 0,0042583

8 50 3 60 1,61 1,74826 0,4831655 0,014116

9 32 2 40 1,03 1,33610 0,04598368 0,07270253

10 32 2 40 1,03 1,33610 0,04598368 0,07270253

11 32 2 40 1,03 1,33610 0,04598368 0,07270253

Tổng 13,405 3,416269448 0,263591465

Trung bình 1,219

Kết quả tính toán được:

Kiểm định tham số ai:

(3.7) - Xác định sự tồn tại của ai:

Trong đó phương sai dư được tính theo công thức: (3.8)

n là số thử nghiệm; m là số các thông số cần xác định, trừ thông số a0

Tổng dư bình phương:

Vậy Sdư =0.10324

mii là số hạng thứ ii của ma trận M-1

Với ma trận [M]-1=

Kết quả tính được:

;

Vậy với độ tin cậy r= 0,923 tra bảng phân bố Student có tbảng(7;0,9)=1,415

Vậy tbảng, i= . Như vậy các hệ số ai thực sự tồn tại.

- Xác định khoảng sai lệch của các hệ số ai:

- 0,4563 +0,4563 Khoảng sai lệch của a0: a0 <

-0,9151 a0 < -0,0024

a1< 0,2301+0,0906

Khoảng sai lệch của a1: 0,2301- 0,0906 0,1395 a1 < 0,3208

a2< 0,5209+0,094

0,4269 a2 < 0,6149

a3< -0,1112+0,094

-0,2052 a3 < -0,0172

Khoảng sai lệch của a2: 0,5209- 0,094 Khoảng sai lệch của a3: -0,1112- 0,094 * Phân tích quan hệ các th ng số đầu vào trong c ng thức (3.5) ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra: + Ip: Cường độ dòng điện có số mũ dương lớn nhất là 0,5209, như vậy Ip tác động mạnh

nhất trong ba thông số đầu vào đến độ nhám bề mặt. Khi Ip tăng thì độ nhám bề mặt tăng.

Quan hệ là đồng biến

+ Ton: Thời gian phát xung có số mũ dương lớn thứ hai là 0,2301, như vậy Ton tác động

mạnh thứ hai trong ba thông số đến độ nhám bề mặt. Khi Ton tăng thì độ nhám bề mặt tăng.

Quan hệ là đồng biến

+ Nbt: Nồng độ bột có số mũ âm là -0,1112, như vậy Nbt tác động yếu nhất trong ba thông

số đến độ nhám bề mặt. Khi Nbt tăng thì độ nhám bề mặt giảm. Quan hệ là nghịch biến

Kết luận chƣơng 3

Phương pháp trộn bột Cacbít vônphram vào dung môi dầu cách điện để nghiên cứu, đánh

giá độ nhám bề mặt đã đạt được các kết quả mới sau:

1. Khi trộn bột hợp kim Cacbít vônphram với một nồng độ nhất định vào dung môi

dầu cách điện khi gia công EDM, độ nhám bề mặt đã cải thiện theo hướng tốt hơn so với

phương pháp gia công EDM thông thường tại tất cả các chế độ thông số công nghệ EDM

trong vùng khảo sát.

2. Với nồng độ bột hợp kim Cacbít vônphram tăng dần từ 20g/l; 40g/l; 60g/l thì độ

nhám bề mặt giảm dần tại các chế độ gia công (Ip, Ton).

3. Trong các chế độ nghiên cứu, tại Ip= 1A, Ton=16μs, nồng độ 40g/l thì độ nhám bề

mặt của phương pháp PMEDM thay đổi giảm lớn nhất so với độ nhám bề mặt của phương

pháp EDM cùng chế độ thông số công nghệ EDM là 57.98%.

4. Đã xây dựng hàm quan hệ giữa độ nhám bề mặt Ra với các thông số đầu vào

như : Dòng phóng tia lửa điện Ip, thời gian phát xung Ton, nồng độ bột Nbt theo phương

pháp quy hoạch thực nghiệm. Phân tích đánh giá vai trò ảnh hưởng của từng thông số đầu

vào tới độ nhám bề mặt Ra theo hàm hồi quy thực nghiệm sau:

Như vậy khi trộn bột hợp kim Cacbít vônphram vào dung môi dầu cách điện để

khảo sát thì độ nhám bề mặt gia công bằng phương pháp PMEDM đã cải thiện tốt hơn so

với độ nhám bề mặt gia công bằng phương pháp EDM. Những kết quả này chứng tỏ khi

trộn bột đã ảnh hưởng và làm thay đổi quá trình phóng tia lửa điện, đây là những tin hiệu

tốt, làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp về độ cứng tế vi của bề mặt ở chương bốn.

CHƢƠNG 4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI SỰ XÂM NHẬP CỦA VÔNPHRAM VÀ ĐỘ CỨNG TẾ VI BỀ MẶT CHI TIẾT

4.1. Mục đích

Theo mục 1.2.2.1 của chương 1 đã tổng hợp các nghiên cứu cho tới hiện nay về

các loại bột dẫn điện trộn trong dung môi ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt, đặc biệt là

độ cứng tế vi bề mặt. Nhưng rất ít các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của bột Cacbít

vônphram, chỉ có hai công bố gần đây nghiên cứu ảnh hưởng của bột Vônphram theo

[39], [20].

Một lý do nữa, luận án chọn bột Cacbít vônphram trộn trong dung dịch điện môi

cách điện để nghiên cứu bởi vì vônphram là kim loại có độ bền nhiệt rất lớn do nhiệt độ

nóng chảy cao, các hợp kim của kim loại này có độ bền vượt trội, đặc biệt là các dạng

cacbít. Hai ưu điểm đặc trưng đó phù hợp với đòi hỏi của một số dạng chi tiết máy làm

việc trong các điều kiện vo cùng khắc nghiệt như: Khí tài quân sự, khuôn đúc áp lực kim

loại, khuôn thủy tinh, khuôn dập nóng....

Trong chương này luận án đi sâu nghiên cứu, đánh giá, xác định ảnh hưởng của

các thông số công nghệ EDM, nồng độ bột Cabít vônphram trộn trong dung môi cách điện

đến sự xâm nhập Vônphram vào bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt của chi tiết gia công nền

thép SKD61. Đánh giá tại các chế độ khảo sát của những yếu tố ảnh hưởng đến sự xâm

nhập Vônphram vào bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt, kết quả nghiên cứu sẽ được lượng

hóa thành công thức thực nghiệm để tra cứu chế độ gia công trong PMEDM. Ngoài ra,

luận giải các hiện tượng xảy ra trong quá trình PMEDM tác động tới kết quả của sự xâm

nhập Vônphram vào bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt. Về mặt nghiên cứu lý thuyết, việc

giải thích cơ chế và các hiện tượng xảy ra trong quá trình PMEDM tác động tới kết quả

của sự xâm nhập Vônphram vào bề mặt và độ cứng tế vi lớp bề mặt cũng sẽ được làm r .

Bên cạnh đó nghiên cứu cũng sẽ đưa ra so sánh, đánh giá độ cứng tế vi bề mặt giữa

phương pháp PMEDM và phương pháp EDM.

4.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tƣợng nghiên cứu

Vật liệu chi tiết gia công là thép SKD61 và bột Cacbít vônphram được trộn vào

dung môi cách điện như trình bày trong mục 3.2, chương 3.

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột đến

các chỉ tiêu:

+ Sự xâm nhập Vônphram vào bề mặt chi tiết sau gia công bằng phương pháp

PMEDM

+ Độ cứng tế vi bề mặt của chi tiết sau gia công bằng phương pháp PMEDM.

+ So sánh độ cứng tế vi bề mặt của chi tiết sau gia công bằng phương pháp

PMEDM và EDM.

+ Thực nghiệm kiểm chứng khả năng chống mòn của chi tiết khi gia công theo

phương pháp PMEDM so với khi gia công EDM.

Phạm vi nghiên cứu

Các chế độ công nghệ về thông số điện: Khảo sát nghiên cứu tại các chế độ gia

công tinh và bán tinh như bảng 3.6 (Chương 3).

Nồng độ bột của quá trình PMEDM: Nồng độ bột được chọn ở 3 dải như bảng 3.6

(Chương 3)

4.3. Điều kiện thực nghiệm khảo sát

Trong phần thực nghiệm gia công EDM có trộn bột đảm bảo các điều kiện: Như trình bày

trong mục 3.3, chương 3

Mô hình thực nghiệm theo như hình 4.1.

Hình 4.1: Sơ đồ thực nghiệm và kết quả

4.3.1. Hệ thống thí nghiệm

- Như trình bày trong mục 3.3.1 chương 3

4.3.2. Thiết b đo, kiểm tra

1.Thành phần hoá học: Được xác định bằng phương pháp EDX (Energy- dispersive X-ray spectroscopy) trên máy hiển vi điện tử quét JSM 6610LA ( hình 4.2) của hãng JEOL – JAPAN tại Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự. Mục đích xác định hàm lượng nguyên tố Vônphram tại lớp bề mặt sau gia công PMEDM.

Hình 4.2: Máy quét JSM6610LA

2.Đo độ cứng tế vi lớp bề mặt: Được xác định trên máy đo độ cứng tế vi DURAMIN-Struers của Đức (hình 4.3) với tải đặt 980.7mN, tại phòng thí nghiệm đo Kim tương, Bộ môn vật liệu, Khoa Cơ khí, Học Viện Kỹ thuật Quân Sự.

3.Tổ chức pha: Được chụp bởi kính hiển vi AXIO- A2M (hình 4.4) tại phòng

thí nghiệm đo Kim tương, Bộ môn vật liệu, Khoa Cơ khí, Học Viện Kỹ thuật Quân Sự

Hình 4.3: Máy đo độ cứng tế vi DURAMIN

Hình 4.4: Kính hiển vi chụp tổ chức pha AXIO-A2M

4.Thiết bị kiểm nghiệm mòn: Được thực hiện trên máy thử nghiệm mẫu đa năng

UMT (The Universal Micro Materials Tester platform) tại phòng thí nghiệm Cơ học máy,

Khoa cơ khí, Học viện Kỹ thuật Quân Sự, theo như hình 4.5.

Hình 4.5: Thiết bị thử nghiệm mẫu đa năng UMT

4.4. Nghiên cứu thực nghiệm các ếu tố ảnh hƣởng tới sự xâm nhập của

ngu ên tố V nphram vào bề mặt SKD61

Trong phần nghiên cứu thực

nghiệm này, luận án tập trung phân tích

đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố:

Dòng phóng tia lửa điện Ip; Thời gian

phát xung Ton; Nồng độ bột Nbt tới sự

xâm nhập của Vônphram vào bề mặt chi

tiết sau gia công. Quá trình phân tích

thành phần hóa học lớp bề mặt còn có

Hình 4.6: Vùng EDX để xác định nguyên tố Vônphram trên bề mặt

nguyên tố khác của bột trộn (như

Coban) trong dung môi cách điện xâm

nhập vào bề mặt, nhưng do hàm lượng W: 62,13% của chúng rất nhỏ nên không ảnh

hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt

chi tiết và không nghiên cứu trong luận

án này. Mục đích chính trong phần này

là xác định quan hệ giữa ba yếu tố nêu

trên đến hàm lượng nguyên tố

Vônphram xâm nhập vào bề mặt chi

tiết SKD61 sau gia công PMEDM, từ

đó tìm chế độ công nghệ phù hợp làm Hình 4.7: Phổ mức năng lượng các nguyên tố vùng 1 cơ sở để nghiên cứu đánh giá độ cứng

tế vi bề mặt.

Để xác định hàm lượng W: 62,38% Vônphram xâm nhập bề mặt mẫu sau

gia công PMEDM, dùng phương pháp

EDX phân tích theo vùng (hình 4.6)

thực hiện trên máy quét JSM6610LA.

Các kết quả xác định hàm

lượng nguyên tố Vônphram theo ba

vùng khác nhau. Ví dụ: Tại bề mặt mẫu

có chế độ Ip=1A; Ton=16µs; Nồng độ

60g/l kết quả hàm lượng nguyên tố

Hình 4.8: Phổ mức năng lượng các nguyên tố vùng 2 Vônphram như hình 4.7†4.9:

W: 62,71% Các kết quả xác định hàm lượng

Vônphram theo % khối lượng của bề

mặt chi tiết sau gia công PMEDM tại

các chế độ theo các bảng 4.1÷4.4:

Hình 4.9: Phổ mức năng lượng các nguyên tố vùng 3

Bảng 4.1. Kết quả xác định hàm lượng Vônphram của bề mặt tại Ip=1A

Dòng phóng tia lửa điện Ip=1A

- giá

Thời gian phát xung trị Nồng độ W-I(%) W-II(%) W-III(%) W%(%)

trung bình

9,66 11,7 9,24 20g/l 10,2

39,3 40,90 42,04 40 g/l 40,474 Ton=16µs

62,13 62,38 62,71 60g/l 62,407

0,21 0,28 0,22 20g/l 0,237

11,8 11,01 12,65 40g/l 11,82 Ton=32µs

15,96 14,36 13,85 14,723 60g/l

3,55 3,45 3,69 20g/l 3,563

8,94 12,72 10,14 40g/l 10,6 Ton=50µs

1,53 10,43 9,52 60g/l 10,493

0 0 0 20g/l 0

0 0 0 40g/l 0 Ton=200µs

60g/l 0,38 0,34 0,38 0,367

Bảng 4.2. Kết quả xác định hàm lượng Vônphram của bề mặt tại Ip=2A

Dòng phóng tia lửa điện Ip=2A

- giá

Thời gian phát xung trị Nồng độ W-I(%) W-II(%) W-III(%) W%(%)

trung bình

20g/l 8,96 10,98 9,12 9,687

Ton=16µs 40 g/l 41,31 38,47 38,03 39,27

46,85 47,92 48,66 60g/l 47,81

20g/l 4,68 5,21 4,46 4,783

40g/l 0,96 0,76 0,88 0,867 Ton=32µs

60g/l 5,76 5,13 5,32 5,403

20g/l 6,96 6,8 6,79 6,85

40g/l 7,67 7,69 7,72 7,693 Ton=50µs

60g/l 4,36 4,31 4,73 4,467

20g/l 0,24 0,22 0,21 0,223

40g/l 0,97 0,8 0,85 0,873 Ton=200µs

60g/l 0,65 0,72 0,61 0,66

Bảng 4.3. Kết quả xác định hàm lượng Vônphram của bề mặt tại Ip=3A

Dòng phóng tia lửa điện Ip=3A

- giá

Thời gian phát xung trị Nồng độ W-I(%) W-II(%) W-III(%) W%(%)

trung bình

20g/l 17,4 17,01 17,9 17,437

40 g/l 20,67 21,75 22,47 21,630 Ton=16µs

26,96 25,74 23,09 60g/l 25,263

20g/l 0,88 0,75 0,81 0,813

40g/l 1,48 1,25 1,32 1,350 Ton=32µs

60g/l 0,27 0,27 0,24 0,26

20g/l 1,2 1,31 1,27 1,26

40g/l 1,75 1,49 1,55 1,597 Ton=50µs

60g/l 0,82 0,9 0,95 0,89

20g/l 0,07 0,08 0,08 0,077

40g/l 0 0 0 0 Ton=200µs

60g/l 0,38 0,36 0,33 0,357

Bảng 4.4. Kết quả xác định hàm lượng Vônphram của bề mặt tại Ip=4A

Dòng phóng tia lửa điện Ip=4A

- giá

Thời gian phát xung trị Nồng độ W-I(%) W-II(%) W-III(%) W%(%)

trung bình

20g/l 3,92 3,56 3,98 3,82

40 g/l 3,97 4,1 4,64 4,237 Ton=16µs

60g/l 4,31 4,42 4,89 4,54

20g/l 0,01 0,03 0,02 0,02

40g/l 0,14 0,15 0,17 0,153 Ton=32µs

60g/l 0,13 0,14 0,16 0,143

20g/l 0,01 0,01 0 0,007

40g/l 0,1 0,1 0,12 0,107 Ton=50µs

60g/l 0,07 0,08 0,07 0,073

20g/l 0,36 0,39 0,4 0,383

40g/l 0,1 0,09 0,09 0,093 Ton=200µs

60g/l 0 0 0 0

4.4.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột

tới sự xâm nhập của ngu ên tố V nphram vào bề mặt SKD61

Trong phần khảo sát thực nghiệm này, trên cơ sở kết quả thực nghiệm đo được về hàm lượng Vônphram trung bình xâm nhập vào bề mặt theo các bảng 4.1†4.4, xây dựng biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng Vônphram trung bình xâm nhập vào bề mặt với thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tại các Ip. Căn cứ vào các biểu đồ - hình 4.10÷ 4.13 phân tích, đánh giá mức độ ảnh hưởng của thời gian phát xung và nồng độ bột tại các Ip tới hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt. Hàm lượng ngu ên tố ônphram của lớp bề mặt chi tiết khi Ton và nồng độ bột tha đ i

tại Ip=1A: Theo biểu đồ hình 4.10

Hình 4.10: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ip=1A

Hàm lượng ngu ên tố ônpram của lớp bề mặt chi tiết khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại Ip=2A: Theo biểu đồ hình 4.11

Hình 4.11: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ip=2A

Hàm lượng ngu ên tố ônphram của lớp bề mặt chi tiết khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại Ip=3A: Theo biểu đồ hình 4.12

Hình 4.12: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ip=3A

Hàm lượng ngu ên tố ônphram của lớp bề mặt chi tiết khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại Ip=4A: Theo biểu đồ hình 4.13

Hình 4.13: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ip=4A

Theo các biểu đồ hình 4.10 ÷ 4.13:

1. Tại các thời gian phát xung Ton đều có sự xâm nhập của nguyên tố Vônphram

vào bề mặt thép SKD61. Riêng các chế độ: Ip=1A, Ton= 200μs, nồng độ 20g/l và 40g/l

(hình 4.10); Ip=3A, Ton= 200μs, nồng độ 40g/l (hình 4.12) và Ip=4A, Ton= 200μs, nồng độ

60g/l (hình 4.13) nguyên tố Vônphram không xâm nhập vào bề mặt.

2. Tại thời gian phát xung nhỏ thì hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt

nhiều ở tất cả các nồng độ và tỷ lệ thuận với nồng độ, đặc biệt tại Ton= 16 μs thì hàm lượng

Vônphram xâm nhập vào bề mặt là tốt nhất tại tất cả các Ip khảo sát. Ngoài ra theo biểu đồ

hình 4.10 tại Ton=16μs; Ip=1A và nồng độ 60g/l hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề

mặt là 62,407%, đây là lượng Vônphram xâm nhập nhiều nhất.

3. Khi thời gian phát xung tăng lên thì hàm lượng Vônphram của bề mặt chi tiết

giảm đi tại các dải nồng độ ở tất cả các chế độ Ip đang khảo sát.

4. Tại Ton= 200μs ở tất cả các dải nồng độ và các chế độ dòng phóng tia lửa điện thì

hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt rất ít (<1%), một số chế độ đã không có

Vônphram xâm nhập vào bề mặt.

Nguyên nhân của các hiện tượng trên:

1. Do quá trình phóng tia lửa điện đã sinh nhiệt làm nóng chảy bột Cacbít

vônphram (trong bột Cacbít vônphram này theo bảng 3.3 tồn tại nguyên tố vônphram và

Cacbít vônphram) xâm nhập vào bề mặt của chi tiết gia công. Quá trình xâm nhập

vônphram vào bề mặt xảy ra các hiện tượng sau:

- Khuếch tán của hai kim loại với nhau (kể cả khuếch tán tế vi).

- Các phản ứng hóa học.

- Bay hơi, hấp phụ của quá trình vật lý.

- Bám dính cơ học...

2. Khi thời gian phát xung tăng dần Ton, ở tất cả các dải nồng độ và các chế độ dòng

phóng tia lửa điện trong vùng khảo sát, hiện tượng Vônphram xâm nhập ít vào bề mặt hoặc

không có Vônphram xâm nhập vào bề mặt là do thời gian phát xung lớn (32µs; 50µs;

200µs) dẫn tới áp lực bong bóng khí v ra của lần phóng trước lớn [43], đã làm cho vùng

phóng điện lần kế tiếp có nồng độ xuất hiện của bột Cacbít vônphram ít, do vậy trong quá

trình phóng lần tiếp theo sự xâm nhập của Vônphram vào trong bề mặt chi tiết ít hoặc

không có.

3. Tại các chế độ Ton có thời gian nhỏ thì hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề

mặt nhiều hơn so với các chế độ Ton có thời gian lớn. Do thời gian phát xung ngắn dẫn tới

áp lực bong bóng khí v ra của lần phóng trước nhỏ [43], đã làm cho vùng phóng điện lần

kế tiếp có nồng độ của bột Cacbít vônphram xuất hiện nhiều hơn, do vậy trong quá trình

phóng lần kế tiếp trong vùng hình thành kênh phóng điện đã có sự xâm nhập của

Vônphram vào bề mặt chi tiết nhiều hơn. Ngoài ra còn phải kể đến yếu tố hợp lý giữa thời

gian phát xung và dòng phóng tia lửa điện để tạo thành kênh nhiệt đủ làm nóng chảy bột

Cacbít vônphram và tạo ra sự xâm nhập của Vônphram vào bề mặt chi tiết [24], [32].

4.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng tia l a điện Ip và nồng độ

bột tới sự xâm nhập của ngu ên tố V nphram vào bề mặt SKD61

Trong phần khảo sát thực nghiệm này, trên cơ sở kết quả thực nghiệm đo được về

hàm lượng Vônphram trung bình xâm nhập vào bề mặt theo các bảng 4.1†4.4, xây dựng

biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng Vônphram trung bình xâm nhập vào bề mặt với dòng

phóng tia lửa điện Ip và nồng độ bột tại các Ton. Căn cứ vào các biểu đồ - hình 4.14† 4.17

phân tích, đánh giá mức độ ảnh hưởng của dòng phóng tia lửa điện Ip và nồng độ bột tại

các Ton tới hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt.

Hàm lượng ngu ên tố ônphram của lớp bề mặt chi tiết khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=16µs: Theo biểu đồ hình 4.14

Hình 4.14: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ton=16μs

Hàm lượng ngu ên tố ônphram của lớp bề mặt chi tiết khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=32µs: Theo biểu đồ hình 4.15

Hình 4.15: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ton=32μs

Hàm lượng ngu ên tố ônphram của lớp bề mặt chi tiết khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=50µs: Theo biểu đồ hình 4.16

Hình 4.16: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ton=50μs

Hàm lượng ngu ên tố ônphram của lớp bề mặt chi tiết khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=200µs: Theo biểu đồ hình 4.17

Hình 4.17: Hàm lượng nguyên tố Vônphram của lớp bề mặt chi tiết tại Ton=200μs

Theo biểu đồ hình 4.14÷ 4.17: 1. Tại cùng một nồng độ và thời gian phát xung (Ton= 16μs; 32μs; 50μs), khi dòng

phóng tia lửa điện Ip tăng thì hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt giảm. Riêng

có ba trường hợp: Ip=3A, Ton= 16μs, 20g/l; Ip=2A, Ton= 32μs, 20g/l; Ip=2A, Ton= 50μs,

20g/l thay đổi khác thường theo hướng có sự xâm nhập Vônphram vào bề mặt nhiều hơn

không tuân theo quy luật nêu trên.

2. Theo như biểu đồ hình 4.17 hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt hầu

như không đáng kể tại các nồng độ và dòng phóng tia lửa điện. Như vậy tại Ton =200μs

rất khó khăn trong việc Vônphram xâm nhập vào bề mặt.

3. Tại Ip= 1A ở tất cả các nồng độ khi thời gian phát xung Ton tăng thì hàm lượng

Vônphram xâm nhập vào bề mặt giảm, có nghĩa là tỉ lệ nghịch với nhau. Chỉ duy nhất tại

chế độ: Ip=1A, Ton= 50μs, nồng độ 20g/l không tuân theo quy luật đó.

Nguyên nhân của những hiện tượng này: Như được giải thích trong mục 4.4.1.

Nhận x t:

1. Qua các phân tích, đánh giá và luận giải các hiện tượng xảy ra có thể thấy vai trò

quan trọng của các thông số công nghệ EDM tác động ảnh hưởng tới khả năng xâm nhập

Vônphram vào bề mặt chi tiết sau gia công.

2. Tại những chế độ khảo sát nêu trên nhận thấy rằng: Dòng phóng tia lửa điện

nhỏ và thời gian phát xung nhỏ có hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt tốt hơn so

với tại dòng phóng tia lửa điện lớn và thời gian phát xung lớn trong vùng khảo sát.

4.4.3. Xâ dựng mối quan hệ giữa các ếu tố ảnh hƣởng tới hàm lƣợng Vônphram

xâm nhập vào bề mặt

Như vậy, qua các kết quả thực nghiệm đã phân tích, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng

tới sự xâm nhập của Vônphram vào bề mặt ở mục 4.4.1 và 4.4.2, nhận thấy rằng các yếu

tố đều có ảnh hưởng nhất định tới sự xâm nhập của Vônphram vào bề mặt, sự tác động

mạnh yếu của từng yếu tố thì chưa phân tích được. Do vậy trong phần này dựa vào các kết

quả thực nghiệm đã có, dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xây dựng hàm hồi quy

thực nghiệm để phân tích đánh giá vai trò tác động mạnh yếu từng yếu tố đến sự xâm nhập

của Vônphram vào bề mặt.

Với các thông số đầu vào là thời gian phát xung Ton, dòng phóng tia lửa điện Ip,

nồng độ bột Nbt và thông số đầu ra là hàm lượng Vônphram trung bình của bề mặt – ký

hiệu là W%. Dựa vào số liệu thực nghiệm thu được và phương pháp đồ thị biểu diễn các

điểm số liệu thực nghiệm, tác giả đề xuất quan hệ hàm hồi quy này có dạng là hàm số mũ

như sau::

(4.1)

Logarit cơ số e cả hai vế phương trình ta được:

(4.2)

Đặt LnW%= y; a0= lnH; d=a1; e=a2 ; f=a3; lnTon=x1; lnIp=x2; lnNbt=x3

Ta có hàm tuyến tính: y=a0+a1.x1+a2.x2+a3.x3 (4.3)

Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm

Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất để xây dựng hàm hồi quy trong tính

toán quy hoạch thực nghiệm [7]:

Ta có phương trình ma trận: [Y]=[A].[X] (4.4)

Trong đó: [X] là ma trận biến số đầu vào của thực nghiệm

[Y] là ma trận cột giá trị hàm lượng Vônphram trung bình của bề mặt

[A] là ma trận hệ số tương đương với a0, a1, a2, a3.

Vậy nghiệm [A]= [M]-1.[X]T.[Y], với [M]-1 là ma trận nghịch đảo của ma trận

[M]=[X]T.[X]

STT Biến mã hóa Bảng 4.5. Bảng mã hóa biến Biến thực nghiệm W%(%)

X3 Ton(µs) Ip(A) Nbt(g/l) X1 X2

-1 1 -1 -1 10,2 16 1 20

1 2 -1 -1 3,563 50 1 20

-1 3 1 -1 17,437 16 3 20

1 4 1 -1 1,26 50 3 20

-1 5 -1 1 62,407 16 1 60

1 6 -1 1 10,493 50 1 60

-1 7 1 1 25,263 16 3 60

1 8 1 1 0,89 50 3 60

0 9 0 0 0,87 32 2 40

0 10 0 0 0,87 32 2 40

0 11 0 0 0,87 32 2 40

Bảng 4.6. Tính toán các giá trị Logarit hóa

STT Ton(µs) Ip(A) Nbt(g/l) W% lnTon lnIp ln Nbt lnW%

2,32239 16 1 1 20 0 10,2 2,7726 2,9957

50 2 1 20 0 3,563 3,9120 2,9957 1,27060

16 3 3 20 17,437 2,7726 1,09861 2,9957 2,85859

0,231112 50 4 3 20 1,26 3,9120 1,09861 2,9957

4,133678 16 5 1 60 0 62,407 2,7726 4,0943

2,350708 50 6 1 60 0 10,493 3,9120 4,0943

3,229341 16 7 3 60 25,263 2,7726 1,09861 4,0943

-0,116534 50 8 3 60 0,89 3,9120 1,09861 4,0943

-0,139262 32 9 2 40 0,87 3,4657 0,6931 3,6889

-0,139262 32 10 2 40 0,87 3,4657 0,6931 3,6889

-0,139262 32 11 2 40 0,87 3,4657 0,6931 3,6889

Sử dụng phần mềm Maple giải hệ phương trình [X].[A]=[Y]:

+ Kết quả xử lý số liệu đối với hàm lượng Vônphram trung bình của bề mặt W(%) sau khi

tính toán ta có ma trận A:

Thay A vào phương trình tổng quát (4.1) ta được hàm hồi quy thực nghiệm

(4.5)

Đánh giá độ tin cậy của hàm hồi quy thực nghiệm với :

(4.6)

Trong đó

Với yi : Giá trị hàm lượng Vônphram trung bình của bề mặt W%

: Giá trị hàm lượng Vônphram trung bình của bề mặt W% theo thực nghiệm.

„ : Giá trị hàm lượng Vônphram trung bình của bề mặt W% theo hàm hồi quy thực

nghiệm.

„)2

n : Số thí nghiệm.

STT Ton(µs) Bảng 4.7. Kết quả tính toán các giá trị theo bảng 4.6 Ip(A) Nbt(g/l) W%1 (W%1-W%i

1 16 1 20 10,2 22,031 139,97256 3,972049

2 50 1 20 3,563 2,9 0,439569 74,4769

3 16 3 20 17,437 13,5 15,49996 27,49953

4 50 3 20 1,26 1,08 0,0324 119,53049

5 16 1 60 62,407 53,756 74,8398 2521,44579

6 50 1 60 10,493 6,9 12,90964 2,89

7 16 3 60 25,263 20,404 23,60988 170,8249

8 50 3 60 0,89 1,21 0,1024 127,7578

9 32 2 40 0,87 1,103 0,054289 128,21033

1,103 10 32 2 40 0,87 0,054289 128,21033

1,103 11 32 2 40 0,87 0,054289 128,21033

Tổng 134,123 267,569 3433,028

Trung bình 12,193

Kết quả tính toán được:

Kiểm định tham số ai:

(4.7) - Xác định sự tồn tại của ai:

Trong đó phương sai dư được tính theo công thức: (4.8)

n là số thử nghiệm; m là số các thông số cần xác định, trừ thông số a0

Tổng dư bình phương:

Vậy Sdư =0,6

mii là số hạng thứ ii của ma trận M-1

Với ma trận [M]-1=

Kết quả tính được:

;

Vậy với độ tin cậy r= 0,922 tra bảng phân bố Student có tbảng(7;0,9)=1,415

Vậy tbảng, i= . Như vậy các hệ số ai thực sự tồn tại.

- Xác định khoảng sai lệch của các hệ số ai:

+2,6521 Khoảng sai lệch của a0: 6,6274 – 2,6521 a0 <

3,9753 a0 < 9,2795

a1< -1,9325+0,5268

-2,4593 a1 < -1,4057

a2< -0,8818+0,5464

-1,4282 a2 < -0,3354

a3< 0,6632+0,5464

0,1168 a3 < 1,2096

Khoảng sai lệch của a1: -1,9325- 0,5268 Khoảng sai lệch của a2: -0,8818- 0,5464 Khoảng sai lệch của a3: 0,6632- 0,5464 * Phân tích quan hệ các th ng số đầu vào trong c ng thức (4.5) ảnh hƣởng tới hàm lƣợng Vônphram xâm nhập vào bề mặt (W%):

+ Ton: Thời gian phát xung có số mũ âm, lớn thứ nhất về trị tuyệt đối là 1,9325, như vậy

Ton tác động mạnh nhất trong ba thông số đến hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt.

Khi Ton tăng thì hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt giảm, như vậy quan hệ là

nghịch biến.

+ Ip: Cường độ dòng điện có số mũ âm, lớn thứ hai về trị tuyệt đối là 0,8818, như vậy Ip tác

động mạnh thứ hai trong ba thông số đầu vào đến hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề

mặt. Khi Ip tăng thì hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt giảm, như vậy quan hệ là

nghịch biến.

+ Nbt: Nồng độ bột có số mũ dương là 0,6632, như vậy Nbt tác động yếu nhất trong ba

thông số đến hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt. Khi Nbt tăng thì hàm lượng

Vônphram xâm nhập vào bề mặt tăng theo, như vậy quan hệ là đồng biến.

4.5. Nghiên cứu thực nghiệm các ếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi (HV)

bề mặt SKD61

Trong nghiên cứu này, nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ EDM và

nồng độ bột ảnh hưởng tới độ cứng tế vi bề mặt (HV) chi tiết gia công bằng phương pháp

PMEDM. Xem xét đánh giá ảnh hưởng của từng thông số đến độ cứng tế vi bề mặt.

Ngoài ra so sánh, đánh giá độ cứng tế vi bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp

PMEDM với độ cứng tế vi bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp EDM.

Các kết quả đo độ cứng tế vi bề mặt–HV của chi tiết gia công bằng phương EDM

và PMEDM tại các chế độ thực nghiệm với ba điểm đo khác nhau trên bề mặt mẫu thu

được như các bảng 4.8†4.11:

Bảng 4.8. Kết quả xác định độ cứng tế vi bề mặt tại Ip=1A

HV-I

Dòng phóng tia lửa điện Ip=1A

HV-II HV-III HV- giá trị trung bình

Thời gian phát xung Nồng độ

0g/l 373 340 368 360

20g/l 646 680 682 669 Ton=16µs

40 g/l 769 769 806 781

60g/l 834 783 857 825

0g/l 501 507 487 498

20g/l 642 614 663 640 Ton=32µs

40g/l 737 745 734 739

60g/l 760 738 766 755

0g/l 556 550 551 552

20g/l 650 668 644 654 Ton=50µs

40g/l 706 690 699 698

60g/l 688 670 680 679

0g/l 621 615 610 615

20g/l 630 625 640 632 Ton=200µs

40g/l 650 625 640 638

60g/l 670 660 655 662

Bảng 4.9. Kết quả xác định độ cứng tế vi bề mặt tại Ip=2A

HV-I

Dòng phóng tia lửa điện Ip=2A

HV-II HV-III HV- giá trị trung bình

Thời gian phát xung Nồng độ

0g/l 420 401 379 400

20g/l 540 530 500 523 Ton=16µs

40 g/l 570 561 589 573

60g/l 728 737 713 726

0g/l 423 463 441 442

20g/l 517 519 520 519 Ton=32µs

40g/l 500 507 519 509

60g/l 574 565 568 569

0g/l 424 432 428 428

20g/l 589 599 605 598 Ton=50µs

40g/l 610 590 617 606

60g/l 494 510 508 504

0g/l 707 681 682 690

20g/l 880 904 900 895 Ton=200µs

40g/l 919 957 953 943

60g/l 896 910 900 902

Bảng 4.10. Kết quả xác định độ cứng tế vi bề mặt tại Ip=3A

HV-I

Dòng phóng tia lửa điện Ip=3A

HV-II HV-III HV- giá trị trung bình

Thời gian phát xung Nồng độ

0g/l 354 385 371 370

20g/l 545 510 535 530 Ton=16µs

40 g/l 580 573 559 571

60g/l 530 538 516 528

0g/l 385 380 360 375

20g/l 464 486 450 467 Ton=32µs

40g/l 460 474 478 471

60g/l 470 438 457 455

0g/l 460 440 450 450

20g/l 560 576 550 562 Ton=50µs

40g/l 570 590 560 573

60g/l 0g/l 525 496 504 509 520 522 516 509

20g/l 523 550 544 539 Ton=200µs

40g/l 515 508 511 511

60g/l 549 531 538 539

Bảng 4.11. Kết quả xác định độ cứng tế vi bề mặt tại Ip=4A

HV-I

Dòng phóng tia lửa điện Ip=4A

HV-II HV-III HV- giá trị trung bình

Thời gian phát xung Nồng độ

0g/l 370 385 394 383

20g/l 530 497 478 502 Ton=16µs

40 g/l 512 496 488 499

60g/l 514 520 495 510

0g/l 370 385 385 380

20g/l 400 435 424 420 Ton=32µs

40g/l 438 424 415 426

60g/l 420 431 433 428

0g/l 405 406 392 401

20g/l 442 418 447 436 Ton=50µs

40g/l 469 467 460 465

60g/l 438 422 420 427

0g/l 430 420 404 418

20g/l 469 463 460 464 Ton=200µs

40g/l 494 456 495 482

60g/l 420 420 405 415

4.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV)

bề mặt SKD61

Trong phần thực nghiệm đánh giá độ cứng tế vi bề mặt này, trên cơ sở các kết quả

thực nghiệm đo độ cứng tế vi trung bình của bề mặt, xây dựng biểu đồ quan hệ giữa độ

cứng tế vi trung bình của bề mặt với thời gian phóng tia lửa điện Ton và nồng độ bột tại

các Ip. Căn cứ vào các biểu đồ - hình 4.18†4.21 phân tích, đánh giá ảnh hưởng của thời

gian phát xung Ton và nồng độ bột tại các Ip tới độ cứng tế vi trung bình của bề mặt.

Ngoài ra so sánh độ cứng tế vi trung bình bề mặt gia công bằng phương pháp EDM với

độ cứng tế vi trung bình bề mặt gia công bằng phương pháp PMEDM.

Độ cứng tế vi bề mặt chi tiết khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại Ip=1A: Theo biểu đồ hình 4.18

Hình 4.18: Độ cứng tế vi (HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ip=1A

Độ cứng tế vi bề mặt chi tiết khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại Ip=2A: Theo biểu đồ hình 4.19

Hình 4.19: Độ cứng tế vi (HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ip=2A

Độ cứng tế vi bề mặt chi tiết khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại Ip=3A: Theo biểu đồ hình 4.20

Hình 4.20: Độ cứng tế vi (HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ip=3A

Độ cứng tế vi bề mặt chi tiết khi Ton và nồng độ bột tha đ i tại Ip=4A: Theo biểu đồ hình 4.21

Hình 4.21: Độ cứng tế vi (HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ip=4A

Theo biểu đồ hình 4.18÷ 4.21: 1. Như vậy độ cứng tế vi lớp bề mặt gia công bằng phương pháp PMEDM hầu hết

cao hơn so với độ cứng tế vi lớp bề mặt gia công bằng phương pháp EDM tại các chế độ

nghiên cứu khảo sát. Chỉ có hai trường hợp: Ton= 200μs, Ip=3A và nồng độ 40g/l; Ton=

200μs, Ip= 4A và nồng độ 60g/l có độ cứng xấp xỉ với độ cứng tế vi bề mặt gia công bằng

phương pháp EDM có cùng thông số công nghệ EDM( theo biểu đồ hình 4.20 và 4.21).

2. Trong các chế độ công nghệ khảo sát, sự thay đổi về độ cứng tế vi bề mặt cao

nhất được gia công bằng phương pháp PMEDM so với độ cứng tế vi bề mặt được gia công

bằng phương pháp EDM là 129,17% tại chế độ Ton=16μs; Ip=1A và nồng độ 60g/l (theo

biểu đồ hình 4.18).

3. Sự thay về độ cứng tế vi cao nhất giữa hai bề mặt được gia công bằng phương

pháp PMEDM tại Ton= 16μs, Ip=2A , 60g/l và Ton= 16μs, Ip=2A , 20g/l là 39% (theo biểu

đồ hình 4.19).

4. Tại Ton= 16μs khi Ip thay đổi, hiệu ứng ảnh hưởng của nồng độ bột Cacbít

vônphram trong quá trình gia công và hàm lượng Vônphram cao trong bề mặt theo mục

4.4.1 được thể hiện r nhất ảnh hưởng đến độ cứng tế vi bề mặt, hay nói một cách khác là

tại chế độ có thời gian phát xung nhỏ độ cứng tế vi bề mặt được gia công bằng phương

pháp PMEDM cải thiện một cách r nhất so với độ cứng tế vi bề mặt được gia công bằng

phương pháp EDM.

Nguyên nhân của những hiện tượng này:

Độ cứng tế vi bề mặt gia công bằng phương pháp PMEDM được cải thiện do các

nguyên nhân sau: Do Vônphram trong bột Cacbít vônphram (trong bột Cacbít vônphram

theo bảng 3.3 tồn tại nguyên tố vônphram và Cacbít vônphram) này kết hợp với Cacbon

trong dung môi dầu cách điện hoặc Cacbon trong nội tại vật liệu nền dưới tác dụng nhiệt

của quá trình PMEDM đã tạo thành Cacbít vônphram hoặc bột Cacbít vônphram trong

dung dịch điện môi bị nóng chảy dưới tác dụng nhiệt của quá trình PMEDM xâm nhập bề

mặt chi tiết. Theo hình 4.27÷4.30 ảnh tổ chức pha Cacbít vônphram, điều đó giải thích

hiện tượng độ cứng tế vi bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp PMEDM cao hơn so

với độ cứng tế vi bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp EDM.

Tại những chế độ có độ cứng tế vi bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp

PMEDM và EDM xấp xỉ ngang nhau, do hiện tượng nhiệt trong quá trình PMEDM gây ra

và tạo thành ít hoặc không thể tạo ra Cacbít vônphram xâm nhập vào bề mặt. Một lý do

khác, do hàm lượng Vônphram tại bề mặt thấp theo mục 4.4.1 và 4.4.2 làm cho sự xuất

hiện tổ chức pha Cacbít vônphram ít và phân bố không đều (hình 4.27÷4.30). Bên cạnh đó

do nồng độ các hạt bột xuất hiện nhiều trong quá trình phóng tia lửa điện dẫn tới sự cố

không ổn định trong quá trình phóng tia lửa điện, chính điều này cũng là nguyên nhân dẫn

tới sự hình thành kênh nhiệt không tốt cho quá trình tạo thành Cabít vônphram xâm nhập

vào bề mặt.

4.5.2. Ảnh hƣởng dòng phóng tia l a điện Ip và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV) bề

mặt SKD61

Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm đo độ cứng tế vi trung bình của bề mặt dưới

ảnh hưởng của dòng phóng tia lửa điện Ip và nồng độ bột tại các Ton khác nhau, xây dựng

biểu đồ quan hệ giữa độ cứng tế vi trung bình của bề mặt với dòng phóng tia lửa điện Ip

và nồng độ bột tại các Ton. Căn cứ vào các biểu đồ - hình 4.22† 4.25 phân tích, đánh giá

ảnh hưởng của dòng phóng tia lửa điện Ip và nồng độ bột tại các Ton tới độ cứng tế vi

trung bình của bề mặt, ngoài ra so sánh độ cứng tế vi trung bình bề mặt chi tiết gia công

bằng phương pháp PMEDM với độ cứng tế vi trung bình bề mặt chi tiết gia công bằng

phương pháp EDM.

Độ cứng tế vi bề mặt chi tiết khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=16µs: Theo biểu đồ hình 4.22

Hình 4.22: Độ cứng tế vi (HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ton=16μs

Độ cứng tế vi bề mặt chi tiết khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=32µs: Theo biểu đồ hình 4.23

Hình 4.23: Độ cứng tế vi (HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ton=32μs

Độ cứng tế vi bề mặt chi tiết khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=50µs: Theo biểu đồ hình 4.24

Hình 4.24: Độ cứng tế vi (HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ton=50μs

Độ cứng tế vi bề mặt chi tiết khi Ip và nồng độ bột tha đ i tại Ton=200µs: Theo biểu đồ hình 4.25

Hình 4.25: Độ cứng tế vi (HV) lớp bề mặt chi tiết tại Ton=200μs

Theo biểu đồ hình 4.22÷4.25:

1. Tại cùng một nồng độ và thời gian phát xung Ton, khi dòng phóng tia lửa điện Ip

tăng thì độ cứng tế vi bề mặt giảm. Riêng có ba trường hợp: Ip=2A, Ton= 200μs, tại các

nồng độ 20g/l; 40g/l; 60g/l theo biểu đồ hình 4.25 có độ cứng cao khác thường, theo biểu

đồ hình 4.17 mục 4.4.2 thì hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt tại các trường

hợp này rất ít, nguyên nhân là do kênh nhiệt hình thành trong chế độ này tốt dẫn đến quá

trình tạo thành Cacbít vônphram hoặc nhiệt độ đã làm nóng chảy bột Cacbít vônphram

xâm nhập vào bề mặt tốt.

2. Tại Ip= 1A tại các nồng độ khác nhau khi thời gian phát xung tăng thì độ cứng

tế vi bề mặt giảm. Nguyên nhân của hiện tượng này là do: Hàm lượng Vônphram xâm

nhập vào bề mặt giảm dần theo biều đồ 4.14 ÷ 4.17 mục 4.4.2. Riêng tại chế độ Ip=1A,

Ton= 50μs, nồng độ 20g/l có hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt cao hơn chế độ

Ip=1A, Ton=32μs, nồng độ 20g/l theo biểu đồ hình 4.15 và 4.16 mục 4.4.2, do vậy chế độ

Ip=1A, Ton= 50μs nồng độ 20g/l có độ cứng tế vi cao hơn chế độ Ip=1A, Ton=32 μs nồng độ

20g/l.

4.5.3 Xâ dựng mối quan hệ giữa các ếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi bề mặt

Qua phân tích đánh giá của các yếu tố ảnh hưởng tới độ cứng tế vi trung bình của

bề mặt (HV) ở mục 4.5.1 và 4.5.2 nhận thấy rằng, các yếu tố đều có ảnh hưởng nhất định

tới độ nhám bề mặt, những sự tác động mạnh yếu của các yếu tố thì chưa đánh giá được.

Do vậy, trong phần này dựa vào các kết quả thực nghiệm đã có, dùng phương pháp quy

hoạch thực nghiệm xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm để phân tích đánh giá vai trò tác

động mạnh yếu từng yếu tố đến độ cứng tế vi trung bình của bề mặt chi tiết gia công bằng

phương pháp PMEDM.

Thông số đầu vào là: Thời gian phát xung tia lửa điện Ton , dòng phóng tia lửa điện

Ip , nồng độ bột Nbt và thông số đầu ra là độ tế vi trung bình bề mặt - ký hiệu hàm là fHV.

Dựa vào số liệu thực nghiệm thu được và phương pháp đồ thị biểu diễn các điểm số liệu

thực nghiệm, tác giả đề xuất hàm hồi quy có dạng là hàm số mũ:

(4.9)

Logarit cơ số e cả hai vế phương trình ta được:

(4.10)

Đặt Ln =y; a0= lnG; k=a1; m=a2 ; n=a3; lnTon=x1; lnIp=x2; lnNbt=x3

Ta có hàm tuyến tính: y=a0+a1.x1+a2.x2+a3.x3 (4.11)

Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm

Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất để xây dựng hàm hồi quy trong tính

toán quy hoạch thực nghiệm [7]:

Ta có phương trình ma trận: [Y]=[A].[X] (4.12)

Trong đó: [X] là ma trận biến số đầu vào của thực nghiệm

[Y] là ma trận cột giá trị độ cứng tế vi trung bình của bề mặt

[A] là ma trận hệ số tương đương với a0, a1, a2, a3.

STT Biến mã hóa Bảng 4.12. Bảng mã hóa biến Biến thực nghiệm fHV(HV)

X3 Ton(µs) Ip(A) Nbt(g/l) X1 X2

669 20 -1 -1 1 -1 1 16

654 20 1 -1 2 -1 1 50

530 20 -1 1 3 -1 3 16

560 20 1 1 4 -1 3 50

825 60 -1 -1 5 1 1 16

679 60 1 -1 6 1 1 50

528 60 -1 1 7 1 3 16

516 60 1 1 8 1 3 50

509 40 0 0 9 0 2 32

509 40 0 0 10 0 2 32

509 40 0 0 11 0 2 32

Bảng 4.13. Tính toán các giá trị Logarit hóa

STT Ton(µs) Ip(A) Nbt(g/l) lnTon lnIp ln Nbt LnfHV fHV

6,505784 0 16 1 1 20 669 2,9957 2,7726

0 50 1 2 20 654 2,9957 6,483107 3,9120

16 3 3 20 530 2,7726 1,09861 2,9957 6,272877

6,327937 50 3 4 20 560 3,9120 1,09861 2,9957

6,715383 0 16 1 5 60 825 2,7726 4,0943

6,520621 0 50 1 6 60 679 3,9120 4,0943

6,269096 16 3 7 60 528 2,7726 1,09861 4,0943

6,246106 50 3 8 60 516 3,9120 1,09861 4,0943

6,232448 32 2 9 40 509 3,4657 0,6931 3,6889

6,232448 32 2 10 40 509 3,4657 0,6931 3,6889

6,232448 32 2 11 40 509 3,4657 0,6931 3,6889

Vậy nghiệm [A]= [M]-1.[X]T.[Y], với [M]-1 là ma trận nghịch đảo của ma trận

[M]=[X]T.[X]

Sử dụng phần mềm Maple giải hệ phương trình [X].[A]=[Y]:

+ Kết quả xử lý số liệu đối với độ cứng tế vi trung bình của bề mặt fHV sau khi tính toán ta

có ma trận A:

Thay A vào phương trình tổng quát (4.9) ta được hàm hồi quy thực nghiệm

(4.13)

Đánh giá độ tin cậy của hàm hồi quy thực nghiệm với :

(4.14)

Trong đó

Với yi : Giá trị độ cứng tế vi trung bình của bề mặt fHV

: Giá trị độ cứng tế vi trung bình của bề mặt fHV theo thực nghiệm.

„ : Giá trị độ cứng tế vi trung bình của bề mặt fHV theo hàm hồi quy thực nghiệm.

„)2

n : Số thí nghiệm.

STT Ton(µs) Bảng 4.14. Kết quả tính toán các giá trị theo bảng 4.13 „)2 Ip(A) Nbt(g/l) (fHV1-fHVitb fHV1 (fHV1-fHVi

1 16 1 20 669 705,574 1303,674398 6269,760331

2 50 1 20 654 673,623 255,0607067 5219,305785

3 16 3 20 530 534,746 18,12869849 5678,214876

4 50 3 20 560 510,531 1847,186969 1399,123967

5 16 1 60 825 734,645 4053,968691 135410,4876

6 50 1 60 679 701,377 450,7566603 9964,396694

7 16 3 60 528 556,779 628,2352112 6921,487603

8 50 3 60 516 531,566 184,2959185 6469,123967

9 32 2 40 509 590,748 4482,753547 7631,578512

10 32 2 40 509 590,748 4482,753547 7631,578512

100

11 32 2 40 509 590,748 4482,753547 7631,578512

6488 16219,56789 200226,6364 Tổng

Trung bình 589,818

Kết quả tính toán được:

Kiểm định tham số ai:

(4.15) - Xác định sự tồn tại của ai:

Trong đó phương sai dư được tính theo công thức: (4.16)

n là số thử nghiệm; m là số các thông số cần xác định, trừ thông số a0

Tổng dư bình phương:

Vậy Sdư =0,06633

mii là số hạng thứ ii của ma trận M-1

Với ma trận [M]-1=

Kết quả tính được:

;

Vậy với độ tin cậy r= 0,919 tra bảng phân bố Student có tbảng(7;0,9)=1,415

Vậy . tbảng, i=

Như vậy các hệ số ai thực sự tồn tại. - Xác định khoảng sai lệch của các hệ số ai:

Khoảng sai lệch của a0: - 0,2932 a0 < +0,2932

6,2686 a0 < 6,855

a1< -0,0406+0,0582

Khoảng sai lệch của a1: -0,0406- 0,0582 -0,0988 a1 < 0,0176

101

a2< -0,2523+0,0604

-0,3127 a2 < -0,1919

a3< 0,03675+0,0604

-0,02365 a3 < 0,09715

Khoảng sai lệch của a2: -0,2523- 0,0604 Khoảng sai lệch của a3: 0,03675- 0,0604 * Phân tích quan hệ các th ng số đầu vào trong c ng thức (4.13) ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi bề mặt fHV: + Ip: Cường độ dòng điện có số mũ âm và giá trị tuyệt đối lớn nhất là 0,2523, như vậy Ip

tác động mạnh nhất trong ba thông số đầu vào đến độ cứng tế vi bề mặt. Khi Ip tăng thì độ

cứng tế vi bề mặt giảm, quan hệ nghịch biến.

+ Ton: Thời gian phát xung có số mũ âm và có giá trị tuyệt đối lớn thứ hai là 0,0406, như

vậy Ton tác động mạnh thứ hai trong ba thông số đến cứng tế vi bề mặt. Khi Ton tăng thì độ

cứng tế vi bề mặt giảm, quan hệ nghịch biến.

+ Nbt: Nồng độ bột có số mũ dương là 0,0367, như vậy Nbt tác động yếu nhất khi thay đổi

nồng độ bột đến độ cứng tế vi bề mặt. Khi Nbt tăng thì độ cứng tế vi bề mặt tăng, quan hệ

đồng biến.

4.5.4 Ảnh chụp tổ chức pha Cacbít vônphram lớp

bề mặt gia c ng bằng phƣơng pháp PMEDM

Tổ chức pha được chụp bởi kính hiển vi

quang học AXIO- A2M. Dùng dung

dịch Murakami (10g KOH, 10g

K3Fe(CN)6 được hòa trong 100ml nước

cất) – dung dịch dùng để phát hiện tổ

chức pha Cacbít vônphram. Vật mẫu

Bề mặt mẫu gia công PMEDM được đánh bóng và vệ sinh qua nước cất

Hình 4.26: Quy ước bề mặt mẫu

sau đó ngâm vật mẫu trong dung dịch Murakami khoảng một phút. Theo các hình

4.27 ÷ 4.30 ảnh chụp tổ chức pha Vônphram cacbít với mặt cắt vuông góc với bề mặt

mẫu gia công (theo hình 4.26) tại các chế độ công nghệ thực hiện bằng phương pháp

PMEDM.

Theo hình 4.27†4.30 nhận thấy rằng hầu hết tại các chế độ thực nghiệm đều có

tổ chức pha Cabít vônphram tuy nhiên sự phân bố tổ chức pha Cabít vônphram chưa

được đồng đều. Như vậy do có sự xuất hiện tổ chức pha Cacbít vônphram trên bề mặt

mẫu sau gia công bằng phương pháp PMEDM, điều này giải thích cho hiện tượng độ

cứng tế vi bề mặt của các mẫu sau gia công bằng phương pháp PMEDM có độ cứng

cao hơn độ cứng bề mặt mẫu sau gia công bằng phương pháp EDM.

102

Hình 4.27: Tổ chức pha Cacbít vônphram mặt cắt vuông với bề mặt mẫu tại Ip=1A, độ phóng đại 500 lần

103

Hình 4.28: Tổ chức pha Cacbít vônphram mặt cắt mặt cắt vuông với bề mặt mẫu tại Ip=2A, độ phóng đại 500 lần

104

Hình 4.29: Tổ chức pha Cacbít vônphram mặt cắt mặt cắt vuông với bề mặt mẫu tại Ip=3A, độ phóng đại 500 lần

105

Hình 4.30: Tổ chức pha Cacbít vônphram mặt cắt mặt cắt vuông với bề mặt mẫu tại Ip=4A, độ phóng đại 500 lần

106

Nhận x t:

1. Như vậy độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp PMEDM

hầu hết cao hơn so với độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp EDM tại

các chế độ đang khảo sát. Chỉ có hai trường hợp: Ton= 200μs, Ip=3A và nồng độ 40g/l;

Ton= 200μs, Ip= 4A và nồng độ 60g/l có độ cứng tế vi xấp xỉ so với phương pháp EDM có

cùng thông số công nghệ EDM.

2. Sự thay đổi về độ cứng tế vi bề mặt được gia công bằng phương pháp PMEDM

và EDM cao nhất là 129,17% tại Ton=16μs; Ip=1A và nồng độ 60g/l (theo biểu đồ hình

4.18).

3. Sự thay về độ cứng tế vi giữa hai bề mặt được gia công bằng phương pháp

PMEDM tại Ton= 16μs, Ip=2A , 60g/l và Ton= 16μs, Ip=2A , 20g/l cao nhất là 39% (theo

biểu đồ hình 4.19).

4. Tại cùng một nồng độ và thời gian phát xung Ton, khi dòng phóng tia lửa điện Ip

tăng thì độ cứng tế vi bề mặt giảm. Riêng có ba trường hợp: Ip=2A, Ton= 200μs, tại các

nồng độ 20g/l; 40g/l; 60g/l theo biểu đồ hình 4.25 có độ cứng cao khác thường, theo biểu

đồ hình 4.17 mục 4.4.2 thì hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt tại các trường

hợp này rất ít, nguyên nhân là do kênh nhiệt hình thành trong chế độ này tốt dẫn đến quá

trình tạo thành Cacbít vônphram hoặc nhiệt độ đã làm nóng chảy bột Cacbít vônphram

xâm nhập vào bề mặt tốt.

5. Tại Ip= 1A tại các nồng độ khác nhau khi thời gian phát xung Ton tăng thì độ

cứng tế vi bề mặt giảm.

6. Tại Ton= 16 μs hiệu ứng ảnh hưởng của nồng độ bột Cacbít vônphram trong quá

trình gia công và hàm lượng Vônphram cao trong bề mặt theo mục 4.4.1 được thể hiện r

nhất ảnh hưởng đến độ cứng tế vi bề mặt, hay nói một cách khác là tại chế độ có thời gian

phát xung nhỏ độ cứng tế vi bề mặt được cải thiện một cách r nhất.

4.6. Kiểm nghiệm mòn

- Mục đích

Theo các chương 3 và mục 4.5 của chương 4 khảo sát các chế độ thông số công

nghệ EDM và nồng độ bột ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt. Trong

phần kiểm nghiệm mòn, luận án chọn một số mẫu có độ nhám bề mặt nhỏ và độ cứng tế vi

bề mặt cao để kiểm nghiệm mòn. Vì đây là những mẫu cho ra chất lượng bề mặt tốt cả về

độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi.

107

Xuất phát từ những lý do trên trong phần kiểm nghiệm mòn, luận án chọn các mẫu

khảo sát tại Ip=1A; Ton=16μs; nồng độ 0g/l; 20g/l; 40g/l; 60g/l.

- Điều kiện kiểm nghiệm mòn

Cặp vật liệu: Mẫu kiểm nghiệm- Bi (Có độ cứng 64-65HRC).

Lực áp duy trì: 10N.

Tốc độ quay của đĩa dưới: 100v/phút.

Điều kiện môi trường: Nhiệt độ phòng.

Thời gian: 10 phút.

- Kết quả:

Trong phần kiểm nghiệm mòn, kết quả là các biểu đồ tốc độ mòn tại các mẫu có

chế độ gia công bằng phương pháp PMEDM và EDM là: Ip=1A; Ton=16μs và nồng độ

60g/l; 40g/l; 20g/l; 0g/l tương ứng theo biểu đồ hình 4.31÷4.34.

Hình 4.31: Tốc độ mòn bề mặt của mẫu tại Ip=1A; Ton=16μs; 60g/l

108

Hình 4.32: Tốc độ mòn bề mặt của mẫu tại Ip=1A; Ton=16μs; 40g/l

Hình 4.33: Tốc độ mòn bề mặt của mẫu tại Ip=1A; Ton=16μs; 20g/l

109

Hình 4.34: Tốc độ mòn bề mặt của mẫu tại Ip=1A; Ton=16μs; 0g/l

Nhận x t:

Qua biểu đồ tốc độ mòn theo hình 4.31÷ 4.34 nhận thấy rằng, đối với mẫu gia công

bằng phương pháp PMEDM thì tốc độ mòn thấp hơn so với tốc độ mòn mẫu gia công bằng

phương pháp EDM. Cụ thể:

- Cải thiện về mòn nhỏ nhất: Theo biểu đồ hình 4.33 là mẫu có tốc độ mòn lớn nhất

gia công bằng phương pháp PMEDM là 0.000027 tại Ip=1A, Ton=16µs, 20g/l so với mẫu

gia công bằng phương pháp EDM cùng chế độ công nghệ về điện có tốc độ mòn là:

0.0000344, như vậy kết quả đã được cải thiện về mòn nhỏ nhất là: 21,51%.

- Cải thiện về mòn lớn nhất: Theo biểu đồ hình 4.31 là mẫu có tốc độ mòn nhỏ nhất

gia công bằng phương pháp PMEDM là 0.0000154 tại Ip=1A, Ton=16µs, 60g/l so với mẫu

gia công bằng phương pháp EDM cùng chế độ công nghệ về điện có tốc độ mòn là:

0.0000344, như vậy kết quả đã được cải thiện về mòn lớn nhất là: 55,23%.

Kết luận chƣơng 4:

1. Tại những chế độ khảo sát, nghiên cứu bằng thực nghiệm nhận thấ rằng

vai trò của các th ng số c ng nghệ EDM ảnh hƣởng tới sự xâm nhập Vônphram vào

bề mặt

110

- Tại dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung Ton nhỏ có lượng

Vônphram xâm nhập vào bề mặt tốt hơn so với tại dòng phóng tia lửa điện lớn và thời

gian phát xung Ton lớn tại các dải nồng độ bột trong vùng khảo sát

-. Hàm lượng Vônphram xâm nhập cao nhất trong các chế độ thực nghiệm là:

62,407% tại Ton=16μs; Ip=1A và nồng độ 60g/l.

- Tại dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung nhỏ, khi nồng độ bột tăng

trong vùng khảo sát hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt tăng.

- Xây dựng hàm hồi quy bằng thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa hàm lượng

Vônphram xâm nhập vào bề mặt-W% với các thông số đầu vào như: Dòng phóng tia lửa

điện Ip, thời gian phát xung Ton, nồng độ bột Nbt. Hàm hồi quy thực nghiệm nhận được là:

2. Độ cứng tế vi lớp bề mặt của phƣơng pháp PMEDM:

- Hầu hết độ cứng tế vi bề mặt gia công bằng phương pháp PMEDM cao hơn so với

độ cứng tế vi lớp bề mặt gia công bằng phương pháp EDM tại các chế độ công nghệ đã

nghiên cứu.

- Sự thay đổi độ cứng tế vi bề mặt cao nhất trong các chế độ nghiên cứu của

phương pháp PMEDM so với phương pháp EDM là 129,17% tại Ton=16μs, Ip=1A và

nồng độ 60g/l

- Sự thay về độ cứng tế vi cao nhất giữa hai bề mặt trong các chế độ nghiên cứu của

phương pháp PMEDM tại Ton= 16μs, Ip=2A , 60g/l và Ton= 16μs, Ip=2A , 20g/l là 39%.

- Tại chế độ dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung nhỏ thường có độ

cứng cao hơn so với những chế độ có dòng phóng tia lửa điện lớn và thời gian phát xung

lớn ở các dải nồng độ bột đang khảo sát.

Xây dựng hàm hồi quy bằng thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa độ cứng tế vi

bề mặt (fHV) với các thông số đầu vào như : Dòng phóng tia lửa điện (Ip), thời gian phát

xung (Ton), nồng độ bột (Nbt). Hàm hồi quy thực nghiệm nhận được là:

3. Kiểm nghiệm mòn bề mặt: Ở chế độ Ip= 1A, Ton= 16μs tại nồng độ 0g/l; 20g/l;

40g/l; 60g/l. Nhận thấy rằng tốc độ mòn tại nồng độ 0g/l (EDM) là cao nhất tiếp đến là

20g/l; 40g/l và nồng độ 60g/l có tốc độ mòn thấp nhất. Như vậy tốc độ mòn tỷ lệ nghịch

với nồng độ bột.

111

KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

KẾT LUẬN CHUNG

Luận án đã nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chất lượng bề mặt chi tiết thép SKD61

có sự trộn bột Cacbít vônphram vào dung dịch điện môi khi gia công tia lửa điện, đạt được

những kết quả mới như sau:

1. Các kết quả nghiên cứu

1.1. Độ nhám bề mặt (Ra):

Khi trộn bột hợp kim Cacbít vônphram với các dải nồng độ 20g/l; 40g/l; 60g/l vào

dung môi dầu cách điện, kết quả thực nghiệm cho thấy: Độ nhám bề mặt Ra của phương

pháp PMEDM thay đổi tốt hơn (giảm) so với độ nhám bề mặt của phương pháp EDM

trong cùng chế độ thông số công nghệ EDM. Trong các chế độ công nghệ thực nghiệm, độ

nhám bề mặt thay đổi giảm lớn nhất là 57.98% tại Ip= 1A, Ton=16μs, nồng độ 40g/l so với

độ nhám bề mặt của phương pháp EDM có cùng chế độ thông số công nghệ EDM. Khi

nồng độ bột thay đổi từ 20g/l; 40g/l; 60g/l thì độ nhám bề mặt giảm dần tại các Ip, Ton, hay

quan hệ giữa nồng độ bột và độ nhám bề mặt là tỉ nghịch với nhau. Xác định được mối

quan hệ giữa độ nhám bề mặt-Ra với các thông số đầu vào như : Dòng phóng tia lửa điện

Ip, thời gian phát xung Ton, nồng độ bột Nbt theo công thức hồi quy:

1.2. Hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt:

Tại các chế độ thực nghiệm hầu hết đều có sự xâm nhập của Vônphram vào bề mặt.

Ở những chế độ có dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung nhỏ, hàm lượng

Vônphram xâm nhập vào bề mặt lớn hơn so với những chế độ có dòng phóng tia lửa điện

lớn và thời gian phát xung lớn trong vùng khảo sát khi nồng độ bột tăng. Trong các chế độ

công nghệ thực nghiệm, hàm lượng Vônphram xâm nhập cao nhất là: 62,407% tại

Ton=16μs; Ip=1A và nồng độ 60g/l. Xác định được mối quan hệ giữa hàm lượng Vônphram

xâm nhập vào bề mặt-W% với các thông số đầu vào như : Dòng phóng tia lửa điện Ip, thời

gian phát xung Ton, nồng độ bột Nbt theo công thức hồi quy:

1.3. Độ cứng tế vi bề mặt (H ):

- Độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp PMEDM hầu hết cao

hơn so với độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp EDM tại cùng chế

112

độ công nghệ . Trong các chế độ công nghệ thực nghiệm, độ cứng tế vi bề mặt thay đổi

tăng lớn nhất là 129,17% tại Ton=16μs, Ip=1A và nồng độ 60g/l được gia công bằng

phương pháp PMEDM so với độ cứng tế vi bề mặt được gia công bằng phương pháp EDM

có cùng chế độ thông số công nghệ EDM. Tại chế độ dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời

gian phát xung nhỏ thường có độ cứng cao hơn so với dòng phóng tia lửa điện lớn và thời

gian phát xung lớn trong các dải nồng độ được khảo sát. Xác đinh được mối quan hệ giữa

độ cứng tế vi bề mặt (fHV) với các thông số đầu vào như : Dòng phóng tia lửa điện Ip, thời

gian phát xung Ton, nồng độ bột Nbt theo công thức hồi quy:

- Kiểm nghiệm mòn bề mặt ở chế độ Ip= 1A, Ton= 16μs tại các dải nồng độ 0g/l;

20g/l; 40g/l; 60g/l. Nhận thấy rằng tốc độ mòn tỷ lệ nghịch với nồng độ bột và độ cứng tế

vi. Tốc độ mòn của bề mặt gia công bằng phương pháp PMEDM nhỏ hơn so với bề mặt

gia công bằng phương pháp EDM.

1.4. Tại p= 1A và Ton= 16μs ở các dải nồng độ bột khác nhau: Qua khảo sát về độ nhám

bề mặt, hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt đều cho kết

quả tốt hơn so với các chế độ thông số công nghệ EDM khác trong cùng phương pháp

PMEDM. Đây là điều rất được quan tâm khi chọn chế độ gia công tối ưu cả về độ nhám bề

mặt và độ cứng tế vi bề mặt. Đặc bịêt tại nồng độ 60g/l.

2. Các đóng góp của đề tài

2.1. ề mặt cơ chế của phương pháp PMEDM

* Đề tài đã phân tích vai trò ảnh hưởng của hạt bột trong quá trình phóng tia lửa

điện. Thông qua việc phân tích trên, đã lựa chọn vùng thông số công nghệ EDM và nồng

độ bột trong vùng khảo sát phù hợp để làm nghiên cứu thực nghiệm. Qua thực nghiệm và

quy hoạch thực nghiệm luận án đã phân tích và đề xuất ảnh hưởng của thông số công nghệ

EDM nhằm cải thiện độ nhám bề mặt; độ cứng tế vi bề mặt trên cơ sở đó lựa chọn được

bộ thông số công nghệ và nồng độ bột hợp lý.

2.2. ề mặt thực nghiệm của phương pháp PMEDM

* Trong vùng các thông số công nghệ EDM và nồng độ bột được khảo sát ảnh

hưởng tới độ nhám bề mặt Ra và độ cứng tế vi bề mặt, thông qua thực nghiệm đã chứng

minh được độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi bề mặt của phương pháp có trộn bột Cabít

vônphram (PMEDM) cải thiện tốt hơn so bề mặt gia công bằng phương pháp EDM trên

nền vật liệu thép SKD61.

113

* Thông qua các hàm hồi quy thực nghiệm 3.5; 4.5; 4.13 có thể xác định được các

thông số ảnh hưởng tác động mạnh, yếu tới các chỉ tiêu độ nhám bề mặt, hàm lượng

Vônphram xâm nhập vào bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt.

2.3. ề mặt ngh a khoa h c và thực ti n của đề tài

* nghĩa khoa học: Hình thành một giải pháp để cải thiện chất lượng bề mặt (độ

nhám bề mặt, độ cứng tế vi bề mặt) thông qua việc lựa chọn các thông số công nghệ EDM

và nồng độ bột.

* nghĩa thực tiễn: Ứng dụng phần nghiên cứu vào thực tiễn để giảm nguyên công

trong quá trình gia công, đặc biệt phạm vi ứng dụng để gia công các khuôn dập nóng,

khuôn đúc áp lực, khuôn thủy tinh; các chi tiết hốc có hình thù phức tạp hoặc những chi

tiết bề mặt có dạng thành mỏng... mà những phương pháp khác như: Phun phủ, nhiệt

luyện... khó thực hiện.

HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Nghiên cứu bột Cacbít vônphram ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt thép SKD61

sau quá trình PMEDM đã mở ra hướng công nghệ mới, nhằm cải thiện chất lượng bề mặt

chi tiết sau gia công. Trong luận án đã giải quyết nghiên cứu về mặt lý thuyết và thực

nghiệm mang tính bản lề, then chốt nhất vai trò ảnh hưởng của bột Cacbít vônbphram trộn

trong dung dịch điện môi tới chất lượng bề mặt chi tiết. Sau đây là một số kiến nghị về

hướng nghiên cứu tiếp theo:

1. Nghiên cứu kích thước hạt bột Cacbít vônphram ảnh hưởng tới quá trình phóng tia lửa

điện và chất lượng bề mặt.

2. Hàm lượng Vônphram xâm nhập vào bề mặt chi tiết bao nhiêu thì cân bằng.

3. Nghiên cứu mô hình nhiệt hình thành trong quá trình phóng tia lửa điện khi có trộn bột

Cacbít vônphram .

4. Chiều dày lớp phủ có thể đạt được tối đa trong các điều kiện về thông số công nghệ

EDM, tính tương thích vật liệu bột và vật liệu chi tiết muốn thấm phủ bề mặt.

5. Vai trò của vật liệu điện cực, dung môi xúc tác ảnh hưởng đến việc cải thiện chất lượng

bề mặt khi có trộn bột hợp kim Cacbít vônphram.

114

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt [1] B.N.ARZAMAXOV (2000) Vật liệu học. Người dịch: Nguyễn Khắc Cường; Đỗ

Minh Nghiệp; Chu Thiên Trường; Nguyễn Khắc Xương. Nhà xuất bản giáo dục.

[2] Bành Tiến Long; Hoàng Vĩnh Sinh; Trần Thế Lục; Trần Xuân Thái (2003) Thiết kế

và chế tạo bộ điều khiển máy xung EDM dựa trên vi điều khiển 8051. Tạp chí công

nghệ, số 2.

[3] Bành Tiến Long; Trần Thế Lục; Trần Sỹ Túy (2013) Nguyên lý gia công vật liệu.

Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

[4] Đinh Minh Diệm (2010) Giáo trình Các phương pháp gia công đặc biệt. NXB Khoa

học và Kỹ thuật, Hà Nội.

[5] Hoàng Vĩnh Sinh; Bành Tiến Long; Trần Thế Lục (2003) Tối ưu hoá quá trình xung

tia lửa điện với hàm mục tiêu là độ mòn tương đối. Tạp chí khoa học công nghệ, số

10.

[6] Hoàng Vĩnh Sinh; Bành Tiến Long; Trần Thế Lục (2003) Nghiên cứu phương pháp

ổn định quá trình xung tia lửa điện. Tạp chí khoa học công nghệ, số 10.

[7] Nguyễn Doãn (2003) Quy hoạch thực nghiệm. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà

Nội.

[8] Nguyễn Doãn (2005) Giáo Trình Ma Sát Mòn Bôi Trơn Tribology. Nhà xuất bản

Đại học Xây dựng

[9] Nguyễn Hữu Phấn (2016) Nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công của phương pháp

tia lửa điện bằng biện pháp trộn bột Titan vào dung dịch điện môi. Đại Học Thái

Nguyên

[10] Nguyễn Văn Dự; Nguyễn Đăng Bình (2011) Quy hoạch thực nghiệm trong kỹ thuật.

NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

[11] Trần Thế San (2013) Vật liệu đại cương. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố

Hồ Chí Minh

[12] Trần Văn Địch(chủ biên) (2003) Công nghệ chế tạo máy. NXB Khoa học và kỹ

thuật, Hà Nội.

[13] Trần Xuân Thái (2002) Điều khiển tự động bằng PLC máy xung gia công tia lửa

điện. Đề tài cấp bộ B-28-18

[14] Vũ Hoài Ân (2007) Gia Công Tia Lửa Điện CNC. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà

Nội.

115

Tài liệu tiếng Anh

[15] A. Erden; S.Bilgin (1980) Role of impurities in electric discharge machining. In:

Proc. 21st Int. Mach. Tool Des. Res. Conf. Macmillan, London, pp 345–350

[16] A. Okada; Y. Uno; K. Hirao (2000) Formation of hard layer by EDM with carbon

powder mixed fluid using titanium electrode. In: Proc. 5thInternational Conf. Prog.

Mach. Technol. pp 464–469

[17] B.H. Yan;S.L.Chen (1993) Effects of dielectric with suspended aluminum powder on

EDM. J Chin Soc Mech Eng 14:307–312.

[18] B.H. Yan;S.L.Chen (1994) Effect of ultrasonic vibration on electrical discharge

machining characteristics of Ti–6Al–4V alloy. J Jpn Inst Light Met 44:281–285.

[19] B.H. Yan;S.L.Chen (1994) Characteristics of SKD11 by complex process of electric

discharge machining using liquid suspended with aluminum powder. J Jpn Inst

Light Met 58:1067–1072.

[20] Bhattacharya, A., Batish, A., Kumar N (2013) Surface characterization and

material migration during surface modification of die steels with silicon, graphite

and tungsten powder in EDM process. J Mech Sci Technol 27 133–140.

[21] C.H. Wang, Y.C. Lin, B.H. Yan FYH (2001) Effect of characteristics of added

powder on electric discharge machining. J Jpn Inst Light Met 42:2597–2604.

[22] Chatterton.P.A;Menon.M.M;Srivastava.K.D (1972) Processes Involved in the

Triggering of Vacuum Breakdown by Low Velocity Microparticles. J Appl Phys

43:4536–4542.

[23] Chow H. M.; Yan B. H.; Huang F. Y. and Hung J. C (2000) Study of added powder

in kerosene for the micro-slit machining of titanium alloy using electro-discharge

machining. J Mater Process Technol 101:95–103.

[24] D.R. Askelan; P.P. Phule (2010) The Science and Engineering of Materials,

Thomson Brook/Cole.

[25] Davim;J.Paulo (2013) Nontraditional machining processes. Springer London

Heidelberg New York Dordrecht

[26] H. Narumiya; N. Mohri; N. Saito; H. Otake; Y. Tsnekawa; T. Takawashi;

K.Kobayashi (1989) EDM by powder suspended working fluid. In: Proceedingsof

9th ISEM. pp 5–8

[27] Han M. S.; Min B. K. and Lee S. J (2007) Improvement of surface integrity of

lectro-chemical discharge machining process using powder-mixed electrolyte. J

116

Mater Process Technol 191:224–227.

[28] Ho KH; Newman ST (2003) State of the art electrical discharge machining ( EDM

). 43:1287–1300. doi: 10.1016/S0890-6955(03)00162-7

[29] J. Zhixin, Z. Jianhua A xin. (1995) Ultrasonic vibration pulse electrodischarge

machining of holes in engineering ceramics. J Mater Process Technol 53:811–816.

[30] J.H. Zhang; T.C. Lee; W.S. Lau; X. Ai (1997) Spark erosion with ultrasonic

frequency. ournal Mater Process Technol 68:83–88.

[31] Jahan MP, Rahman M, Wong YS (2011) Study on the nano-powder-mixed sinking

and milling micro-EDM of WC-Co. Int J Adv Manuf Technol 53:167–180. doi:

10.1007/s00170-010-2826-9

[32] Janmanee, P., Muttamara A (2012) Surface modification of tungsten carbide by

electrical discharge coating (EDC) using a titanium powder suspension. Appl Surf

Sci 258 7255–7265.

[33] Jeswani ML (1981) Effects of the addition of graphite powder to kerosene used as

the dielectric fluid in electrical discharge machining. In: Wear 70. pp 133–139

[34] K. Furutani; A. Saneto; H. Takezawa; N. Mohri; H.Miyake (2001) Accretion of

titanium carbide by electrical discharge machining with powder suspended in

working fluid. Precis Eng 25:138–144.

[35] K. Kobayashi; T. Magara; Y. Ozaki TY (1992) The present and future developments

of electrical discharge machining. In: Proc. 2nd Int. Conf. Die Mould Technol.

Singapore, pp 35–47

[36] K. Salonitis; A. Stournaras; P. Stavropoulos and G. Chryssolouris (2009) Thermal

modeling of the material removal rate and surface roughness for die-sinking EDM.

Int J Adv Manuf Technol 40 (3-4):316–323.

[37] Kansal HK; Singh S; Kumar P (2007) Technology and research developments in

powder mixed electric discharge machining (PMEDM). 184:32–41. doi:

10.1016/j.jmatprotec.2006.10.046

[38] Kumar H (2014) Development of mirror like surface characteristics using nano

powder mixed electric discharge machining (NPMEDM). Int J Adv Manuf Technol

76:105–113. doi: 10.1007/s00170-014-5965-6

[39] Kumar S; Batra U (2012) Surface modification of die steel materials by EDM

method using tungsten powder-mixed dielectric. J Manuf Process 14:35–40. doi:

10.1016/j.jmapro.2011.09.002

[40] Kumar S; Singh R; Singh TP; Sethi BL (2009) Surface modification by electrical

117

discharge machining: A review. J Mater Process Technol 209:3675–3687. doi:

10.1016/j.jmatprotec.2008.09.032

[41] Kung K. Y.; Horng J. T. and Chiang K. T (2009) Material removal rate and

electrode wear ratio study on the powder mixed electrical discharge machining of

cobalt-bonded tungsten carbide. Int J Adv Manuf Technol 40(1-2):95–104.

[42] Liew PJ; Yan J; Kuriyagawa T (2013) Carbon nanofiber assisted micro electro

discharge machining of reaction-bonded silicon carbide. J Mater Process Technol

213:1076–1087. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2013.02.004

[43] Luo YF (1997) The dependence of interspace discharge transitivity upon the gap

debris in precision electro-discharge machining. J Mater Process Technol 68:127–

131.

[44] M. Kunieda; K.Yanatori (1997) Study on debris movement in EDM gap. Int J Elec

Mach 2:43–49.

[45] Marashi H; Sarhan; A.A.D; Hamdi M (2015) Employing Ti nano-powder dielectric

to enhance surface characteristics in electrical discharge machining of AISI D2

steel. Appl Surf Sci 357 (Part A) 892–907.

[46] Marashi H; Jafarlou DM; Sarhan AAD; Hamdi M (2016) State of the art in powder

mixed dielectric for EDM applications. Precis Eng 46:11–33. doi:

10.1016/j.precisioneng.2016.05.010

[47] Mohammadreza Shabgard; Samad Nadimi Bavil Oliaei; Mirsadegh Seyedzavvar

and Ahmad Najadebrahimi (2011) Experimental investigation and 3D finite element

prediction of the white layer thickness, heat affected zone, and surface roughness in

EDM process. J Mech Sci Technol 25 (12):3173~3183.

[48] Molinetti A; Amori F.L; Soares Jr P.C; Czelusniak T (2015) Surface modification of

AISI H13 tool steel with silicon or manganese powders mixed to the dielectric in

electrical discharge machining process. Int J Adv Manuf Technol 83:1057–1068.

[49] Moro T; Mohri N; Otsubo H; Goto A; Saito N (2004) Study on the surface

modification system with electrical discharge machine in the practical usage. J

Mater Process Technol 149:65–70. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2003.10.058

[50] Muhammad Pervej Jahan (2009) Micro - EDM – base multi – process machining of

tungsten carbide. National university of Singapore

[51] N. Mohri; J. Tsukamoto; M.Fujino (1985) Mirror-like finishing by EDM. In: Proc.

25th Int. Symp. Mach. Tool Des. Res. UK, pp 329–336

[52] N. Mohri; J. Tsukamoto; M.Fujino (1986) Surface modification by EDM—

118

aninnovation in EDM with semi-conductive electrodes. In: Proc. Winter Annu. Meet

ASME. pp 21–30

[53] N. Mohri; N. Saito; M.A.Higashi (1991) A new process of finish machining onfree

surface by EDM methods. Ann CIRP 40:207–210.

[54] Norliana Mohd Abbas; Darius G. Solomon; Md. Fuad Bahari (2007) review on

current research trends in electrical discharge machining (EDM). Int J Mach Tools

Manuf 47:2007.

[55] P. Pecas; E.A.Henriques (2003) Influence of silicon powder mixed dielectric

onconventional electrical discharge machining. Int J Mach Tools Manuf 43:1465–

1471.

[56] Q.H. Zhang; J.H. Zhang; J.X. Deng; Y. Qin; Z.W. Niu (2002) Ultrasonic vibration

electrical discharge machining in gas. J Mater Process Technol 129:135–138.

[57] Q.Y. Ming; L.Y. He (1995) Powder-suspension dielectric fluid for EDM. J

MaterProcess Technol 52:44–54.

[58] TzengY.F; Lee CY (2001) Effects of powder characteristics on electro discharge

machining efficiency. Int J Adv Manuf Technol 17:586–592.

[59] W.S. Zhao; Q.G.Meng; Z.L.Wang (2002) The application of research on powder

mixed EDM in rough machining. J Mater Process Technol 129:30–33.

[60] W.S.Lau; Z.N. Guo; T.C. Lee; T.M.Yue (1997) A study of ultrasonicaided wire

electrical discharge machining. J Mater Process Technol 63:823–828.

[61] Y. Uno; A. Okada; Y. Hayashi; Y.Tabuchi (1998) Surface integrity in EDM

ofaluminum bronze with nickel powder mixed fluid. J Jpn Soc Elec MachEng 32:24–

31.

[62] Y. Uno; A.Okada (1997) Surface generation mechanism in electrical

dischargemachining with silicon powder mixed fluid. Int J Elec Mach 2:13–18.

[63] Y.S. Wong; L.C. Lim; I. Rahuman; W.M.Tee (1998) Near-mirror-finish

phenomenon in EDM using powder-mixed dielectric. Int J Adv ManufTechnol

79:30–40.

[64] Yih-fong T; Fu-chen C (2005) Investigation into some surface characteristics of

electrical discharge machined SKD-11 using powder-suspension dielectric oil. J

Mater Process Technol 170 385–391.

[65] Zhang Y; Liu Y; Shen Y; Ji R; Cai B;Li H;WangF (2012) A Review of the Current

Understanding and Technology of Powder Mixed Electrical Discharge Machining

(PMEDM). In: IEEE Int. Conf. Mechatronics Autom. pp 2240 – 2247

119

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

[1]. Bành Tiến Long, Trần Xuân Thái, Nguyễn Thị Hồng Minh, Lê Văn Tạo (2015) Một

số kết quả nghiên cứu khi gia công vật liệu SKD61 bằng phương pháp tia lửa điện với điện

cực đồng trong dung dịch điện môi có trộn bột hợp kim Tungsten carbide; Tạp chí Khoa

học & Công nghệ các trường đại học kỹ thuật, Số 104 (01- 2015)(62-67).

[2]. Lê Văn Tạo, Bành Tiến Long, Trần Xuân Thái, Nguyễn Thị Hồng Minh (2015)

Nghiên cứu ảnh hưởng của bột kim loại Tungsten carbide trộn trong dung môi dầu cách

điện đến độ nhám bề mặt thép SKD61 trong quá trình gia công tia lửa điện; Hội nghị khoa

học và công nghệ toàn quốc về cơ khí, lần thứ IV tháng 11/2015. ISBN: 978-604-73-3691-

3, pp.508-517.

[3]. Lê Văn Tạo, Bành Tiến Long, Trần Xuân Thái, Nguyễn Thị Hồng Minh (2016)

Nghiên cứu sự xâm nhập của vônphram vào bề mặt chi tiết khi xung tia lửa điện có trộn

bột hợp kim carbide vônphram trong dung môi dầu cách điện; Hội nghị khoa học và công

nghệ toàn quốc về cơ khí- động lực 2016. ISBN: 978-604-95-0040-4, pp.90-94.

[4]. Le Van Tao, Banh Tien Long, Tran Xuan Thai, Nguyen Thi Hong Minh (2016)

Studying the effect of the tungsten carbide powder concentration mixed in the dielectric

fluid to the surface roughness of the workpiece by electrical discharge maching; Tạp chí

Khoa học & Kỹ thuật- Học viện Kỹ thuật Quân sự số 179 (10-2016)(284-292).

[5]. Lê Văn Tạo, Bành Tiến Long, Trần Xuân Thái, Nguyễn Thị Hồng Minh (2017)

Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng các thông số công nghệ và nồng độ bột đến độ cứng tế

vi bề mặt thép SKD61 khi gia công EDM có trộn bột Wolfram carbide ; Tạp chí cơ khí Việt

Nam số 4 (5-2017)(113-118).

[6]. Le Van Tao, Banh Tien Long, Tran Xuan Thai, Nguyen Thi Hong Minh (2017) The

Influence of Electrical Parameters on the Penetration of Tungsten into the SKD61

Workpiece Surface in PMEDM using Tungsten Carbide Powder; Journal of Science &

Technology Technical Universities, No. 119B (5-2017) (016-021).

120

PHỤ LỤC

Hình 1: Mẫu được đánh bóng trước khi tẩm thực

Hình 2: Mẫu được tẩm thực trước khi chụp tổ chức pha Cacbít vônphram

121

1555 Main Street, Indianapolis, IN 46224

All elements measured in weight percent unless otherwise specified. Sampling Method per ASTM B215.

PLI INFORMATION:

The materials meets the following requirements: JA13001 Rev B

LOT COMMENTS:

NSL ANALYTICAL SERVICES VENDOR#-T5375 PRAXAIR SURFACE TECH VENDOR #90506 COMMENTS:

MNR #:

Marina Berezhnev

Chemist

Statement of Conformity

Praxair Surface Technology certifies that processing, product testing, and inspection control of raw material and formulating procedures are in conformance with all applicable specifications, drawings, and/or standards. Complete test reports as required are on file. Powders do not have a shelf life & the expiration date of slurries is listed in the header above. Document validated per electronic signature.

Spec ranges shown above in italics are target or nominal specifications only.

PST:

129866

C-48444

* indicates test is not required for routine acceptance.

AS9100 Registered Quality System

(317) 240-2650 Telefax (317) 240-2225 Toll-Free Telefax 1-800-234-6738 U.S.A

Materials Testing Laboratory This report is confidential and proprietary, and intended for the recipient of the product. If you receive in error you are prohibited from disclosing, copying, distributing, or using any of the information. The test report shall not be reproduced except in full, without the written approval of the laboratory. Please contact our office for instructions. The recording of false, fictious, fraudulent statements or entries on the certificate may be punished as a felony under federal law. All elements measured in percent unless otherwise specified.

Estimated uncertainty of measurement is available upon request.

2 of

1555 Main Street, Indianapolis, IN 46224

All elements measured in weight percent unless otherwise specified. Sampling Method per ASTM B215.

Chemistry

Test Method

Test Lab

Min

Max

Result

OK

Leco

Carbon (total)

Praxair

5.15

5.75

5.56

Yes

ICP

Cobalt

11.00

13.00

11.90

Yes

NSL Analytical Services

ICP-MS

Iron

1.00

0.02

Yes

NSL Analytical Services

ICP-MS

Total All Other

1.00

<0.10

Yes

NSL Analytical Services

By Diff

Tungsten

81.00

82.50

Yes

NSL Analytical Services

Microtrac

Max

Result

OK

Test Method

Test Lab

Min

Microtrac

-11

Praxair

Report

25.98

Yes

Microtrac

-16

Praxair

Report

59.74

Yes

Microtrac

-22

Praxair

89.35

Yes

Microtrac

-31

Praxair

98.93

Yes

Microtrac

-5.5

Praxair

Report

5.23

Yes

Sieve per ASTM B214

Min

Max

Result

OK

Test Method

Test Lab

ASTM B214

-270

Praxair

100

Yes

ASTM B214

-400

Praxair

99.97

Yes

Spec ranges shown above in italics are target or nominal specifications only.

PST:

129866

C-48444

* indicates test is not required for routine acceptance.

AS9100 Registered Quality System

(317) 240-2650 Telefax (317) 240-2225 Toll-Free Telefax 1-800-234-6738 U.S.A

Estimated uncertainty of measurement is available upon request.

1 of