Tóm tắt 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

Chia sẻ: Minh Tú | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu tính hiệu quả của phương pháp PMEDM dưới dòng phun áp lực cao và so sánh với phương pháp PMEDM thông thường thông qua đánh giá ảnh hưởng của quá trình gia công vật liệu thép SKD61; nghiên cứu tính hiệu quả của phương pháp V- PMEDM đặt vào phôi và so sánh với phương pháp PMEDM thông thường thông qua đánh giá ảnh hưởng của quá trình gia công vật liệu thép SKD61.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Quang Dũng 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 Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2021
Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trƣờng họp tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện: 1. Thƣ viện Tạ Quang Bửu - Trƣờng ĐHBK Hà Nội 2. Thƣ viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Vật liệu có độ cứng cao có khả năng chống mài mòn tốt, cơ tính ít thay đổi khi làm việc ở nhiệt độ cao, đƣợc áp dụng rộng rãi Cơ khí, ô tô, vũ trụ, hàng không, quốc phòng, y tế, điện - điện tử - tự động hóa v.v. EDM 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. PMEDM là một phƣơng pháp đầy hứa hẹn để gia công đồng thời và phủ một lớp kháng khuẩn lên bề mặt. 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.. Do đó, mục đích của nghiên cứu mới hiện nay nhằm cải thiện năng suất và tính toàn vẹn bề mặt 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]. Nhƣợc điểm của gia công xung là năng suất và chất lƣợng bề mặt, bởi việc thoát phoi 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) 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 và động lực học 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 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 2.3. 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. 2.4. 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 siêu cứng; 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; 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. 5. Những đóng góp mới của luận án Khảo sát mức độ ảnh hƣởng của nồng độ bột Titan thấp (1-8g/l) và tần số rung động thấp (
rung động) đến các chỉ tiêu chất lƣợng (MRR, EWR, Ra, HV, WLT) trong PMEDM với rung động tích hợp vào phôi; - 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; - 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; - 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. 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). 1.1. Khái quát về phƣơng pháp xung định hình 1.1.1. Nguyên lý gia công EDM 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). Các tia lửa điện này sẽ gây xói mòn lớp vật liệu bề mặt của cả điện cực và phôi. 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. Hình 1. 1 Quá trình hình thành tia lửa điện trong EDM [4] 1.2 Sự phát triển công nghệ và những nghiên cứu trong lĩnh vực PMEDM 3
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. Cải thiện các biện pháp thực hiện Phạm vi nghiên cứu của Tối ưu hóa các tham số quá trình PMEDM Giám sát và kiểm soát quá trình Mô hình hóa quá trình và mô phỏng Hình 1. 4 Phân loại các lĩnh vực nghiên cứu chính của PMEDM Hình 1. 1 Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt và nồng độ đến MRR ở các dòng điện khác nhau [14] Hình 1. 2 Ảnh hƣởng của các loại bột và nồng độ hạt khác nhau đến MRR [54] Hình 1. 3 Mức độ sử dụng của bột trong PMEDM [3]. 4
1.3 Ứng dụng của phƣơng pháp gia công xung 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 gần nhƣ gƣơng. PMEDM cũng có thể đƣợc sử dụng để cải thiện khả năng chống ăn mòn và độ cứng siêu nhỏ của bề mặt. Để hoàn thiện bề mặt trên phôi SKD 11, các loại bột khác nhau nhƣ crom, cacbon silic, nhôm và đồng đã đƣợc Fong và Chen phân tán thành chất điện môi EDM . 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. 1.4 Nâng cao chất lƣợng bề mặt xung định hình với phƣơng pháp rung. Loại bỏ các mảnh vụn 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 tính toàn vẹn bề mặt của bề mặt gia công [7]. 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. Kết luận chƣơng 1 Chƣơng 1 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 và 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. 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 (SR) ,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]. Ảnh hƣởng của U đến năng suất và chất lƣợng gia công là không quá lớn [7]. 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 [6] 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 [3]. 5
2.1.1.3. Thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung 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 [3]. - 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. 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. 2.2 Ảnh hƣởng bột trộn trong dung dịch điện môi trong EDM (PMEDM) Bột trộn trong dung dịch điện một khi đi vào vùng khe hở phóng điện giữa điện cực và dung môi có thể hình thành ở các dạng nhƣ Hình 2. 1 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]. Hình 2. 1 Quỹ đạo dịch chuyển của bột trong dung môi [6]. 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 2.2.4 Ảnh hƣỏng của bột đến điện dung 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. 2.3 Ảnh hƣởng của rung động gán vào phôi trong EDM 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. 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 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 công 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. 6
Hình 2. 2 Sơ đồ rung động gán với điện cực 2.3.5 Tích hợp 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]. Hình 2. 3 Rung động gán vào phôi trong EDM Hình 2. 4 Chất lƣợng bề mặt lỗ sau EDM a) EDM thông thường b) Gán rung động tần số thấp vào phôi Kết luận chƣơng 2 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 chuyên dụng nào của PMEDM tích hợp rung động đƣợc sản xuất và giới thiệu. CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỘT VÀ RUNG ĐỘNG ĐẾN HIỆU QUẢ GIA CÔNG BẰNG PMEDM 3.1. Mục đích 7
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. 3.2. Điều kiện thực nghiệm khảo sát 3.2.1. Vật liệu thí nghiệm Điện cực với kích thƣớc 10x35mm.Thép SKD61 đƣợc sử dụng phổ biến để làm các khuôn dập nóng. 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 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. Hình 3. 1: Bộ tạo rung kiểu Modal Exciter 4824 3.2.3.3. Sơ đồ gán rung động trong xung định hình Hình 3. 2: Sơ đồ tích hợp rung động vào phôi trong EDM 8
Hình 3. 3: Ảnh mô hình thực nghiệm 3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ bột trong gia công PMEDM Bảng 3. 1 Giá trị đầu vào của thông số công nghệ TT Các thông số công nghệ Nồng độ MRR EWR Ra cố định bột (g/l) (mm3/phút) (%) (µm) 1 I = 8A; Ton= 0 4,372 0,785 5,718 50µs; Tof= 25µs; 2 1 5,503 0,817 4,618 U=50V; Điện cực 3 dƣơng; Áp suất dòng 2 5,603 1,065 4,662 4 phun P=40kpa; 4 8,687 1,145 4,567 5 6 7,675 1,532 4,69 6 8 6,482 1,721 4,87 Hình 3.3 và Hình 3. 5 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. Tuy nhiên, nồng độ bột lớn hơn 4g/l đã dẫn đến MRR bị giảm. Điều này là do bột quá lớn dẫn đến xuất hiện hiện tƣợng ngắn mạch và phóng hồ quang cục bộ. Chất lƣợng bề mặt gia công cũng đƣợc cải thiện với bột, Ra đƣợc giảm đáng kể, Hình 3. 6. MRR(mm3/phút) 2 EWR (%) 10 1,5 5 1 0,5 Nồng độ bột Nồng độ bột 0 0 0 1 2 4 6 8 0 1 2 4 6 8 Hình 3. 4 Ảnh hưởng của nồng độ bột Hình 3. 5 Ảnh hưởng của nồng độ bột đến đến MRR trong PMEDM EWR trong PMEDM 9
Ra (µm) 8 6 4 2 0 0 1 2 4 6 8 Nồng độ bột Hình 3. 6 Ảnh hưởng của nồng độ bột đến SR trong PMEDM 3.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng của áp suất dòng phun dung môi trong gia công PMEDM Bảng 3. 2 Giá trị đầu vào của thông số công nghệ TT Các thông số công Áp lực MRR EWR Ra nghệ cố định dòng (mm3/phút) (%) (µm) phun(Kpa) 1 10 6,951 0,551 5,496 2 I = 8A; Ton= 50µs; 25 8,084 0,716 6,02 3 Tof= 25µs; U=50V; 40 9,268 0,727 5,012 Điện cực dƣơng; 4 Nồng độ bột 4g/l; 50 8,940 0,887 5,11 5 60 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. 7- Hình 3. 9. 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. MRR(mm3/phút) Áp suất (kPa) Hình 3. 7 Ảnh hưởng của áp suất đến MRR trong PMEDM 10
EWR (%) Áp suất (kPa) Hình 3. 8 Ảnh hưởng của áp suất đến EWR trong PMEDM Ra (µm) Áp suất (kPa) Hình 3. 9 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 Mitutoyocủa Nhật Bản. Kết quả của thí nghiệm đƣợc ghi nhận theo Error! Reference source not found.. (3. 1) (3. 2) 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 Tần sốF MRR EWR SR cố định (Hz) (mm3/phút) (%) (µm) 1 I = 8A; Ton= 50µs; Tof= 0 6,176 1,49 2,50 2 25µs; U=50V; Điện cực 100 9,964 1,10 1,22 3 dƣơng; Nồng độ bột 4g/l; 200 11,403 0,96 0,92 4 Áp lực dòng phun 40Mpa 300 12,892 0,88 0,75 11
5 400 13,704 1,08 1,19 6 500 14,686 1,04 1,33 7 600 14,926 1,05 1,29 8 700 14,570 0,98 1,44 9 800 14,727 1,04 1,39 10 900 14,496 1,01 1,77 3.3.1.1. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A của rung động đến năng suất MRR Hình 3. 10 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. 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 Biên độ A MRR EWR Ra cố định (µm) (mm3/phút) (%) (µm) 1 0 6,176 1,49 2,50 2 0,5 7,9 1,35 1,92 3 1,0 8,95 1,20 1,74 4 I = 8A; Ton= 50µs; Tof= 1,5 9,96 1,10 1,26 5 25µs; U=50V; Điện cực 2,0 9,24 1,33 1,42 6 dƣơng; Nồng độ bột 4g/l; 2,5 9,20 `1,39 1,72 7 Áp lực dòng phun 40Mpa 3,0 7,76 1,42 1,60 8 3,5 7,53 1,40 1,90 9 4,0 7,34 1,42 1,82 10 4,5 6,85 1,41 1,69 Biên độ Tần số Thí nghiệm Hình 3. 10 Ảnh hưởng của tần số A, F đến MRR trong PMEDM 3.5.1.2. Ảnh hƣởng của tần số F đến độ mòn điện cực EWR 12
So với PMEDM, EWR của PMEDM với rung động tích hợp vào phôi đã bị 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 Thí nghiệm của hao mòn và sửa chữa điện cực trong PMEDM, và nó nâng cao độ chính xác gia công sản phẩm. Hình 3. 11 Ảnh hưởng của A, F đến EWR trong PMEDM 3.3.2 Ảnh hƣởng của V_PMEDM đến chất lƣợng bề mặt sau gia công 3.3.2.1. Ảnh hƣởng của V_PMEDM đến nhám bề mặt gia công (Ra) Ra (µm) Hình 3. 12 Sự thay đổi của SR Rung động tích hợp với phôi trong PMEDM đã dẫn đến nhám bề mặt Ra bị giảm đáng kể (Hình 3. 12) Thí nghiệm 3.3.2.2. Ảnh hƣởng của V_PMEDM đến độ cứng tế vi của bề mặt gia công (HV) Hình 3. 13 Sự thay đổi của HV Hình 3. 13 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. 3.6 So sánh sự ảnh hƣởng của rung động đến EDM và PMEDM. 3.6.1. Ảnh hƣởng đến năng suất gia công 13
13,5 Kết quả nghiên cứu đã cho MRR 11,5 thấy rằng, MRR in PMEDM là 9,5 3 (mm /phút) 7,5 lớn hơn nhiều so với MRR in 5,5 EDM, và rung động tích hợp với 3,5 phôi trong EDM và PMEDM đã 1,5 cải thiện đáng kể MRR, . -0,5 0 200 400 600 F(Hz)Hình 3. 14 Sự thay đổi của MRR EDM 2,035 2,243 2,316 2,746 PMEDM 6,176 10,403 12,098 11,312 Ra (µm) 3.6.2. Ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công (SR) 4,0 Sự thay đổi của nhám bề mặt trong 3,0 EDM và trong PMEDM với sự thay đổi 2,0 của F đƣợc diễn tả tại Hình 3. 15. 1,0 0,0 F(Hz) 0 200 400 600 EDM 3,87 2,85 3,43 3,95 PMEDM 2,501 0,921 1,189 1,289 Hình 3. 15 Sự thay đổi của SR 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, SR, HV. 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 PMEDM bị giảm với rung động tích hợp với phôi. F = 0-400Hz, nó dẫn đến EWR bị giảm rất mạnh, và EWR bị giảm mạnh nhất bằng 73.2% với F = 400Hz so với nó 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 SR trong PMEDM giảm 35,4% so với EDM. Rung động tích hợp vào phôi, giá trị SR đã giảm mạnh, SR trong EDM giảm 26,4% và SR trong PMEDM giảm mạnh nhất bằng 63,2% tại tần số F= 200Hz. Sự tăng của SR trong cả EDM và PMEDM tại F= 400 và F=600Hz, tuy nhiên lƣợng tăng của SR trong PMEDM là nhỏ hơn nhiều so với SR trong EDM. - Độ cứng HV sau 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. - 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,.... 14
CHƢƠNG 4: XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ TRONG PMEDM VỚI RUNG ĐỘNG GÁN VỚI PHÔI 4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1.1 Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đơn mục tiêu 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 Bảng 4. 1 Các thông số đầu vào và mức của các thông số 1 2 3 4 5 6 Mức I Ton C P F A 1 2 18 0 5 200 0,5 2 3 25 1 15 300 1,0 3 4 37 2 30 400 1,5 4 5 50 3 45 500 2,0 5 6 75 4 60 600 2,5 Bậc 4 4 4 4 4 4 tự do 4.2.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm 15
Bảng 4. 2 Kết quả thực nghiệm STT I Ton C P F A MRR EWR Ra HV LWT 1 2 18 0 5 200 0,5 0,647 2,0276 1,179 600,5 25,280 2 2 25 1 15 300 1 8,991 2,1778 1,200 941,3 14,540 3 2 37 2 30 400 1,5 9,170 1,2250 1,346 947,5 20,080 4 2 50 3 45 500 2 3,087 0,4570 1,290 950,1 16,880 5 2 75 4 60 600 2,5 4,699 1,1308 1,483 950,6 17,120 6 3 18 1 30 500 2,5 5,603 9,1794 1,508 931,0 19,700 7 3 25 2 45 600 0,5 5,233 2,2401 1,649 837,0 23,820 8 3 37 3 60 200 1 8,941 1,5979 1,343 1049,6 23,500 9 3 50 4 5 300 1,5 16,542 0,3341 1,462 838,8 19,600 10 3 75 0 15 400 2 4,778 3,1642 1,771 552,2 31,620 11 4 18 2 60 300 2 7,071 2,9123 1,641 870,0 20,600 12 4 25 3 5 400 2,5 13,758 0,6665 1,894 946,6 25,720 13 4 37 4 15 500 0,5 20,366 1,0296 1,941 900,0 19,060 14 4 50 0 30 600 1 5,124 1,5529 2,358 620,3 34,700 15 4 75 1 45 200 1,5 8,289 3,0126 2,020 979,8 29,960 16 5 18 3 15 600 1,5 18,077 0,3753 2,183 900,0 28,000 17 5 25 4 30 200 2 13,540 1,5066 1,771 978,8 25,700 18 5 37 0 45 300 2,5 5,715 1,5022 2,427 585,6 30,320 19 5 50 1 60 400 0,5 12,623 1,1919 2,227 911,9 22,720 20 5 75 2 5 500 1 17,195 1,4519 2,898 837,0 25,766 21 6 18 4 45 400 1 20,435 2,2616 2,200 890,0 31,000 22 6 25 0 60 500 1,5 10,473 2,1998 2,588 741,9 36,420 23 6 37 1 5 600 2 19,683 2,3235 2,784 950,7 21,080 24 6 50 2 15 200 2,5 19,194 0,6261 2,358 980,5 25,720 25 6 75 3 30 300 0,5 17,871 0,2842 3,166 847,6 28,800 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 Phân tích phƣơng sai (ANOVA) cho MRR trung bình ở khoảng tin cậy 95% đƣợc đƣa ra trongBảng 4. 3 . Bảng 4. 3 Mức ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến MRR Mức của các Thông số công nghệ thông số I Ton C P F A 1 5,319 10,367 5,347 13,565 10,122 11,348 2 8,219 10,399 11,038 14,281 11,238 12,137 3 10,922 12,775 11,573 10,262 16,153 12,510 4 13,430 11,314 12,347 8,552 11,345 9,632 5 17,531 10,566 15,116 8,761 10,563 9,794 Mức ảnh 1 6 2 4 3 5 hƣởng Cƣờng độ dòng điện(I): MRR tăng rất mạnh khi tăng cƣờng độ dòng điện I từ 2A đến 6A. Thời gian phát xung (Ton): Ton = 18-37µs đã dẫn đến sự tăng của năng lƣợng tia 16
lửa điện do đó MRR tăng theo, Hình 4. 2b. Tuy nhiên, Ton = 37 - 75µs lại dẫn đến MRR bị giảm. 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. Áp suất dòng dung dịch điện môi (P): (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 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. 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 Hệ số S/N của MRR đƣợc phân tích theo dạng lớn hơn là tốt hơn. 4.3.1.2 Ảnh hƣởng của các thông số đến tỷ lệ giữa mòn điện cực và năng suất gia công (EWR) Thông số công nghệ Mức I Ton C P F A 1 1,4036 3,3512 2,0893 1,3607 1,7542 1,3547 2 3,3031 1,7582 3,5770 1,4746 1,4421 1,8084 3 1,8348 1,5356 1,6911 2,7496 1,7018 1,4294 4 1,2056 0,8324 0,6762 1,8947 2,8635 2,0727 5 1,5390 1,8087 1,2525 1,8065 1,5245 2,6210 Delta 2,0976 2,5188 2,9009 1,3889 1,4214 1,2663 Xếp hạng 3 2 1 5 4 6 Bảng 4. 6 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến EWR 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 = 17
2A, điều này đã cho thấy hiệu quả gia công của PMEDM với rung động gán với phôi đƣợc cải thiện mạnh nhất 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 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 Đây là thông số công nghệ có ảnh hƣởng mạnh nhất đến EWR (xếp thứ 1), Bảng 4.3. Nồng độ bột trộn vào dung dịch điện môi bằng 2g/l sẽ cho EWR là lớn nhất, Hình 4. 4c. 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 = 2,49 %. Thực nghiệm kiểm chứng đã nhận đƣợc EWRtoiuu = 2,34% với sai số là 6,41%. 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%. 18