Luận án Tiến sĩ Kĩ thuật cơ khí: Nghiên cứu quá trình gia công tia lửa điện trong dung dịch có trộn bột titan kết hợp hệ thống rung động tần số thấp trên chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa từng

đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.

HƢỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH

GS.TSKH Bành Tiến Long Lê Quang Dũng

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới GS.TSKH.NGND Bành Tiến

Long , người Thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên tôi, giúp đỡ tôi vượt qua những khó

khăn để hoàn thành luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng

Đào tạo, Viện Cơ khí, Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp đã tạo mọi điều

kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ khí, Trung tâm Hồng Hải – Foxconn, Trường

Đại học Công nghiệp Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành

thực nghiệm luận án này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Trường, Khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ điện tử,

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn

thành luận án.

Tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tôi.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình đã luôn bên cạnh, động viên, giúp đỡ

tôi, chia sẻ những khó khăn để tôi hoàn thành luận án.

Hà Nội, ngày…. tháng… năm 2021

Nghiên cứu sinh

Lê Quang Dũng

MỤC LỤC

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

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

MỤC LỤC ........................................................................................................ iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ........................................................................ viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................. ix

DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................... x

DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................ xiii

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

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

2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu .............................................................. 2

2.1 Mục đích nghiên cứu ............................................................................................. 2

2.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 3

3. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 3

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

5. Những đóng góp mới của luận án ........................................................................... 4

6. Cấu trúc nội dung luận án ....................................................................................... 5

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN (EDM) VÀ GIA

CÔNG XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT (PMEDM). ................................................... 6

1.1. Khái quát về phƣơng pháp xung định hình .......................................................... 6

1.1.1. Nguyên lý gia công EDM ................................................................................. 6

1.1.2. Nguyên lý gia công PMEDM ............................................................................ 8

1.2 Sự phát triển công nghệ và những nghiên cứu trong lĩnh vực PMEDM .............. 9

1.2.1 Tình hình nghiên cứu PMEDM trên thế giới: .................................................... 9

1.2.1 .1 PMEDM với mục tiêu nâng cao năng suất bóc tách vật liệu. ........................ 9

1.2.1.2 Giảm mòn điện cực dụng cụ (EWR) trong PMEDM .................................... 13

iii

1.2.1.3. Hƣớng khảo sát trong PMEDM ................................................................... 14

1.2.1.4 Ảnh hƣởng của vật liệu bột và nồng độ bột đến PMEDM............................ 16

1.2.2 Tình hình nghiên cứu PMEDM trong nƣớc ..................................................... 17

1.3 Ứng dụng của phƣơng pháp gia công xung PMEDM ......................................... 19

1.4 Nâng cao chất lƣợng bề mặt xung định hình với phƣơng pháp rung. ................. 20

Kết luận chƣơng 1 ..................................................................................................... 21

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG

XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT TÍCH HỢP RUNG ĐỘNG ..................................... 23

2.1. Các thông số công nghệ trong PMEDM có tích hợp rung động ........................ 23

2.1.1 Các thông số công nghệ của phƣơng pháp xung định hình ............................. 23

2.1.1.1. Điện áp phóng tia lửa điện ........................................................................... 23

2.1.1.2. Cƣờng độ dòng điện ..................................................................................... 23

2.1.1.3. Thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung ..................................... 24

2.1.1.4. Dạng sóng xung ............................................................................................ 25

2.1.1.5. Sự phân cực .................................................................................................. 26

2.1.1.6. Khe hở phóng điện() .................................................................................. 26

2.1.1.7. Dung dịch điện môi ...................................................................................... 26

2.1.1.8. Điện cực (dụng cụ) ....................................................................................... 27

2.2 Ảnh hƣởng bột trộn trong dung dịch điện môi trong EDM (PMEDM) ............. 28

2.2.1 Lực tác động lên hạt bột trong dung dịch điện môi ......................................... 28

2.2.2 Ảnh hƣởng của bột đến độ bền cách điện của dung dịch điện môi ................. 30

2.2.3 Ảnh hƣởng của bột đến độ lớn khe hở phóng điện .......................................... 30

2.2.4 Ảnh hƣởng của bột đến điện dung ................................................................... 32

2.2.5 Ảnh hƣởng của bột đến đƣờng kính plasma hồ quang .................................... 33

2.3 Ảnh hƣởng của rung động gán vào phôi trong EDM .......................................... 34

2.3.1. Mô hình toán học của tấm rung động ............................................................. 34

2.3.2 Khoảng cách khe hở và áp suất vòi phun trong EDM với rung động gán vào

phôi ............................................................................................................................ 35

2.3.3. Mô hình hóa sự thay đổi của áp suất dung dịch điện môi trong khe hở điện

cực – phôi có hỗ trợ rung động ................................................................................. 37

2.3.4 Tích hợp rung động siêu âm vào điện cực ....................................................... 38

2.3.5 Tích hợp rung động tần số thấp vào phôi ......................................................... 40

CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỘT VÀ

RUNG ĐỘNG ĐẾN HIỆU QUẢ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN .................................. 42

3.1. Mục đích ............................................................................................................. 42

3.2. Điều kiện thực nghiệm khảo sát ......................................................................... 42

3.2.1. Vật liệu thí nghiệm .......................................................................................... 42

3.2.2. Dung dịch điện môi ......................................................................................... 43

3.2.3. Thiết bị thực nghiệm ....................................................................................... 43

3.2.3.1. Máy xung định hình ..................................................................................... 43

3.2.3.2. Thiết bị tạo rung ........................................................................................... 44

3.2.3.3. Sơ đồ gán rung động trong xung định hình.................................................. 45

3.2.4. Thiết bị đo ....................................................................................................... 46

3.2.4.1. Cân điện tử ................................................................................................... 46

3.2.4.2. Máy đo độ nhám .......................................................................................... 46

3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ bột trong gia công PMEDM ..................... 47

3.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng của áp suất dòng phun dung môi trong gia công

PMEDM .................................................................................................................... 49

3.5. Nghiên cứu ảnh hƣởng PMEDM tích hợp rung động đến chi tiết gia công ...... 51

3.5.1 Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến năng suất bóc tách và độ mòn điện cực ....... 51

3.5.1.1. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A của rung động đến năng suất MRR . 53

3.5.1.2. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A đến độ mòn điện cực EWR ............. 56

3.5.2 Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến chất lƣợng bề mặt sau gia công ................... 58

3.5.2.1. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến nhám bề mặt gia công (Ra) ...................... 58

3.5.2.2. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến độ cứng tế vi của bề mặt gia công (HV) .. 59

3.6 So sánh sự ảnh hƣởng của rung động đến EDM và PMEDM. ........................... 61

3.6.1. Ảnh hƣởng đến năng suất gia công ................................................................. 61

3.6.2. Ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công (Ra) .................................................... 62

3.7. Kết luận: ............................................................................................................. 63

CHƢƠNG 4: XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ TRONG

PMEDM VỚI RUNG ĐỘNG GÁN TRÊN PHÔI.................................................... 65

4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 65

4.1.1 Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đơn mục tiêu ... 65

4.1.2. Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đa mục tiêu .... 69

4.1.2.1 Phƣơng pháp Topsis ...................................................................................... 69

4.1.2.2. Phƣơng pháp xác định trọng số bằng AHP .................................................. 71

4.2. Thực nghiệm nghiên cứu.................................................................................... 74

4.2.1. Xây dựng bộ thông số đầu vào ........................................................................ 74

4.2.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm ....................................................................... 74

4.3. Bài toán đơn mục tiêu ........................................................................................ 76

4.3.1. Năng suất gia công .......................................................................................... 76

4.3.1.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến năng suất gia công .................................. 76

4.3.1.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý ....................................................... 79

4.3.2. Tỷ lệ mòn điện cực .......................................................................................... 80

4.3.2.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến tỷ lệ giữa mòn điện cực và năng suất gia

công. .......................................................................................................................... 80

4.3.2.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý ....................................................... 82

4.3.3. Nhám bề mặt chi tiết gia công ........................................................................ 83

4.3.3.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến nhám bề mặt chi tiết gia công (Ra) ......... 83

4.3.3.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý ....................................................... 86

4.3.4. Độ cứng bề mặt gia công ................................................................................ 86

4.3.4.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến độ cứng bề mặt gia công (HV) ............... 86

4.3.4.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý ....................................................... 89

4.3.5. Lớp trắng của bề mặt gia công (WLT) ............................................................ 89

4.3.5.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến chiều dày lớp trắng bề mặt gia công(WLT)

................................................................................................................................... 90

4.3.5.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý ....................................................... 92

4.4. Bài toán đa mục tiêu bằng Topsis ...................................................................... 93

4.4.1. Kết quả tính toán bằng Topsis-Taguchi .......................................................... 93

4.4.2. Kết quả tối ƣu dựa vào hệ số S/N ................................................................... 98

4.4.3: Chất lƣợng bề mặt tại điều kiện tối ƣu ............................................................ 99

4.4.3.1. Hình thái bề mặt gia công ............................................................................ 99

4.4.3.2. Hạt bám dính trên bề mặt gia công ............................................................ 101

4.4.3.3. Nứt tế vi của bề mặt gia công ..................................................................... 102

4.4.3.4. Sự thay đổi tổ chức pha .............................................................................. 103

Kết luận chƣơng 4: ......................................................................................... 106

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU .................................... 109

1. Kết luận chung .................................................................................................... 109

2. Hƣớng nghiên cứu: .............................................................................................. 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 111

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Ý nghĩa

Ký hiệu Ton Tof Ra t

 D d

d ip

Thời gian phát xung Thời gian ngừng phát xung Nhấp nhô bề mặt gia công Thời gian thực hiện 1 thí nghiệm Khối lƣợng riêng của phôi Đƣờng kính lỗ Đƣờng kính điện cực Lƣợng quá cắt Mật độ dòng điện Độ nhớt của dung dịch điện môi 

Hằng số điện môi của dung dịch điện môi

i 0

 hp S Wc g/cm3 V/m

Hằng số điện môi chân không Kích thƣớc khe hở phóng điện Chiều cao nhấp nhô Diện tích bề mặt điện cực Năng lƣợng của điện dung Thứ nguyên của khối lƣợng riêng Thứ nguyên của cƣờng độ điện trƣờng Thứ nguyên của thời gian Thang đo độ cứng Hardness Rockwell C Thang đo độ cứng Vickers s HRC HV

viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Tiếng Anh Tiếng Việt

Viết tắt EDM

electrical PMEDM Electrical dischagre machining Gia công bằng tia lửa điện Powder mixed dischagre machining

Powder mixed Vibration- electrical dischagre machining V- PMEDM

Surface Roughness

WLT White layer thinkness SR MRR Material removal rate TWR Tool wear rate

EWR Electrode wear rate

Bậc tự do Tỷ số tín hiệu/nhiễu Nhiễu xạ nhờ X - Ray Phổ tán xạ năng lƣợng tia X

Phân tích phƣơng sai Phủ bay hơi vật lý Phủ bay hơi hóa học

Gia công bằng tia lửa điện có trộn bột vào dung dịch điện môi Gia công bằng tia lửa điện có trộn bột vào dung dịch điện môi tích hợp rung động Chiều dày lớp trắng bề mặt Độ nhám bề mặt Năng suất bóc tách vật liệu Lƣợng mòn điện cực theo khối lƣợng Độ mòn điện cực theo tỉ lệ giữa khối lƣợng mòn điện cực và khối lƣợng bóc tách vật liệu (%) Principal component analysis Phân tích thành phần chính degree of freedom Signal to Noise ratio X-Ray diffraction Energy-dispersive X-ray Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét Analysis of variance Physical Vapor Deposition Chemical Vapor Deposition Computer Numerical Control Điều khiển bằng máy tính

PCA dof S/N XRD EDX SEM ANOVA PVD CVD CNC

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quá trình hình thành tia lửa điện trong EDM [4] ........................................ 7

Hình 1. 2 Sự hình thành tia lửa điện [1] ...................................................................... 7

Hình 1. 3 Sơ đồ gia công xung điện có trộn bột ......................................................... 8

Hình 1. 4 Phân loại các lĩnh vực nghiên cứu chính của PMEDM .............................. 9

Hình 1. 5 Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt và nồng độ đến MRR ở các dòng điện khác

nhau [13] ................................................................................................................... 11

Hình 1. 6 Ảnh hƣởng của các loại bột và nồng độ hạt khác nhau đến MRR [15] .... 11

Hình 1. 7 Dạng sóng xung phụ thuộc điện áp và dòng điện [3]. .............................. 14

Hình 1. 8 Mức độ sử dụng của bột trong PMEDM [3]. ............................................ 14

Hình 1. 9 Ảnh SEM bề mặt thép H13 sau EDM [7] ................................................. 16

Hình 1. 10 Ảnh hƣởng của nồng độ bột đến tốc độ bóc tách vật liệu ....................... 18

Hình 1. 11 Ảnh hƣởng của nồng độ bột đến lƣợng mòn điện cực ............................ 18

Hình 2. 1 Sự thay đổi U và I trong quá trình hình thành tia lửa điện [29]. ............... 23

Hình 2. 2 Ảnh hƣởng của thời gian phát xung đến tốc độ bác tách vật liệu ............. 25

Hình 2. 3 Dạng sóng xung chữ nhật [3]. ................................................................... 25

Hình 2. 4 Sơ đồ lực tác động lên hạt bột trong dung môi [30] ................................. 28

Hình 2. 5 Quỹ đạo dịch chuyển của bột trong dung môi [15]. ................................. 30

Hình 2. 6 Sơ đồ của hạt bột trong vùng khe hở phóng điện [15]. ............................. 31

Hình 2. 7 Bột trong chất điện môi. ............................................................................ 32

Hình 2. 8 Sơ đồ xác định điện dụng [15]. ................................................................. 33

Hình 2. 9 Vị trí dịch chuyển của tấm gán rung động ................................................ 34

Hình 2. 10 Rung động gán với phôi .......................................................................... 36

Hình 2. 11 Sự thay đổi vị trí phôi, khe hở điện cực – phôi và áp suất dung môi trong

EDM với rung động gán vào phôi. ............................................................................ 36

Hình 2. 12 Sơ đồ biểu diễn các áp lực tác động đến phân tử chất lỏng .................... 37

Hình 2. 13 Sơ đồ rung động gán với điện cực .......................................................... 39

Hình 2. 14 Rung động gán vào phôi trong EDM ...................................................... 40

Hình 2. 15 Chất lƣợng bề mặt lỗ sau EDM ............................................................... 40

Hình 3. 1 Phôi và điện cực thực nghiệm...................................................................... 43

Hình 3. 2: Máy xung thí nghiệm CNC 3 trục CM323C ............................................ 43

Hình 3. 3: Bộ tạo rung kiểu Modal Exciter 4824 ...................................................... 44

Hình 3. 4: Sơ đồ tích hợp rung động vào phôi trong EDM ...................................... 45

Hình 3. 5: Ảnh mô hình thực nghiệm ....................................................................... 45

Hình 3. 6: Cân điện tử AJ 203 ................................................................................... 46

Hình 3. 7: Máy đo nhám SJ210 ................................................................................. 46

Hình 3. 8 Ảnh hƣởng của nồng độ bột đến MRR trong PMEDM ........................... 48

Hình 3. 9 Ảnh hƣởng của nồng độ bột đến EWR trong PMEDM ............................ 48

Hình 3. 10 Ảnh hƣởng của nồng độ bột đến Ra trong PMEDM ............................... 49

Hình 3. 11 Ảnh hƣởng của áp suất đến MRR trong PMEDM .................................. 50

Hình 3. 12 Ảnh hƣởng của áp suất đến EWR trong PMEDM .................................. 51

Hình 3. 13 Ảnh hƣởng của áp suất đến Ra trong PMEDM ..................................... 51

Hình 3. 14: Sơ đồ bố trí thực nghiệm ........................................................................ 52

Hình 3. 15 Ảnh hƣởng của tần số A, F đến MRR trong PMEDM ........................... 54

Hình 3. 16 Ảnh hƣởng của A, F đến EWR trong PMEDM ...................................... 56

Hình 3. 17 Sự thay đổi của Ra ................................................................................... 58

Hình 3. 18 Sự thay đổi của HV ................................................................................. 59

Hình 3. 19 Tổ chức pha lớp bề mặt phôi sau EDM và PMEDM .............................. 60

Hình 3. 20 Sự thay đổi của MRR có gán rung động vào phôi .................................. 61

Hình 3. 21 Sự thay đổi của Ra gán rung động vào phôi ............................................ 63

Hình 4. 1 Sơ đồ quyết định đa mục tiêu Taguchi-AHP-Topsis ................................ 73

Hình 4. 2 Giao diện trên minitab về ảnh hƣởng của các thông số đến MRR ........... 79

Hình 4. 3 Giao diện trên minitab về ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến S/N của

MRR .......................................................................................................................... 79

Hình 4. 4 Giao diện trên minitab về ảnh hƣởng của các thông số đến EWR ........... 82

Hình 4. 5 Giao diện trên minitab về ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến S/N

của EWR ................................................................................................................... 83

Hình 4. 6 Giao diện trên minitab về ảnh hƣởng của các thông số đến Ra ................ 85

Hình 4. 7 Giao diện trên minitab về ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến S/N của

Ra .............................................................................................................................. 86

Hình 4. 8 Ảnh hƣởng của các thông số đến HV ....................................................... 88

Hình 4. 9 Phân tích EDS và EDX của bề mặt gia công sau PMEDM với bột Titan

................................................................................................................................... 88

Hình 4. 10 Ảnh hƣởng của các thông số đến HV ..................................................... 89

Hình 4. 11 Chiều dày lớp trắng của bề mặt gia công ................................................ 90

Hình 4. 12 Ảnh hƣởng của các thông số đến WLT .................................................. 92

Hình 4. 13 Ảnh hƣởng của các thông số đến WLT .................................................. 92

Hình 4. 14 Ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến hệ số S/N của C* .............. 99

Hình 4. 15 Topography bề mặt chi tiết ................................................................... 100

Hình 4. 16 Hạt bám dính trên bề mặt gia công ....................................................... 102

Hình 4. 17 Nứt tế vi trên bề mặt gia công ............................................................... 103

Hình 4. 18 HV của bề mặt gia công sau EDM và PMEDM ................................... 104

Hình 4. 19 Phân tích EDS và EDX của bề mặt sau EDM....................................... 105

Hình 4. 20 Phân tích EDS và EDX của bề mặt gia công sau PMEDM .................. 106

xii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2. 1 Lựa chọn vật liệu điện cực [8] .................................................................. 27

Bảng 3. 1 Giá trị đầu vào của thông số công nghệ .................................................... 47

Bảng 3. 2 Giá trị đầu vào của thông số công nghệ .................................................... 49

Bảng 3. 3 Kết quả và giá trị đầu vào của thông số công nghệ với F thay đổi........... 53

Bảng 3. 4 Kết quả và giá trị đầu vào của thông số công nghệ với A thay đổi .......... 53

Bảng 4. 1 Thang so sánh của Saaty ........................................................................... 72

Bảng 4. 2 Chỉ số đồng nhất ngẫu nhiên (RI) [26] ..................................................... 73

Bảng 4. 3 Các thông số đầu vào và mức của các thông số ....................................... 74

Bảng 4. 4 Kết quả thực nghiệm ................................................................................. 75

Bảng 4. 5 Mức ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến MRR ........................... 78

Bảng 4. 6 Ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến EWR ......................................... 82

Bảng 4. 7 Ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến Ra .............................................. 85

Bảng 4. 8 Ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến HV ............................................ 87

Bảng 4. 9 Ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến WLT ......................................... 91

Bảng 4. 10 Dữ liệu chuẩn hóa ................................................................................... 93

Bảng 4. 11 Xác định các cặp so sánh ........................................................................ 95

Bảng 4. 12 Ma trận chuẩn hóa .................................................................................. 95

Bảng 4. 13 Trị số của trọng số của các chỉ tiêu chất lƣợng ...................................... 95

Bảng 4. 14 Giải pháp tốt nhất và tồi nhất. ................................................................. 96

Bảng 4. 15 Giá trị qui đổi đƣợc tính từ bƣớc 3 đến bƣớc 7 ...................................... 96

Bảng 4. 16 Giá trị qui đổi đƣợc tính từ bƣớc 3 đến bƣớc 7 ...................................... 97

Bảng 4. 17 Kết quả của bài toán đa mục .................................................................. 99

xiii

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Hiện nay, ngành chế tạo khuôn mẫu ở nƣớc ta đang đƣợc quan tâm phát triển.

Tuy nhiên, chế tạo khuôn mẫu là ngành công nghiệp công nghệ cao, đòi hỏi độ

phức tạp, độ khó rất cao từ thiết kế cho đến gia công chế tạo. Ngoài việc cần đầu tƣ

thiết bị máy móc rất tốn kém còn đòi hỏi kinh nghiệm trong lựa chọn vật liệu chế

tạo, phƣơng pháp xử lý nhiệt và tăng bền lớp bề mặt khuôn. Vật liệu SKD61,

SKD11, SKH54, SKH51, AISI 01 và SKT4 là các thép dụng cụ nhập khẩu từ Nhật

Bản, Hàn Quốc, Đài Loan,...đƣợc sử dụng rất phổ biến trong lĩnh vực này. Phƣơng

pháp đƣợc các doanh nghiệp ở nƣớc ta đang sử dụng là EDM hoặc phay cao tốc.

Trong đó, EDM nói chung đặc biệt là phƣơng pháp xung định hình đang đƣợc sử

dụng phổ biến do giá thành của thiết bị thấp, tính vạn năng cao và thao tác đơn giản.

Nên những nghiên cứu theo hƣớng nâng cao năng suất và chất lƣợng của xung định

hình với các sản phẩm khuôn mẫu là rất cần đƣợc quan tâm.

Trong lĩnh vực y tế, nhiễm trùng trong cấy ghép y tế đòi hỏi một quá trình

điều trị lâu dài và thƣờng tốn kém, ảnh hƣởng đến tâm lý của bệnh nhân và gây tử

vong trong nhiều trƣờng hợp. Một số phƣơng pháp nhƣ cấy ion, lắng đọng hơi vật

lý và phun từ trƣờng đã chứng minh hiệu quả của chúng trong lớp phủ kháng khuẩn.

Tuy nhiên, đây là những phƣơng pháp phủ hoàn toàn, không có phƣơng pháp nào

có khả năng đồng thời gia công và phủ một lớp kháng khuẩn trên bề mặt của cấy

ghép y tế. Do đó, gia công phóng điện hỗn hợp bột (PMEDM) đƣợc đề xuất và

nghiên cứu trong nghiên cứu này vì đây là phƣơng pháp gia công có tiềm năng biến

đổi bề mặt chính xác. Điều này bao gồm việc chuyển vật liệu điện cực dụng cụ cũng

nhƣ vật liệu bột lơ lửng trong chất lỏng điện môi vào bề mặt phôi. Trong nghiên

cứu về vấn đề này, nồng độ bột nano bạc khác nhau đƣợc thêm vào chất lỏng điện

môi gốc hydrocarbon và đƣợc sử dụng để gia công phôi titan[1]. PMEDM là một

phƣơng pháp đầy hứa hẹn để gia công đồng thời và phủ một lớp kháng khuẩn nano

bạc lên bề mặt [1].

Trong thời gian gần đây, siêu hợp kim gốc niken (Inconel 601, Inconel 625,

Inconel 718, … ) đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, hóa học và

hàng hải nhờ khả năng tối ƣu của chúng để giữ các tính chất cơ học ở nhiệt độ cao

kết hợp với khả năng chống ăn mòn đáng kể. Một số tính chất của các hợp kim này

nhƣ độ dẫn nhiệt thấp, xu hƣớng làm cứng biến dạng, ái lực hóa học và sự hiện diện

của các pha cứng và mài mòn trong cấu trúc vi mô khiến các vật liệu này rất khó cắt

bằng các quy trình gia công thông thƣờng. Do đó, mục đích của nghiên cứu mới

hiện nay nhằm cải thiện năng suất và chất lƣợng của bề mặt gia công của Inconel

625 (một siêu hợp kim gốc niken) bằng cách tẩm các hạt bột nhƣ than chì, nhôm và

silicon thành điện môi dầu hỏa trong quá trình gia công phóng điện ( PMEDM)[2].

Nhƣ vậy, có thể thấy từ EDM truyền thống đã có rất nhiều phƣơng pháp để cải

thiện năng suất và chất lƣợng của EDM. Một trong những phƣơng pháp đó là: Trộn

bột vào dung môi cách điện để cải thiện quá trình gia công. Trong quá trình này,

một chất bột mịn phù hợp đƣợc pha trộn đúng vào dung dịch các chất điện môi.

Hiệu quả gia công và độ nhám bề mặt gia công của phƣơng pháp PMEDM giảm

hơn nhiều phƣơng pháp gia công bằng EDM. Ngoài ra, việc áp dụng các loại bột

khác nhau về vật liệu và kích thƣớc cũng đƣợc quan tâm nghiên cứu và cho kết quả

tốt. Tuy nhiên nhƣợc điểm của gia công xung là năng suất và chất lƣợng bề mặt

thấp so với các phƣơng pháp gia công truyền thống, bởi việc thoát phoi và bóc tách

vật liệu trong quá trình gia công. Thiết kế một hệ thống hỗ trợ gia công EDM đảm

bảo đƣợc tối ƣu cho phƣơng pháp này là một bài toán đang đƣợc nghiên cứu trên

thế giới. Rung động với biên độ rất nhỏ tích hợp vào phôi hoặc điện cực trong

phƣơng pháp PMEDM là giải pháp hiệu quả mà nghiên cứu này tập trung giải quyết.

Rung động kết hợp với bột trộn trong dung môi giúp quá trình gia công đƣợc ổn

định hơn từ đó năng suất và chất lƣợng đƣợc cải thiện. Vì vậy, nghiên cứu sinh đã

lựa chọn đề tài luận án:

“Nghiên cứu quá trình gia công tia lửa điện trong dung dịch có trộn bột

titan kết hợp hệ thống rung động tần số thấp trên chi tiết.”

2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

2.1. Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu tính hiệu quả của phƣơng pháp PMEDM dƣới dòng phun áp lực

cao và so sánh với phƣơng pháp PMEDM thông thƣờng thông qua đánh giá ảnh

hƣởng của quá trình gia công vật liệu thép SKD61;

Nghiên cứu tính hiệu quả của phƣơng pháp V- PMEDM đặt vào phôi và so

sánh với phƣơng pháp PMEDM thông thƣờng thông qua đánh giá ảnh hƣởng của

quá trình gia công vật liệu thép SKD61;

Nghiên cứu mối quan hệ của các thông số đầu vào (Dòng điện (I), nồng độ

bột(C), Thời gian phóng điện(Ton), Áp suất dòng phun(P), Tần số rung động

(F),Biên độ rung động(A) và các thông số đầu ra (năng suất,mòn điện cực,nhám bề

mặt, độ cứng bề mặt, chiều dày lớp trắng bề mặt) khi gia công thông thƣờng và gia

công dƣới dòng phun áp lực cao và tích hợp rung động vào phôi SKD61.

2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tƣợng nghiên cứu: Quá trình gia công xung điện có trộn bột tích hợp

rung động và dòng phun dung môi (V- PMEDM) thép SKD61.

Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu tổng quan về gia công gia xung điện có trộn bột và tích hợp rung

động;

Nghiên cứu cơ sở vật lý quá trình gia công V-PMEDM;

Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của quá trình PMEDM tích hợp rung đến

năng suất và chất lƣợng gia công của thép SKD61;

Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của các tham số đầu vào đến các thông số

đầu ra, sử dụng phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi và phân tích phƣơng sai

ANOVA.

3. Phƣơng pháp nghiên cứu

Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết và kết hợp thực

nghiệm đánh giá kết quả nghiên cứu.

4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

Nghiên cứu đã đóng góp và bổ sung một hƣớng nghiên cứu mới về gia công

phi truyền thống với các loại vật liệu cứng có ứng dụng các giải pháp hỗ trợ khi gia

công EDM.

Đã phân tích và làm rõ tính hiệu quả của phƣơng pháp gia công vật liệu cứng

bằng phƣơng pháp xung điện có trộn bột trong dung môi khi gia công thép SKD61

tích hợp rung vào phôi. Việc chọn bột Ti trộn vào dung dịch điện môi và tích hợp

rung vào phôi không những làm nâng cao năng suất, giảm nhấp nhô bề mặt mà còn

cải thiện cơ tính lớp bề mặt thép SKD61 sau gia công EDM. Điều này sẽ nâng cao

tuổi bền của các bề mặt khuôn mẫu.

Đã nghiên cứu xây dựng đƣợc mối quan hệ của chế độ công nghệ (dòng điện

xả, thời gian đánh lửa, nồng độ bột, áp suất dòng phun dung môi, tần số và biên độ

rung động) với các thông số đầu ra là năng suất bóc tách vật liệu(MRR), độ mòn

điện cực (EWR), chất lƣợng bề mặt (Ra), độ cứng bề mặt (HV) chiều dày lớp bề mặt

ảnh hƣởng do quá trình EDM (WLT) khi gia công thép SKD61 bằng phƣơng pháp

xung điện.

Ý nghĩa thực tiễn:

Đề tài là cơ sở để thiết kế một hệ thống hỗ trợ gia công đảm bảo năng suất và

chất lƣợng cho EDM, đồng thời giúp tăng năng suất và giảm giá thành gia công với

các chi tiết khó bởi độ cứng cao. Có ý nghĩa là cơ sở tiền đề trong y học khi cần

phủ một lớp vật liệu an toàn lên bề mặt các chi tiết cấy ghép.

5. Những đóng góp mới của luận án

Đã phân tích và làm rõ tính hiệu quả của phƣơng pháp gia công vật liệu cứng

bằng phƣơng pháp xung điện có trộn bột trong dung môi khi gia công thép SKD61

tích hợp rung vào phôi. Khảo sát mức độ ảnh hƣởng của nồng độ bột Titan thấp (1-

8g/l) và tần số rung động thấp (<1000Hz) đều có ảnh hƣởng đáng kể đến năng suất

và chất lƣợng quá trình gia công bằng EDM.

Đã phân tích, làm rõ hiệu quả và khả năng ứng dụng vào thực tiễn sản xuất

của phƣơng pháp V- PMEDM đặt vào phôi và so sánh với phƣơng pháp PMEDM

thông thƣờng thông qua đánh giá ảnh hƣởng của quá trình gia công vật liệu thép

SKD61 nhằm nâng cao năng suất và chất lƣợng bề mặt.

Đã phân tích đƣợc ảnh hƣởng của chế độ công nghệ (dòng điện xả, thời gian

đánh lửa, nồng độ bột, áp suất dòng phun dung môi, tần số và biên độ rung động)

với các thông số đầu ra là Năng suất bóc tách vật liệu(MRR), độ mòn điện cực

(EWR), chất lƣợng bề mặt (Ra) ,độ cứng bề mặt (HV) chiều dày lớp bề mặt ảnh

hƣởng do quá trình EDM(WLT) khi gia công thép SKD61 bằng phƣơng pháp xung

điện. Đồng thời xây dựng đƣợc các bộ tham số công nghệ tối ƣu cho các chỉ tiêu

đánh giá khác nhau. Xác định đƣợc giá trị phù hợp với bộ thông số công nghệ hợp

lý trong bài toán quyết đinh đa mục tiêu của quá trình gia công bằng PMEDM với

rung động tích hợp vào phôi (5 chỉ tiêu chất lƣợng) bằng kết hợp phƣơng pháp

Taguchi – Topsis.

6. Cấu trúc nội dung luận án

Các nội dung nghiên cứu của luận án đƣợc trình bày trong 4 chƣơng nhƣ sau:

Chƣơng 1: Tổng quan về gia công xung điện (EDM) và gia công xung điện có

trộn bột (PMEDM).

Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp gia công xung điện có trộn bột

tích hợp rung động.

Chƣơng 3. Thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của bột và rung động đến hiệu

quả gia công xung điện.

Chƣơng 4: Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý trong PMEDM với rung

động gán trên phôi.

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN (EDM)

VÀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT (PMEDM).

Gia công xung điện – trong tiếng Anh là Electrical Discharge Machining

(EDM) là một phƣơng pháp gia công đặc biệt đƣợc sử dụng để gia công các vật

liệu dẫn điện có độ cứng cao và khó gia công. Quá trình EDM đƣợc sử dụng rộng

rãi để sản xuất khuôn, cấu trúc hay biên dạng vật thể phức tạp.

1.1. Khái quát về phƣơng pháp xung định hình

Năm 1770, Joseph Priestly là ngƣời đầu tiên phát hiện ra sự xói mòn vật liệu

do hiện tƣợng phóng điện gây ra, và đây cũng đƣợc cho là nguồn gốc ra đời của

phƣơng pháp xung định hình. Tiếp đó, hai nhà khoa học B.R.Lazarenko và

N.I.Lazarenko của Liên Xô đã nghiên cứu sử dụng hiệu quả các tia lửa điện để bóc

tách kim loại, đồng thời đƣa ra phƣơng pháp điều khiển quá trình xuất hiện của các

tia lửa điện trong gia công kim loại . Đến năm 1943, sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển

và máy phát tia lửa điện sử dụng mạch Lazarenko đã đƣợc tạo ra, và loại mạch này

đƣợc cải tiến liên tục cùng với sự phát triển của máy xung định hình[3]. Ba kỹ thuật

viên ngƣời Mỹ đã có ý tƣởng sử dụng hiện tƣợng tia lửa điện để gia công ống chân

không vào những năm 1950, đồng thời họ cũng giới thiệu hệ thống điều khiển servo

khoảng cách giữa điện cực và phôi[4]. Tuy nhiên, chỉ tới những năm 1980 với sự ra

đời của máy gia công bằng tia lửa điện CNC thì hiệu quả của phƣơng pháp này mới

đƣợc khẳng định. Bằng những cải tiến liên tục, máy xung định hình ngày nay đã trở

lên ổn định, và quá trình vận hành của máy cũng đã đƣợc giám sát bằng các hệ

thống điều khiển thích nghi theo thời gian. Điều này góp phần nâng cao năng suất

và chất lƣợng sản phẩm của phƣơng pháp xung định hình trong gia công. Hiện nay,

phƣơng pháp xung định hình đƣợc ứng dụng vào sản xuất thực tiễn đã mang lại

nhiều hiệu quả kinh tế trong ngành chế tạo cơ khí, đặc biệt là chế tạo dụng cụ và

khuôn mẫu. Bởi vậy, nó vẫn tạo ra sự quan tâm của nhiều nghiên cứu.

1.1.1. Nguyên lý gia công EDM

Nguyên lý cơ bản của phƣơng pháp xung định hình là chuyển đổi năng lƣợng

điện thành năng lƣợng nhiệt thông qua chuỗi các tia lửa điện đƣợc hình thành gián

đoạn tại khe hở giữa điện cực (dụng cụ) và điện cực (phôi) ngâm trong dung dịch

điện môi (Hình 1.1). Tại khe hở nhỏ nhất giữa điện cực - phôi, một điện áp cao

đƣợc đặt vào sẽ đánh thủng độ bền cách điện của dung dịch điện môi làm xuất hiện

tia lửa điện, các tia lửa điện này sẽ gây xói mòn lớp vật liệu bề mặt của cả điện cực

và phôi (Hình 1. 2).

Hình 1.1 Quá trình hình thành tia lửa điện trong EDM [4]

Hình 1. 2 Sự hình thành tia lửa điện [1]

Sau mỗi lần dung dịch điện môi bị đánh thủng sự cách điện, tụ điện sẽ đƣợc

nạp năng lƣợng từ nguồn bởi cuộn dây trở kháng và tia lửa điện tiếp theo đƣợc hình

thành. Các tia lửa điện xuất hiện trên toàn bộ bề mặt của phôi dẫn đến dạng bề mặt

cần gia công đƣợc hình thành. Độ chính xác hình dạng của bề mặt gia công xấp xỉ

độ chính xác của điện cực. Nhìn chung, nguyên lý làm việc của EDM là rất phức

tạp do thời gian và khoảng cách hình thành của các tia lửa điện không rõ ràng. Và

đây cũng là vấn đề vẫn đang tiếp tục đƣợc quan tâm trong nhiều nghiên cứu

1.1.2. Nguyên lý gia công PMEDM

Phƣơng pháp gia công bằng tia lửa điện có sử dụng bột kim loại, bột có khả

năng dẫn điện đƣợc trộn trong dung dịch điện môi (PMEDM - Powder Mixed

Electric Discharge) tăng cƣờng khả năng của hiện tƣợng phóng điện trong quá trình

gia công (Hình 1. 3). Trong quá trình này, một chất bột mịn phù hợp đƣợc pha trộn

đúng tỷ lệ vào dung dịch các chất điện môi. Hiệu quả gia công cao hơn và độ nhám

bề mặt gia công của phƣơng pháp PMEDM giảm hơn nhiều phƣơng pháp gia công

bằng EDM.

Hình 1. 3 Sơ đồ gia công xung điện có trộn bột

1.2. Sự phát triển công nghệ và những nghiên cứu trong lĩnh vực

PMEDM

Bột là phụ gia vào chất lỏng điện môi. Kích thƣớc của bột là micro và nano.

Sự phát triển công nghệ và nghiên cứu trong lĩnh vực PMEDM đƣợc thể hiện trong

Hình 1. 4.

Hình 1. 4 Phân loại các lĩnh vực nghiên cứu chính của PMEDM

Khảo sát tài liệu đầy đủ về PMEDM đƣợc phân loại thành các phần khác nhau

với mục tiêu nâng cao năng suất bóc tách vật liệu MRR, giảm độ mòn dụng cụ, độ

nhám bề mặt thấp, hiệu chỉnh bề mặt, tối ƣu hóa các tham số công nghệ, mô hình

hóa quá trình và mô phỏng và các ứng dụng của PMEDM.

1.2.1. Tình hình nghiên cứu PMEDM trên thế giới:

1.2.1.1. PMEDM với mục tiêu nâng cao năng suất bóc tách vật liệu.

Erden và Bilgin [5] gần nhƣ là những ngƣời đầu tiên đƣa ra khái niệm EDM

hỗn hợp bột vào năm 1980. Nội dung chính của nghiên cứu này bao gồm ảnh hƣởng

của việc thêm bột đồng, sắt, carbon và nhôm vào chất điện môi dầu hỏa. Đồng thau

và thép đồng đƣợc chọn làm vật liệu phôi. Nghiên cứu đã cho thấy rằng việc bổ

sung bột giúp cải thiện các đặc tính phá vỡ của chất lỏng điện môi EDM. Nồng độ

bột tăng khả năng phóng dẫn đến tăng tốc độ gia công. Đồng thời hiện tƣợng ngắn

mạch xuất hiện làm gia công không hiệu quả và không ổn định.

Sau đó, Jeswani đã xác định ảnh hƣởng của việc trộn bột than chì mịn vào

dầu hỏa và đạt đƣợc sự cải thiện 60% trong MRR [6]. Việc bổ sung bột than chì

mịn 4g/l làm tăng khoảng cách cho việc bắt đầu phóng điện và hạ thấp điện áp ngắn

mạch dẫn đến cải thiện độ ổn định của quá trình gia công. Trong một nghiên cứu

khác, việc bổ sung bột nhôm vào chất điện môi giúp cải thiện đáng kể MRR của

SKD11 [7]. Ảnh hƣởng của các loại bột khác nhau (nhƣ crôm, đồng, nhôm và silic

cacbua) đối với MRR của vật liệu SKD11 đƣợc thực hiện bởi Tzeng và Lee[8].

Nồng độ bột, kích thƣớc, mật độ, điện trở suất và độ dẫn nhiệt là các thông số quan

trọng ảnh hƣởng đến hiệu suất. Ảnh hƣởng của kích thƣớc của hạt bột đƣợc thêm

vào và nồng độ bột tới MRR ở các dòng điện khác nhau đƣợc thể hiện trong

Hình 1. 5. MRR tối đa đạt đƣợc với bột crom có kích cỡ hạt 70-80 µm. Trong khi

đó, bột đồng có độ đậm đặc cao có ảnh hƣởng đến hiệu suất EDM.

Kansal và cộng sự dùng bột silicon là phụ gia khi xung PMEDM để gia

công thép AISI D2 đã chứng minh rằng dòng điện cực đại và nồng độ bột là yếu tố

ảnh hƣởng lớn nhất để tăng MRR [9]. Sự gia tăng dòng điện cực đại và nồng độ bột

tạo ra nhiều điểm phóng điện trên mỗi đơn vị thời gian trên bề mặt phôi, do đó

MRR tăng cao. Kung và cộng sự [10] chỉ ra rằng sự gia tăng kích thƣớc hạt và nồng

độ bột của bột nhôm trong xung điện PMEDM của cacbua vonfram liên kết coban

(WC-Co) dẫn đến cải thiện MRR.

Mối quan tâm chính liên quan đến PMEDM là chi phí cao và chi phí xử lý

lọc điện môi khi có bột. Để giải quyết những vấn đề này, Wu và cộng sự đã thêm

một chất hoạt động bề mặt Span 20 (30g/l) vào dầu hỏa để gia công SKD61 [12].

Độ dẫn của dầu hỏa đƣợc tăng lên và thời gian đánh lửa , tăng khoảng cách cho việc

đánh bằng cách trộn chất hoạt động bề mặt, nhờ đó cải thiện 40% MRR.

Sau đó, ảnh hƣởng của bột than chì đã đƣợc phân tích bởi Anil và cộng sự

[12]. Inconel 718 đƣợc sử dụng làm vật liệu phôi. Việc bổ sung 12g/l bột than chì

vào chất điện môi của EDM đã tăng 26,85% MRR. Trong một nghiên cứu khác,

Anil và cộng sự tiếp tục khám phá rằng nồng độ và kích thƣớc hạt là các thông số

quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả gia công. Kết quả là phù hợp tốt với các

nghiên cứu trƣớc đây. Họ cho rằng các hạt bột nhôm có kích thƣớc 325 lƣới (tƣơng

đƣơng 44 µm) ở nồng độ 6 g/l tạo ra tốc độ gia công tối đa. Ngƣời ta cũng đã kết

luận rằng kích thƣớc hạt của bột nhôm có mối quan hệ trực tiếp với kích thƣớc của

khoảng cách tia lửa. Việc tăng kích thƣớc hạt dẫn đến tăng kích thƣớc khe hở phóng

tia lửa dẫn đến khả năng gia công tốt hơn, do đó tốc độ gia công đƣợc cải thiện.

Hình 1. 5 Ảnh hưởng của kích thước hạt và nồng độ đến MRR ở các dòng điện

khác nhau [13]

Hình 1. 6 Ảnh hưởng của các loại bột và nồng độ hạt khác nhau đến MRR [15]

Gurule và Nandurkar đã nghiên cứu ảnh hƣởng của bột nhôm cùng với điện

cực quay vòng đến MRR trong PMEDM của thép nhiệt luyện [13,14]. Họ phát hiện

ra rằng dòng điện cực đại, xung đúng thời gian, vật liệu dụng cụ, tốc độ quay của

dụng cụ và nồng độ hạt bột ảnh hƣởng đáng kể đến MRR. Hơn nữa, điện cực bằng

đồng khi quay ở tốc độ 900 vòng/phút và nồng độ bột nhôm 4 g/l cho MRR tối đa.

Gần đây, Jabbaripour và cộng sự [16] đã thực hiện hai loạt thí nghiệm gia

công trong PMEDM của hợp chất ϒ-TiAl. Trƣớc hết, các loại bột khác nhau nhƣ

nhôm, crôm, silic cacbua, than chì và sắt đã đƣợc trộn vào chất điện môi của EDM

để khảo sát MRR. Ảnh hƣởng của các loại bột và nồng độ hạt bột khác nhau lên

MRR đƣợc mô tả rõ ràng trong (Hình 1. 6). Từ kết quả cuối cùng, bột nhôm đã

đƣợc chọn là loại bột thích hợp nhất. Sau đó, nhôm đƣợc trộn vào chất điện môi của

EDM, đồng thời dòng điện xung, nhịp xung, kích thƣớc bột và nồng độ bột đƣợc

thay đổi ở các mức khác nhau để so sánh các đặc tính đầu ra của EDM và PMEDM.

Ngƣời ta đã kết luận rằng sự gia tăng dòng điện cực đại và nhịp xung theo thời gian

dẫn đến tăng năng lƣợng điện, do đó năng lƣợng nhiệt đƣợc tạo ra nhiều hơn trong

kênh phóng điện và đƣợc chuyển đến phôi, do đó làm tăng MRR. Tuy nhiên, sự gia

tăng nồng độ bột làm tăng MRR đến giới hạn nhất định và sau đó ở nồng độ bột

cao hơn MRR giảm do mất ổn định phóng điện.

Đã có kết luận của nhiều nghiên cứu đƣợc báo cáo về các loại bột dẫn điện

nhƣ đồng, crôm, nhôm, than chì và silicon carbide, v.v. Nhƣng việc bổ sung các hạt

bột không dẫn điện đã không đƣợc báo cáo. Do đó, Cogun và cộng sự [17] sử dụng

hỗn hợp axit boric (H3BO3) và bột than chì vào chất điện môi dầu hỏa để nghiên

cứu sự thay đổi của MRR khi gia công thép SAE 1040. Việc bổ sung bột H3BO3

không dẫn điện vào chất điện môi của EDM là khía cạnh khác biệt chính của vấn đề

này. Sự gia tăng nồng độ bột dẫn đến tỷ lệ loại bỏ vật liệu cao hơn. Thực tế đã

chứng minh rằng, chất điện môi hỗn hợp bột than chì tạo ra tốc độ loại bỏ cao hơn

sau đó là H3BO3 và dầu hỏa do sự gia tăng độ dẫn của than chì đối với H3BO3. Hơn

nữa, việc tăng thời gian đánh lửa Ton làm tăng tốc độ loại bỏ vật liệu cho cả hai loại

bột. Sau khi gia công thành công với các hạt bột không dẫn điện, Kucukturk và

Cogun [18 ] đã thay đổi xu hƣớng gia công phôi không dẫn điện bằng bột điện môi

trộn than chì bằng cách áp dụng một lớp dẫn điện (CL) trên bề mặt phôi. Nó đã chỉ

ra rằng MRR của vật liệu phôi ZrO2 và TiO2 đã đƣợc tăng lên cùng với sự gia tăng

độ dày của một lớp dẫn điện CL đƣợc phủ lên phôi.

1.2.1.2. Giảm mòn điện cực dụng cụ (EWR) trong PMEDM

Ảnh hƣởng của bột đến khe hở phóng điện() làm thay đổi năng suất và mòn

điện cực. Trong PMEDM, khả năng dẫn điện tốt, có nhiệt độ nóng chảy cao và độ

mòn ít hơn là những yêu cầu thiết yếu của bất kỳ vật liệu điện cực nào. Việc loại bỏ

vật liệu trong PMEDM chủ yếu xảy ra do sự phóng điện nhanh đƣợc hình thành

giữa dụng cụ và phôi ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ cao gây ra sự nóng chảy và làm bay

hơi thêm phôi và đồng thời cũng ăn mòn điện cực. Sự mài mòn công cụ tăng dẫn

đến sự mất ổn định kích thƣớc và chi phí dụng cụ cao hơn. Vì vậy, để giảm hao

mòn dụng cụ, lƣợng bột đủ đƣợc thêm vào điện môi của EDM.

Trong những năm gần đây, để cải thiện chất lƣợng bề mặt EDM và cũng để

giảm các khuyết tật bề mặt, một số nhà khoa học đã tìm thấy PMEDM là một quy

trình hiệu quả. Trong quá trình này, bột dẫn điện đƣợc trộn trong chất điện môi của

EDM,do đó làm giảm cƣờng độ cách điện của chất lỏng điện môi và làm tăng

khoảng cách tia lửa giữa dụng cụ và phôi[19][20][21]. Khoảng phóng điện rộng hơn

làm khuấy trộn các phần tử kim loại bị bóc tách. Do đó, quá trình trở nên ổn định

hơn đồng thời cải thiện tỷ lệ loại bỏ vật liệu (MRR) và hoàn thiện bề mặt [22]. Hơn

nữa, bề mặt phát triển khả năng chống ăn mòn và mài mòn cao [23][24].Trong

trƣờng hợp EDM bình thƣờng, chất lỏng bay hơi và tạo ra vụ nổ khí dẫn đến lực

đẩy cơ học. Trong trƣờng hợp PMEDM, tác động nổi bật của các hạt bột đƣợc

thêm vào với lực đẩy cơ học này để loại bỏ vật liệu. Tuy nhiên, hiệu ứng tác động

cơ học của các hạt là không đáng kể trong trƣờng hợp loại bỏ vật liệu[25]. Hơn nữa,

đã có báo cáo rằng các hạt bột trong khoảng trống đang làm ảnh hƣởng sự đánh lửa

để bóc tách vật liệu [26].

Jeswani [1981][27] đã tiến hành điều tra với bột than chì trộn trong dầu hỏa

với nồng độ 4g/l và chỉ ra rằng khoảng cách khe hở phóng điện tăng lên nhƣng điện

áp khi ngắn mạch bị hạ thấp. Sự cải thiện độ ổn định của quá trình gia công dẫn đến

tăng 60% MRR và giảm 28% TWR.

Hình 1. 7 Dạng sóng xung phụ thuộc điện áp và dòng điện [3].

a) Không bột b) Bột SiC c) Bột Al

Ảnh hƣởng của bột đến số lƣợng tia lửa điện làm thay đổi năng suất và mòn

điện cực. Trộn bột dẫn điện vào dung dịch điện môi đã tạo ra sóng xung của các tia

lửa điện khác so với khi không có bột, (Hình 1. 7) [3]. Nhiều tia lửa điện đƣợc hình

thành với mỗi lần phát xung trong PMEDM. Nguyên nhân là do rất nhiều chuỗi tia

lửa điện đƣợc hình thành và dẫn đến sự phân tán năng lƣợng tia lửa điện. Khi một

xung điện đƣợc đặt vào sẽ tạo ra nhiều điểm phóng tia lửa điện.

1.2.1.3. Hƣớng khảo sát trong PMEDM

Hình 1. 8 Mức độ sử dụng của bột trong PMEDM [3].

Nhiều loại bột kim loại hoặc hợp kim (Al, SiC, W, Ti, WC,...) với kích thƣớc

≤ 100mµ đã đƣợc trộn vào dung dịch điện môi của quá trình xung định hình (Hình 1.

8), điều này đã tạo thuận lợi cho quá trình hình thành các tia lửa điện bằng cách tạo

ra xác xuất phóng điện cao hơn và làm giảm độ bền cách điện của dung dịch điện

môi. Kết quả là năng suất bóc tách vật liệu tăng, lƣợng mòn điện cực giảm và hiệu

quả phóng tia lửa điện đƣợc cải thiện. Các hạt bột giúp hình thành các chuỗi phóng

tia lửa điện từ đó làm tăng khe hở phóng điện và nâng cao chất lƣợng bề mặt gia

công do năng lƣợng tia lửa điện giảm và phân tán ngẫu nhiên hơn trên bề mặt [2].

Độ dày của các lớp trắng nhỏ hơn và lƣợng vết nứt tế vi giảm do đó làm tăng đáng

kể khả năng chống ăn mòn của bề mặt. Khi bột Si trộn trong dung dịch điện môi

gần nhƣ đã loại bỏ hầu hết các điều kiện gia công không mong muốn [17]. Các vết

lõm trên bề mặt có chiều sâu giảm dẫn đến độ bóng bề mặt cao, lƣợng phủ vật liệu

lớn và việc cải thiện nhấp nhô bề mặt gia công phụ thuộc vào diện tích bề mặt của

điện cực, Hình 1. 9. Dƣới tác dụng nhiệt độ lớn của dòng plasma đã làm bột Si nóng

chảy và bay hơi kết hợp với C đƣợc cracking dung dịch điện môi hydrocacbon đã

hình thành các cacbit cứng trên bề mặt gia công. Bề mặt đƣợc cải thiện có độ cứng

cao hơn với việc tăng thời gian phát xung và nồng độ bột. Sử dụng bột Ti trong

dung dịch điện môi dầu hỏa và tạo thành lớp TiC có độ cứng 1600HV trên bề mặt

thép C với điện cực Cu đƣợc phân cực ngƣợc, cƣờng độ dòng điện 3A, khoảng thời

gian phát xung 30 µs [5]. Phân tích EDX bề mặt gia công đều thấy xuất hiện của Ti

và TiC đồng thời kết luận Cacbon xâm nhập lên bề mặt gia công đƣợc tạo ra từ

dung dịch điện môi. Bằng cách thêm Urê (CO(NH2)2) vào dung dịch điện môi là

nƣớc cất khi gia công Ti, sau đó kiểm tra bề mặt phôi thấy xuất hiện hợp kim TiN

góp phần nâng cao đặc tính ma sát và khả năng chịu mài mòn của bề mặt. Hạn chế

của phƣơng pháp này là rất khó khăn trong việc đảm bảo cho các hạt bột trộn đƣợc

lơ lửng đồng đều trong dung dịch. Điều này dễ dàng đạt đƣợc với việc sử dụng

dung dịch điện môi nhớt hơn nhƣng ở giá trị hiệu quả dòng chảy giảm. Nhám bề

mặt có thể gần bằng với các biện pháp gia công tinh truyền thống khi sử dụng bột

(grafit, nhôm và bột silic) trộn trong dung dịch điện môi. Nó chứng minh rằng bên

cạnh việc thiết lập phân cực và các thông số xung thích hợp thì vật liệu gia công và

đặc trƣng bột cũng là các thông số có ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình

gia công (MRR, TWR và nhấp nhô bề mặt).

Hình 1. 9 Ảnh SEM bề mặt thép H13 sau EDM [7]

a. Không có bột b. Bột Si với điện cực 32cm2

1.2.1.4. Ảnh hƣởng của vật liệu bột và nồng độ bột đến PMEDM.

Nghiên cứu các loại vật liệu bột trong điện môi trong EDM chủ yếu đƣợc áp

dụng với mục đích cải thiện bề mặt hoàn thiện, vì EDM không bột thƣờng mang lại

bề mặt tƣơng đối kém hơn với một số khuyết tật. Erden và Bilgin [1980] đã nghiên

cứu các dạng bột đồng, sắt, nhôm và carbon trong thành dầu hỏa đã thƣơng mại hóa

dƣới dạng tạp chất. Các kết quả chỉ ra rằng bột đƣợc thêm vào sẽ cải thiện các đặc

tính phân hủy của chất lỏng điện môi. Tuy nhiên, nồng độ bột quá mức làm cho gia

công không ổn định và xảy ra ngắn mạch.

Ngoài ra, Mohri cùng cộng sự (1991)[28] đã sử dụng bột silicon có kích

thƣớc 10-30µm trộn đều rong chất lỏng điện môi và thực hiện gia công ở dòng điện

0,5-1 A trong thời gian phóng điện nhỏ hơn 3µs sử dụng phân cực ngƣợc. Nó có thể

tạo ra bề mặt với độ nhám nhỏ hơn 2µm. Tuy nhiên để đạt đƣợc giá trị này thì cần

ổn định sự phân bố lƣợng kim loại bóc tách và giảm thời gian phóng điện.

Uno và Okada (1997)[29] đã báo cáo rằng bột silicon trộn với chất điện môi

làm giảm lực tác động lên phôi và dẫn đến sự nhấp nhô nhỏ hơn của các miệng hố,

do đó bề mặt bóng. Wong và cộng sự (1998)[30] đã sử dụng bột mịn silicon, than

chì, molypden, nhôm và silicon carbide với chất điện môi.

Bột nhôm đã đƣợc sử dụng để tạo ra lớp bề mặt nhẵn bóng trên phôi SKH 51

nhƣng không thể tạo ra lớp bề mặt nhẵn bóng trên vật liệu SKH 54. Các loại bột

silicon và carbon có thể tạo ra chất lƣợng rất tốt. Nó đã đƣợc nhìn nhận thấy rằng

phân cực ngƣợc ( điện cực âm), thông số chế độ xung và đặc tính bột đóng vai trò

chính trong việc tạo ra chất lƣợng tốt. Rahuman [1994] đã báo cáo rằng với hàm

lƣợng bột than chì thấp, nồng độ 2 g/l, có thể đạt giá trị Ra là 0,0931 µm trên thép

dụng cụ SKH54.

Wang và cộng sự[2001] đã nghiên cứu bột Al và Cr trong dung môi dầu hỏa

làm tăng khả năng dẫn điện, do đó tăng khoảng cách phóng điện giữa dụng cụ và

phôi và do đó ổn định quá trình. Khi các hạt kích thƣớc nhỏ có nồng độ cao hơn thì

khoảng cách sẽ đƣợc bắc cầu và phân tán phóng điện đồng đều sẽ dẫn đến chất

lƣợng bề mặt tốt. Chow và cộng sự[2000] đã nghiên cứu bột SiC và bột nhôm trong

dung môi dầu hỏa để sửa chữa vết nứt tế vi khi gia công hợp kim titan bằng EDM.

Việc bổ sung bột làm tăng khoảng cách phóng điện giữa các điện cực tạo điều kiện

cho việc loại bỏ phoi và cũng nhƣ tạo ra sự mở rộng khe hở. Hơn nữa, sự phân tán

đồng đều của kết quả phóng điện trong một số quỹ đạo phóng điện từ xung đầu vào

đơn. Do đó, một số điểm xả đƣợc tạo ra dẫn đến tăng MRR và bề mặt hoàn thiện tốt

hơn. Ngƣời ta cũng quan sát thấy rằng độ sâu loại bỏ vật liệu sử dụng SiC tốt hơn so

với sử dụng bột nhôm.

1.2.2. Tình hình nghiên cứu PMEDM trong nƣớc

B.T.Long, N.Cuong, N.H.Phan, N.D.Man, P.Janmanee [31] nghiên cứu ảnh

hƣởng của nồng độ bột Titan đến phƣơng pháp gia công tia lửa điện. Bột titan trộn

trong dung dịch điện môi có ảnh hƣởng rất mạnh đến sự tăng lên của độ cứng lớp bề

mặt gia công. Tuy nhiên, nồng độ bột tăng cao có thể làm việc phóng tia lửa điện bị

cản trở, hiện tƣợng ngắn mạch nhiều hơn, làm cho quá trình gia công không ổn định

và thời gian phóng điện giảm, dẫn đến C và Ti xâm nhập vào lớp bề mặt giảm và độ

cứng bề mặt cũng giảm. Gia công PMEDM với vật liệu phôi là SKD11 và SKD61

nhận đƣợc độ cứng bề mặt tăng so với không bột, nghiên cứu chỉ ra rằng độ cứng

lớn nhất tại nồng độ bột 10g/l với thép SKD11 và độ cứng lớn nhất tại nồng độ bột

20g/l với thép SKD61.

B. T. Long, N. Cuong, N.H.Phan, H. A. Toan, P. Janmanee [32] đã chỉ ra rằng

tốc độ bóc tách vật liệu (MMR) và chất lƣợng bề mặt (Ra) thép SKD 61 trong gia

công thô bằng phƣơng pháp tia lửa điện có sử dụng bột Titan trong dung dịch điện

môi tăng khi nồng độ bột Titan tăng từ 0- 20g/l. Tuy nhiên việc tăng nồng độ bột

trên 20g/l có tác động tiêu cực đến MRR vì hiện tƣợng hồ quang điện và ngắn mạch

của các chất điện môi (Hình 1. 10).

Hình 1. 10 Ảnh hưởng của nồng độ bột đến tốc độ bóc tách vật liệu

B.T.Long, N.Cuong, N.H.Phan, H.A.Toan, P.Janmanee [33] vật liệu điện cực

Gr Trộn lẫn bột Titan trong chất điện môi ở nồng độ thích hợp giúp cải thiện năng

suất bóc tách vật liệu, làm tăng chất lƣợng bề mặt gia công và làm giảm xói mòn

điện cực. Điều này cải thiện năng suất và độ chính xác và cũng làm giảm thời gian

gia công, có lợi cho quá trình gia công thô.

Hình 1. 11 Ảnh hưởng của nồng độ bột đến lượng mòn điện cực

Trong luận án của TS.Lê Văn Tạo đã bảo vệ năm 2018 có những kết quả sau:

Gia công xung EDM vật liệu SKD61 với nồng độ bột hợp kim Wolfram thay đổi từ

20g/l; 40g/l; 60g/1 thì độ nhấp nhô bề mặt hầu hết giảm dần tại các I, Ton. Phƣơng

pháp PMEDM ít vết nứt tế vi, các vết nứt tế vi nhỏ, ngắn hơn và bề mặt mịn hơn so

với bề mặt gia công bằng phƣơng pháp EDM trong cùng một chế độ công nghệ các

thông số về điện. Tại dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phóng tia lửa điện

nhỏ có lƣợng Wolfram khuếch tán vào bề mặt tốt hơn so với tại dòng phóng tia lửa

điện lớn và thời gian phóng tia lửa điện lớn. Hàm lƣợng Wolfram khuếch tán cao

nhất là: 62.407 % tại Ton = 16µs ; I = 1A và nồng độ 60g/l .

Van Tao Le, Tien Long Banh, Xuan Thai Tran, Thi Hong Minh Nguyen[34]

trộn bột hợp kim các bít vonfram vào chất lỏng điện môi đã giúp cải thiện độ nhám

bề mặt và độ cứng vi mô của EDM. Trong nghiên cứu này, tất cả các nồng độ bột

tạo ra sự cải thiện độ nhám bề mặt và độ cứng vi mô cho tất cả các kết hợp của Ip,

Ton. Ngoài ra, độ nhám bề mặt cải thiện lớn nhất là 57,98% so với EDM bình

thƣờng đã đạt đƣợc đối với bộ tham số có I = 1A; Ton = 16μs; nồng độ 40 g/l. Sự

thay đổi độ cứng vi mô cao nhất trên bề mặt phôi giữa PMEDM và EDM là

129,17% ở chế độ Ton = 16μs; I = 1A và nồng độ 60g /l.

1.3. Ứng dụng của phƣơng pháp gia công xung PMEDM

PMEDM là một phƣơng pháp gia công đƣợc thiết lập tốt để cải thiện nhám bề

mặt của phôi. Phần này mô tả các ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực PMEDM.

Tạo bề mặt sáng bóng ở công đoạn cuối cùng, xử lý và sửa đổi bề mặt.

PMEDM có thể ứng dụng để đạt đƣợc bề mặt có độ nhám thấp. PMEDM cũng có

thể đƣợc sử dụng để cải thiện khả năng chống ăn mòn và độ cứng siêu nhỏ của bề

mặt [11]. Để hoàn thiện bề mặt trên phôi SKD11, các loại bột khác nhau nhƣ crom,

cacbua silic, nhôm và đồng đã đƣợc Fong và Chen phân tán thành chất điện môi

EDM [155]. Trong số các loại bột có liên quan, bột nhôm có kích thƣớc hạt nhỏ tạo

ra bề mặt hoàn thiện tốt nhất. Bột nano graphit đã đƣợc Jahan và cộng sự thêm vào

chất điện môi của EDM để gia công SKH 51[11]. Kích thƣớc vết lõm trên bề mặt đã

giảm do sự tham gia của chất điện môi hỗn hợp bột nano graphit. Bề mặt sáng bóng

ở công đoạn cuối cùng (Mirror finish) chỉ có thể đạt đƣợc bằng cách lựa chọn sự kết

hợp phù hợp giữa phôi và bột.

PMEDM cho gia công Micro và các ứng dụng cơ bản của Micro EDM. Các

hình dạng 3D phức tạp, cấu hình phức tạp, các thành phần mỏng và dễ vỡ sử dụng

trong nhiều ứng dụng công nghiệp có thể đƣợc gia công thành công bất kể độ bền

và độ cứng của chúng. Ngày nay, kỹ thuật này có thể đƣợc sử dụng để gia công vi

mô đầu phun phun mực, đầu từ của VCR kỹ thuật số và chế tạo các hệ thống cơ

điện tử vi mô [35]. Hơn nữa, các thành phần siêu nhỏ, các tính năng có kích thƣớc

siêu nhỏ [35], động cơ siêu nhỏ , máy bơm siêu nhỏ, bánh răng siêu nhỏ, lỗ siêu nhỏ,

cánh quạt siêu nhỏ, rôto tuabin siêu nhỏ, khớp vi cầu có thể đƣợc gia công thành

công [11,35]. Việc ứng dụng PMEDM để gia tăng tính tƣơng thích sinh học của vật

liệu, phát triển và cải tiến, gia công các thiết bị cấy ghép y sinh rất có triển vọng

[11,35]. Theo Chen và cộng sự [36] phôi đƣợc biến đổi bằng bột trộn titan với chất

điện môi gốc nƣớc khử ion của µEDM thể hiện bề mặt có tính ƣa nƣớc. Sau khi

biến đổi về hình dạng và cấu trúc siêu nhỏ, phôi này có thể đƣợc sử dụng cho các

ứng dụng tiếp theo của cấy ghép nha khoa [37].

Gia công các vật liệu tiên tiến và khó cắt nhƣ MMC [38] và gốm cách điện

nhƣ Si3N4 , ZrO2 và TiO2 đã đƣợc thực hiện thành công bằng cách phân tán các

loại bột khác nhau vào điện môi EDM[39,40,41]. Từ các nghiên cứu thử nghiệm,

ngƣời ta đã quan sát thấy MRR của những vật liệu này đƣợc tăng cƣờng, trong khi

độ hoàn thiện bề mặt không bị ảnh hƣởng nhiều.

1.4. Nâng cao chất lƣợng bề mặt xung định hình với phƣơng pháp rung.

Gia công xung điện (EDM) là một trong những quy trình gia công phi truyền

thống phổ biến nhất đƣợc áp dụng trong các ngành sản xuất do chi phí thấp hơn, độ

chính xác kích thƣớc và bề mặt tốt. Đây là một quá trình gia công phi truyền thống

không tiếp xúc. Do đó phôi và công cụ vẫn không có bất kỳ ứng suất cơ học nào.

Các vật liệu độ cứng cao trong tự nhiên và khó cắt nhƣ siêu hợp kim (inconel), titan

và độ cứng cao hơn khác đều có thể gia công.

Loại bỏ phoi từ khe hở điện cực và phôi là một trong những thách thức lớn

trong quy trình EDM. Do sự nóng chảy của kim loại, các mảnh vụn đó hình thành

tích tụ trong khe hở và việc xả nƣớc kém làm cho quá trình không ổn định và ảnh

hƣởng xấu đến MRR và chất lƣợng bề mặt của bề mặt gia công [8]. Vì năng lƣợng

nhiệt đƣợc tạo ra tỷ lệ thuận với năng lƣợng điện ứng dụng, điều rất quan trọng là

tăng cƣờng quá trình điện để cải thiện hiệu quả của quá trình. Các nhà nghiên cứu

đã phát triển một số cách để cải thiện hiệu quả của quá trình nhƣ kỹ thuật làm thoát

phoi khác nhau, thay đổi điện môi, ứng dụng từ trƣờng, các loại điện môi, lớp phủ

điện cực, vv [7]. Tuy nhiên, việc áp dụng các kỹ thuật này còn hạn chế do thiếu kiến

thức về cơ chế xử lý EDM. Rung của công cụ hoặc phôi trong quy trình EDM là

một trong những phƣơng pháp đƣợc sử dụng để cải thiện việc thoát phoi. Khi điện

cực di chuyển lên trên hoặc phôi di chuyển xuống dƣới, chất điện môi mới đƣợc kéo

vào bên trong khe hở và khi điện cực di chuyển xuống dƣới, hoặc phôi di chuyển

lên trên thì điện môi bị đẩy ra khỏi khe gia công. Do đó, sự thay đổi áp suất của chất

điện môi bên trong khe hở giúp cải thiện hiệu quả thoát phoi và dung môi.

Kết luận chƣơng 1

Chƣơng I đã trình bày về lịch sử phát triển phƣơng pháp gia công xung điện

có bột trộn trong chất điện môi trên thế giới cũng nhƣ những lợi ích và khả năng

ứng dụng trong nền sản xuất công nghiệp.

Ƣu điểm, nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng của các phƣơng pháp PMEDM đã

đƣợc phân tích. Việc lựa chọn phƣơng pháp PMEDM tích hợp rung động vào phôi,

dễ dàng sử dụng và phù hợp với điều kiện thí nghiệm hiện có của nghiên cứu.

Nguyên tắc gia công EDM, PMEDM cũng đƣợc phân tích làm cơ sở để xây

dựng hệ thống thực nghiệm một cách đúng đắn và hiệu quả.

Trên thế giới, việc gia công xung điện có bột trộng trong chất điện môi đã

đƣợc nhiều tác giả nghiên cứu, ứng dụng trong gia công kim loại có độ cứng cao,

biên dạng chi tiết phức tạp. Bột đƣợc cho vào chất điện môi có thành phần, nồng

độ… khác nhau. Tuy nhiên ở Việt Nam, tích hợp rung động trong gia công

PMEDM chƣa đƣợc đề cập. Khi gia công thép SKD61 đã nhiệt luyện có độ cứng

cao để dùng trong chế tạo khuôn mẫu, một loại vật liệu khó gia công, nhƣng lại

đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Đây là một nhiệm vụ quan trọng và có

tính thời sự cao. Để góp phần vào việc phát triển khoa học và triển khai công nghệ,

ứng dụng trong sản xuất cơ khí, nghiên cứu tập trung đi sâu phân tích ảnh hƣởng

của quá trình xung điện có bột trộn trong chất điện môi và rung tích hợp vào phôi

đến tính gia công vật liệu thép SKD61; xây dựng mối quan hệ của chế độ công nghệ

(dòng điện xả, thời gian đánh lửa, nồng độ bột, áp suất dòng phun dung môi, tần số

và biên độ rung động) với các thông số đầu ra là năng suất bóc tách vật liệu (MRR),

độ mòn điện cực (EWR), chất lƣợng bề mặt (Ra) ,độ cứng bề mặt (HV) chiều dày

lớp bề mặt ảnh hƣởng do quá trình EDM (WLT) khi gia công thép SKD61 bằng

phƣơng pháp xung điện.

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP

GIA CÔNG XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT TÍCH HỢP RUNG ĐỘNG

2.1. Các thông số công nghệ trong PMEDM có tích hợp rung động

2.1.1. Các thông số công nghệ của phƣơng pháp xung định hình

2.1.1.1. Điện áp phóng tia lửa điện

Điện áp phóng tia lửa điện (U) trong EDM có liên quan đến kích thƣớc của

khe hở phóng điện và độ bền đánh thủng của dung dịch điện môi [2]. Trƣớc khi

dòng điện xuất hiện, U tại khe hở sẽ đƣợc tăng cho tới khi một dòng ion hóa đƣợc

hình thành và đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi (Hình 1.3). Khi dòng

điện bắt đầu xuất hiện thì U sẽ giảm xuống và giữ ở trạng thái ổn định tại khe hở

làm việc. Trị số U đƣợc xác định theo độ rộng khe hở nhỏ nhất giữa điện cực và

phôi. U càng cao thì khe hở giữa điện cực và phôi càng tăng điều này tạo điều kiện

thuận lợi cho dòng dung môi chảy qua và giúp làm ổn định quá trình cắt. Tốc độ

mòn điện cực, phôi và trị số nhấp nhô bề mặt gia công tăng theo sự tăng U mở mạch

[3]. Ảnh hƣởng của U đến năng suất và chất lƣợng gia công là không quá lớn [6].

Hình 2. 1 Sự thay đổi U và I trong quá trình hình thành tia lửa điện [29].

2.1.1.2. Cƣờng độ dòng điện

Cƣờng độ dòng điện (I) là đại lƣợng đặc trƣng cho hiệu quả gia công của

phƣơng pháp xung định hình, đây cũng là thông số có ảnh hƣởng mạnh nhất đến

quá trình gia công bằng phƣơng pháp này [5]. Với mỗi thời gian phát xung, I sẽ

tăng tới một giá trị cực đại đƣợc xác định trƣớc. Giá trị của I cực đại phụ thuộc vào

điều kiện gia công. Trị số I lớn sẽ đƣợc sử dụng trong gia công thô, gia công các

hốc và bề mặt của các chi tiết có diện tích bề mặt lớn. I càng cao dẫn đến năng suất

gia công càng tăng nhƣng điều này cũng làm tăng chi phí gia công tinh và mòn điện

cực. Đây là vấn đề quan trọng nhất trong gia công xung định hình bởi bề mặt gia

công là bản sao của bề mặt điện cực, vì vậy điện cực bị mòn quá giới hạn sẽ ảnh

hƣởng đến độ chính xác gia công. Bởi vậy, ảnh hƣởng của I đến quá trình gia công

xung luôn là mối quan tâm trong các nghiên cứu của lĩnh vực này [2].

2.1.1.3. Thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung

Thời gian phát xung (Ton) là khoảng thời gian mà quá trình bóc tách kim loại

đƣợc thực hiện. Trị số của Ton và số chu kỳ phát xung trong một giây (tần số) là đại

lƣợng rất quan trọng. Lƣợng vật liệu phôi đƣợc bóc tách sẽ tỷ lệ thuận với độ lớn

năng lƣợng gia công trong khoảng Ton, hình 2.2 [3]. Năng lƣợng này đƣợc điều

khiển bởi I lớn nhất và Ton. Ton càng lớn thì lƣợng vật liệu bị nóng chảy và bay hơi

sẽ càng tăng, tuy nhiên lƣợng nhiệt xung và sự lan truyền của nó vào bề mặt phôi

cũng tăng theo [8]. Điều này sẽ làm chiều dày lớp bề mặt gia công bị ảnh hƣởng bởi

nhiệt xung cũng rộng và sâu hơn. Đồng thời, nó cũng có thể gây ra những ảnh

hƣởng không có lợi cho hiệu quả của quá trình gia công. Khi Ton quá dài sẽ dẫn đến

tốc độ bóc tách vật liệu giảm xuống và có thể đặt điện cực vào trạng thái không bị

hao mòn [2].

Thời gian ngừng phát xung (Tof) là khoảng thời gian mà dung dịch điện môi

không bị ion hóa. Trị số của Tof sẽ ảnh hƣởng đến tốc độ bóc tách vật liệu và sự ổn

định của quá trình gia công. Về lý thuyết Tof càng ngắn thì quá trình gia công sẽ

nhanh hơn nhƣng nếu nó quá ngắn thì sẽ không có đủ thời gian để dung dịch điện

môi vận chuyển phoi và chất điện môi cũng không đƣợc phục hồi hoàn toàn. Đây

chính là nguyên nhân dẫn đến quá trình tạo tia lửa điện không ổn định, xuất hiện

những chu kỳ xung bất thƣờng, đồng thời rút ngắn sự dịch chuyển servo của điện

cực nên gây ra quá trình bóc tách vật liệu chậm hơn. Tof quá ngắn sẽ tạo ra trên bề

mặt phôi các vết lõm với đƣờng kính và chiều sâu lớn hơn làm tăng nhám bề mặt

gia công [6]. Tof phải lớn hơn thời gian ngừng ion hóa để ngăn chặn việc tiếp tục

phát ra tia lửa điện tại một điểm [4]. Các nguồn cung cấp xung hiện đại cho phép

cài đặt độc lập số lần phát xung và số lần ngừng phát xung. Tof dao động trong

khoảng (21000)s. Tuy nhiên thực thế cho thấy, khi Ton và Tof không đƣợc thiết

lập chính xác thì quá trình gia công xuất hiện nhiều xung lỗi ( hay xung hở) và tia

lửa điện không đƣợc hình thành, điều này gây ra sự mất mát về hiệu suất gia công

[9].

Hình 2. 2 Ảnh hưởng của thời gian phát xung đến tốc độ bác tách vật liệu

và nhấp nhô bề mặt gia công[6]

2.1.1.4. Dạng sóng xung

Dạng sóng xung thƣờng có dạng hình chữ nhật (Hình 2. 3), bên cạnh đó các

máy phát xung cũng có thể tạo ra một vài dạng sóng xung khác nhƣ: Dạng sóng

xung hình thang, dạng sóng xung hình sin,… [4]. Với việc sử dụng máy tạo ra dạng

sóng xung hình thang đã làm giảm đáng kể lƣợng mòn điện cực trong gia công.

Hình 2. 3 Dạng sóng xung chữ nhật [3].

Nhiều kiểu máy phát xung đã đƣợc giới thiệu để tạo ra sóng xung ban đầu ở

điện áp cao nhƣng cƣờng độ dòng điện thấp trong thời gian vài s, sau đó sóng

xung chính thức mới đƣợc tạo ra [4]. Điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá

trình phát ra tia lửa điện.

2.1.1.5. Sự phân cực

Điện cực có thể đƣợc phân cực âm hoặc dƣơng. Dòng điện xuyên qua khe hở

giữa phôi và điện cực để hình thành các tia lửa điện, chúng đã tạo ra nhiệt độ cao

làm nóng chảy và bay hơi các đỉnh nhấp nhô trên bề mặt của cả điện cực và phôi.

Dòng plasma bao gồm hai thành phần là dòng ion và dòng electron. Các electron

(khối lƣợng nhỏ hơn các ion âm) cho thấy phản ứng nhanh hơn nên vật liệu a nốt sẽ

bị mòn chủ yếu. Điều này tạo nên sự mòn tối thiểu của điện cực một cách hiệu quả

và đây vấn đề rất quan trọng trong gia công tinh với thời gian phát xung ngắn hơn.

Nói chung sự phân cực của điện cực phụ thuộc gia tinh hoặc thô và các thông số

công nghệ.

2.1.1.6. Khe hở phóng điện()

Trong suốt quá trình gia công bằng xung định hình, điện cực không tiếp xúc

trực tiếp với phôi mà giữa chúng luôn tồn tại một lƣợng khe hở gọi là khe hở phóng

điện (). Trị số  phụ thuộc vào tốc độ bóc tách vật liệu, vật liệu của điện cực và

phôi. Điện cực đƣợc điều khiển chạy tự động trong suốt quá trình gia công và điều

này sẽ giúp điều chỉnh kích thƣớc  là không đổi với mỗi yêu cầu gia công. Việc

dịch chuyển điện cực sẽ đƣợc thực hiện bằng động cơ bƣớc và hệ thống thủy lực

dựa vào trị số điện áp trung bình. Hệ thống điều khiển phải đảm bảo kích thƣớc  ổn

định và tốc độ xử lý tín hiệu nhanh. Tốc độ xử lý tín hiệu nhanh của hệ thống điều

khiển nhằm ứng phó tốt với sự ngắn mạch trong suốt quá trình gia công. Độ rộng

của khe hở không thể đo lƣờng trực tiếp nhƣng nó có thể xác định thông qua điện áp

trung bình tại khe hở phóng điện [6].

2.1.1.7. Dung dịch điện môi

Dung dịch điện môi đóng vai trò quan trọng trong công nghệ gia công bằng xung

định hình. Loại dung dịch điện môi và kiểu phun dòng dung môi có ảnh hƣởng đến

tốc độ mòn điện cực và năng suất bóc tách vật liệu [6]. Dung dịch điện môi đƣợc sử

dụng chủ yếu là hỗn hợp hyđrocacbon hoặc nƣớc khử ion. Dòng dung dịch điện môi

đƣợc phun vào khe hở phóng tia lửa điện để loại bỏ các khí, phoi gia công và duy trì

nhiệt độ của dung dịch điện môi dƣới điểm cháy. Yêu cầu của các loại dung dịch

điện môi: Độ bền cao và phục hồi nhanh sau khi bị đánh thủng; Khi điện áp nhỏ hơn

điện áp đánh thủng điện môi thì dung dịch điện môi phải cách điện; Điện môi bị

điện áp đặt vào đánh thủng với một thời gian ngắn nhất có thể; Làm nguội nhanh

các tia lửa điện ngay sau khi các tia lửa điện xuất hiện; Tạo ra một môi trƣờng làm

nguội hiệu quả; Dung dịch phải có khả năng lƣu động tốt; Có khả năng cuốn phoi

tốt.

2.1.1.8. Điện cực (dụng cụ)

Vật liệu điện cực có ảnh hƣởng đến tốc độ mòn điện cực, kích thƣớc khe hở

phóng điện, năng suất bóc tách vật liệu, chất lƣợng bề mặt gia công và giá thành sản

phẩm. Các vật liệu thƣờng đƣợc sử dụng làm điện cực nhƣ: Cu, Gr, các hợp kim

(Cu – Gr, Cu-W, Ag-W), vật liệu phủ Gr,… Để đảm bảo tính kinh tế trong quá trình

sử dụng thì Cu phù hợp nhất cho gia công tinh, than chì sử dụng cho gia công thô.

Bảng 2. 1 Lựa chọn vật liệu điện cực [8]

Khả năng

Hệ số hao

TT

Vật liệu

Tốc độ gia công

Giá trị Gia công

chế tạo

mòn

Thấp

Đồng đỏ

Cao khi gia công thô

Dễ

Cao Kim loại

1 Cao

Đồng thau

Cao khi gia công tinh

Dễ

Thấp Kim loại

2 W

Thấp nhất

Khó

Cao

Lỗ nhỏ

Thấp

3 Hợp kim W-

Độ chính

4 Thấp

Khó

Cao

Cu

xác cao

Một số

5 Gang

Thấp

Dễ

Thấp

vật liệu

Gia công

6 Thép

Cao

Thấp

Dễ

Thấp

tinh

7 Hợp kim kẽm

Cao

Cao khi gia công thô

Dễ đúc

Cao Kim loại

8 Hợp kim Cu-Gr

Thấp

Cao

Khó

Cao Kim loại

Hiện tƣợng điện cực bị bắn phá bởi các electron làm xói mòn là không thể

tránh đƣợc. Hình dạng của điện cực là cơ sở để tạo ra sản phẩm theo mong muốn,

bởi vậy lƣợng mòn điện cực sẽ quyết định đến độ chính xác gia công, việc di

chuyển của dụng cụ và năng lƣợng tiêu thụ. Mòn điện cực có liên quan trực tiếp đến

tốc độ bóc tách, vật liệu gia công, cƣờng độ dòng điện, diện tích bề mặt gia công,

khe hở phóng điện và sự phân cực điện cực. Vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao hơn

sẽ làm tăng độ bền mòn của nó. Bảng 2. 1 đƣa ra đặc tính kinh tế và kỹ thuật của

một số loại vật liệu làm điện cực.

2.2. Ảnh hƣởng bột trộn trong dung dịch điện môi trong EDM (PMEDM)

Các nghiên cứu về bột trộn trong dung dịch điện môi và ảnh hƣởng của nó

đến quá trình gia công bằng EDM đã đƣợc giới thiệu bởi nhiều tác giả[15]. Việc

trộn bột dẫn điện vào dung dịch điện môi đã tạo ra sóng xung tia lửa điện rất khác

với không có bột trộn trong dung môi. Rất nhiều tia lửa điện đã đƣợc hình thành với

một lần phát xung trong PMEDM. Kết quả nghiên cứu đã đƣa ra một số ảnh hƣởng

của bột khi đƣợc trộn vào dung dịch điện môi:

2.2.1. Lực tác động lên hạt bột trong dung dịch điện môi

Giả sử xét một bột có kích thƣớc rất nhỏ ( hoặc nano mét) tồn tại trong khe

hở giữa điện cực và phôi.

Dòng dung môi

Hình 2. 4 Sơ đồ lực tác động lên hạt bột trong dung môi [30]

Do kích thƣớc hạt bột rất nhỏ nên coi bề mặt điện cực và phội đều phẳng.

Hình 2.4 mô tả lực tác dụng lên hạt bột ngâm trong dung dịch điện môi chịu tác

động của điện trƣờng tạo bởi giữa điện cực và phôi. Các lực bao gồm:

+ Lực tĩnh điện F tác động lên hạt bột (N).

-F = qE (2. 1)

q – điện tích của hạt bột.

E – cƣờng độ điện trƣờng của điện trƣờng (V/m).

– lực nâng hạt bột trong môi trƣờng chất lỏng.

– lực của dòng chảy.

– lực do miền điện trƣờng tác dụng.

f – lực cản. : mg – Trọng lƣợng hạt bột.

+ Giả sử hạt bột có dạng hình cầu thì dƣới các điều kiện của phƣơng trình

Reynol ta có :

(2. 2)

Trong đó: – vận tốc đều của dung môi.

– đƣờng kính hạt bột; – tỷ trọng của dung môi.

– vận tốc góc của hạt bột.

+ Theo định lý Stokes, lực cản làm chậm dần đều vận tốc hạt bột đƣợc tính

nhƣ sau :

( 2. 3)

Trong đó : – Độ nhớt của dung môi; v – Vận tốc dung môi.

r – Bán kính hạt bột.

2.2.2. Ảnh hƣởng của bột đến độ bền cách điện của dung dịch điện môi

Độ bền cách điện của dung dịch điện môi đƣợc đặc trƣng bởi điện trƣờng đánh

thủng sự cách điện của dung môi [15]:

}[ (2. 4)

Khi đƣợc coi là không đổi thì độ bền của dung dịch điện môi phụ thuộc

chủ yếu vào kích thƣớc hạt bột (r), nồng độ hạt bột (N), hằng số điện môi của vật liệu bột và dung dịch điện môi. giảm khi tăng N.

(1)Chuyển động qua lại trong khe hở

(2)Bột bám trên bề mặt điện cực

(3) Hình thành các nhóm của bột

(4) Chuỗi bám dính các bột

Hình 2. 5 Quỹ đạo dịch chuyển của

bột trong dung môi [15].

Bột trộn trong dung dịch điện môi khi đi vào vùng khe hở phóng điện giữa

điện cực và dung môi có thể hình thành ở các dạng nhƣ Hình 2. 5. Các kiểu phân bố

của hạt bột trong dung môi tại vùng khe hở phóng điện đã đƣợc sử dụng để nghiên

cứu và giải thích sự hình thành tia lửa điện trong PMEDM [7,8,10,15]. Dƣới tác

dụng của lực điện trƣờng các lực khác, các hạt bột tạo thành các chuỗi có hình dạng

khác nhau trong khu vực phóng điện. Điện cực dụng cụ và phôi đƣợc nối với nhau

bởi các chuỗi bột này, điều này có thể làm giảm độ bền cách điện của dung môi và

điện áp tại khe hở phóng điện [15,16,17].

2.2.3. Ảnh hƣởng của bột đến độ lớn khe hở phóng điện

Giả thiết các hạt bột có kích thƣớc rất nhỏ (µm hoặc nano mét) mang dấu +.

Hình 2. 6 Sơ đồ của hạt bột trong vùng khe hở phóng điện [15].

Hạt bột ban đầu chƣa mang điện nhƣng có điện từ cực dƣơng khi trƣờng điện

áp đƣợc đặt vào.

Điện trƣờng là một yếu tố rất quan trọng để cho một tia lửa điện xảy ra. Và

nó giống nhau trong cả trƣờng hợp có bột hay không có bột. Nó sẽ đƣợc bù bằng

việc thay đổi khe hở phóng điện [15].

Khi không có bột: khoảng cách khe hở điện cực có giá trị là .

Khi có bột: miền điện trƣờng tăng lên với các hạt bột xuất hiện, hệ thống

khiển bù khoảng cách khe hở điện cực có giá trị mới là d2[30]:

) (2. 5)

β – Là hệ số tăng miền do hình dạng nhấp nhô.

gd – Là khoảng cách giữa hạt bột và điện cực.

hp– Chiều cao nhấp nhô.

Nhƣ vậy có thể thấy rõ d1 < d2 và điều này chứng tỏ khi có bột trộn trong

dung môi làm tăng khe hở phóng điện.

Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, kích thƣớc khe hở phóng điện tăng

khi tăng nồng độ bột trong dung dịch điện môi [31-35]. Các loại bột làm từ chất dẫn

điện hoặc bán dẫn xuất hiện trong khe hở phóng điện có thể làm giảm độ bền cách

điện dung môi do từ đó làm tăng kích thƣớc khe hở phóng điện [48-54]. Bột trong

dung dịch điện môi có thể hình thành các dạng điện trƣờng và chuỗi phóng tia lửa

điện nhƣ trong Hình 2. 7, do vậy các bột dẫn điện đã làm mở rộng kích thƣớc khe

hở phóng điện của quá trình gia công.

(a)Miền điện trường của hạt bột (b)Chuỗi phóng tia lửa điện

Hình 2. 7 Bột trong chất điện môi.

2.2.4. Ảnh hƣởng của bột đến điện dung

Ảnh hƣởng của điện dung đƣợc cho là nguyên nhân chính dẫn đến sự mất ổn

định của quá trình gia công và cản trở xu hƣớng nâng cao chất lƣợng bề mặt gia

công, đặc biệt khi gia công các bề mặt có diện tích lớn [15]. Trong quá trình gia

công thô, điện dung là rất nhỏ nên có thể bỏ qua, hình 2.8.

Tuy nhiên, ảnh hƣởng của điện dung sẽ tăng lên trong gia công tinh do khe hở

điện cực là rất nhỏ. Ảnh hƣởng của điện dung có quan hệ với cƣờng độ dòng điện

cục bộ và làm giảm chất lƣợng bề mặt gia công. Khi có bột trộn vào dung dịch điện

môi đã làm tăng khe hở phóng điện từ đó sẽ làm giảm mạnh ảnh hƣởng của điện

dụng.

Điện dung giữa các điện cực có thể xác định nhƣ sau [15];

(2. 6)

– hằng số điện môi cho phép trong chân không.

ε – hằng số điện môi của dung dịch điện môi.

S – diện tích bề mặt điện cực.

– khoảng cách giữa các điện cực.

Hình 2. 8 Sơ đồ xác định điện dụng [15].

Năng lƣợng tích trữ bởi điện dung đƣợc xác định nhƣ sau [15];

(2. 7)

Trong đó : U là điện áp đặt vào các điện cực .

Việc tạo ra năng lƣợng tích trữ sẽ làm tăng cƣờng độ tia lửa điện từ đó ảnh

hƣởng không tốt quá tình nâng cao chất lƣợng bề mặt.

2.2.5. Ảnh hƣởng của bột đến đƣờng kính plasma hồ quang

Do sự phức tạp của các đặc trƣng vật lý xảy ra trong khe hở phóng điện dẫn

đến việc phân tích chính xác bề rộng tia lửa điện trong EDM là rất khó khăn. Đƣờng

kính của tia lửa điện trong PMEDM đƣợc cho là lớn hơn so với EDM [55-56]. Có

hai hệ số có thể mở rộng đƣợc bề rộng tia lửa điện [57]: đƣờng dịch chuyển của các

ion và electron dài hơn, môi trƣờng xung quanh có áp suất thấp hơn. Cả hai hệ số

này đều có liên quan đến độ lớn của khe hở phỏng điện. Tại thời điểm phóng tia lửa

điện, việc vận chuyển ion và điện tích đƣợc tăng tốc độ chuyển động tới anot và

cathot, tích lũy năng lƣợng đồng thời va chạm với các phân tử nhỏ và các hạt rất

nhỏ, điều này khiến chúng tích lũy năng lƣợng đồng thời va chạm và giải phóng

nhiều sự dịch chuyển, dẫn đến sự gia tăng dồn dập của sự dịch chuyển trong khe hở

làm mở rộng khe hở phóng điện. Rõ ràng, khe hở phóng điện lớn và các đƣờng dịch

chuyển của các ion và điện tích dài hơn còn bao hàm nhiều đƣờng dịch chuyển và

sự mở rộng hơn của tia lửa điện [58].

Khi phân cực dƣơng với thời gian phát xung ngắn đã làm đƣờng kính của

plasma trên bề mặt phôi lớn hơn nhiều trên bề mặt điện cực [59]. Khi gia công tinh

với phân cực dƣơng, cƣờng độ dòng điện nhỏ và thời gian phát xung ngắn đã dẫn

đến sự vận chuyển chủ yếu là các điện tử từ các ion cần thời gian lơn hơn để tăng

tốc do khối lƣợng của chúng lớn hơn. Sự gia tăng liên tục của các điện tử sẽ mang

lại một đoạn hình nón. Bằng đo quang phổ, Kojima và các cộng sự đã đo đƣờng

kính của plasma hồ quang [59] và khẳng định mối quan hệ của đƣờng kính plasma

tăng theo độ rộng khe hở.

2.3. Ảnh hƣởng của rung động gán vào phôi trong EDM

2.3.1. Mô hình toán học của tấm rung động

Hình 2. 9 Vị trí dịch chuyển của tấm gán rung động [4]

Giả thiết:

- Rung tần số thấp theo một chuyển động điều hòa đơn giản .

- Tấm nằm ngang và hƣớng rung vuông góc với tấm.

- Các hạt vụn có cùng tần số, vận tốc và gia tốc nhƣ tấm.

Hình 2. 9 cho thấy mối quan hệ giữa thời gian và vị trí dịch chuyển của một

tấm rung. Hãy để, phôi đang dao động ở biên độ ‗a, với tần số góc ω thì sự dịch

chuyển của tấm rung là:

x = asin (t + ) (2. 8)

Trong đó, a – Biên độ rung động (µm).

 - Tần số góc,  = 2f với f là tần số rung động (Hz);

t – Thời gian (s);

 - Góc pha (rad).

Vận tốc và gia tốc của tấm tại các vị trí khác nhau đƣợc xác định theo công

thức (2.10), (2.11).

ẋ = acos(t + ) (2. 9)

ẍ = a2sin (t + ) (2. 10)

Gia tốc lớn nhất sẽ nhận đƣợc tại B và C: ẍ = a2 do tại B và C thì sin (t

+ ) =1. Do đó, phƣơng trình gia tốc cực đại là:

ẍ = a2sin (t + ) (2. 11)

Trong đó, dấu ± chỉ hai hƣớng ngƣợc nhau từ vị trí trung bình.

Nếu gia tốc cực đại dọc theo hƣớng hấp dẫn đƣợc xác định bởi ‘c, và (t +

) đƣợc kí hiệu bằng . Phƣơng trình gia tốc lớn nhất là:

c = a2sin (2. 12)

2.3.2. Khoảng cách khe hở và áp suất vòi phun trong EDM với rung động

gán vào phôi

Hình 2. 10 cho thấy sự thay đổi của vị trí chi tiết gia công, khoảng cách khe

hở và áp suất dung dịch điện môi theo thời gian của quá trình EDM có hỗ trợ rung

gán vào phôi. Nếu biên độ cực đại của dao động của phần công việc là a, thì khoảng

cách tƣơng đƣơng là:

(2. 13) g = z  a

Hình 2. 10 Rung động gán với phôi [4]

Vị trí C cho khoảng cách khe hở lớn nhất là:

(2. 14) gmax = z + a

Vị trí B cho khoảng cách khe hở nhỏ nhất là:

(2. 15) gmin = z - a

Tại vị trí B trong Hình 2. 11, trong quá trình di chuyển lên của chi tiết gia

công, khoảng cách khe hở điện cực - phôi tƣơng đƣơng giảm. Do đó, có sự gia tăng

áp lực của chất lỏng điện môi trong khe hở. Trong quá trình giảm khoảng cách, áp

suất chất điện môi tăng và chất điện môi đƣợc đẩy ra từ phía của điện cực, do đó

giúp đẩy các hạt vụn ra khỏi hốc gia công.

Hình 2. 11 Sự thay đổi vị trí phôi, khe hở điện cực – phôi và áp suất dung môi

trong EDM với rung động gán vào phôi[4].

2.3.3. Mô hình hóa sự thay đổi của áp suất dung dịch điện môi trong khe

hở điện cực – phôi có hỗ trợ rung động

Hình 2. 12 Sơ đồ biểu diễn các áp lực tác động đến phân tử chất lỏng

trong quá trình giảm khoảng cách khe hở[4].

Hình 2. 12 cho thấy sơ đồ lực đơn vị tác dụng lên một phần tử chất lỏng khi

khoảng cách khe hở giảm. Nếu chúng ta xem xét phân tử chất lỏng có diện tích mặt

cắt ngang ΔA và chiều cao Δz và giả sử rằng phần tử chất lỏng này dao động ở cùng

rung động, tần số và pha của tấm rung, thì lực đơn vị trong khoảng cách khe hở điện

cực – phôi có thể đƣợc thể hiện bởi (2.17):

P.S + ΔG – (P + ΔP).S = F (2. 16)

Trong đó S là diện tích mặt cắt ngang, ΔP là thay đổi áp suất trên phân tử

chất lỏng, ΔG là lực thay đổi do trọng lực g và F là lực tác dụng lên phân tử chất

lỏng.

ΔG = (Δm) g, Δm = ρ.S.Δz, F = (Δm) ẍ (2. 17)

Đặt các giá trị của ΔG, Δm và F, phƣơng trình trở thành:

P.S + (Δm) g – P. S – ΔP.S = (Δm)ẍ (2. 18)

Do đó, sự thay đổi áp suất chất lỏng ΔP có thể tính nhƣ sau:

ΔP = ρ.Δz (g − ẍ) (2. 19)

Nhƣ đã giả định, phần tử chất lỏng đang dao động ở cùng tần số và biên độ

của phôi, do đó gia tốc của phần tử chất lỏng có thể đƣợc lấy từ phƣơng trình (2.12)

do đó:

ΔP = ρ.Δz [a2sin(t + )] (2. 20)

Từ phƣơng trình (2.13) ta có c = a2sin = a2sin(t + ), do đó phƣơng

trình (2.21) thành:

ΔP = ρ.Δz (gc) = ρ.Δz g(1c/g) (2. 21)

Đặt Kv= c/g, phƣơng trình trở thành:

(2. 22) ΔP = ρ.Δz g(1Kv)

Trong đó Kv là tỷ số gia tốc c so với gia tốc trọng trƣờng g và giá trị của Kv

có thể thu đƣợc từ phƣơng trình:

(2. 23)

Để đơn giản, đặt K = a2/g ta có:

(2. 24) Kv = K. sin

K – gọi là hiệu ứng ly tâm.

(2. 24) Từ phƣơng trình Kv = K. sin

cho đã thấy:

Nếu Kv <1, giá trị của ΔP luôn dƣơng, do đó áp suất không thay đổi theo

định kỳ và không ảnh hƣởng đến hiệu suất gia công. Mặt khác, đối với Kv> 1, giá

trị của ΔP là dƣơng hoặc âm tùy thuộc vào chuyển động của tấm. Do đó, nếu Kv> 1,

có lực hút định kỳ và tăng áp suất trong khoảng hở điện cực - phôi giúp cải thiện

quá trình phun của dung dịch điện môi.

2.3.4. Tích hợp rung động siêu âm vào điện cực

Sơ đồ gán rung động siêu âm trong gia công lỗ sâu bằng EDM đƣợc công bố

vào đầu thập niên 90 (Hình 2. 13) và kết quả đã cho thấy chất lƣợng và hiệu quả gia

công đƣợc nâng cao rõ rệt. Do đó, rung động siêu âm gán vào điện cực trong quá

trình khoan sâu hợp kim titan bằng EDM đã đƣợc giới thiệu bởi Wansheng và các

cộng sự [60]. Các kết quả cho thấy rằng, rung động siêu âm đã góp phần cải thiện

đáng kể điều kiện phun của dòng chảy dung dịch điện môi tại khe hở giữa điện cực

và phôi, bởi vậy nó có thể nâng cao sự ổn định và hiệu quả của quá trình gia công

bằng EDM[61-66]. Ngoài ra, để cải thiện hiệu suất gia công của EDM, một số công

trình nghiên cứu đã thực hiện phƣơng pháp kết hợp giữa rung siêu âm với quá trình

hình thành tia lửa điện. Tất cả các nghiên cứu đều thực hiện gán rung động siêu âm

với điện cực. Sự kết hợp của rung động tần số cao với điện cực quay đã cho hiệu

quả cao hơn so với EDM thông thƣờng, EDM điện cực quay và EDM rung động

gán với điện cực không quay. Ảnh hƣởng của rung động 2D đến quá trình gia công

EDM lỗ sâu đã đƣợc thực hiện [61]. Kết quả cho thấy, hiệu quả gia công đã tăng

lên và bề mặt gia công và chiều dày lớp bị ảnh hƣởng bởi nhiệt đã đƣợc cải thiện

với sự trợ giúp của rung động siêu âm. Rung động siêu âm đƣợc sử dụng để trợ giúp

quá trình gia công lỗ hợp kim cứng bằng EDM [62], kết quả nhận đƣợc tỷ lệ loại bỏ

phoi cao hơn so với EDM. Những nghiên đã chỉ ra rằng với trợ giúp của rung động

siêu âm vào quá trình EDM, hiệu ứng phun của dòng dung dịch điện môi vào vùng

khe hở phóng điện đã đƣợc tăng lên đáng kể, do đó có thể đạt đƣợc hiệu quả cao

nhất. Điều này, đặc biệt quan trọng cho việc chế tạo các hốc kín, bề mặt mà phƣơng

pháp phun dung dịch điện môi truyền thống trở nên không hiệu quả. Tuy nhiên các

kết quả công bố sự ảnh hƣởng của rung động siêu âm đến hiệu suất và tỷ lệ loại bỏ

vật liệu trong EDM vẫn còn thiếu, đặc biệt là trong tạo hình các bề mặt hốc kín.

Hình 2. 13 Sơ đồ rung động gán với điện cực

2.3.5. Tích hợp rung động tần số thấp vào phôi

Hình 2. 14 Rung động gán vào phôi trong EDM

Trong những năm gần đây, các công trình nghiên cứu đã đƣợc thực hiện trong

gia công EDM/micro-EDM với phôi đƣợc gắn trực tiếp vào đầu rung, Hình 2. 14.

Hình 2. 15 Chất lượng bề mặt lỗ sau EDM

a) EDM thông thường b) Gán rung động tần số thấp vào phôi

Quá trình gia công EDM với rung động có tần số thấp (F = 100-60Hz) đƣợc gán

vào phôi đã chỉ ra rằng, rung động với tần số thấp gán vào phôi trong gia công

EDM sẽ có lợi hơn vì nó đơn giản và nhỏ gọn hơn so với rung động gán với điện

cực [4]. Phôi sẽ di chuyển lên xuống với tần số và biên độ đƣợc kiểm soát. Trong

quá trình di chuyển xuống của phôi, khoảng cách giữa điện cực và phôi đƣợc gia

tăng dẫn đến sự xâm nhập của dung dịch điện môi là dễ dàng hơn. Mặt khác, khi

phôi đƣợc nâng lên, nó sẽ tạo ra áp suất để đẩy các hạt phoi vụn ra khỏi khe hở

phóng điện. Nghiên cứu ảnh hƣởng của dao động gia công tần số thấp (F=900 Hz)

gán vào hợp kim AlSiC đến MRR, EWR và Ra trong gia công EDM với dung dịch

điện môi dầu và nƣớc cất đã cho thấy: EDM với nƣớc khử ion cho MRR và EWR

cao hơn so với gia công trong dầu, nhƣng gia công với dầu đã cho chất lƣợng bề

mặt tốt hơn và độ chính xác kích thƣớc cao hơn, Hình 2. 15. Chất lƣợng bề mặt của

quá trình gia công EDM với sự hỗ trợ rung động là tốt hơn do phoi vụn đƣợc đẩy ra

khỏi khe hở phóng điện là dễ dàng hơn so với EDM không có rung. Sự gia tăng

biên độ dao động cũng tăng MRR và EWR, nhƣng biên độ quá lớn sẽ làm cho quá

trình gia công không ổn định và dẫn đến MRR và EWR bị giảm. Rung động tần số

thấp trên phôi thép không gỉ dẫn đến thời gian gia công lỗ nhỏ bằng phƣơng pháp

EDM với điện cực vonfram đƣợc giảm đáng kể thời gian so với EDM [9]. Hiệu quả

gia công đƣợc tăng gấp năm lần với mòn điện cực giảm so với EDM. Rung động

cƣỡng bức gán vào quá trình gia công bằng EDM là một giải pháp hiệu quả để nâng

cao năng suất và chất lƣợng gia công. Rung động có thể gán vào điện cực hoặc phôi,

tuy nhiên so với rung động gán vào điện cực thì rung động gán vào phôi là đơn giản

hơn. Và kết quả nghiên cứu về lĩnh vực này vẫn trong giai đoạn ban đầu.

Kết luận chƣơng 2

Các đặc trƣng của bột gồm vật liệu, kích thƣớc, tuổi bền trong dung dịch điện

môi,… là những đặc trƣng rất quan trọng trong PMEDM. Nó không những có ảnh

hƣởng đến năng suất và chất lƣợng gia công, mà còn ảnh hƣởng rất lớn đến độ ổn

định của quá trình làm việc của PMEDM. Tuy nhiên, những kết quả nghiên cứu

trong lĩnh vực này còn rất hạn chế, đặc biệt là các đặc trƣng vật lý và tuổi bền của

bột trong các loại dung dịch điện môi khác nhau. Các ảnh hƣởng của quỹ đạo và tốc

độ di chuyển của hạt bột trong dung dịch điện môi, đƣờng kính của vòi phun với bề

mặt gia công, lƣu lƣợng của dòng dung môi, tuổi bền và các đặc trƣng kỹ thuật của

dung môi, tích hợp rung động trong PMEDM… vẫn chƣa đƣợc quan tâm trong các

nghiên cứu.

- Nghiên cứu tích hợp phát triển hệ thống thiết bị PMEDM chuyên dụng để

nâng cao khả năng ứng dụng thực tiễn. Mặc dù hiệu quả của PMEDM đã đƣợc kiểm

chứng bởi nhiều kết quả nghiên cứu, tuy nhiên cho đến nay, vẫn chƣa có thiết bị

máy kết hợp rung động nào của PMEDM đƣợc sản xuất và giới thiệu.

CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA

BỘT VÀ RUNG ĐỘNG ĐẾN HIỆU QUẢ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN

3.1. Mục đích

Nguyên lý gia công của phƣơng pháp PMEDM là rất phức tạp và vẫn còn

nhiều yếu tố chƣa rõ ràng nhƣ thời gian phóng điện và thời gian gia công thực tế,

tuổi bền của bột và dung dịch điện môi, độ đồng đều của bột trong khe hở phóng

điện,… Điều này dẫn đến việc lựa chọn các thông số công nghệ trong nghiên cứu là

rất khó khăn, và nó càng trở lên khó khăn hơn khi rung động lại tiếp tục đƣợc tích

hợp vào quá trình gia công. Bởi vậy, nghiên cứu khảo sát một số yếu tố sẽ là cơ sở

quan trọng để lựa chọn đƣợc bộ thông số vào thí nghiệm trọng điểm tiếp theo.

Nghiên cứu để nâng cao hiệu quả gia công trong EDM vẫn đã và đang có sự

quan tâm lớn của nhiều chuyên gia kỹ thuật. Rung động tích hợp vào trong EDM là

một giải pháp kỹ thuật mới có thể nâng cao đƣợc năng suất và chất lƣợng gia công

trong lĩnh vực này, và một số kết quả nghiên cứu đã khẳng định sự khả thi trong

thực tiễn sản xuất của giải pháp kỹ thuật này là rất cao. Tuy nhiên, các kết quả

nghiên cứu đƣợc công bố có liên quan đến EDM với rung động là rất ít, kết quả của

các nghiên cứu chỉ là các nghiên cứu khảo sát ban đầu. Nghiên cứu này sẽ so sánh

kết quả của sự ảnh hƣởng của tần số rung động tích hợp với phôi trong EDM với nó

trong PMEDM. Các chỉ tiêu chất lƣợng gồm MRR, EWR và Ra đƣợc lựa chọn để

khảo sát. Kết quả đã cho thấy rằng, rung động tần số thấp gán với phôi đều ảnh

hƣởng tích cực đến hiệu quả gia công của EDM và PMEDM, tuy nhiên ảnh hƣởng

của rung động tần số thấp trong PMEDM là mạnh hơn so với nó trong EDM. Tần số

rung động đƣợc tăng, nó đã dẫn đến MRR và Ra đƣợc cải thiện rất đáng kể. Rung

động tích hợp trong PMEDM đã cải thiện hiệu quả gia công lớn hơn so với nó trong

EDM

3.2. Điều kiện thực nghiệm khảo sát

3.2.1. Vật liệu thí nghiệm

Nhiều loại vật liệu điện cực đã đƣợc sử dụng trong xung định hình nhƣ Gr, Cu,

Al, W,… Hiện nay, Cu đƣợc sử dụng rất phổ biến làm điện cực của xung định hình

trong gia công tinh do tính gia công tạo hình tốt và chất lƣợng bề mặt sau gia công

cao. Điện cực với kích thƣớc 10x35mm. Thép SKD61 đƣợc sử dụng phổ biến để

làm các khuôn dập nóng. Do vậy, lựa chọn đối tƣợng nghiên cứu là loại thép này sẽ

có ý nghĩa lớn trong thực tiễn sản xuất. Phôi SKD61 có kích thƣớc: 10x50x5mm.

a) Điện cực b) Phôi

Hình 3. 1 Phôi và điện cực thực nghiệm

3.2.2. Dung dịch điện môi

Dung dịch đƣợc lựa chọn phục vụ cho thí nghiệm là dầu xung D323. Đây là

loại dầu đƣợc sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực gia công xung ở nƣớc ta hiện nay.

3.2.3. Thiết bị thực nghiệm

3.2.3.1. Máy xung định hình

Hình 3. 2: Máy xung thí nghiệm CNC 3 trục CM323C

Máy xung điện CNC 3 trục: CM323C, dòng điện lớn nhất 50A, công suất

4KVA, năng suất gia công lớn nhất 350mm3/phút, nhám bề mặt nhỏ nhất

Ra=0.45µm, kích thƣớc bàn máy 500x350mm, dịch chuyển x,y 300x200, dịch

chuyển z 300mm, trọng lƣợng điện cực lớn nhất 60kg, trọng lƣợng chi tiết gia công

lớn nhất 500kg, dung dịch điện môi D323, kích thƣớc phủ bỳ 1200x1350x2250.

3.2.3.2. Thiết bị tạo rung

Hãng sản xuất Brüel & Kjær của Đan Mạch với bộ đo rung 4824 có thể làm

việc ổn định, chính xác và tin cậy trong khoảng thời gian dài. Đặc tính kĩ thuật va

ứng dụng của bộ rung B&K 4824.

Ứng dụng:

- Đo chuyển vị trong cơ học.

- Phân tích modal bằng phƣơng pháp SISO, MISO, SIMO và MIMO.

- Kiểm tra và Phát hiện phá hủy trong kết cấu động lực.

Đặc tính:

- Lực tối đa mà đầu tạo rung tạo ra là 100N.

- Lƣợng dịch chuyển lớn nhất từ 2 đỉnh là 1 inch khi dao động với tần số nhỏ nhất.

- Dải tần số 2-5000Hz.

- Tần số cộng hƣởng chính:> 6000 Hz

Hình 3. 3: Bộ tạo rung kiểu Modal Exciter 4824

3.2.3.3. Sơ đồ gán rung động trong xung định hình

Hình 3. 4: Sơ đồ tích hợp rung động vào phôi trong EDM

Hình 3. 5: Ảnh mô hình thực nghiệm

3.2.4. Thiết bị đo

3.2.4.1. Cân điện tử

Đo khối lƣợng của phôi trƣớc và sau khi gia công bằng cân điện tử AJ 203

(Hãng Shinko Denshi Co. LTD - Japan), khối lƣợng lớn nhất mà cân có thể cân

đƣợc là 200g, độ chính xác 0,001g. Thực hiện 3 lần đo trên mỗi mẫu thí nghiệm và

kết quả là giá trị trung bình của mỗi lần đo.

Hình 3. 6: Cân điện tử AJ 203

3.2.4.2. Máy đo độ nhám

Đo độ nhám bề mặt Ra trên máy SJ 210 của Mitutoyo, Japan. Mỗi mẫu đo 3 lần,

kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

Hình 3. 7: Máy đo nhám SJ210

3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ bột trong gia công PMEDM

Trong thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ bột đến MRR, EWR, Ra ,

Bảng 3. 1 đƣợc sử dụng để tiến hành thử nghiệm với I, Ton, Tof, điện cực dƣơng và

U làm tham số đầu vào. Giá trị của các tham số này đã đƣợc chọn đƣợc sử dụng

rộng rãi bởi các khuyến cáo của nhà sản xuất máy EDM. Áp suất dòng phun đƣợc

sử dụng từ thực nghiệm khảo sát ở thí nghiệm khác.

Bảng 3. 1 Giá trị đầu vào của thông số công nghệ

TT Các thông số công nghệ EWR (%) Ra (µm)

1 Nồng độ bột (g/l) 0 MRR (mm3/phút) 4,372 0,785 5,718

2 1 5,503 0,817 4,618

3 2 cố định I = 8A; Ton= 50µs; Tof= 25µs; U=50V; Điện cực dƣơng; Áp suất dòng phun P=40kpa; 5,603 1,065 4,662

4 4 8,687 1,145 4,567

5 6 7,675 1,532 4,69

6 8 6,482 1,721 4,87

Hình 3. 8 và

Hình 3. 9 đã cho thấy rằng hiệu quả gia công đã đƣợc cải thiện đáng kể với bột

titan trộn vào dung dịch điện môi. Nguyên nhân là do bột trộn trong dung dịch điện

môi đã dẫn đến số lƣợng tia lửa điện tăng, khe hở giữa phôi và điện cực trong quá

trình đánh lửa tăng lên. Tuy nhiên, nồng độ bột lớn hơn 4g/l đã dẫn đến MRR bị

giảm. Điều này xảy ra là do bột quá lớn trong khe hở phôi và điện cực dẫn đến xuất

hiện hiện tƣợng ngắn mạch và phóng hồ quang cục bộ, các tia lửa điện tích cực để

bóc tách vật liệu k tăng, thậm chí còn giảm. Khi nồng độ bột lớn hơn 8g/l thì quá

trình xung bị khó kiểm soát. Xảy ra hiện tƣợng ngắn mạch, khe hở điện cực và phôi

tăng lên quá lớn, làm giảm khả năng phóng tia lửa điện vào bề mặt phôi, làm giảm

khả năng bóc tách vật liệu. Ngoài ra khe hở phóng điện giữa phôi và điện cực cũng

tăng, làm độ chính xác của chi tiết sau gia công bị giảm nên hạn chế việc tăng nồng

độ bột lớn hơn 4g/l vào dung dịch điện môi.

Chất lƣợng bề mặt gia công cũng đƣợc cải thiện với bột, nhấp nhô bề mặt

đƣợc giảm đáng kể, Hình 3. 10. Lƣợng thay đổi lớn nhất của MRR, EWR và Ra khi

sử dụng nồng độ bột từ 0-4g/l.

MRR(mm3/phút)

Nồng độ bột (g/l) Hình 3. 8 Ảnh hưởng của nồng độ bột đến MRR trong PMEDM

EWR (%)

Nồng độ bột (g/l)

Hình 3. 9 Ảnh hưởng của nồng độ bột đến EWR trong PMEDM

(µm)

Nồng độ bột (g/l)

Hình 3. 10 Ảnh hưởng của nồng độ bột đến Ra trong PMEDM

3.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của áp suất dòng phun dung môi trong gia

công PMEDM

Trong thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của áp suất dòng phun đến MRR,

EWR, Ra , Bảng 3. 2 đƣợc sử dụng để tiến hành thử nghiệm với I, Ton, Tof, điện cực

dƣơng và U làm tham số đầu vào. Giá trị của các tham số này đã đƣợc chọn đƣợc sử

dụng rộng rãi bởi các khuyến cáo của nhà sản xuất máy EDM. Nồng độ bột (4g/l)

đƣợc sử dụng từ kết quả của thực nghiệm khảo sát ở thí nghiệm mục 3.3.

Bảng 3. 2 Giá trị đầu vào của thông số công nghệ

TT Các thông số công nghệ

cố định MRR (mm3/phút) EWR (%) Ra (µm)

Áp lực dòng phun(KPa) 10 1 6,951 0,551 5,496

25 2 8,084 0,716 6,02

40 3 9,268 0,727 5,012

50 4 I = 8A; Ton= 50µs; Tof= 25µs; U=50V; Điện cực dƣơng; Nồng độ bột 4g/l; 8,940 0,887 5,11

60 5 8,482 0,707 4,913

Áp suất dung dịch điện môi trong PMEDM đã ảnh hƣởng đáng kể đến MRR,

EWR và Ra,

Hình 3. 11- Hình 3. 13. Điều này có thể là do nó ảnh hƣởng trực tiếp đến sự

tồn tại của bột trong khe hở phóng điện, sự tuần hoàn của dung môi và việc đẩy

phoi ra khỏi vùng gia công. Bột mới luôn luôn đƣợc đẩy vào vùng gia công cùng

với khả năng thoát phoi tăng lên làm tăng số lƣợng tia lửa điện, khe hở điện cực

tăng. Tuy nhiên, áp suất dòng phun lớn hơn 60kPa đã dẫn đến MRR bị giảm. Điều

này xảy ra là do áp suất dòng phun tăng, lƣợng bột quá lớn trong khe hở phôi và

điện cực dẫn đến xuất hiện hiện tƣợng ngắn mạch và phóng hồ quang cục bộ, các tia

lửa điện tích cực để bóc tách vật liệu k tăng, thậm chí còn giảm. Khi áp suất dòng

phun lớn hơn 60kPa thì quá trình xung trở lên khó kiểm soát. Xảy ra hiện tƣợng

ngắn mạch, khe hở điện cực và phôi tăng lên quá lớn, làm giảm khả năng phóng tia

lửa điện vào bề mặt phôi, làm giảm khả năng bóc tách vật liệu. Ngoài ra khe hở

phóng điện giữa phôi và điện cực cũng tăng, làm độ chính xác của chi tiết sau gia

công bị giảm nên hạn chế việc tăng áp suất dòng phun lớn hơn 60KPa vào vùng khe

hở phôi và điện cực.

MRR(mm3/phút)

Áp suất (kPa)

Hình 3. 11 Ảnh hưởng của áp suất đến MRR trong PMEDM

EWR (%)

Áp suất (kPa)

(µm)

Hình 3. 12 Ảnh hưởng của áp suất đến EWR trong PMEDM

Áp suất (kPa)

Hình 3. 13 Ảnh hưởng của áp suất đến Ra trong PMEDM

3.5. Nghiên cứu ảnh hƣởng PMEDM tích hợp rung động đến chi tiết gia

công

3.5.1 Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến năng suất bóc tách và độ mòn điện

cực

Để đánh giá đƣợc sự hiệu quả của bài toán tối ƣu trong PMEDM với rung động, các

chỉ tiêu chất lƣợng gồm MRR, EWR. Chỉ tiêu MRR và EWR đƣợc xác định theo

công thức (1) và (2). Khối lƣợng của phôi và điện cực đƣợc xác định bằng cân điện

tử AJ 203 (hãng Shinko Denshi– Nhật Bản) với độ chính xác ±0.001gam. Chất

lƣợng bề mặt đƣợc đo bằng máy đo độ nhám số hiệu SV–2100, hãng Mitutoyo của

Nhật Bản. Kết quả của thí nghiệm đƣợc ghi nhận theo Bảng 3.3.

(3. 1)

(3. 2)

Hình 3. 14: Sơ đồ bố trí thực nghiệm

Trong thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của tần số rung động F( Bảng 3. 3) và

biên độ rung động A đến MRR, EWR, Ra( Bảng 3. 4) đƣợc sử dụng để tiến hành

thử nghiệm với I, Ton, Tof, điện cực dƣơng và U làm tham số đầu vào. Giá trị của

các tham số này đã đƣợc chọn đƣợc sử dụng rộng rãi bởi các khuyến cáo của nhà

sản xuất máy EDM. Nồng độ bột (4g/l) đƣợc sử dụng từ kết quả của thực nghiệm

khảo sát ở thí nghiệm mục 3.3.

Bảng 3. 3 Kết quả và giá trị đầu vào của thông số công nghệ với F thay đổi

TT Các thông số công nghệ cố định

I = 8A; Ton= 50µs; Tof= 25µs; U=50V; Điện cực dƣơng; Nồng độ bột 4g/l; Áp lực dòng phun 40Mpa

EWR (%) 1,49 1,10 0,96 0,88 1,08 1,04 1,05 0,98 1,04 1,01 Ra (µm) 2,50 1,22 0,92 0,75 1,19 1,33 1,29 1,44 1,39 1,77 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tần số F (Hz) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 MRR (mm3/phút) 6,176 9,964 11,403 12,892 13,704 14,686 14,926 14,570 14,727 14,496

Bảng 3. 4 Kết quả và giá trị đầu vào của thông số công nghệ với A thay đổi

TT Các thông số công nghệ cố định

I = 8A; Ton= 50µs; Tof= 25µs; U=50V; Điện cực dƣơng; Nồng độ bột 4g/l; Áp lực dòng phun 40Mpa

EWR (%) 1,49 1,35 1,20 1,10 1,33 `1,39 1,42 1,40 1,42 1,41 Ra (µm) 2,50 1,92 1,74 1,26 1,42 1,72 1,60 1,90 1,82 1,69 Biên độ A (µm) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 MRR (mm3/phút) 6,176 7,9 8,95 9,96 9,24 9,20 7,76 7,53 7,34 6,85

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3.5.1.1. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A của rung động đến năng suất

MRR

Hình 3. 15 đã cho thấy ảnh hƣởng của F và A đến MRR khi PMEDM sử dụng

bột titan. Kết quả đã cho thấy rằng, sự thay đổi của F và A đã có ảnh hƣởng đáng kể

đến MRR trong PMEDM khi gia công thép SKD61, cụ thể nhƣ sau:

Biên độ thay đổi với F=100Hz Tần số thay đổi với A = 1,5µm

Thí nghiệm

Hình 3. 15 Ảnh hưởng của tần số A, F đến MRR trong PMEDM

So với PMEDM, tần số và biên độ rung động thấp tích hợp trong PMEDM,

nó đã dẫn đến MRR đƣợc tăng lên đáng kể. F = 0-600Hz và A = 0 - 1,5µm đã dẫn

đến MRR tăng rất mạnh, và MRR đƣợc tăng lớn nhất bằng 141.7% tại F = 600Hz so

với MRR tại F = 0 và nó bằng 66,7% so với a = 0µm. Khi F = 700 – 900 Hz dẫn

đến MRR bị thay đổi không đáng kể và a = 2 - 4,5µm đã dẫn đến MRR bị giảm, tuy

nhiên so với PMEDM thì lƣợng giảm của MRR trong PMEDM với rung động tích

hợp với phôi là nhỏ hơn nhiều so với sự tăng của nó, và điều này cho thấy sự tích

cực của rung động tích hợp với phôi trong PMEDM. Lƣợng giảm của MRR là rất

khác nhau tại các F và A bị thay đổi. So với MRR tại F = 600 Hz, MRR bị giảm

bằng  2.4 % với F = 700 Hz, F = 700 - 800 Hz đã dẫn đến MRR bị giảm không

đáng kể bằng 1.6 %, và MRR bị giảm lớn nhất bằng  6.9% với F đƣợc tăng từ 800

Hz tới 900 Hz. Với A và F là lớn hơn, sự thay đổi của MRR theo A là lơn hơn nhiều

so với ảnh hƣởng của F đến MRR. Và A = 2 – 2.5 µm và A = 3 – 4.5 µm thì MRR

bị thay đổi đáng kể với sự giảm lớn nhất bằng 6.9% với A = 4-4.5 µm. Khi A = 2.5

– 3 µm thì MRR bị giảm lớn nhất bằng 16.7 %. Tuy nhiên MRRmin tại A = 4.5 µm

vẫn là lớn hơn so với nó của A = 0. Điều này đã cho thấy ảnh hƣởng tích cực của

rung động trong PMEDM. Tích hợp rung động vào PMEDM, nó đã dẫn đến MRR

bị thay đổi mạnh, tuy nhiên sự cải thiện của MRR bị giảm khi F và A đƣợc tiếp tục

tăng.

Tần số và biên độ của rung động tích hợp vào phôi dẫn đến sự dịch chuyển

lên trên và xuống dƣới liên tục của phôi trong một chu kỳ phóng điện, và nó đã tạo

ra cơ chế hoạt động của bơm trong khe hở giữa điện cực và phôi trong PMEDM. Và

khi điện cực dịch chuyển lên phía trên, nó đã tạo ra cơ chế đẩy của bơm đối với

dung dịch điện môi tại khe hở giữa điện cực và phôi. Điều này đã tạo ra xu hƣớng

đẩy dung dịch điện môi đã bị đánh thủng sự cách điện và bột bị biến đổi bởi các tia

lửa điện, và phoi ra khỏi khe hở phóng điện. Và nó sẽ tạo điều kiện cho việc làm

sạch khu vực của khe hở phóng điện, bởi vậy quá trình gia công sẽ đƣợc ổn định

hơn so với PMEDM, và nó làm giảm tổn thất năng lƣợng xung có hại, xung ngắn

mạch từ đó nó góp phần nâng cao năng suất. Khi phôi dịch chuyển xuống phía dƣới,

nó sẽ tạo ra cơ chế hút dung dịch điện môi của bơm tại vùng khe hở phóng điện, và

điều này sẽ tạo điều kiện cho việc hút dung dịch điện môi mới và bột chƣa bị tia lửa

điện tác động vào trong vùng khe hở phóng tia lửa điện. Ngoài ra sự có mặt của các

hạt bột sẽ gây ra sự tăng của kích thƣớc khe hở phóng điện và sự giảm của độ bền

cách điện của dung dịch điện môi, điều này dẫn đến năng lƣợng xung đƣợc sử dụng

cho hình thành tia lửa điện đƣợc tăng theo, đồng thời khoảng cách tia lửa điện cũng

tăng đáng kể [31,47,50,55]. Nó góp phần đẩy phoi, dung dịch điện môi đã bị đánh

thủng sự cách điện và các hạt bột đã bị tia lửa điện tác động bị đẩy ra khỏi khu vực

gia công dễ dàng hơn. Điều này sẽ dẫn đến sự ổn định của quá trình gia công bằng

PMEDM, và nó góp phần dẫn đến MRR đƣợc tăng. Ngoài ra, cơ chế hút của bơm

đối với dòng dung dịch điện môi cũng sẽ tạo điều kiện để bột titan đƣợc đi vào vùng

khe hở phóng điện dễ dàng, và điều này sẽ làm mật độ xuất hiện của các hạt bột

titanium trong vùng phóng tia lửa điện đƣợc tăng lên đáng kể. Sự tăng của số lƣợng

các hạt bột trong khe hở phóng điện sẽ góp phần làm tăng số lƣợng của các tia lửa

điện. Và nó dẫn đến MRR cũng đƣợc tăng theo. Mặt khác, rung động tích hợp vào

phôi sẽ giúp sự xuất hiện của các xung bình thƣờng đƣợc tăng lên đáng kể

[59,61,62], các kiểu xung khác (xung ngắn mạch, xung ngắn) và hiện tƣợng phóng

hồ quang không có lợi cho quá trình loại bỏ vật liệu phôi sẽ bị giảm. Rung động

cũng góp phần tăng đáng kể tỷ lệ phóng điện trong PMEDM [60]. Tỷ lệ phóng tia

lửa điện tại năng lƣợng phóng điện thấp cũng đƣợc cải thiện đáng kể.

Khi A và F quá lớn sẽ tạo ra sự không ổn định của quá trình gia công, điều

này có thể làm MRR bị giảm. Biên độ quá cao, cơ hội chạm vào phôi với điện cực

tăng, điều này có thể gây ra hiện tƣợng phóng hồ quang điện dẫn đến giảm MRR.

Biên độ rung cao hơn của phôi có thể dẫn đến việc chạm thƣờng xuyên với điện cực

dụng cụ. Kết quả là, ngắn mạch và phóng điện hồ quang tăng trở lại nếu biên độ dao

động đƣợc tăng lên một giá trị rất cao.

3.5.1.2. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A đến độ mòn điện cực EWR

Trong suốt quá trình gia công, tia lửa điện không chỉ làm nóng chảy và bay

hơi vật liệu phôi, mà nó còn tác động trực tiếp vào bề mặt điện cực và là nguyên

nhân chính gây ra sự hao mòn điện cực.

Hình 3.16 đã cho thấy rằng EWR trong PMEDM đã có xu hƣớng giảm đáng

kể bởi rung động tích hợp vào phôi. Sự tăng của F và A đã dẫn đến EWR bị giảm. F

= 0-200Hz và A = 0- 1.5 µm đã dẫn đến EWR bị giảm rất mạnh.

Thí nghiệm

Hình 3. 16 Ảnh hưởng của A, F đến EWR trong PMEDM

So với PMEDM, EWR giảm mạnh nhất bằng 73.2% với F = 200Hz và nó

bằng 32.1% với A = 1.5 µm. Tuy nhiên F  300 Hz và A  2 µm đã dẫn đến EWR

có xu hƣớng bị tăng đáng kể, sự tăng của EWR theo sự thay đổi của F và A là khác

nhau với các giá trị khác nhau, và EWR bị tăng mạnh nhất bằng 42.2 % với F =

300-400 Hz và nó bằng 22.1 % với A = 1.5 - 3 µm. Và F = 500 – 900 Hz và A = 3.5

– 4.5 µm, EWR bị thay đổi không đáng kể. So với PMEDM, EWR của PMEDM

với rung động tích hợp vào phôi đã giảm và điều này đã cho thấy rung động tích

hợp vào phôi đã góp phần làm giảm lƣợng mòn của điện cực. Điều này đã góp phần

nâng cao độ bền mòn của điện cực, từ đó dẫn đến giảm đáng kể chi phí của hao mòn

và sửa chữa điện cực trong PMEDM, và nó nâng cao độ chính xác gia công sản

phẩm.

Lƣợng mòn điện cực bị giảm có thể do rung động tích hợp với phôi đã góp

phần dẫn đến sự tăng của xung bình thƣờng, ngƣợc lại hiện tƣợng hồ quang và ngắn

mạch sẽ bị giảm . Ngoài ra, rung động sẽ dẫn đến mật độ bột xuất hiện trong khe hở

phóng điện tăng, điều này sẽ dẫn đến số lƣợng của các cầu nối phóng điện cũng

tăng bởi vậy số lƣợng của tia lửa điện cũng tăng theo, và nó sẽ gây ra sự giảm năng

lƣợng của mỗi tia lửa điện. Và năng lƣợng của mỗi tia tác động lên bề mặt của điện

cực giảm nên lƣợng vật liệu điện cực bị bay hơi và nóng chảy cũng bị giảm. Mặt

khác, rung động tích hợp trong PMEDM có thể dẫn đến sự nắng đọng của các hạt

bột trong dung dịch điện môi bị giảm, quỹ đạo chuyển động của các hạt bột là ngẫu

nhiên hơn, các hạt bột di chuyển liên tục và đồng đều trong khe hở phóng điện. Và

nó sẽ tránh đƣợc sự phóng điện liên tục và tập trung tại một vài vị trí. Điều này sẽ

góp phần dẫn đến bề mặt điện cực bị mòn đều trên toàn bộ bề mặt của điện cực.

Xác suất xuất hiện của các cầu nối phóng tia lử điện cũng sẽ đƣợc tăng. Mặt khác,

Khi F và A là quá lớn, nó có thể dẫn đến sự di chuyển với tốc độ cao của các hạt bột

và có xu hƣớng chuyển dịch về phía bề mặt điện cực, đồng thời điện cực và phôi

cũng có thể xảy ra sự ngắn mạch, và điều này sẽ sẽ dẫn đến quá trình gia công

không đƣợc ổn định. Từ đó dẫn đến tần suất xuất hiện của tia lửa điện và hiện tƣợng

phóng hồ quang điện bị tăng trên bề mặt điện cực.

3.5.2. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến chất lƣợng bề mặt sau gia công

3.5.2.1. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến nhám bề mặt gia công (Ra)

Rung động tích hợp với phôi trong PMEDM đã dẫn đến nhám bề mặt Ra đƣợc

giảm đáng kể (Hình 3. 17). Sự thay đổi của F đã ảnh hƣởng đến Ra trong PMEDM

là mạnh hơn so với sự thay đổi của A đối với Ra. F = 0- 300Hz và A = 0 – 1.5 µm

đã dẫn đến Ra bị giảm mạnh. So với F = 0Hz, Ra bị giảm 52.1% với F = 100Hz, F =

100 – 300Hz thì sự giảm của Ra là nhỏ hơn. So với F = 100Hz, Ra bị giảm 24.6%

với F = 200Hz và nó bằng 38.5% với F = 300 Hz. Ra trong PMEDM với rung động

đƣợc giảm lớn nhất bằng 69.9% tại F = 300 Hz. So với A = 0µm, Ra bị giảm 22.7%

với A= 0.5 µ, nó bằng 31.63% với A = 1µm và nó là lớn nhất bằng 49.04% với A =

1.5µ. Tuy nhiên, khi F = 300 – 900 Hz và A = 1,5 – 4.5 µm thì Ra lại có xu hƣớng

tăng khá lớn. So với Ra nhỏ nhất, Ra bị tăng lớn nhất bằng 49.9% với A = 3 µm và

135.2 % với F = 900Hz. Mặc dù vậy, Ra trong PMEDM với rung động vẫn nhỏ hơn

nhiều so với nó trong PMEDM không có rung động. Điều này đã cho thấy, rung

động tích hợp vào phôi đã ảnh hƣởng tích cực đến chất lƣợng của bề mặt gia công

(µm)

trong PMEDM.

Thí nghiệm

F= 100, A thay đổi A=1,5 µm, F thay đổi

Hình 3. 17 Sự thay đổi của Ra

Sự thay đổi tích cực của Ra có thể là do rung động trong PMEDM đã dẫn đến

sự tăng của số lƣợng và phân bố đều của các tia lửa điện, nó đã dẫn đến năng lƣợng

của mỗi tia lửa điện bị giảm. Điều này đã dẫn đến đƣờng kính và chiều sâu của các

hố lỗi lõm trên bề mặt phôi cũng bị giảm theo, đồng thời kích thƣớc của các hạt

phoi bám dính trên bề mặt phôi cũng bị giảm. Ngoài ra, sự ổn định của quá trình gia

công bằng PMEDM cũng đƣợc cải thiện đáng kể bằng rung động gán vào phôi. Và

nó sẽ dẫn đến quá trình tạo ra xung ngắn mạch và hiện tƣợng phóng hồ quang trong

vùng gia công bị hạn chế. Bên cạnh đó, rung động cũng tạo ra cơ chế đẩy phoi và

bột ra khỏi khe hở phóng điện, đồng thời kích thƣớc khe hở phóng điện cũng đƣợc

tăng đáng kể. Bởi vậy, số lƣợng hạt phoi và bột bám dính trên bề mặt phôi sẽ bị

giảm đáng kể.

3.5.2.2. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến độ cứng tế vi của bề mặt gia công

(HV)

Hình 3. 18 đã chỉ ra rằng độ cứng của lớp bề mặt sau EDM và PMEDM không

bị ảnh hƣởng bởi rung động. Độ cứng của lớp bề mặt sau gia công bị ảnh hƣởng

mạnh bởi bột trộn trong dung dịch điện môi. So với EDM, độ cứng của bề mặt sau

PMEDM đƣợc cải thiện rất mạnh, HV trong PMEDM đƣợc tăng xấp xỉ 2 lần so với

nó trong EDM. Nguyên nhân có thể là do sự nóng chảy và bay hơi của bột titan trộn

trong dung dịch điện môi gây ra bởi các tia lửa điện, và nó đã xâm nhập vào lớp bề

mặt gia công.

Hình 3. 18 Sự thay đổi của HV

a)

EDM

b)

PMEDM

với bột

titan

Hình 3. 19 Tổ chức pha lớp bề mặt phôi sau EDM và PMEDM

Tổ chức pha của bề mặt gia công sau EDM và PMEDM đƣợc chỉ ra trên Hình

3. 19. So với lớp bề mặt gia công sau EDM (Hình 3. 19a), lớp bề mặt sau PMEDM

có sự xuất hiện tổ chức pha TiC (Hình 3. 19b). Nguyên nhân có thể là do cacbon

trong thép và cacbon đƣợc sinh ra bởi tia lửa điện bẻ gãy liên kết dung dịch điện

môi dầu, chúng đã kết hợp với titan bị nóng chảy và bay hơi trong suốt quá trình

PMEDM.

3.6. So sánh sự ảnh hƣởng của rung động đến EDM và PMEDM.

3.6.1. Ảnh hƣởng đến năng suất gia công

Kết quả nghiên cứu đã cho thấy rằng, MRR trong PMEDM là lớn hơn nhiều

so với MRR trong EDM, và rung động tích hợp với phôi trong EDM và PMEDM đã

cải thiện đáng kể MRR, Hình 3. 20. So với MRR trong EDM không rung động,

MRR trong PMEDM lớn hơn bằng 3 lần và nó đã chỉ ra ảnh hƣởng tích cực của bột

titanium trộn vào dung dịch điện môi. Nguyên nhân có thể là do bột trộn trong dung

dịch điện môi trong EDM, nó đã dẫn đến sự tăng của cầu nối phóng điện và điện áp

đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi bị giảm. Và rung động tích hợp với

phôi đã dẫn đến MRR trong EDM và PMEDM đƣợc tăng đáng kể, điều này có thể

là do rung động trong EDM và PMEDM đã dẫn đến đến tần suất phóng điện bị tăng

[55,57,59]. Ngoài ra, sự di chuyển lên và di chuyển xuống của phôi, nó đã dẫn đến

áp suất của dòng dung môi trong khe hở phóng điện đƣợc tăng, và điều này sẽ tạo

điều kiện để phoi đƣợc đẩy ra khỏi khe hở giữa phôi và điện cực đƣợc dễ dàng và

dung dịch điện môi mới cũng đƣợc hút vào khe hở phóng điện [60,62,63] và nó sẽ

dẫn đến sự ổn định của quá trình gia công sẽ đƣợc cải thiện đáng kể.

MRR(mm3/phút)

F(Hz)

Hình 3. 20 Sự thay đổi của MRR có gán rung động vào phôi

Sự tăng của F đã dẫn đến MRR trong EDM và PMEDM tăng theo, và MRR

trong PMEDM tăng mạnh nhất. So với EDM, MRR trong EDM tích hợp rung động

đƣợc tăng lớn nhất bằng 34.94% với F = 600 Hz, và MRR trong PMEDM vơi F =

400Hz đƣợc tăng lớn nhất bằng 95.89% so với nó trong PMEDM không có rung

động. Điều này cho thấy, khi tăng F đã dẫn đến MRR của PMEDM với rung động

đƣợc cải thiện mạnh hơn.

Rung động tích hợp vào phôi, MRR trong PMEDM tăng lên rất mạnh so với

nó trong EDM. MRR trong V-PMEDM lớn hơn nhiều so với MRR trong EDM gán

rung động vào phôi, sự lớn hơn của MRR trong PMEDM với rung động lần lƣợt là

4.6 lần tại F = 200Hz, 5.1 lần tại F = 400 Hz và 4.1 lần tại F = 600 Hz. Rung động

gán với phôi trong PMEDM, nó có thể dẫn đến nồng độ bột trong khe hở phóng

điện đƣợc tăng do phôi di chuyển xuống phía dƣới tạo sự tăng áp lực hút dung dịch

điện môi mới vào khe hở giữa điện cực và phôi, và điều này sẽ dẫn đến số lƣợng

các tia lửa điện cũng đƣợc tăng theo. Đồng thời, dung dịch điện môi mới cũng dễ

dàng đƣợc đi vào vùng phóng tia lửa điện. Và điện cực di chuyển lên phía trên, nó

sẽ dẫn đến sự tăng áp lực đẩy của dung dịch điện môi trong khe hở giữa điện cực và

phôi, nó sẽ dẫn đến dung dịch điện môi cùng bột titanium đã bị ảnh hƣởng bởi tia

lửa điện và phoi bị đẩy ra khỏi khe hở giữa điện cực và phôi là dễ dàng hơn [63].

Điều này sẽ góp phần cải thiện đáng kể MRR.

3.6.2. Ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công (Ra)

Sự thay đổi của nhám bề mặt trong EDM và trong PMEDM với sự thay đổi

của F đƣợc diễn tả tại Hình 3. 21. Trong EDM và PMEDM tích hợp rung thì Ra

trong PMEDM là nhỏ hơn bằng 35.4 % so với trong EDM, và điều này có thể là do

bột trộn trong dung dịch điện môi đã dẫn đến năng lƣợng của các tia lửa điện bị nhỏ

hơn so với nó của EDM, bởi vậy kích thƣớc miệng núi lửa cũng bị giảm, và điều

này đã dẫn đến Ra bị giảm. Rung động tích hợp với phôi, nó đã dẫn đến Ra trong

EDM và PMEDM đều đƣợc giảm đáng kể. Nguyên nhân có thể là do sự tăng của áp

suất dòng dung dịch điện môi trong khe hở phóng điện, nó đã dẫn đến số lƣợng của

hạt vụn bị bám dính trên bề mặt bị giảm. Sự giảm của Ra trong PMEDM là lớn hơn

nhiều so với nó trong EDM, Ra trong PMEDM và EDM với F = 200 Hz giảm lớn

nhất lần lƣợt bằng 63.2% và 26.4 %. Và F = 400 Hz và 600 Hz đã dẫn đến Ra trong

EDM và PMEDM tích hợp rung đều bị tăng, tuy nhiên lƣợng tăng của Ra trong

PMEDM là nhỏ hơn nhiều so với nó trong EDM tích hợp rung. Ra trong EDM và

PMEDM tích hợp rung với F = 400 Hz giảm lần lƣợt bằng 14.4% và 52.5%. Tại F =

600 Hz, Ra trong EDM tích hợp rung bị tăng 2.1 % và Ra trong PMEDM tích hợp

rung giảm 48.5%. Điều này đã cho thấy rung động có ảnh hƣởng rất tích cực đến Ra

trong PMEDM là lớn hơn so với nó trong EDM. Nguyên nhân có thể là do rung

động trong PMEDM, nó đã dẫn đến sự bám dính của hạt vụn và hạt bột vào bề mặt

gia công bị giảm, ngoài ra nồng độ bột tại khe hở giữa điện cực và phôi tại thời gian

phóng tia lửa điện cũng đƣợc tăng, và điều này dẫn đến năng lƣợng của các tia lửa

điện bị giảm. Những điều này là cơ sở để giải thích cho sự giảm của Ra trong

PMEDM.

Ra (µm)

)

F(Hz)

Hình 3. 21 Sự thay đổi của Ra gán rung động vào phôi

3.7. Kết luận:

Trong nghiên cứu này, ảnh hƣởng của sự thay đổi tần số rung động thấp F

gán với phôi trong PMEDM sử dụng bột titan đến MRR, EWR, Ra, HV đã đƣợc

thực hiện. Kết quả cho thấy các chỉ tiêu chất lƣợng trong PMEDM đã đƣợc cải thiện

rất đáng kể bằng rung động tích hợp với phôi nhƣ sau:

- Sự tăng của F đã dẫn đến MRR trong PMEDM đƣợc tăng rất mạnh, MRR

tăng mạnh nhất khi F đƣợc tăng từ 100 đến 600 Hz. So với PMEDM, MRR trong

PMEDM đƣợc tăng lớn nhất bằng 141.7% với F = 600 Hz. Tuy nhiên, sự tăng của

MRR bị thay đổi không đáng kể với F = 700-900Hz.

- EWR trong V-PMEDM giảm. Khi thay đổi F = 0-400Hz dẫn đến EWR

giảm rất mạnh, và EWR giảm mạnh nhất bằng 73.2% với F = 400Hz so với F = 0Hz.

Và F = 500 – 900 Hz đã dẫn đến EWR có xu hƣớng tăng nhƣng mức tăng của EWR

là không đáng kể.

- Khi chƣa tích hợp rung động thì Ra trong PMEDM giảm 35,4% so với EDM.

Trong V-PMEDM giá trị Ra đã giảm mạnh, Ra trong EDM tích hợp rung giảm

26,4% và Ra trong PMEDM giảm mạnh nhất bằng 63,2% tại tần số F= 200Hz. Khi

F= 400 và F=600Hz Ra trong cả EDM và PMEDM đều tăng, tuy nhiên lƣợng tăng

của Ra trong V- PMEDM là nhỏ hơn nhiều so với Ra trong EDM tích hợp rung.

- Độ cứng HV sau V-PMEDM đƣợc cải thiện rõ rệt so với EDM, tuy nhiên F

không ảnh hƣởng đến trị số độ cứng của bề mặt gia công.

- Trong thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của áp suất dòng phun, nồng độ bột,

tần số và biên độ rung động đến MRR, EWR, Ra thì các thông số I, Ton, Tof, điện

cực dƣơng và U làm tham số đầu vào. Giá trị của các tham số này đã đƣợc chọn

đƣợc sử dụng rộng rãi bởi các khuyến cáo của nhà sản xuất máy EDM. Ngoài ra,

kết quả khảo sát cho ta dải thông số dùng tối ƣu đa mục tiêu nhƣ sau: Áp suất dòng

phun từ 5 đến 60 KPa , nồng độ bột từ 1 đến 4g/l, tần số rung động gán vào phôi từ

200 đến 600Hz, biên độ rung động từ 0 đến 2,5µm.

- Hiệu quả của rung động đối với quá trình gia công bằng PMEDM đã đƣợc

khẳng định. Tuy nhiên, cần thiết phải có những nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực

này nhƣ: Tối ƣu hóa thông số công nghệ, vật liệu bột khác, đặc trƣng cơ tính lớp bề

mặt,....

CHƢƠNG 4: XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ

TRONG PMEDM VỚI RUNG ĐỘNG GÁN TRÊN PHÔI

4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu

PMEDM gán rung động vào phôi cũng bị ảnh hƣởng của cả thông số điện và

không điện, bởi vậy việc nghiên cứu phân tích và tối ƣu hóa thông số công nghệ này

là rất cần thiết, và điều này góp phần nâng cao chất lƣợng gia công. Các kết quả

nghiên cứu tối ƣu hóa trong EDM tích hợp rung động đang ở giai đoạn ban đầu, đặc

biệt rất ít kết quả của bài toán tối ƣu đa mục tiêu trong lĩnh vực này. Phƣơng pháp

Taguchi đƣợc sử dụng phổ biến để tối ƣu đơn mục tiêu trong EDM. Ngoài ra,

Taguchi kết hợp với một số kỹ thuật tối ƣu đa mục tiêu (TOPSIS, GRA, MOORA)

đã đƣợc giới thiệu trong nhiều nghiên cứu về EDM và AHP đƣợc sử dụng để xác

định trọng số của các chỉ tiêu chất lƣợng. Một số kết quả nghiên cứu đã cho thấy,

Taguchi và Topsis có thể phù hợp và hiệu quả với tối ƣu đơn và đa mục tiêu nghiên

cứu này.

4.1.1. Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đơn

mục tiêu

Phƣơng pháp Taguchi là công cụ thiết kế ma trận thí nghiệm đơn giản, ứng

dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và cho hiệu quả cao. Các ma trận thí nghiệm

đƣợc thiết kế dựa vào các ma trận trực giao cố định. Các thông số công nghệ đƣa

vào ma trận thí nghiệm với số lƣợng lớn (3’50) và các mức có thể khác nhau(cả trị

số và số lượng). Thay vì phải kiểm tra tất cả các sự kết hợp của chúng nhƣ trong

phƣơng pháp truyền thống, Taguchi tiến hành kiểm tra các cặp của các kết hợp.

Điều này cho phép xác định đƣợc ảnh hƣởng của hầu hết các thông số đến giá trị

trung bình của kết quả đầu ra với số lƣợng thí nghiệm nhỏ nhất, thời gian và chi phí

ít nhất. Đồng thời xác định đƣợc các thông số ảnh hƣởng mạnh nhất đến các kết quả

đầu ra, từ đó đƣa ra những thử nghiệm tiếp theo và loại bỏ những thông số có ảnh

hƣởng không đáng kể (ảnh hưởng yếu).

Các bảng của Taguchi có thể đƣợc tạo ra bằng tay (các bảng nhỏ) hoặc bằng

các thuật toán xác định (bảng lớn). Các bảng này có thể tìm thấy trong các tài liệu

tham khảo hoặc trực tuyến. Việc lựa chọn các bảng đƣợc dựa theo số lƣợng các

thông số khảo sát và các mức thay đổi của chúng. Phân tích phƣơng sai (ANOVA)

dựa vào dữ liệu từ các ma trận thí nghiệm của Taguchi có thể đƣợc sử dụng để lựa

chọn các giá trị thông số mới để tối ƣu hóa các kết quả đầu ra. Dữ liệu từ các bảng

có thể đƣợc phân tích bằng biểu đồ, hình ảnh, ANOVA và hệ số kiểm tra Fisher (F).

Tuy nhiên, phƣơng pháp này chỉ có thể xử lí các thông số với các mức rời rạc

và kết quả nhận đƣợc chỉ là tƣơng đối. Ngoài ra, ma trận trực giao của

Taguchi không kiểm tra tất cả các sự kết hợp giữa các thông số và chỉ cho

hiệu quả cao nhất với các công nghệ đang ở giai đoạn ban đầu. Các bảng ma

trận thí nghiệm cố định nên không phù hợp với các công nghệ thay đổi nhƣ

nghiên cứu mô phỏng.

a.Các bƣớc thực hiện

- Thiết lập mối quan hệ giữa các đối tƣợng nghiên cứu.

- Lựa chọn các thông số cần thiết để khảo sát.

- Xác định các thông số.

- Lựa chọn các mức cho các thông số.

- Tính số bậc tự do cần thiết cho thiết kế thí nghiệm.

- Lựa chọn bảng tiêu chuẩn (bảng OA).

- Gán các thông số và mức của nó vào các cột.

- Thực hiện thí nghiệm.

- Phân tích kết quả.

- Kiểm chứng kết quả thí nghiệm.

b. Phân tích kết quả thí nghiệm:

. Hệ số S/N: thí nghiệm có giá trị hệ số S/N cao nhất sẽ cho kết quả tối ƣu

ít bị ảnh hƣởng bởi nhiễu nhất. S/N dùng để xác định mức cho kết quả đầu ra tối ƣu.

Hệ số S/N của các kết quả đầu ra đƣợc xác định nhƣ sau:

- Cao hơn là tốt hơn:

(S/N)HB = -10log(MSDHB) (4. 1) 66

Trong đó:

MSDHB - sai lệch bình phƣơng trung bình.

r- số lần kiểm tra trong một thí nghiệm (số lần lặp).

yi- các giá trị của thí nghiệm.

- Giá trị tiêu chuẩn là tốt nhất:

(S/N)NB = -10log(MSDNB) (4. 2)

Trong đó:

MSDNB – sai lệch bình phƣơng trung bình.

y0 – giá trị tiêu chuẩn hoặc giá trị mục tiêu.

- Thấp hơn là tốt hơn:

(S/N)LB = -10log(MSDLB) (4. 3)

Trong đó:

MSDLB - sai lệch bình phƣơng trung bình.

- tổng bình phƣơng tất cả kết quả của mỗi thí nghiệm.

. Giá trị hệ số fisher(F): thông số có giá trị F lớn hơn dẫn đến nó sẽ có ảnh

hƣởng mạnh hơn đến kết quả đầu ra. F đƣợc xác định (4. 4) :

(4. 4)

Trong đó:

MSđk – cho điều kiện.

MSLđk – lỗi điều kiện.

. Phân tích sự thay đổi:

- Tổng các bình phương (SS): đo độ lệch của dữ liệu thí nghiệm từ trị số trung

bình của dữ liệu. Xét một hệ số A đƣợc khảo sát. Theo công thức tài liệu :

(4. 5)

Trong đó:

N - số lƣợng giá trị đƣợc kiểm tra.

- giá trị trung bình các kết quả kiểm tra yi của đối tƣợng thứ i.

- Tổng bình phƣơng của hệ số A (SSA):

(4. 6)

Ai - giá trị tại mức i của thí nghiệm.

nAi - số lƣợng kiểm tra tại trạng thái thứ i.

T - tổng các giá trị kiểm tra.

- trị số trung bình của các kết quả khảo sát.

nAi - số kết quả khảo sát ở điều kiện Ai.

- Tổng bình phương các lỗi (SSe): phân bố bình phƣơng của các giá trị khảo sát

từ giá trị trung bình của trạng thái A.

(4. 7)

- Phần trăm phân bố sự thay đổi tổng của thông số A:

(4. 8)

. Tối ƣu hóa kết quả đầu ra

Giá trị tối ƣu (µ) đƣợc ƣớc tính bởi các thông số có ảnh hƣởng mạnh và đƣợc

xác định theo công thức ((4. 9)

(4. 9)

Trong đó:

- trị số trung bình của đặc trƣng khảo sát.

, , - trị số trung bình tại các mức A2, B3, C3.

4.1.2. Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đa mục

tiêu

4.1.2.1 Phƣơng pháp Topsis

Phƣơng pháp Topsis là phƣơng pháp đƣợc sử dụng rất phổ biến trong tối ƣu

hóa đa mục tiêu. Phƣơng pháp này cung cấp một cách thức lựa chọn thực tế hơn

trong các bài toán tối ƣu hóa đa mục tiêu. Đây là phƣơng pháp quyết định đa mục

tiêu nhằm lấy ra một chỉ tiêu tốt nhất (chỉ tiêu lý tƣởng nhất) từ các chỉ tiêu tốt và

chỉ tiêu tồi nhất (chỉ tiêu tiêu cực nhất) từ các chỉ tiêu tồi trong các chỉ tiêu đƣợc

chọn. Các bƣớc thực hiện trong phƣơng pháp Topsis đƣợc mô tả nhƣ sau:

Bƣớc 1: Sắp xếp các chỉ tiêu đƣợc lựa chọn dƣới dạng ma trận:

(4. 10)

x11, x12,…x1n – Là chỉ tiêu đƣợc lựa chọn trong bài toán tối ƣu.

x11, x21,…xm1 – Là giá trị của chỉ tiêu 1 tại các mức khác nhau.

n – Số lƣợng các chỉ tiêu đƣợc lựa chọn.

m – Số lƣợng giá trị của một chỉ tiêu.

Bƣớc 2: Chuẩn hóa ma trận, chuyển đổi các chỉ tiêu và dạng không thứ

nguyên để so sánh giữa các giá trị của các chỉ tiêu. Ma trận chuẩn hóa đƣợc thiết lập

thông qua giá trị chuẩn hóa xij' (0xij'1):

(4. 11)

Bƣớc 3: Gán trọng số của các chỉ tiêu đƣợc lựa chọn vào ma trận chuẩn hóa.

Ma trận chuẩn hóa với các trọng số của các chỉ tiêu đƣợc xác định nhƣ sau:

(4. 12)

Wj- Trọng số của các chỉ tiêu.

Y – Ma trận chuẩn hóa của các chỉ tiêu đã đƣợc gán trọng số.

Bƣớc 4: Xác định giải pháp tốt nhất và giải pháp tồi nhất:

Giải pháp tốt nhất:

(Chỉ tiêu tốt nhất)

(4. 13)

Giải pháp tồi nhất:

(Chỉ tiêu tồi nhất)

(4. 14)

Trong đó:

- J đƣợc kết hợp với các chỉ tiêu tốt

- J′ đƣợc kết hợp với các chỉ tiêu tồi.

- - Là giá trị tốt nhất của xj

- - Là giá trị tồi nhất của xj

Bƣớc 5: Các phƣơng pháp riêng biệt đƣợc tính toán bằng cách sử dụng khoảng

cách Euclidean với n kích thƣớc. Mỗi phƣơng án riêng xuất phát từ bài toán lý

tƣởng sau:

Khoảng cách gần nhất:

(4. 15)

Khoảng cách xa nhất:

(4. 16) i = 1, 2, …, m

Bƣớc 6: Khoảng cách gần nhất với giá trị lý tƣởng đƣợc tính toán. Khoảng

cách gần nhất của giá trị thay thế Ai đối với A+ đƣợc định nghĩa nhƣ sau:

(4. 17)

Bƣớc 7: Sắp xếp đƣợc thực hiện theo giá trị tiến gần với giá trị C*. Trị số C*

lớn hơn sẽ cho giải pháp Ai chất lƣợng tốt.

4.1.2.2. Phƣơng pháp xác định trọng số bằng AHP

Giá trị trọng số của các chỉ tiêu chất lƣợng trong bài toán quyết định đa mục

tiêu cần đƣợc xác định sao cho phù hợp với thực tiễn. AHP đang đƣợc sử dụng rộng

rãi nhất để hỗ trợ quyết định trong bài toán quyết định đa mục tiêu [88]. Phƣơng

pháp này sử dụng các cặp so sánh giữa các chỉ tiêu chất lƣợng để xác định mức độ

ƣu tiên của mỗi chỉ tiêu đƣợc xem xét. Từ đó xếp hạng ƣu tiên tổng thể của các chỉ

tiêu. AHP đƣợc thực hiện theo các bƣớc sau:

Bƣớc 1. Xây dựng các cặp so sánh: Tại bƣớc này cần thiết phải có sự hiểu

biết sâu về vấn đề nghiên cứu, nó giúp xác định yếu tố/ tiêu chí có tác động trực tiếp

hoặc gián tiếp đến quá trình ra quyết định phân cấp các chỉ tiêu chất lƣợng. Để gán

xếp hạng cho so sánh một tiêu chí này với các tiêu chí khác thông qua thang đo của

Saaty, Bảng 4. 1 [88].

Bảng 4. 1 Thang so sánh của Saaty

Cấp Mức quan trọng

1 Ngang nhau

2 Yếu hoặc nhẹ

3 Vừa phải

4 Trung bình

5 Tầm quan trọng mạnh

6 Mạnh vừa

7 Rất mạnh

8 Rất, rất mạnh

9 Cực kỳ quan trọng

Bƣớc 2. Ma trận so sánh: Ma trận so sánh đƣợc tạo ra sau khi cấu trúc phân

cấp của các mục tiêu, tiêu chí xây dựng đƣợc quyết định. Nó đƣợc hình thành bởi

tiêu chí chính và tiêu chí phụ bằng cách so sánh từng tiêu chí với mỗi tiêu chí chính

và tiêu chí phụ khác với tiêu chí phụ mức cao hơn.

Bƣớc 3. Tính toán độ đồng nhất: Xây dựng ma trận chuẩn hóa để xác định trị

số của trọng số ƣu tiên. Để xác định xem trọng số đƣợc xác định có phù hợp không

bằng hệ số đồng nhất (CR). CR đƣợc xác định nhƣ sau:

- Tính toán chỉ số đồng nhất (CI): Tính toán giá trị trung bình từ bƣớc 3, biểu

thị bằng max. Trong đó, trị số CI đƣợc xác định bằng công thức [88]:

- Xác định CR (CR < 10%):

Trong đó, RCI – Chỉ số đồng nhất ngẫu nhiên đƣợc xác định tại Bảng 4. 2.

Bảng 4. 2 Chỉ số đồng nhất ngẫu nhiên (RI) [26]

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

RCI 0 0 0,58 0,9 1,12 1,24 1,32 1,41 1,45 1,49

Quá trình quyết định đa mục tiêu đƣợc thực hiện theo sơ đồ tại Hình 4. 1 Sơ

đồ quyết định đa mục tiêu Taguchi-AHP-Topsis

Hình 4. 1 Sơ đồ quyết định đa mục tiêu Taguchi-AHP-Topsis

4.2. Thực nghiệm nghiên cứu

4.2.1. Xây dựng bộ thông số đầu vào

Việc lựa chọn thông số đầu vào và mức của nó phụ thuộc vào sự ảnh hƣởng

của chúng đến các chỉ tiêu chất lƣợng và ứng dụng trong thực tiễn. Một số kết quả

nghiên đã cho thấy rằng I, Ton là các thông số công nghệ có ảnh hƣởng rất mạnh

đến hiệu quả gia công. Ngoài ra, các kết quả khảo sát của nhóm tác giả đã cho thấy

sự ảnh hƣởng đáng kể của C, P, F và A đến chỉ tiêu chất lƣợng và giá trị mức của

các thông số đã đƣợc khảo sát. Đồng thời, với mong muốn sử dụng các giải pháp kỹ

thuật nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm sau gia công bằng EDM, do vậy các chế

độ công nghệ sẽ đƣợc lựa chọn phù hợp với gia công tinh. Đây là cơ sở để lựa chọn

các thông số công nghệ và mức của chúng để đƣa vào thực nghiệm nhƣ Bảng 4. 3

Các thông số đầu vào và mức của các thông số

Bảng 4. 3 Các thông số đầu vào và mức của các thông số

I

Ton

C

P

F

(Cƣờng

(Thời gian

(Nồng độ

(Áp xuất

(Tần số

độ dòng

phóng điện

bột- g/l)

đƣờng ống

rung

Mức

điện-A)

-µs)

đầu phun -

động-

A (Biên độ của rung động- µm)

KPa)

Hz)

0,5

1

2

18

0

5

200 1,0

2

3

25

1

15

300 1,5

3

4

37

2

30

400 2,0

4

5

50

3

45

500 2,5

5

6

75

4

60

600 Bậc

4 tự do

4.2.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm

Phƣơng pháp Taguchi đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay trong tối ƣu hóa các

thông số công nghệ của EDM nói chung và PMEDM nói riêng. Đặc biệt, nó rất phù

hợp với những công nghệ có cơ chế gia công là chƣa đƣợc rõ ràng, và PMEDM là

một công nghệ nhƣ vậy. Thiết lập ma trận thí nghiệm trong Taguchi là rất đơn giản.

Các thông số đƣợc khảo sát có thể là định tính hoặc định lƣợng, giá của mức của

các thông số là tùy ý. Ngoài ra, các nhiễu trong quá trình gia công có thể đƣợc kiểm

soát, và kết quả nghiên cứu bị ảnh hƣởng rất hạn chế bởi nhiễu này. Số lƣợng các

thông số công nghệ đƣợc khảo sát đồng thời là lớn nhất, nhƣng số lƣợng thí nghiệm

trong ma trận thực nghiệm lại là nhỏ nhất. Điều này dẫn đến chi phí của thời gian và

vật liệu là ít, và tổn hao thiết bị thực nghiệm bị giảm.

Phƣơng pháp Taguchi sử dụng các bảng ma trận cố định để thiết kế ma trận thí

nghiệm, các bảng này đƣợc thiết kế bởi Dr. Taguchi. Điều này rất thuận lợi cho

ngƣời sử dụng. Bảng ma trận thí nghiệm đƣợc lựa chọn thông qua số lƣợng của

thông số công nghệ, mức của nó và các cặp tƣơng tác đƣợc xét giữa chúng. Trong

nghiên cứu này, 6 thông số công nghệ và mỗi thông số có 5 mức, , Bảng 4. 3. Do đó

ma trận trực giao của Taguchi đƣợc lựa chọn phù hợp là L25, Bảng 4. 4.

EWR

600,5

LWT 25,280

STT 1

I Ton C 0 18 2

Ra 1,179

A MRR 0,5

0,647

P 5

F 200

2,0276

941,3

14,540

8,991

300

2,1778

1,200

947,5

20,080

400

1,5

9,170

1,2250

1,346

950,1

16,880

500

3,087

0,4570

1,290

950,6

17,120

600

2,5

4,699

1,1308

1,483

931,0

19,700

500

2,5

5,603

9,1794

1,508

837,0

23,820

600

0,5

5,233

2,2401

1,649

1049,6

23,500

200

8,941

1,5979

1,343

838,8

19,600

300

1,5

16,542

0,3341

1,462

552,2

31,620

400

4,778

3,1642

1,771

870,0

20,600

300

7,071

2,9123

1,641

946,6

25,720

400

2,5

13,758

0,6665

1,894

900,0

19,060

500

0,5

20,366

1,0296

1,941

620,3

34,700

600

5,124

1,5529

2,358

979,8

29,960

200

1,5

8,289

3,0126

2,020

900,0

28,000

600

1,5

0,3753

2,183

18,077

Bảng 4. 4 Kết quả thực nghiệm

978,8

25,700

200

13,540

1,5066

1,771

585,6

30,320

300

2,5

5,715

1,5022

2,427

911,9

22,720

400

0,5

12,623

1,1919

2,227

837,0

25,766

500

17,195

1,4519

2,898

890,0

31,000

400

20,435

2,2616

2,200

741,9

36,420

500

1,5

10,473

2,1998

2,588

950,7

21,080

600

19,683

2,3235

2,784

980,5

25,720

200

2,5

19,194

0,6261

2,358

847,6

28,800

300

0,5

17,871

0,2842

3,166

Tiếp theo bảng 4.4

4.3. Bài toán đơn mục tiêu

4.3.1. Năng suất gia công

4.3.1.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến năng suất gia công

Ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến MRR trong PMEDM với rung

động gán với phôi đã đƣợc đánh giá bằng ANOVA. Độ tin cậy của quá trình phân

tích là 95%. Kết quả cho MRR đƣợc phân tích bằng ANOVA để xác định mức ảnh

hƣởng của các thông số công nghệ đến MRR. Phân tích phƣơng sai (ANOVA) cho

MRR trung bình ở khoảng tin cậy 95% đƣợc đƣa ra trong Bảng 4. 5. Cƣờng độ

dòng điện (I) có mức ảnh hƣởng mạnh nhất và thời gian phát xung (Ton) có mức

ảnh hƣởng thấp nhất đến MRR.

Sự thay đổi của MRR trong PMEDM với rung động tích hợp với phôi theo các

thông số đƣợc thể hiện trên Hình 4. 2, kết quả cho thấy:

- Cƣờng độ dòng điện(I): MRR tăng rất mạnh khi tăng cƣờng độ dòng điện I

từ 2A đến 6A, Hình 4. 2a. Nguyên nhân là do năng lƣợng của các tia lửa điện sẽ

tăng khi I tăng, và điều này dẫn đến lƣợng vật liệu phôi bị nóng chảy và bay hơi

cũng đƣợc tăng theo. So với I = 2A, MRR trong PMEDM với rung động tích hợp

với phôi tại I = 6A tăng lớn nhất bằng 229,6%.

- Thời gian phát xung (Ton): Ton = 18-37µs đã dẫn đến sự tăng của năng lƣợng

tia lửa điện do đó MRR tăng theo, Hình 4. 2b. Tuy nhiên, Ton = 37 - 75µs lại dẫn

đến MRR bị giảm, nguyên nhân là do thời gian xung quá lớn sẽ dẫn đến thời gian

ngừng phát xung bị giảm. Điều này sẽ làm cho thời gian để đẩy phoi ra khỏi khu

vực gia công và dung dịch điện môi phục hồi bị giảm. Bởi vậy quá trình gia công sẽ

không ổn định và nhiều xung ngắn mạch sẽ xuất hiện do đó hiệu quả gia công bị

giảm. Sự thay đổi của MRR trong PMEDM với rung động gán với phôi là không

đáng kể, so với Ton = 18µs MRR tăng lớn nhất bằng 23,2% tại Ton = 37µs.

- Nồng độ bột Titan (C): Đây là thông số ảnh hƣởng mạnh thứ 2 đến

MRR,Bảng 4. 5. Bột trộn vào dung dịch điện môi đã dẫn đến MRR đƣợc cải thiện,

Hình 4. 2c. Nguyên nhân có thể là do bột trộn titan đi vào khe hở phóng điện đã dẫn

đến hình thành nhiều cầu nối phóng điện, điều này dẫn đến số lƣợng tia lửa điện

đƣợc tăng lên đáng kể. Mặt khác bột trộn vào dung dịch điện môi sẽ độ bền cách

điện của dung môi giảm do vậy năng lƣợng xung tổn hao cho quá trình đánh thủng

dung dịch điện môi cũng bị giảm. Điều này dẫn đến năng lƣợng hữu ích phục vụ

quá trình nóng chảy và bay hơi vật liệu phôi đƣợc tăng theo. Mặt khác, kích thƣớc

khe hở phóng điện cũng tăng khi bột trộn vào dung dịch điện môi. Điều này sẽ tạo

điều kiện cho quá trình đẩy phoi ra khỏi khe hở phóng điện, và dẫn đến số lƣợng

xung ngắn mạch, sự phát hồ quang trong khe hở gia công bị giảm nên quá trình gia

công đƣợc ổn định hơn. So với không bột, bột trộn trong dung dịch điện môi đã dẫn

đến MRR đƣợc tăng lớn nhất bằng 182,7% tại C = 6g/l. Nồng độ bột tăng từ 1g/l –

6g/l đã dẫn đến MRR cũng đƣợc tăng theo.

- Áp suất dòng dung dịch điện môi (P): Áp suất dòng dung dịch điện môi có

ảnh hƣởng khá mạnh đến MRR trong PMEDM với rung gán với phôi (mạnh thứ 4),

Bảng 4. 5. Hình 4. 2d đã cho thấy áp suất dòng dung dịch điện môi có thể dẫn đến

MRR bị thay đổi khác nhau. Nguyên nhân là do áp suất dòng dung dịch điện môi có

ảnh hƣởng đến khả năng đẩy phỏi ra khỏi khe hở phóng điện, sự ổn định của dung

dịch dịch điện môi trong vùng gia công và sự xuất hiện của hạt bột trong khe hở

phóng điện. Điều này có ảnh hƣởng rất mạnh đến khả năng gia công của PMEDM.

Khi áp suất dòng dung dịch điện môi nhỏ, sẽ dẫn đến quá trình đẩy hạt phoi, bột và

dung môi bị ảnh hƣởng bởi tia lửa điện là chậm do đó quá trình gia công sẽ kém ổn

định. Mặt khác khi P là quá lớn sẽ dẫn đến sự tồn tại của các hạt bột trong khe hở

quá ngắn, sự hình thành tia lửa điện với áp suất lớn là không ổn định. Những điều

này có ảnh hƣởng không có lợi với quá trình gia công. P = 15 KPa sẽ dẫn đến MRR

lớn nhất.

- Tần số rung (F): Là thông số ảnh hƣởng mạnh thứ 3 đến MRR, Bảng 4. 5.

Tần số rung khác nhau đã dẫn đến MRR trong PMEDM với rung gán vào phôi bị

thay đổi khác nhau, Hình 4. 2e. Tần số rung có ảnh hƣởng sẽ ảnh hƣởng đến quá

trình hình thành và số lƣợng của tia lửa điện, sự ổn định của quá trình gia công. F =

200-400Hz dẫn đến tăng MRR và F = 500-600Hz dẫn đến MRR bị giảm. Nguyên

nhân dẫn đến sự ảnh hƣởng của F đến MRR đã đƣợc làm rõ, MRR lớn nhất tại F =

400Hz và là nhỏ nhất tại F = 200Hz.

- Biên độ rung động (A): Là thông số ảnh hƣởng không lớn đến MRR trong

PMEDM (mức ảnh hƣởng thứ 5), Bảng 4. 5. A = 0,5 – 1,5µm đã dẫn đến MRR tăng,

Hình 4. 2f. Nguyên nhân có thể là do biên độ có ảnh hƣởng đến áp suất đẩy dung

dịch điện môi đƣợc tạo ra giữa điện cực và phôi. Khi biên độ tăng trong khoảng này

đã dẫn đến tăng áp suất đẩy dung dịch điện môi ra khỏi khe hở phóng điện, điều này

sẽ góp phần tăng hiệu quả đẩy phoi, bột và dung dịch điện môi ra khỏi vùng gia

công. Do đó quá trình gia công đƣợc ổn định hơn. Tuy nhiên, A = 2,0 – 2,5µm đã

dẫn đến MRR bị giảm mạnh, nguyên nhân là do sự thay đổi của A lớn đã dẫn đến

sự không ổn định của quá trình hình thành tia lửa điện tại khe hở phóng điện. MRR

trong PMEDM lớn nhất tại A = 1,5µm.

Bảng 4. 5 Mức ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến MRR

Thông số công nghệ

Mức của các thông số 1 I 5,319 Ton 10,367 C 5,347 P 13,565 F 10,122 A 11,348

8,219 10,399 11,038 14,281 11,238 12,137 2

10,922 12,775 11,573 10,262 16,153 12,510 3

13,430 11,314 12,347 8,552 11,345 9,632 4

17,531 10,566 15,116 8,761 10,563 9,794 5

Mức ảnh hƣởng 1 6 2 4 3 5

e) a) b) c) d) f)

Hình 4. 2 Giao diện trên minitab về ảnh hưởng của các thông số đến MRR

4.3.1.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

Hình 4. 3 Giao diện trên minitab về ảnh hưởng của thông số công nghệ đến

S/N của MRR

Hệ số S/N của MRR đƣợc phân tích theo dạng lớn hơn là tốt hơn. Phân tích

S/N của MRR đƣợc thể hiện tại Hình 4. 3. MRR trong PMEDM với rung động gán

với phôi lớn nhất với bộ thông số hợp lý nhƣ sau: I = 6A, Ton=37µs, C = 4g/l, P =

15kPa, F = 400Hz, A = 1,5µm. Kết quả tối ƣu của MRR đƣợc xác định theo công thức (4. 18) và MRRtoiuu = 28,95 mm3/phút. Thực nghiệm kiểm chứng đã nhận đƣợc MRRtoiuu = 31,29mm3/phút với sai số là 8,08%.

MRRtoiuu= I5 + Ton3+ C5 + P2 + F3 + A3 – 5.

(4. 18)

4.3.2. Tỷ lệ mòn điện cực

4.3.2.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến tỷ lệ giữa mòn điện cực và năng

suất gia công.

EWR giúp đánh giá sự hiệu quả của việc cải thiện năng suất và giảm hao

mòn điện cực trong gia công bằng tia lửa điện. EWR giảm càng lớn dẫn đến hiệu

quả gia công càng tăng. Sự ảnh hƣởng của các thông số công nghệ trong PMEDM

với rung động tần số thấp gán vào phôi đến EWR đƣợc thể hiện Bảng 4. 6 và Hình

4. 4. Kết quả đã cho thấy rằng:

- Cƣờng độ dòng điện (I): I là thông số ảnh hƣởng mạnh thứ 3 đến EWR,

Bảng 4. 6. Sự thay đổi của I có ảnh hƣởng khác nhau đến EWR, Hình 4. 4a. EWR

lớn nhất tại I = 2A, điều này đã cho thấy hiệu quả gia công của PMEDM với rung

động gán với phôi đƣợc cải thiện mạnh nhất. Nguyên nhân có thể là do năng lƣợng

tia lửa điện trong PMEDM với rung động tần số thấp gán với phôi tại I = 2A đã dán

đến năng suất gia công đã đƣợc tăng mạnh hơn so với sự tăng của TWR. Với I = 5-

6A đã dẫn đến EWR bị giảm rất mạnh, điều này có thể là năng lƣợng tia lửa điện

tăng dẫn đến TWR bị tăng rất mạnh.

- Thời gian phát xung (Ton): Mức ảnh hƣởng của Ton đến EWR là khá mạnh,

Ton có mức ảnh hƣởng mạnh thứ 2, Bảng 4. 6. EWR lớn nhất tại Ton = 18µs và nó

là nhỏ nhất với Ton = 50µs, Hình 4.4b. Điều này cho thấy mức độ ảnh hƣởng của

Ton đến sự thay đổi của MRR và TWR trong PMEDM với rung động gán với phôi

là rất khác nhau. Ton tăng sẽ dẫn đến năng lƣợng của tia lửa điện tăng do đó MRR

và TWR có thể bị tăng, tuy nhiên Ton quá lớn có thể dẫn đến thời gian để phục hồi

dung dịch điện môi bị giảm, phoi và bột sẽ không đƣợc đẩy hoàn toàn ra khỏi khu

vực gia công. Điều này có thể làm cho quá trình gia công không ổn định, quá trình

phóng hồ quang và ngắn mạch cũng tăng theo và hiệu quả gia công bị giảm. Tùy

theo giá trị của Ton mà mức độ ảnh hƣởng đến EWR là khác nhau.

- Nồng độ bột(C): Đây là thông số công nghệ có ảnh hƣởng mạnh nhất đến

EWR (xếp thứ 1), Bảng 4. 6. Nồng độ bột trộn vào dung dịch điện môi bằng 2g/l sẽ

cho EWR là lớn nhất, Hình 4. 4c. Ảnh hƣởng của bột trộn vào dung dịch điện môi

đến MRR đã đƣợc giải thích tại mục 4.1.1. Bột đi vào khe hở phóng điện sẽ tạo ra

nhiều cầu nối phóng điện dẫn đến số lƣợng tia lửa điện tăng nhƣng năng lƣợng của

mỗi tia lửa điện lại giảm, điều này có thể dẫn đến tốc độ tăng của TWR không lớn.

Ngoài ra, năng lƣợng đánh thủng điện môi cũng giảm với sự có mặt của hạt bột

trong khe hở phóng điện nên dẫn đến lƣợng vật liệu điện cực bị sói mòn cũng giảm.

Tuy nhiên, khi nồng độ bột lớn có thể sẽ xảy ra hiện tƣợng ngắn mạch gây phóng hồ

quang cục bộ và dẫn đến TWR bị tăng.

- Áp suất dòng dung dịch điện môi (P): Là thông số ảnh hƣởng không lớn

đến EWR (mức thứ 5), Bảng 4. 6. Áp suất dòng dung dịch điện môi có ảnh hƣởng

đến sự có mặt của các hạt bột trong khe hở phóng điện, sự loại bỏ phoi, dung dịch

điện môi và các hạt bột đã bị tác động của tia lửa điện ra khỏi khe hở phóng điện.

Và điều này có ảnh hƣởng đáng kể đến sự ổn định của quá trình gia công. Tuy nhiên,

P quá lớn sẽ dẫn đến tốc độ di chuyển của các hạt bột qua vùng hình thành tia lửa

điện là quá nhanh, dẫn đến sự hình thành tia lửa điện là không ổn định. Sự ảnh

hƣởng của P đến sự thay đổi của MRR đã đƣợc trình bày tại mục 3.4. P quá nhỏ

hoặc quá lớn có thể tạo ra nhiều xung ngắn mạch, dẫn đến TWR bị tăng. EWR lớn

nhất với P = 30kPa, Hình 4. 4d.

- Tần số rung động (F): Ảnh hƣởng của F đến EWR là tƣơng đối mạnh (mức

4), Bảng 4. 6. Sự ảnh hƣởng của F khác nhau đến EWR đƣợc chỉ ra trên Hình 4. 4e

và EWR lớn nhất tại F = 500Hz. Điều này cho thấy rằng hiệu quả gia công sẽ nhận

đƣợc cao nhất do chi phí hao mòn điện cực nhỏ và năng suất gia công đạt đƣợc lại

cao. Ảnh hƣởng của rung động đến EWR trong PMEDM đã đƣợc phân tích tại mục

3.1.1

- Biên độ rung động (A): Biên độ rung động là thông số ảnh hƣởng yếu nhất

trong các thông số đến EWR (mức 6), Bảng 4. 6. Sự thay đổi của A đã dẫn đến

EWR bị thay đổi, Hình 4. 4f. Cơ chế về sự ảnh hƣởng của A đến EWR đã đƣợc chỉ

ra tại mục 3.1.1. Khi A = 2,5µm dẫn đến EWR là lớn nhất, Hình 4. 4f. Nguyên nhân

có thể là do với A quá lớn dẫn đến cả MRR và TWR bị giảm nhƣng TWR bị giảm

mạnh hơn nhiều.

Bảng 4. 6 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến EWR

Thông số công nghệ

Mức

1 2 3 4 5 Delta Xếp hạng

I 1,4036 3,3031 1,8348 1,2056 1,5390 2,0976 3

Ton 3,3512 1,7582 1,5356 0,8324 1,8087 2,5188 2

C 2,0893 3,5770 1,6911 0,6762 1,2525 2,9009 1

P 1,3607 1,4746 2,7496 1,8947 1,8065 1,3889 5

F 1,7542 1,4421 1,7018 2,8635 1,5245 1,4214 4

A 1,3547 1,8084 1,4294 2,0727 2,6210 1,2663 6

b) f) a) c) d) e)

Hình 4. 4 Giao diện trên minitab về ảnh hưởng của các thông số đến EWR

4.3.2.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

Hình 4. 5 Giao diện trên minitab về ảnh hưởng của thông số công nghệ đến S/N

của EWR

Hình 4.5 biểu diễn kết quả phân tích S/N của EWR của PMEDM với rung

động gán với phôi (S/N lớn hơn là tốt hơn). Kết quả đã chỉ ra bộ thông số công nghệ

hợp lý để nhận đƣợc EWR thấp nhất là I = 5A, Ton=50µs, C = 3g/l, P = 5kPa, F =

300Hz, A = 1,5µm. EWR hợp lý đƣợc xác định theo công thức ((4. 19) và

EWRtoiuu = 2,34 %. Thực nghiệm kiểm chứng đã nhận đƣợc EWRtoiuu = 2,49%

với sai số là 6,41%.

EWRtoiuu= I4 + Ton4+ C4 + P1+ F2 + A3 – 5.

(4. 19)

4.3.3. Nhám bề mặt chi tiết gia công

4.3.3.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến nhám bề mặt chi tiết gia công

(Ra)

Nhám bề mặt đƣợc hình thành bởi độ nhấp nhô bề mặt và hạt vụn bám dính trên bề

mặt gia công. Sự ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến nhám bề mặt gia

công(Ra) bằng phƣơng pháp PMEDM với rung động tích hợp vào phôi đƣợc thể

hiện trên bảng 4.4 và Hình 4. 6. Kết quả đã cho thấy:

- Cƣờng độ dòng điện (I): Cƣờng độ dòng điện là thông số ảnh hƣởng mạnh

nhất đến Ra(mức 1), Bảng 4. 7. Cƣờng độ dòng điện tăng đã dẫn đến Ra bị tăng theo,

Hình 4. 6a. Nguyên nhân là do I tăng đã dẫn đến năng lƣợng của tia lửa điện bị tăng

theo và dẫn đến lƣợng vật liệu phôi bị nóng chảy và bay hơi cũng tăng theo. Điều

này dẫn đến kích thƣớc đƣờng kính và chiều sâu các vết lõm trên bề mặt gia tăng

lên. Ra trên bề mặt gia công nhỏ nhất tại I = 2A và lớn nhất với I = 6A.

- Thời gian phát xung (Ton): Thời gian phát xung cũng ảnh hƣởng đáng kể

đến Ra(mức 2), Bảng 4. 7. Quy luật ảnh hƣởng của Ton đến Ra cũng khá giống với sự

ảnh hƣởng của I, tuy nhiên mức độ ảnh hƣởng của Ton đến Ra là nhỏ hơn so với sự

ảnh hƣởng của I, Hình 4.5b. Sự tăng của Ton cũng dẫn đến năng lƣợng của tia lửa

điện tăng lên, do vậy năng suất gia công tăng và chất lƣợng bề mặt bị giảm. Ra nhỏ

nhất với Ton = 18µs.

- Nồng độ bột(C): Nồng độ bột cũng ảnh hƣởng mạnh đến sự thay đổi của Ra

(mức 4), Bảng 4. 7. Sự xuất hiện của bột trong dung dịch điện môi trong EDM đã

dẫn đến Ra giảm, Hình 4. 6c. Nguyên nhân có thể là do bột trong dung dịch điện

môi đi vào khe hở giữa điện cực và phôi đã tạo ra nhiều cầu nối, dẫn đến số lƣợng

tia lửa điện đƣợc hình thành cũng tăng theo. Điều này tạo ra năng lƣợng của mỗi lần

phát xung sẽ bị phân chia thành nhiều phần nhỏ hơn, do đó năng lƣợng của mỗi tia

lửa điện bị giảm. Bởi vậy kích thƣớc của các vết lõm trên bề mặt gia công cũng bị

giảm đi đáng kể. So với EDM không có bột trong dung môi, Ra của bề mặt gia công

sau PMEDM bị giảm lớn nhất bằng 85,6% tại C = 4g/l. C= 1-3 g/l dẫn đến Ra bị

thay đổi không đáng kể.

- Áp suất dòng dung dịch điện môi (P): Áp suất dung dịch điện môi ảnh

hƣởng mạnh thứ 5 trong các thông số đƣợc khảo sát đến Ra, Bảng 4. 7. Áp suất tăng

đã dẫn đến Ra bị giảm, Hình 4. 6d. Nguyên nhân có thể là do áp suất tăng đã làm

tăng khả năng đẩy phoi và các hạt bám dính trên bề mặt gia công, điều này sẽ nâng

cao độ nhẵn bề mặt gia công. Ra nhỏ nhất với P = 5kPa.

- Tần số rung động (F): Tần số có ảnh hƣởng khá mạnh đến Ra (mức 3),

Bảng 4. 7. Tần số rung tăng F = 200-600Hz đã dẫn đến Ra đƣợc cải thiện đáng kể,

Hình 4. 6e. Sự ảnh hƣởng của F đến Ra trong PMEDM với rung động gán với phôi

đã đƣợc giải thích tại mục 3.1.1. So với F = 0Hz, Ra đƣợc giảm lớn nhất bằng

79,4% tại F = 600Hz.

- Biên độ rung động (A): Biên độ ảnh hƣởng yếu nhất trong các thông số

đƣợc khảo sát đến Ra (mức 6), (Bảng 4. 7). Tăng biên độ A = 0,5 đến 2,5µm đã dẫn

đến Ra bị giảm, Hình 4. 6f. Sự ảnh hƣởng của A đến Ra cũng đã đƣợc giải thích. Ra

là nhỏ nhất tại A = 2µm.

Bảng 4. 7 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến Ra

Thông số công nghệ

Mức

1 2 3 4 5 Delta Xếp hạng

I 1,300 1,547 1,971 2,301 2,619 1,320 3

Ton 1,742 1,820 1,968 1,939 2,268 0,525 2

C 2,065 1,948 1,978 1,975 1,771 0,293 1

P 2,043 1,891 2,030 1,917 1,856 0,187 5

F 1,734 1,979 1,888 2,045 2,091 0,357 4

A 2,032 2,000 1,920 1,851 1,934 0,181 6

b) a) c) d) e) f)

Hình 4. 6 Giao diện trên minitab về ảnh hưởng của các thông số đến Ra

4.3.3.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

Hình 4. 7 biểu diễn kết quả phân tích S/N của Ra của PMEDM với rung động

gán với phôi (S/N nhỏ hơn là tốt hơn). Kết quả đã chỉ ra bộ thông số công nghệ hợp

lý để nhận đƣợc Ra nhỏ nhất là I = 2A, Ton=18µs, C = 4g/l, P = 60kPa, F = 600Hz,

A = 2,0µm. Ra hợp lý đƣợc xác định theo công thức (4. 20) và Ratoiuu = 0,88 µm.

Thực nghiệm kiểm chứng đã nhận đƣợc Ratoiuu = 1,03µm với sai số là 17,05%.

Ratoiuu= I1 + Ton1+ C5 + P5 + F5 + A4 – 5.

(4. 20)

Hình 4. 7 Giao diện trên minitab về ảnh hưởng của thông số công nghệ đến

S/N của Ra

4.3.4. Độ cứng bề mặt gia công

4.3.4.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến độ cứng bề mặt gia công (HV)

Lớp trắng của bề mặt gia công sau EDM và PMEDM có thể đƣợc giữa lại

hoặc bị loại bỏ. Điều này phụ thuộc vào đặc trƣng cơ lý tính và tổ chức tế vi của nó.

Mức ảnh hƣởng của các thông số đến độ cứng của bề mặt gia công (HV) đã đƣợc

thể hiện tại Bảng 4. 8. Trong đó, nồng độ bột là ảnh hƣởng mạnh nhất, tiếp theo lần

lƣợt theo thứ tự giảm dẫn là F, P, A, Ton và I. Quan sát Hình 4. 8 đã cho thấy sự

thay đổi của HV khi các mức thông số công nghệ thay đổi. Sự thay đổi các mức của

các thông số công nghệ F, P, A, Ton và I đã dẫn đến HV bị thay đổi không nhiều

(Hình 4. 8a,b,d,e,f), nguyên nhân có thể là do các thông số công nghệ này chỉ ảnh

hƣởng chủ yếu đến năng lƣợng và số lƣợng của các tia lửa điện hình thành tại khe

hở phóng điện. Và điều này sẽ ảnh hƣởng đến hàm lƣợng bột có mặt trên lớp bề mặt

gia công. Hình 4. 8c đã cho thấy độ cứng của bề mặt gia công đã đƣợc cải thiện

đáng kể khi có bột trộn vào dung dịch điện môi. Nguyên nhân xảy ra điều này là do

bột Titan trộn trong dung dịch điện môi đã bị năng lƣợng nhiệt của các tia lửa điện

làm nóng chảy và bay hơi, và một phần vật liệu bột Titan đã kết hợp với Cacbon

đƣợc cracking từ dung dịch điện môi là dầu tạo ra hợp kim cacbit Titan(TiC), Hình

4. 9. Các loại cacbit Titan đã xâm nhập vào bề mặt gia công dẫn đến HV bị tăng

mạnh. Điều này đã góp phần cải thiện đáng kể cơ tính của bề mặt gia công.

Bảng 4. 8 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến HV

Thông số công nghệ Mức

I 878,0 Ton 838,3 P 834,7 F 917,8 A 819,4 1 C 620,1

841,7 889,1 854,8 816,7 867,6 2 942,9

863,3 886,7 865,0 849,6 881,6 3 894,4

842,7 860,3 848,5 872,0 860,4 4 938,8

882,1 833,4 904,8 851,7 878,9 5 911,6

40,4 55,7 Delta 70,1 101,2 62,2 322,8

5 Xếp hạng 6 3 2 4 1

a) b) c) d) e) f)

Hình 4. 8 Ảnh hưởng của các thông số đến HV

a) Thành phần hóa

học(EDS)

b) Tổ chức các

pha(EDX)

Hình 4. 9 Phân tích EDS và EDX của bề mặt gia công sau PMEDM với bột

Titan

4.3.4.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

Hình 4. 10 Ảnh hưởng của các thông số đến HV

Kết quả phân tích S/N của HV của PMEDM với rung động gán với phôi (S/N

lớn hơn là tốt hơn) đƣợc chỉ ra tại Hình 4. 10. Kết quả đã chỉ ra bộ thông số công

nghệ hợp lý để nhận đƣợc HV lớn nhất là I = 6A, Ton=25µs, C = 3g/l, P = 60kPa, F

= 200Hz, A = 1,5µm. HV hợp lý đƣợc xác định theo công thức (4. 21) và HVtoiuu =

1055,60 HV. Thực nghiệm kiểm chứng đã nhận đƣợc HVtoiuu = 1127,3HV với sai số

là 6,79%.

HVtoiuu= I5 + Ton2+ C4 + P5 + F1 + A3 – 5. (4. 21)

4.3.5. Lớp trắng của bề mặt gia công (WLT)

Lớp trắng đƣợc hình thành trên lớp bề mặt cắt ngang của bề mặt gia công,

Hình 4.10. Lớp trắng đƣợc tạo ra bởi vật liệu của điện cực, phôi, bột và dung dịch

điện môi. Nguyên nhân là do một phần vật liệu bị nóng chảy và bay hơi đã bị dung

dịch điện môi làm nguội nhanh, và chúng đã bám dính vào bề mặt gia công. Năng

lƣợng của tia lửa điện và sự phân bố đồng đều của các tia lửa điện sẽ ảnh hƣởng đến

kích thƣớc của WLT và sự đồng đều của lớp trắng trên bề mặt gia công. Điều này sẽ

ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt gia công và chi phí của gia công tinh tiếp theo.

Lớp trắng

Hình 4. 11 Chiều dày lớp trắng của bề mặt gia công

4.3.5.1. Ảnh hƣởng của các thông số đến chiều dày lớp trắng bề mặt gia

công(WLT)

- Cƣờng độ dòng điện (I): Là thông số ảnh hƣởng mạnh thứ 2 đến chiều dày

lớp trắng (WLT), Bảng 4. 9. Cƣờng độ dòng điện tăng đã dẫn đến WLT tăng, Hình

4. 12a. Nguyên nhân có thể là do sự tăng của I dẫn đến năng lƣợng nhiệt của các tia

lửa điện bị tăng theo. Điều này dẫn đến lƣợng vật liệu điện cực, phôi, bột bị nóng

chảy và bay hơi tăng, đồng thời chiều dày lớp bị ảnh hƣởng bởi nhiệt của tia lửa

điện cũng tăng. WLT lớn nhât với I = 6A và nhỏ nhất với I = 2A.

- Thời gian phát xung (Ton): Ton ảnh hƣởng mạnh thứ 3 tới WLT, Bảng 4. 9.

Sự tăng của Ton đã dẫn đến WLT bị thay đổi đáng kể, Hình 4.11b. Ton = 18-37µs

dẫn đến WLT bị tăng, nguyên nhân là do Ton tăng dẫn đến năng lƣợngcuar tia lửa

điện tăng theo. WLT là lớn nhất tại Ton = 37µs. Tuy nhiên, Ton = 50-75µs đã dẫn

đến WLT bị giảm. Điều này có thể là do khi Ton quá lớn sẽ dẫn đến thời gian ngừng

phát xung bị giảm mạnh nên quá trình gia công có thể không ổn định bởi dung dịch

điện môi không kịp phục hồi, bột và phoi không đƣợc đẩy hoàn toàn ra khỏi khe hở

gia công. Điều này dẫn đến xuất hiện nhiều xung lỗi nên năng lƣợng gia công bị

giảm.

- Nồng độ bột(C): Là thông số ảnh hƣởng mạnh nhất (mức 1) đến WLT,

Bảng 4. 9. Bột xuất hiện trong dung dịch điện môi đã dẫn đến WLT bị giảm đáng kể,

Hình 4. 12c. Nguyên nhân có thể là do bột trộn trong dung dịch điện môi đã làm

năng lƣợng của các tia lửa điện bị giảm. So với WLT sau EDM, WLT sau PMEDM

giảm lớn nhất bằng 31,72% tại C = 1g/l. Khi nồng độ tăng đã dẫn đến WLT sau

PMEDM bị tăng nhẹ, nguyên nhân có thể là do nồng độ bột tăng dẫn đến độ bền

cách điện dung môi bị giảm nên năng lƣợng xung để gia công sẽ tăng. Ngoài ra,

lƣợng vật liệu bột bị nóng chảy và bay hơi cũng tăng lên, do đó lƣợng xâm nhập của

no vào bề mặt phôi cũng tăng theo. WLT sau PMEDM lớn nhất tại C = 3g/l.

- Áp suất dòng dung dịch điện môi (P): Áp suất của dòng dung dịch điện

môi là thông số công nghệ ảnh hƣởng yêu nhất đến WLT (mức 6), Bảng 4. 9. Sự

thay đổi của WLT theo P đƣợc thể hiện trên hính 4.11d. P = 5-45kPa dẫn đến WLT

bị tăng, nguyên nhân là do sự tăng của P đã dẫn đến dung dịch điện môi và bột mới

đƣợc cung cấp vào khe hở phóng điện tốt hơn nên quá trình gia công đƣợc ổn định

hơn. Bởi vậy năng lƣợng xung phục vụ cho gia công sẽ tăng. Mặt khác, với P trong

khoảng này có thể tạo điều kiện thuận lợi để vật liệu bột, điện cực xâm nhập vào bề

mặt phôi. Tuy nhiên, P quá lớn dẫn đến tốc độ của bột dich chuyển trong khe hở

phóng điện quá lớn và điều này đã ảnh hƣởng không có lợi cho quá trình hình thành

tia lửa điện. Do vậy, năng lƣợng gia công bị giảm. WLT sau PMEDM lớn nhất tại P

= 30kPa.

Bảng 4. 9 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến WLT

Thông số công nghệ

Mức

I

Ton

C

P

F

A

1 18,78

22,81

31,67

23,49

26,03

23,94

2 23,65

25,24

21,60

23,79

22,77

25,90

3 26,01

26,65

23,20

25,80

26,23

26,81

4 26,50

23,92

24,58

26,40

23,57

23,18

5 28,60

24,92

22,50

24,07

24,94

23,72

Delta

9,82

3,85

10,07

2,91

3,46

3,64

Xếp hạng

2

3

1

6

5

4

- Tần số rung động (F): Tần số F ảnh hƣởng không lớn đến WLT (mức 5), Bảng 4.

9. Rung động tích hợp vào phôi đã dẫn đến WLT bị thay đổi, Hình 4. 12e. Điều này

có thể là do tần số rung sẽ ảnh hƣởng đến áp suất dung dịch điện môi tại khe hở

phóng điện nên sẽ ảnh hƣởng đến sự ổn định của quá trình gia công và sự bám dính

của vật liệu điện cực và bột lên bề mặt phôi. WLT lớn nhất với F = 400Hz và nhỏ

nhất với F = 600Hz.

- Biên độ rung động (A): A ảnh hƣởng mạnh thứ 4 đến WLT, Bảng 4. 9. A =

0,5-1,5µm đã dẫn đến WLT tăng nhƣng A = 2,0-2,5µm lại dẫn đến WLT giảm,

Hình 4. 12f. Nguyên nhân có thể là do giá trị của biên độ rung động sẽ ảnh hƣởng

đến áp suất dòng dung môi tại khe hở phóng điện, quá trình hình thành tia lửa điện

và sự tạo thành lớp trắng trên bề mặt gia công. WLT lớn nhất với A = 1,5µm.

a) b) c) d) e) f)

Hình 4. 12 Ảnh hưởng của các thông số đến WLT

4.3.5.2. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

Hình 4. 13 Ảnh hưởng của các thông số đến WLT

Kết quả phân tích S/N của WLT của PMEDM với rung động gán với phôi

(S/N lớn hơn là tốt hơn) đƣợc chỉ ra tại Hình 4. 13. Kết quả đã chỉ ra bộ thông số

công nghệ hợp lý để nhận đƣợc WLT lớn nhất là I = 6A, Ton=37µs, C = 0g/l, P =

45kPa, F = 200Hz, A = 1,5µm. WLT hợp lý đƣợc xác định theo công thức (4.5) và

WLT toiuu = 38,78 µm. Thực nghiệm kiểm chứng đã nhận đƣợc WLT toiuu = 35,23µm

với sai số là 9,15%.

HVtoiuu= I5 + Ton3+ C1 + P4 + F1 + A3 – 5. (4. 22)

4.4. Bài toán đa mục tiêu bằng Topsis

4.4.1. Kết quả tính toán bằng Topsis-Taguchi

Bước 1: Sắp xếp các chỉ tiêu đƣợc lựa chọn dƣới dạng ma trận:

Bước 2: Chuẩn hóa ma trận, các giá trị chuyển đổi đƣợc xác định theo công

thức (4. 10) và kết quả cho

tại Bảng 4. 10:

Bảng 4. 10 Dữ liệu chuẩn hóa

I Ton C P

5 200 0,5 0,0103

0,1607 0,1166 0,1377 0,1996

Véc tơ chuyển đổi TT XMRRi1 XEWRi2 XRai1 XHVi2 XWLTi2

1 15 300

0,1425

0,1726 0,1187 0,2159 0,1148

2 30 400 1,5 0,1453

0,0971 0,1331 0,2173 0,1585

3 45 500

0,0489

0,0362 0,1276 0,2179 0,1333

Tiếp theo bảng 4.10

4 60 600 2,5 0,0745

0,0896 0,1466 0,2181 0,1352

1 30 500 2,5 0,0888

0,7273 0,1491 0,2136 0,1555

2 45 600 0,5 0,0829

0,1775 0,1630 0,1920 0,1881

3 60 200

0,1417

0,1266 0,1328 0,2408 0,1855

5 300 1,5 0,2622

0,0265 0,1446 0,1924 0,1548

0 15 400

0,0757

0,2507 0,1751 0,1267 0,2497

2 60 300

0,1121

0,2307 0,1623 0,1996 0,1626

10 3

5 400 2,5 0,2180

0,0528 0,1873 0,2171 0,2031

11 4

4 15 500 0,5 0,3228

0,0816 0,1919 0,2064 0,1505

12 4

0 30 600

0,0812

0,1230 0,2331 0,1423 0,2740

13 4

1 45 200 1,5 0,1314

0,2387 0,1997 0,2248 0,2366

14 4

3 15 600 1,5 0,2865

0,0297 0,2158 0,2064 0,2211

15 4

4 30 200

0,2146

0,1194 0,1751 0,2245 0,2029

16 5

0 45 300 2,5 0,0906

0,1190 0,2400 0,1343 0,2394

17 5

1 60 400 0,5 0,2001

0,0944 0,2202 0,2092 0,1794

18 5

5 500

0,2725

0,1150 0,2865 0,1920 0,2034

19 5

4 45 400

0,3239

0,1792 0,2175 0,2042 0,2448

20 5

0 60 500 1,5 0,1660

0,1743 0,2559 0,1702 0,2876

21 6

5 600

0,3119

0,1841 0,2753 0,2181 0,1664

22 6

2 15 200 2,5 0,3042

0,0496 0,2331 0,2249 0,2031

23 6

3 30 300 0,5 0,2832

0,0225 0,3130 0,1944 0,2274

24 6

25 6

Bước 3: Xác định các trị số y11 và y12. Trọng số của các chỉ tiêu MRR, EWR,

Ra, HV và WLT đƣợc lựa chọn bằng AHP:

Xây dựng các cặp so sánh:

Bảng 4. 11 Xác định các cặp so sánh

Factor MRR

EWR

HV

WTL

Ra

MRR

1 1/2

1/3

3 1/2

3

1

9

2 Ra

EWR

1/3

1/9

1/7

1 1/5

HV

3

1

7

2 WTL

2 1/2

5

1 Total

9.33

2.63

24.00

3.98

5.70

- Chuẩn hóa:

Chỉ tiêu MRR

EWR

WLT

Tổng Trung bình Chuẩn hóa đại lƣợng

MRR

0,107

0,161

0,120

0,112

0,088

0,588

0,118

5,126

0,321

0,360

0,336

0,351

0,338

Bảng 4. 12 Ma trận chuẩn hóa

1,690

5,119

EWR

0,036

0,040

0,048

0,035

0,195

0,039

5,099

0,321

0,280

0,336

0,351

1,610

0,322

5,132

WTL

0,214

0,161

0,200

0,168

0,175

0,918

0,184

5,135

- Phân tích chuẩn hóa:

Tính toán chỉ số CI: max = 5.12, CI = 0,03

Xác định hệ số chuẩn hóa: R.I = 1.12, C.R = 0.0272 thỏa mãn điều kiện < 0.1.

Từ đó xác định đƣợc trọng số của các chỉ tiêu chất lƣợng nhƣ Bảng 4. 13.

Bảng 4. 13 Trị số của trọng số của các chỉ tiêu chất lượng

Chỉ tiêu Trọng số

MRR

0.118

0.338 TWR

0.039 HV

0.322 WTL

0.183

Bước 4: Xác định giải pháp tốt nhất và giải pháp tồi nhất: Từ công thức (4. 13)

và (4. 14) xác định đƣợc các giải pháp tốt nhất và giải pháp tồi nhất. MRR, HV và

WLT đƣợc diễn tả cao hơn là tốt hơn. EWR, Ra diễn tả là nhỏ hơn thì tốt hơn. Vì vậy

giá trị nhỏ nhất đƣợc xem xét là giải pháp tốt nhất và trị số lớn nhất là giải pháp tồi

nhất. Các giá trị đƣợc thể hiện tại Bảng 4. 14.

Bảng 4. 14 Giải pháp tốt nhất và tồi nhất.

MRR EWR HV WLT Ra

A+ 0,0381 0,0283 0,039 0,078 0,053

A- 0,0012 0,001 0,106 0,041 0,021

Bảng 4. 15 Giá trị qui đổi được tính từ bước 3 đến bước 7

T yi yi

-0,037

-0,022

0,000

-0,033

-0,016

0,000

0,005

-0,066

0,004

0,016

No HV WLT MRR EWR Ra HV WLT MRR EWR Ra

-0,021

-0,022

0,001

-0,008

-0,032

0,016

0,006

-0,066

0,029

0,000

-0,021

-0,025

0,006

-0,008

-0,024

0,016

0,003

-0,061

0,029

0,008

-0,032

-0,027

0,004

-0,007

-0,028

0,005

0,001

-0,063

0,029

0,003

-0,029

-0,025

0,010

-0,007

-0,028

0,008

0,003

-0,056

0,029

0,004

-0,028

0,000

0,011

-0,009

-0,024

0,009

0,027

-0,055

0,028

0,007

-0,028

-0,021

0,016

-0,016

-0,018

0,009

0,006

-0,051

0,021

0,013

-0,021

-0,023

0,005

0,000

-0,019

0,015

0,004

-0,061

0,037

0,013

-0,007

-0,027

0,009

-0,016

-0,024

0,030

0,000

-0,057

0,021

0,007

-0,029

-0,019

0,020

-0,037

-0,007

0,008

0,009

-0,047

0,000

0,025

-0,025

-0,019

0,015

-0,013

-0,023

0,012

0,008

-0,051

0,023

0,009

-0,012

-0,026

0,024

-0,008

-0,016

0,024

0,001

-0,043

0,029

0,016

0,000

-0,025

0,025

-0,011

-0,025

0,037

0,002

-0,041

0,026

0,007

-0,029

-0,024

0,039

-0,032

-0,002

0,008

0,004

-0,027

0,005

0,029

-0,023

-0,019

0,028

-0,005

-0,009

0,014

0,008

-0,038

0,032

0,022

-0,004

-0,027

0,034

-0,011

-0,012

0,032

0,000

-0,033

0,026

0,020

-0,013

-0,024

0,020

-0,005

-0,016

0,024

0,004

-0,047

0,032

0,016

Tiếp theo bảng 4.15

-0,027

-0,024

0,042

-0,034

-0,009

0,009

0,004

-0,025

0,002

0,023

-0,015

-0,025

0,035

-0,010

-0,020

0,022

0,003

-0,031

0,027

0,012

-0,006

-0,024

0,057

-0,016

-0,015

0,031

0,004

-0,009

0,021

0,016

0,000

-0,021

0,034

-0,012

-0,008

0,037

0,006

-0,032

0,025

0,024

-0,019

-0,022

0,047

-0,023

0,000

0,018

0,006

-0,019

0,014

0,032

-0,001

-0,021

0,054

-0,007

-0,022

0,035

0,006

-0,013

0,029

0,009

-0,002

-0,026

0,039

-0,005

-0,016

0,035

0,001

-0,027

0,032

0,016

-0,005

-0,027

0,066

-0,015

-0,011

0,032

0,000

0,022

0,021

Bước 5: Xác định các trị số và theo công thức (4. 15) và (4. 16), trị số

đƣợc diễn tả tại Bảng 4. 15:

Bước 6: Xác trị số theo công thức (4. 17) và trị số đƣợc diễn tả tại

Bảng 4. 16:

Bước 7: Sắp xếp giá trị C* với thứ tự đƣợc diễn tả tại bảng 4.16. Kết quả chỉ ra

rằng: Thí nghiệm thứ tự 6 cho chất lƣợng bề mặt tốt nhất, bảng 4.16.

Bảng 4. 16 Giá trị qui đổi được tính từ bước 3 đến bước 7

STT S/N Ci Xếp hạng

0,0685

0,0566 0,548 16 -5,22439 1

2 0,0446 0,0736 0,623 5 -4,11024

3 0,0411 0,0698 0,629 4 -4,02699

4 0,0514 0,0695 0,575 10 -4,80664

5 0,0491 0,0641 0,566 13 -4,94367

6 0,0394 0,0689 0,636 2 -3,93086

7 0,0457 0,0575 0,557 14 -5,08290

8 0,0372 0,0741 0,665 1 -3,54357

9 0,0415 0,0680 0,621 6 -4,13817

10 0,0546 0,0541 0,498 18 -6,05541

Tiếp theo bảng 4.16

11 0,0440 0,0586 0,571 12 -4,86728

12 0,0414 0,0593 0,589 7 -4,59769

13 0,0451 0,0611 0,575 9 -4,80664

14 0,0627 0,0412 0,396 22 -8,04610

15 0,0422 0,0569 0,574 11 -4,82176

16 0,0464 0,0563 0,548 15 -5,22439

17 0,0372 0,0634 0,630 3 -4,01319

18 0,0656 0,0353 0,350 25 -9,11864

19 0,0504 0,0483 0,489 19 -6,21382

20 0,0662 0,0418 0,387 23 -8,24578

21 0,0427 0,0602 0,585 8 -4,65688

22 0,0595 0,0441 0,426 21 -7,41181

23 0,0622 0,0491 0,441 20 -7,11123

24 0,0502 0,0564 0,529 17 -5,53089

25 0,0743 0,0440 0,372 24 -8,58914

4.4.2. Kết quả tối ƣu dựa vào hệ số S/N

Nghiên cứu đã sử dụng ma trận thực nghiệm của Taguchi khảo sát 6 thông số

với mức là 5, do đó để xác định chính xác điều kiện tối ƣu theo phƣơng pháp truyền thống sẽ phải có 56 thí nghiệm. Tuy nhiên, trong ma trận thực nghiệm của Taguchi

chỉ có 25 thí nghiệm nên khả năng xảy ra trƣờng hợp giá trị tối ƣu lại nằm trong

phần còn lại của sự kết hợp là rất có thể. Vì vậy, để tìm ra sự kết hợp tối ƣu cần

thiết phải dựa vào hệ số S/N trong phân tích của Taguchi. Hệ số S/N của C* có giá

trị cao hơn sẽ là tiếp cận kết quả tối ƣu hơn. Giá trị của S/N của C* đƣợc tính bằng

công thức (2) và trị số chỉ ra tại Bảng 4. 16. Hình 4. 14 chỉ ra ảnh hƣởng của các

thông số công nghệ đến S/N của C*. Thông số công nghệ tối ƣu: I = 3A, Ton=18µs,

C = 4g/l, P = 15kPa, F = 200Hz, A = 1,5µm. Các giá trị tối ƣu của các chỉ tiêu đƣợc

xác định bởi công thức (4.23) và kết quả tại Bảng 4. 17. Kết quả có độ chính xác

phù hợp (sai số lớn nhất 18,56%).

(MRR, EWR, Ra, HV và WLT)toiuu= I2+Ton1+C5 +P2 + F1 + A3 – 5. (4. 23)

Hình 4. 14 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến hệ số S/N của C*

Bảng 4. 17 Kết quả của bài toán đa mục

Đặc trƣng chất lƣợng

Điều kiện

Thực nghiệm

Tính toán

Khác nhau (%)

15,20

16,35

7,57

2,03

1,98

-2,46

0,97

1,15

18,56

Cu(+),I = 3A, Ton=18µs, C = 4g/l, P = 15kPa, F = 200Hz, A = 1,5µm

938,04

7,31

1094,5 7

24,15

22,46

-7,00

MRR (mm3/ phút) EWR (%) Ra (µs) HV (HV) WLT (µs)

4.4.3: Chất lƣợng bề mặt tại điều kiện tối ƣu

4.4.3.1. Hình thái bề mặt gia công

Bề mặt gia công sau EDM và PMEDM là tập hợp gồm rất nhiều các các vết

lõm và chúng đƣợc phân bố bất kỳ. Các vết lõm đƣợc hình thành bởi các tia lửa

điện gây nóng chảy và bay hơi vật liệu phôi và dung dịch điện môi làm nguôi nhanh

trong suốt quá trình gia công, và bởi vậy các vết lõm có dạng hình lõm cầu. Đƣờng

kính và chiều sâu của các vết lõm phụ thuộc vào năng lƣợng nhiệt của các tia lửa

điện. Năng lƣợng nhiệt của tia lửa điện tăng sẽ dẫn đến đƣờng kính và chiều sâu của

các vết lõm đƣợc tăng theo. Số lƣợng các vết lõm sinh ra trên bề mặt ra công, nó

phụ thuộc vào số tia lửa điện đƣợc sinh ra trong một chu kỳ, và nó tăng khi số lƣợng

của tia lửa điện đƣợc tăng.

So với EDM, số lƣợng các vết lõm sau PMEDM đã đƣợc tăng đáng kể, và

ngƣợc lại kích thƣớc của chúng bị giảm đi, Hình 4. 15. Đƣờng kính và chiều sâu

của các vết lõm trên bề mặt gia công sau PMEDM là nhỏ hơn so với nó của EDM .

Nguyên nhân là do bột Titanium trộn vào dung dịch điện môi in EDM, nó đã dẫn

đến sự tăng của các cầu nối phóng điện, do đó số lƣợng tia lửa điện đƣợc tăng đáng

kể. Bên cạnh đó, năng lƣợng của mỗi tia lửa điện sẽ bị giảm, nguyên nhân là do

năng lƣợng xung của mỗi lần phóng xung điện sẽ đƣợc chia thành nhiều xung nhỏ

của mỗi tia lửa điện hơn, và điều này dẫn đến kích thƣớc của các vết lõm bị giảm và

nó phân bố đồng đều trên bề mặt gia công.

b. PMEDM với bột Titanium

a. EDM

Hình 4. 15 Topography bề mặt chi tiết

Thông số hình học của các miệng núi lửa trên bề mặt gia công có thể mang lại

lợi ích tích cực đối với khả năng làm việc của lớp bề mặt của sản phẩm. So với các

phƣơng pháp gia công truyền thống, các miệng núi lửa với dạng lõm cầu trên bề

mặt gia công sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự chứa dung dịch bôi trơn tại bề mặt

làm việc. Miệng và đáy của carters đƣợc vê cong, nó sẽ làm giảm sự tập trung ứng

suất trong quá trình chịu lực tác dụng. Điều này góp phần nâng cao khả năng làm

việc của các chi tiết máy.

100

4.4.3.2. Hạt bám dính trên bề mặt gia công

Hình dạng, kích thƣớc và số lƣợng của các hạt vụ bám dính trên bề mặt gia

công sẽ ảnh hƣởng đến sự nhẵn bóng của bề mặt sản phẩm sau EDM. Bởi vậy,

nghiên cứu quá trình hình thành của hạt vụ bám dính trên bề mặt gia công sau EDM

sẽ góp phần nâng cao chất lƣợng bề mặt sản phẩm sau EDM. Và nó góp phần làm

giảm chi phí cho công đoạn gia công tinh tiếp theo để cải thiện chất lƣợng bề mặt.

Hình dạng hạt bám dính trên bề mặt gia công sau EDM và PMEDM bao gồm đa

cạnh, hình cầu, cạnh đƣợc về tròn,…, Hình 4. 16. Nguyên nhân xảy ra điều này là

do năng lƣợng nhiệt của các tia lửa điện sinh ra trong khe hở phóng điện giữa điện

cực và phôi, nó làm nóng chảy và bay hơi điện cực, phôi và bột titanium, và chúng

ngay lập tức đƣợc làm nguội nhanh bởi dung dịch điện môi. Bởi vậy, một số lƣợng

của vật liệu bị nóng chảy và bay hơi đã không đƣợc dung dịch điện môi cuốn đi, mà

chúng đã bám dính vào bề mặt gia công. Vật liệu bị nóng chảy và bay hơi bị dƣới

tác động của sức căng bề mặt ngoài của dung dịch điện môi, bởi vậy bề mặt của các

hạt vụn sẽ bị tạo bán kính tròn và dạng hình cầu. Sự dẫn điện và dẫn nhiệt của vật

liệu điện cực sẽ ảnh hƣởng đến năng lƣợng nhiệt của tia lửa điện, và điều này sẽ ảnh

hƣởng đến thể tích lƣợng vật liệu của điện cực, phôi và bột bị nóng chảy và bay hơi.

Từ đó sẽ ảnh hƣởng đến kích thƣớc của các hạt vụn bám dính trên bề mặt gia công.

Sự dẫn điện và dẫn nhiệt càng tăng, nó càng làm giảm năng lƣợng nhiệt của các tia

lửa điện, và kích thƣớc các hạt vụn bị giảm theo.

So với EDM, kích thƣớc hạt vụn trên bề mặt gia công sau PMEDM là nhỏ

hơn, Hình 4. 16. Điều này là do bột titanium trộn trong dung dịch điện môi in EDM,

nó đã dẫn đến sự tăng của số lƣợng tia lửa điện, và bởi vậy năng lƣợng của các tia

lửa điện bị giảm theo. Số lƣợng các hạt vụn với hình dạng bị vê tròn và hình cầu

cũng bị giảm, nguyên nhân là do bột trộn vào dun dịch điện môi sẽ dẫn đến sự tăng

kích thƣớc khe hở phóng điện, và điều này sẽ dẫn đến sự đẩy phoi ra khỏi khe hở

phóng điện đƣợc dễ dàng hơn. Do vậy, lƣợng kim loại bị nóng chảy và bay hởi bị

bám dính vào bề mặt gia công cũng bị giảm theo. Tuy nhiên, các hạt vụn với kích

thƣớc micro bám dính trên bề mặt gia công sau PMEDM là nhiều hơn so với sau

EDM, điều này là do một phần bột titan đã bị lắng đọng và bám dính trên bề mặt gia

101

công. So với sự bám dính của các hạt hình cầu vào bề mặt gia công, các hạt vụn với

kích thƣớc micro bám dính vào bề mặt gia công với lực bám dính nhỏ hơn, và

chúng dễ dàng đƣợc loại bỏ khỏi bề mặt gia công.

b. PMEDM

a. EDM

Hình 4. 16 Hạt bám dính trên bề mặt gia công

4.4.3.3. Nứt tế vi của bề mặt gia công

Nứt tế vi đƣợc hình thành trên bề mặt gia công sau EDM và PMEDM, Hình

4. 17. Nguyên nhân là do sự ảnh hƣởng nhanh và liên tục của các tia lửa điện và

dung dịch điện môi đến bề mặt gia công. Và nó dẫn đến sự xảy ra đồng thời các quá

trình nóng chảy và bị làm nguội rất nhanh của phôi, điện cực và bột. Kích thƣớc và

số lƣợng của nứt tế vi sẽ phụ thuộc vào công suất của năng lƣợng nhiệt ảnh hƣởng

đến bề mặt gia công, mà điều này phụ thuộc vào sự dẫn điện và dẫn nhiệt của điện

cực, phôi, năng lƣợng đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi và sự làm

mát của dung dịch điện môi. Kích thƣớc của nứt tế vi bao gồm chiều dài, chiều rộng

và chiều sâu của nó. Sự dẫn nhiệt cao của điện cực sẽ dẫn đến nhiệt độ tác động vào

bề mặt phôi bị giảm, điều này sẽ làm giảm kích thƣớc của nứt. Sự dẫn điện cao của

điện cực sẽ dẫn đến quá trình hình thành tia lửa điện đƣợc dễ dàng hơn, và điều này

gây ra sự tăng của tần suất phóng tia lửa điện và năng lƣợng nhiệt của các tia lửa

điện bị giảm. Bởi vậy, kích thƣớc của nứt tế vi bị giảm nhƣng số lƣợng của nứt

phân bố trên bề mặt gia công sẽ bị tăng.

102

So với EDM, nứt tế vi xuất hiện trên bề mặt gia công sau PMEDM đƣợc

phân bố đồng đều hơn và kích thƣớc của nó cũng là nhỏ hơn. Nguyên nhân là do

bột trộn trong dung dịch điện môi đã gây ra sự tăng của cầu nối phóng điện, nó đã

dẫn đến năng lƣợng xung phóng đƣợc chia thành nhiều phần năng lƣợng xung nhỏ

hơn và chúng đƣợc phân bố đều trên bề mặt gia công. Ngoài ra, năng lƣợng đánh

thủng dung dịch điện môi trong PMEDM using Ti powder cũng bị giảm so với nó

trong EDM, bởi vậy quá trình hình thành tia lửa điện là dễ dàng hơn. Điều này sẽ

dẫn đến năng lƣợng nhiệt của mỗi tia lửa điện sẽ là nhỏ hơn.

Nứt tế vi với kích thƣớc lớn sẽ ảnh hƣởng không tốt đến điều kiện bền mỏi

của bề mặt gia công, đặc biệt với các bề mặt bị lực kéo trong suốt quá trình làm việc.

Tuy nhiên, các nứt với kích thƣớc nhỏ, nó có thể dẫn đến sự tăng khả năng lƣu trữ

dầu bôi trơn trên bề mặt làm việc của các sản phẩm, và điều này sẽ góp phần cải

thiện khả năng chịu mài mòn của bề mặt làm việc.

a. EDM

a. PMEDM

Hình 4. 17 Nứt tế vi trên bề mặt gia công

4.4.3.4. Sự thay đổi tổ chức pha

Lớp trắng của bề mặt gia công sau EDM và PMEDM có thể đƣợc giữa lại

hoặc bị loại bỏ . Điều này phụ thuộc vào đặc trƣng cơ lý tính và tổ chức tế vi của nó.

103

Hình 4. 18 đã cho thấy rằng HV của

lớp trắng sau EDM nhỏ hơn so với kim

loại nền. Nguyên nhân là do vật liệu Cu và

C của dung dịch điện môi dầu đã xâm

nhập một lƣợng đáng kế vào lớp trắng,

điều này đã dẫn đến %Cu và %C trong lớp

trắng bị tăng rất mạnh, Hình 4. 19a. Cu và

C đã kết hợp với vật liệu phôi để tạo ra các

hợp chất gồm hợp kim của Cu và sắt,

Fe3C, F7C3, Mo3C2 và V8C7, Hình 4. 19b. Hình 4. 18 HV của bề mặt gia công Tuy nhiên độ cứng của lớp trắng lại thấp

sau EDM và PMEDM

hơn so với HV của phôi, nguyên nhân là

do tổ chức ôstenit của thép đã đƣợc hình

thành trong lớp trắng, và thành phần của

ôstenit chiếm chủ yếu trong lớp trắng.

Tuy nhiên, HV

của lớp trắng với

PMEDM sử dụng bột

Ti đƣợc tăng đáng kể,

a) EDS

Hình 4. 18. Điều này là

do Ti từ bột đã bị tia

lửa điện gây nóng chảy

và bay hơi, và nó đã

xâm nhập một lƣợng

104

đáng kể vào bề mặt gia

công, Hình 4. 20a. Ti

đã kết hợp với vật liệu

trong thép nền và C

b) EDX

đƣợc cracking từ dung

dịch điện môi dầu,

chúng đã tạo ra các

siêu hợp kim của Ti

nhƣ trong Hình 4. 20b.

Điều này đã góp phần

Hình 4. 19 Phân tích EDS và EDX cải thiện đáng kể cơ

tính của bề mặt gia

của bề mặt sau EDM

công.

a)

EDS

105

b)

EDX

Hình 4. 20 Phân tích EDS và EDX của bề mặt gia công sau PMEDM

Kết luận chƣơng 4:

Sự ảnh hƣởng của một số thông số công nghệ và chế độ hợp lý trong gia công

thép SKD61 bằng phƣơng pháp V_PMEDM đã đƣợc chỉ ra:

* Bài toán đơn mục tiêu:

- Đối với năng suất gia công (MRR):

+ Mức độ ảnh hƣởng của các thông số: Cƣờng độ dòng điện (I) là thông

số ảnh hƣởng mạnh nhất đến MRR, theo thứ tự giảm dần lần lƣợt là nồng độ

bột C, tần số rung F, áp suất P, biên độ A và nhỏ nhất là thời gian phát xung

Ton.

+ Bộ thông số công nghệ hợp lý theo chỉ tiêu MRR lớn nhất là I = 6A,

Ton=37µs, C = 4g/l, P = 15kPa, F = 400Hz, A = 1,5µm. Với giá trị MRR đƣợc xác định theo công thức (4. 18) và MRRtoiuu = 31,29mm3/phút.

- Đối với tỷ số giữa MRR và TWR (EWR):

+ Mức độ ảnh hƣởng của các thông số: Nồng độ bột C là thông số ảnh

hƣởng mạnh nhất đến EWR, theo thứ tự giảm dần lần lƣợt là thời gian phát

106

xung Ton, cƣờng độ dòng điện I, tần số rung F, áp suất P và nhỏ nhất là biên

độ A.

+ Bộ thông số công nghệ hợp lý theo chỉ tiêu EWR lớn nhất là I = 5A,

Ton=50µs, C = 3g/l, P = 5kPa, F = 300Hz, A = 1,5µm. Với giá trị EWR đƣợc

xác định theo công thức (4. 19) và EWRtoiuu = 7,97%.

- Đối với nhám bề mặt gia công (Ra):

+ Mức độ ảnh hƣởng của các thông số đến Ra tƣơng tự nhƣ đối với EWR,

tức là: Nồng độ bột C là thông số ảnh hƣởng mạnh nhất đến Ra, theo thứ tự

giảm dần lần lƣợt là thời gian phát xung Ton, cƣờng độ dòng điện I, tần số

rung F, áp suất P và nhỏ nhất là biên độ A.

+ Bộ thông số công nghệ hợp lý theo chỉ tiêu Ra lớn nhất là I = 3A,

Ton=18µs, C = 4g/l, P = 60kPa, F = 600Hz, A = 2,0µm. Với giá trị Ra đƣợc xác định theo công thức (4. 20) và Ratoiuu = 1,03µm.

- Đối với độ cứng bề mặt gia công (HV):

+ Mức độ ảnh hƣởng của các thông số đến HV nhƣ sau: Nồng độ bột C

là thông số ảnh hƣởng mạnh nhất đến HV, theo thứ tự giảm dần lần lƣợt là tần

số F, áp suất P, biên độ A, thời gian phát xung Ton và nhỏ nhất là cƣờng độ

dòng điện I.

+ Bộ thông số công nghệ hợp lý theo chỉ tiêu HV lớn nhất là I = 6A,

Ton=25µs, C = 3g/l, P = 60kPa, F = 200Hz, A = 1,5µm. Với giá trị HV đƣợc

xác định theo công thức (4. 21) và HVtoiuu = 1127,3HV.

- Đối với chiều dày lớp phủ (WLT):

+ Mức độ ảnh hƣởng của các thông số đến WLT nhƣ sau: Nồng độ bột C

là thông số ảnh hƣởng mạnh nhất đến HV, theo thứ tự giảm dần lần lƣợt là

cƣờng độ dòng điện I, thời gian phát xung Ton, biên độ A, tần số F và nhỏ nhất

là áp suất P.

107

+ Bộ thông số công nghệ hợp lý theo chỉ tiêu HV lớn nhất là I = 6A,

Ton=37µs, C = 0g/l, P = 45kPa, F = 200Hz, A = 1,5µm. Với giá trị WLT

đƣợc xác định theo công thức (4. 22) và WLTtoiuu = 35,23µm.

* Bài toán đa mục tiêu:

- Sự kết hợp Taguchi – Topsis đã quyết định đƣợc bài toán đa mục tiêu

trong V-PMEDM, kết quả của bài toán có độ chính xác tốt.

- Bộ thông số hợp lý trong bài toán quyết định đa mục tiêu gồm:

Cu(+),I = 3A, Ton=18µs, C = 4g/l, P = 15kPa, F = 200Hz, A = 1,5µm. Kết

quả của các chỉ tiêu chất lƣợng tại điểu kiện hợp lý nhƣ sau:

- Chất lƣợng bề mặt gia công tại điều kiện tối ƣu đã đƣợc cải thiện đáng kể:

Cơ tính đƣợc cải thiện đáng kể, nứt tế vi giảm, hạt bám dính với kích thƣớc và số

lƣợng bị giảm đáng kể, tổ chức pha hình thành trên bề mặt sau gia công V-PMEDM

có lợi cho quá trình làm việc của khuôn.

108

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU

1. Kết luận chung

Trong nghiên cứu này, tác giả đã thực hiện nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng của

lƣợng nhỏ nồng độ bột titan trộn trong dung dịch điện môi và rung động tích hợp

vào phôi đến quá trình gia công xung định hình thép SKD61. Từ các kết quả nghiên

cứu đã đƣa ra đƣợc một số kết luận sau:

1. Khảo sát mức độ ảnh hƣởng của nồng độ bột Titan thấp (1-8g/l) và tần số

rung động thấp (<1000Hz) đều có ảnh hƣởng đáng kể đến năng suất và chất lƣợng

quá trình gia công bằng EDM.

2. Xác định mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ (cường độ dòng điện,

thời gian phát xung, nồng độ bột, áp suất dòng dung dịch điện môi, tần số và biên

độ của rung động) đến các chỉ tiêu chất lƣợng (MRR, EWR, Ra, HV, WLT) trong

PMEDM với rung động tích hợp vào phôi;

3. Xác định đƣợc bộ thông số công nghệ hợp lý và giá trị phù hợp của các chi

tiêu chất lƣợng (MRR, EWR, Ra, HV, WLT) của quá trình gia công bằng PMEDM

với rung động tích hợp vào phôi trong các bài toán quyết định đơn mục tiêu bằng

phƣơng pháp Taguchi;

4. Xác định đƣợc giá trị phù hợp với bộ thông số công nghệ hợp lý trong bài

toán quyết đinh đa mục tiêu của quá trình gia công bằng PMEDM với rung động

tích hợp vào phôi (5 chỉ tiêu chất lƣợng) bằng kết hợp phƣơng pháp Taguchi –

Topsis;

5. Xác định đƣợc hiệu quả của PMEDM trong cải thiện cơ tính của bề mặt

thép làm khuôn (xuất hiện tổ chức cacbit Titan trong lớp bề mặt) gia công bằng

PMEDM.

6. Mức độ ảnh hƣởng và giá trị hợp lý của 6 thông số công nghệ (I, Ton, C, P,

F, A) đến từng chỉ tiêu chất lƣợng (MRR, EWR, Ra, HV, WLT) đã đƣợc xác định.

Trong đó, C , I và F là các thông số có ảnh hƣởng mạnh nhất đến kết quả bài toán.

Giá trị hợp lý của các chỉ tiêu chất lƣợng đƣợc xác định theo công thức (4. 18) - (4.

22)

109

7. Bộ thông số hợp lý trong quyết định đồng thời 5 chỉ tiêu đƣợc xác định I =

3A, Ton=18µs, C = 4g/l, P = 15kPa, F = 200Hz, A = 1,5µm và giá trị hợp lý đƣợc

xác định theo công thức:

(MRR, EWR, Ra, HV và WLT)toiuu= I2+Ton1+C5 +P2 + F1 + A3 – 5.

2. Hƣớng nghiên cứu:

Nghiên cứu ảnh hƣởng của các loại bột cùng với các rung động có biên độ, tần

số khác nhau đến quá trình gia công.

Nghiên cứu sử dụng các phƣơng pháp mô phỏng để làm rõ tác động qua lại

giữa rung động và bột trong khe hở gia công.

Luận án mới đề xuất đƣợc các bộ thông số công nghệ hợp lý, bởi vậy cần thiết

phải có các nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tối ƣu khác phù hợp để xác định chính xác

các giá trị tối ƣu.

Phân tích làm rõ tổ chức lớp bề mặt sau PMEDM, để từ đó đề ra các giải pháp

ứng dụng phù hợp vào thực tiễn sản xuất.

110

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. V. D. Bui, J. W. Mwangi, and A. Schubert, ―Powder mixed electrical discharge

machining for antibacterial coating on titanium implant surfaces,‖ J. Manuf.

Process., vol. 44, no. November 2018, pp. 261–270, 2019.

2. G. Talla, Powder-mixed Electric Discharge Machining ( PMEDM ) of Inconel 625

Powder-mixed Electric Discharge Machining ( PMEDM ) of Inconel 625. 2016.

3. Lazarenko, B.R. (1943): About the inversion of metal erosion and methods to fight

ravage of electric contacts, WEI-Institute, Moscow in Russian

4. A. S. Todkar, M. S. Sohani, G. S. Kamble, R. B. Nikam, and K. E. Work, ―Effects

of Vibration on Electro Discharge Machining Processes,‖ Int. J. Eng. Innov.

Technol., vol. 3, no. 1, pp. 270–275, 2013.

5. A. Erden, S. Bilgin, "Role of impurities in electric discharge machining", The 21th

International Machine Tool Design and Research Conference, Macmillan, London,

pp. 345–350, 1980

6. Jeswani, M.L. Effects of the addition of graphite powder to kerosene used as the

dielectric fluid in electrical discharge machining, Wear, 70, pp.133–139. 1981

7. Yan, B.H.; Chen, S.L. (1993): Effects of dielectric with suspended aluminum

powder on EDM, Journal of the Chinese Society of Mechanical Engineers, vol.14,

and pp.307-312

8. Tzeng, Y.F. and Lee, C.Y. Effects of powder characteristics on electro discharge

machining efficiency. International Journal of Advanced Manufacturing

Technology, 17, pp.586–592. 2001

9. Kansal, H.K., S. Singh, and P. Kumar, Effect of Silicon Powder Mixed EDM on

Machining Rate of AISI D2 Die Steel. Journal of Manufacturing Processes, 2007.

9(1): p. 13-22

10. Kung, K.-Y., Horng, J.-T. and Chiang, K.-T. Material removal rate and electrode

wear ratio study on the powder mixed electrical discharge machining of cobalt-

bonded tungsten carbide, International Journal of Advanced Manufacturing

Technology, 40, pp.95–104. 2009

111

11. Kun LingWu,Biing HwaYan,Jyh-WeiLee,Chun GianDing(2009). Study on the

characteristics of electrical discharge machining using dielectric with surfactant,

Journal of Materials Processing Technology, Volume 209, Issue 8, 21 April 2009,

Pages 3783-3789

12. Anil Kumar. (2007). PROCESSING AND CHARACTERIZATION OF INCONEL

718 AND ICNI-5510-718 SUPER ALLOYS FOR SPACE APPLICATIONS.

10.13140/2.1.4607.7760.

13. Gurule N. B.1, Nandurkar K. N, International Journal of Emerging Technology and

Advanced Engineering 2 (2012) 328 – 332

14. Y. Liu, H. Chang, W. Zhang, F. Ma, Z. Sha, and S. Zhang, ―A simulation study of

debris removal process in ultrasonic vibration assisted electrical discharge

machining (EDM) of deep holes,‖ Micromachines, vol. 9, no. 8, 2018.

15. Talla, G. (2016). Powder-mixed Electric Discharge Machining (PMEDM) of

Inconel 625 (Doctoral dissertation).

16. B. Jabbaripour, M.H. Sadeghi, M.R. Shabgard, H. Faraji, Investigating surface

roughness, material removal rate and corrosion resistance in PMEDM of r-TiAl

intermetallic, J. Manuf. Process. 15 (2013) 158–166.

17. Cogun, C., Ozerkan, B., Karacay, T. 2006. An experimental investigation on the

effect of powder mixed dielectric on machining performance in electrical discharge

machining. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal

of Engineering Manu- facture 220 Part B, 220: 1035-1050

18. G. Kucukturk, C. Cogun, A New Method for Machining of Electrically

Nonconductive Workpieces Using Electric Discharge Machining Technique, Mach.

Sci. Technol. 14 (2010) 189–207.

19. F.L. Zhao, Z.Z. Lu, H. Wang, Z.Q. Qian, Research on effecting mechanism of

particles in powder-mixed EDM, Dalian Ligong Daxue Xuebao/Journal Dalian

Univ. Technol. 45 (2005) 668–671.

112

20. G.S. Prihandana, M. Mahardika, M. Hamdi, Y.S. Wong, K. Mitsui, Accuracy

improvement in nanographite powder-suspended dielectric fluid for micro-electrical

discharge machining processes, Int. J. Adv. Manuf. Technol. 56 (2011) 143–149.

21. Y.S. Wong, L.C. Lim, I. Rahuman, W.M. Tee, Near-mirror-finish phenomenon in

EDM using powder-mixed dielectric, J. Mater. Process. Technol. 79 (1998) 30–40.

22. H.K. Kansal, S. Singh, P. Kumar, Application of Taguchi method for optimisation

of powder mixed electrical discharge machining, Int. J. Manuf. Technol. Manag. 7

(2005) 329

23. Uno, Y. and Okada, A. Surface generation mechanism in electrical discharge

machining with silicon powder mixed fluid.International Journal of Electrical

Machining, 2, pp.13–18. 1997.

24. Uno, Y., Okada, A., Hayashi, Y. and Tabuchi, Y. Surface integrity in EDM of

aluminum bronze with nickel powder mixed fluid. J Jpn. Soc. Elec. Mach. Eng., 32

(70), pp.24–31. 1998.

25. Tzeng, Y.-F. and Chen, F.-C. Investigation into some surface characteristics of

electrical discharge machined SKD-11 using powder-suspension dielectric oil.

Journal of Materials Processing Technology, 170, pp.385–391. 2005.

26. Zhao, W.S., Meng, Q.G. and Wang, Z.L. The application of research on powder

mixed EDM in rough machining. Journal of Materials Processing Technology, 129,

pp.30-33. 2002.

27. Jeswani, M.L. Effects of the addition of graphite powder to kerosene used as the

dielectric fluid in electrical discharge machining, Wear, 70, pp.133–139. 1981.

28. Mohri N., Saito N., Higashi M. , Kinoshita N. (1991), A New Process of Finish

Machining on Free Surface by EDM Methods, Annals of the CIRP, 40 (1), pp.

207–210

29. UNO, Y., & OKADA, A. (1997). Surface generation mechanism in electrical

discharge machining with silicon powder mixed fluid. International Journal of

Electrical Machining, 2, 13-18.

113

30. Y.S. Wong, L.C. Lim, I. Rahuman, W.M. Tee, Near-mirror-finish phenomenon in

EDM using powder-mixed dielectric, J. Mater. Process. Technol. 79 (1998) 30–40

31. Long, B. T., Cuong, N., Phan, N. H., Man, N. D., & Janmanee, P. (2014). Effects of

Titanium Powder Concentrations during EDM Machining Efficiency Of Steel

SKD61 Using Copper Electrode. International Journal of Advance Foundation And

Research In Science & Engineering (IJAFRSE), 1(7), 9-18.

32. Long, B. T., Cuong, N., Phan, N. H., Toan, H. A., & Janmanee, P. (2015).

Enhanced material removal rate and surface quality of SKD61 steel in electrical

discharge machining with graphite electrode in rough machining. International

Journal of Scientific Engineering and Technology, 4, 2.

33. Long, B. T., Cuong, N., Phan, N. H., Toan, H. A., & Janmanee, P. (2015).

Enhanced Material Removal Rate and Surface Quality of H13 Steel in Electrical

Discharge Machining With Graphite Electrode in Rough Machining. International

Journal of Scientific Engineering and Technology, 4(2), 101-106.

34. Le, V. T., Banh, T. L., Tran, X. T., Nguyen, T. H. M., & Le, V. T. (2020). Studying

the microhardness on the surface of SKD61 in PMEDM using tungsten carbide

powder. International Journal of Modern Physics B, 34(22n24), 2040164.

35. Chakraborty, S., Dey, V., & Ghosh, S. K. (2015). A review on the use of dielectric

fluids and their effects in electrical discharge machining characteristics. Precision

Engineering, 40, 1-6.

36. Chen, Y. F., & Lin, Y. C. (2009). Surface modifications of Al–Zn–Mg alloy using

combined EDM with ultrasonic machining and addition of TiC particles into the

dielectric. Journal of Materials Processing Technology, 209(9), 4343-4350.

37. Chen, S. L., Lin, M. H., Huang, G. X., & Wang, C. C. (2014). Research of the

recast layer on implant surface modified by micro-current electrical discharge

machining using deionized water mixed with titanium powder as dielectric solvent.

Applied Surface Science, 311, 47-53.

38. Hourmand, M., Farahany, S., Sarhan, A. A., & Noordin, M. Y. (2015). Investigating

the electrical discharge machining (EDM) parameter effects on Al-Mg 2 Si metal

114

matrix composite (MMC) for high material removal rate (MRR) and less EWR–

RSM approach. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,

77(5-8), 831-838.

39. Gopalakannan, S., Senthilvelan, T., & Ranganathan, S. (2012). Modeling and

optimization of EDM process parameters on machining of Al 7075-B4C MMC

using RSM. Procedia Engineering, 38, 685-690.

40. Kumar, S. V., & Kumar, M. P. (2015). Machining process parameter and surface

integrity in conventional EDM and cryogenic EDM of Al–SiCp MMC. Journal of

Manufacturing Processes, 20, 70-78.

41. Srivastava, A. K. (2020). Assessment of mechanical properties and EDM

machinability on Al6063/SiC MMC produced by stir casting. Materials Today:

Proceedings, 25, 630-634.

42. D. R. Unune and H. S. Mali, ―Experimental investigation on low-frequency

vibration-assisted µ-ED milling of Inconel 718,‖ Mater. Manuf. Process., vol. 33,

no. 9, pp. 964–976, 2018.

43. K. T. Hoang and S. H. Yang, ―A study on the effect of different vibration-assisted

methods in micro-WEDM,‖ J. Mater. Process. Technol., vol. 213, no. 9, pp. 1616–

1622, 2013.

44. D. Ghiculescu, N. Marinescu, D. Ghiculescu, and S. Nanu, ―Aspects of finite

element analysis of microdrilling by ultrasonically aided EDM and related

knowledge management,‖ Appl. Mech. Mater., vol. 371, no. August 2013, pp. 215–

219, 2013.

45. Y. S. Liao and H. W. Liang, ―Study of Vibration Assisted Inclined feed Micro-

EDM Drilling,‖ Procedia CIRP, vol. 42, no. Isem Xviii, pp. 552–556, 2016.

46. A. Schubert, H. Zeidler, M. H. Oschätzchen, J. Schneider, and M. Hahn, ―cing

Micro-EDM using Ultrasonic Vibration and Approaches for Machining of

Nonconducting Ceramics,‖ Strojniški Vestn. – J. Mech. Eng., vol. 59, no. 3, pp.

156–164, 2013.

115

47. Erden, A. and S. Bilgin, Role of Impurities in Electric Discharge Machining, in

Proceedings of the Twenty-First International Machine Tool Design and Research

Conference, J.M. Alexander, Editor. 1981, Macmillan Education UK: London. p.

345-350.

48. Schumacher, B.M., About the Role of Debris in the Gap During Electrical

Discharge Machining. CIRP Annals, 1990. 39(1): p. 197-199.

49. Nastasi, R. and P. Koshy, Analysis and performance of slotted tools in electrical

discharge

drilling. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2014. 63(1): p. 205-208.

50. Gu, L., L. Li, W. Zhao, and K.P. Rajurkar, Electrical discharge machining of

Ti6Al4V with a bundled electrode. International Journal of Machine Tools and

Manufacture, 2012. 53(1): p. 100-106.

51. Thesiya, D. and A. Rajurkar, Aluminium powder mixed rotary electric discharge

machining (PMEDM) on Inconel 718 AU - Patel, Sagar. Australian Journal of

Mechanical Engineering, 2018. 16(1): p. 21-30.

52. Baseri, H. and S. Sadeghian, Effects of nanopowder TiO2-mixed dielectric and

rotary tool on EDM. The International Journal of Advanced Manufacturing

Technology, 2016. 83(1): p. 519- 528

53. Y. Liu, H. Chang, W. Zhang, F. Ma, Z. Sha, and S. Zhang, ―Study on Gap Flow

Field Simulation in Small Hole Machining of Ultrasonic Assisted EDM,‖ IOP Conf.

Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 280, no. 1, 2017

54. D. R. Unune, C. K. Nirala, and H. S. Mali, ―Accuracy and quality of micro-holes in

vibration assisted micro-electro-discharge drilling of Inconel 718,‖ Meas. J. Int.

Meas. Confed., vol. 135, pp. 424–437, 2019.

55. B. C. Khatri, P. P. Rathod, J. B. Valaki, and C. D. Sankhavara, ―Insights into

process innovation through ultrasonically agitated concentric flow dielectric streams

for dry wire electric discharge machining,‖ Mater. Manuf. Process., vol. 33, no. 13,

pp. 1438–1444, 2018

116

56. N. Sabyrov, M. P. Jahan, A. Bilal, and A. Perveen, ―Ultrasonic vibration assisted

electro-discharge machining (EDM)-An overview,‖ Materials (Basel)., vol. 12, no.

3, 2019.

57. K. P. Maity and M. Choubey, ―A review on vibration-assisted EDM, micro-EDM

and WEDM,‖ Surf. Rev. Lett., vol. 26, no. 5, 2019.

58. T. Ichikawa and W. Natsu, ―Realization of micro-EDM under ultra-small discharge

energy by applying ultrasonic vibration to machining fluid,‖ Procedia CIRP, vol. 6,

pp. 326–331, 2013

59. Kojima a., Natsu W, Kunieda M. Spectroscopic measurement of arc plasma

diameter in EDM. CIRP Ann - Manuf Technol 2008;57:203–7

60. M. Goiogana, J. A. Sarasua, and J. M. Ramos, ―Ultrasonic Assisted Electrical

Discharge Machining for High Aspect Ratio Blind Holes,‖ Procedia CIRP, vol. 68,

no. April, pp. 81–85, 2018.

61. S. Kumar, S. Grover, and R. S. Walia, ―Optimisation strategies in ultrasonic

vibration assisted electrical discharge machining: a review,‖ Int. J. Precis. Technol.,

vol. 7, no. 1, p. 51, 2017.

62. N. Sabyrov, M. P. Jahan, A. Bilal, and A. Perveen, ―Ultrasonic vibration assisted

electro-discharge machining (EDM)-An overview,‖ Materials (Basel)., vol. 12, no.

3, 2019.

63. A. S. Todkar, M. S. Sohani, G. S. Kamble, R. B. Nikam, and K. E. Work, ―Effects

of Vibration on Electro Discharge Machining Processes,‖ Int. J. Eng. Innov.

Technol., vol. 3, no. 1, pp. 270–275, 2013.

64. A. Pandey1 and Shankar Singh, ―Current Research Trends in Micro Electrical

Discharge Machining: a Review,‖ Ijitr, vol. 2, no. 1, pp. 717–721, 2014.

65. M. Mia, Mathematical modeling and optimization of MQL assisted end milling

characteristics based on RSM and Taguchi method, Measurement 121 (2018) 249–

260, https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.02.017.

66. G.S. Prihandana, M. Mahardika, M. Hamdi, Y.S. Wong, K. Mitsui, Effect of micro-

powder suspension and ultrasonic vibration of dielectric fluid in micro- EDM

117

processes—Taguchi approach, Int. J. Mach. Tools Manuf. 49 (12–13) (2009) 1035–

1041,https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2009.06.014.

118

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

1. N. Huu-Phan, B. Tien-Long, L. Quang-Dung, N. Duc-Toan, and T.

Muthuramalingam,( 2019) ―Multi-criteria decision making using preferential selection

index in titanium based die-sinking PMEDM,‖ J. Korean Soc. Precis. Eng., vol. 36, no.

9, pp. 793–802. – Scopus

2. Nguyen, H. P., Banh, T. L., Muthuramalingam, T., Vu, N. P., Le, Q. D., Hung, L. X., &

Nguyen, D. K ,(2020), ―Taguchi Based Process Parameters Optimization in Vibration

Assisted Die Sinking Electrical Discharge Machining,‖ Advances in Engineering Research and Application. ICERA 2019. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 104. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-37497-6_81 - Scopus 3. Lê Quang Dũng, Bành Tiến Long, Nguyễn Hữu Tuấn, (2020), Ảnh hưởng của rung động tần số thấp đến năng suất gia công, lượng mòn điện cực trong gia công xung điện có trộn bột, Tập 56 , số 2 , Đại học Công nghiệp Hà Nội

4. Lê Quang Dũng, Bành Tiến Long, Nguyễn Hữu Phấn, (2020), Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của rung động với tần số thấp đặt lên phôi đến chát lƣợng bề mặt trong gia công EDM

và PMEDM.Số 3, Tạp chí cơ khí Việt Nam

5. Quang Dung Le, Huu Phan Nguyen, Tien Long Banh and Duc Toan Nguyen (2020),

Comparative study of low-frequency vibrations assigned to a workpiece in EDM and

PMEDM, ISSN (online): 1793-6578, International Journal of Modern Physics B,

SCIE , Q4- IF= 0.883

6. Quang Dung Le, Huu Phan Nguyen, Tien Long Banh and Duc Toan Nguyen (2020),

Effect of low-frequency vibrations on MRR, EWR and Ra in powder-mixed electrical

discharge machining, ISSN (online):1793-6578, International Journal of Modern

Physics B, SCIE. Q4- IF= 0.883

119