Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến quá trình gia công tia lửa điện bề mặt trụ ngoài thép 90CrSi với dung dịch điện môi trộn bột nano SiC

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến quá trình gia công tia lửa điện bề mặt trụ ngoài thép 90CrSi với dung dịch điện môi trộn bột nano SiC" được nghiên cứu với mục tiêu: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình PMEDM gồm: hiệu điện thế (SV); cường độ dòng phóng điện (IP); thời gian phát xung (Ton); thời gian ngừng phát xung (Toff); nồng độ bột SiC (Cp) đến độ nhám bề mặt gia công (Ra) khi xung bề mặt trụ ngoài với vật liệu 90CrSi và điện cực xung là đồng đỏ và đưa ra bộ thông số công nghệ gia công hợp lý để đạt Ra nhỏ nhất, MRR tốt nhất, TWR nhỏ nhất; nghiên cứu tối ưu hóa đa mục tiêu các thông số công nghệ nhằm đạt đồng thời Ra nhỏ, MRR lớn và TWR nhỏ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến quá trình gia công tia lửa điện bề mặt trụ ngoài thép 90CrSi với dung dịch điện môi trộn bột nano SiC

BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ Nguyễn Mạnh Cường NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN BỀ MẶT TRỤ NGOÀI THÉP 90CrSi VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TRỘN BỘT NANO SiC Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - 2023 1
Công trình được hoàn thành tại Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Vũ Ngọc Pi 2. PGS.TS. Lê Thu Quý Người phản biện 1: Người phản biện 2: Người phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện Họp tại: Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công thương Phòng …. Tòa nhà trụ sở chính, số 4, đường Phạm Văn Đồng, quận Cầu Giấy – TP. Hà Nội. Vào hồi , …. giờ ….. phút, ngày…… tháng …. năm 20… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Viện Nghiên cứu Cơ khí, số 4, Phạm Văn Đồng, Cầu Giấy, Hà Nội. - Thư viện Quốc gia Việt Nam. 2
PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Gia công bằng tia lửa điện (EDM) là một trong những công nghệ gia công tiên tiến phổ biến nhất trên thế giới. Đây là phương pháp hiệu quả trong việc gia công chi tiết là vật liệu dẫn điện, có độ cứng cao và khó gia công như các chi tiết máy trong động cơ máy bay, tua bin phát điện, khuôn mẫu,... Tuy nhiên, phương pháp EDM còn một số nhược điểm như: không gia công được vật liệu không dẫn điện; năng suất bóc tách vật liệu (MRR) thấp; điện cực bị mòn nhanh dẫn đến giảm độ chính xác kích thước chi tiết gia công. Đã có nhiều nghiên cứu cả ở trong và ngoài nước nhằm đưa ra các giải pháp về cải thiện các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của quá trình gia công EDM như: Tối ưu hóa các thông số công nghệ gia công; lựa chọn, phối hợp cặp vật liệu hợp lý giữa phôi và điện cực; đặc biệt là chọn vật liệu bột có cỡ hạt nhỏ ở mức micro hoặc nano để trộn vào dung dịch điện môi. Trong những giải pháp trên, tiến hành EDM với trộn bột dẫn điện trộn vào dung dịch điện môi (PMEDM) là giải pháp cho kết quả rất khả quan. Biện pháp này đã và đang được quan tâm nhiều trong số các nghiên cứu về EDM. Các kết quả nghiên cứu về PMEDM cho thấy khi sử dụng biện pháp này có thể cải thiện đồng thời cả năng suất và chất lượng của quá trình gia công, nâng cao tuổi bền của điện cực. Tuy nhiên, còn có nhiều vấn đề về quá trình gia công này cần được làm rõ như: vật liệu bột, kích thước bột, nồng độ của bột; cơ chế nguyên lý gia công; các thông số công nghệ. Vì vậy, việc nghiên cứu về cơ sở lý thuyết cũng như tối ưu hóa và phát triển ứng dụng của phương pháp này đã và đang là hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học cả trong và ngoài nước quan tâm. Nghiên cứu về gia công PMEDM cho thấy đây là lĩnh vực rất phức tạp bởi có số lượng các thông số công nghệ lớn và chúng có ảnh hưởng rất khác nhau đến các hàm mục tiêu. Đã có nhiều công cụ, phương pháp tối ưu được sử dụng trong lĩnh vực này như phương pháp Taguchi, mạng nơron nhân tạo, phương pháp bề mặt chỉ tiêu,… Phần lớn các nghiên cứu đã thực hiện cho các bài toán tối ưu đơn mục tiêu. Tuy nhiên, hiệu quả tối ưu PMEDM sẽ tốt hơn nếu là tối ưu đa mục tiêu. Trong thực tế sản xuất, có những chi tiết có bề mặt trụ định hình như chày dập thuốc viên định hình, chày đột thép tấm định hình. Vật liệu của những chi tiết này thường là các thép hợp kim dụng cụ như SKD11, SKD61, 90CrSi,… Đây là những chi tiết khó gia công nếu sử dụng các phương pháp gia công truyền thống. Do đó, gia công chi tiết dạng này bằng phương pháp EDM là một giải pháp khá hiệu quả. Đã có một số nghiên cứu ứng dụng gia công EDM để gia công các chi tiết vật liệu 90CrSi có bề mặt trụ ngoài định hình. Các nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả rõ rệt cả về năng suất cũng như chất lượng bề mặt khi sử dụng EDM. Tuy nhiên, đến nay chưa có nghiên cứu nào về PMEDM đối với các chi tiết có bề mặt trụ định hình làm bằng vật liệu là thép hợp kim 90CrSi. Từ những phân tích trên, đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến quá trình gia công tia lửa điện bề mặt trụ ngoài thép 90CrSi với dung dịch điện môi trộn bột nano SiC” là cấp thiết. 2. Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu quá trình PMEDM chi tiết có biên dạng trụ định hình các chi tiết cỡ nhỏ. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn cho chi tiết có biên dạng trụ định hình 3
kích thước lớn nhất không quá 20 mm; vật liệu chi tiết thép dụng cụ 90CrSi qua tôi; sử dụng điện cực xung với vật liệu đồng đỏ, gia công EDM với dung dịch điện môi trộn bột SiC kích thước 500 nm. 2.2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình PMEDM gồm: hiệu điện thế (SV); cường độ dòng phóng điện (IP); thời gian phát xung (Ton); thời gian ngừng phát xung (Toff); nồng độ bột SiC (Cp) đến độ nhám bề mặt gia công (Ra) khi xung bề mặt trụ ngoài với vật liệu 90CrSi và điện cực xung là đồng đỏ và đưa ra bộ thông số công nghệ gia công hợp lý để đạt Ra nhỏ nhất, MRR tốt nhất, TWR nhỏ nhất; nghiên cứu tối ưu hóa đa mục tiêu các thông số công nghệ nhằm đạt đồng thời Ra nhỏ, MRR lớn và TWR nhỏ. 3. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm; sử dụng các kỹ thuật phân tích thống kê và phát triển mô hình thực nghiệm. Sử dụng phương pháp Taguchi và phương pháp phân tích quan hệ xám cho bài toán đơn mục tiêu và đa mục tiêu. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4.1. Ý nghĩa khoa học Đề tài đã góp phần hoàn thiện thêm các kiến thức về quá trình PMEDM, đặc biệt kiến thức về PMEDM chi tiết có biên dạng trụ định hình. Cụ thể: - Góp phần làm rõ ảnh hưởng của các thông số công nghệ (SV, IP, Ton, Toff, Cp) đến độ Ra, MRR, và TWR khi xung bề mặt trụ của chi tiết với vật liệu là thép 90CrSi qua tôi có trộn bột nano SiC trong dung dịch điện môi. - Đã đưa ra được các công thức dự đoán nhám bề mặt, tốc độ bóc tách và tốc độ mòn điện cực khi PMEDM với các chế độ xung hợp lý. - Chỉ ra được hiệu quả của việc PMEDM khi sử dụng bột nano SiC và điện cực đồng để gia công chi tiết có biên dạng trụ định hình. - Kết quả của luận án có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu khoa học về quá trình PMEDM. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài đã ứng dụng thành công phương pháp PMEDM để gia công chi tiết có biên dạng trụ đình hình kích thước nhỏ khi sử dụng bột nano SiC và điện cực đồng. Kết quả có thể áp dụng trực tiếp cho các cơ sở sản xuất cơ khí khi gia công các sản phẩm chày dập thuốc viên nén (hoặc chày dập thép tấm) có biên dạng trụ định hình để nâng cao hiệu quả của quá trình gia công. 4.3. Những đóng góp mới của luận án - Lần đầu tiên đã ứng dụng thành công phương pháp PMEDM để gia công chi tiết có biên dạng trụ đình hình kích thước nhỏ khi sử dụng bột nano SiC và điện cực đồng. - Nghiên cứu đã đánh giá ảnh hưởng của một số thông số công nghệ trong quá trình xung tia lửa điện đến độ Ra, MRR, và TWR khi gia công bề mặt trụ ngoài vật liệu 90CrSi qua tôi sử dụng dung dịch điện môi có trộn bột SiC với điện cực xung là đồng. 4
- Đã giải được các bài toán tối ưu hóa đơn mục tiêu và đa mục tiêu bằng áp dụng phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám để đưa ra được bộ các thông thông số công nghệ hợp lý khi PMEDM. - Xây dựng được các công thức thực nghiệm để dự đoán giá trị Ra, MRR, và TWR khi PMEDM. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN 1.1. Phương pháp gia công bằng tia lửa điện Nguyên lý gia công tia lửa điện Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý gia công bằng tia lửa điện. Sơ đồ gia công này bao gồm: - Dụng cụ trong gia công EDM: vật liệu sử dụng làm điện cực có nhiều loại khác nhau như: Cu, hợp kim Cu-Zn, Al, graphite,… Vật liệu làm điện cực đều có đặc điểm là có tính dẫn điện tốt và dễ gia công tạo hình chính Hình 1.1. Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện xác. Việc chọn loại vật liệu điện cực phù hợp sẽ cho năng suất bóc tách vật liệu cao, lượng mòn điện cực nhỏ, và giá thành gia công thấp. - Chi tiết gia công (phôi): Vật liệu chi tiết trong gia công EDM phải có tính dẫn điện. Khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt, điểm nóng chảy, độ cứng... của vật liệu chi tiết gia công ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng gia công. - Dung dịch điện môi: Dung dịch điện môi có tác dụng điều khiển quá trình phóng điện, làm nguội bề mặt chi tiết gia công cũng như bề mặt điện cực và hóa rắn phoi, cuốn phoi ra khỏi vùng gia công và đưa vào hệ thống lọc, hấp thụ và giải phóng năng lượng nhiệt. Các dạng của gia công bằng tia lửa điện Gia công EDM có các dạng chủ yếu sau: gia công xung điện, gia công cắt dây tia lửa điện, cưa tia lửa điện, mài tia lửa điện, khoan tia lửa điện. Trong đó gia công xung điện là dạng gia công được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. 1.2. Ưu nhược điểm của gia công tia lửa điện Ưu điểm: Không yêu cầu dụng cụ phải có độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiết gia công; Không gây biến dạng chi tiết gia công; Có khả năng gia công được các bề mặt có kích thước nhỏ với hình dạng phức tạp; dễ dàng tự động hóa do các chuyển động khi gia công khá đơn giản; Ít gây biến dạng nhiệt cho chi tiết gia công; Nhược điểm: Chỉ gia công được các loại vật liệu dẫn điện; Bề mặt lỗ gia công có độ côn; Năng suất và chất lượng bề mặt gia công thấp; khi tăng năng suất bóc tách vật liệu thì độ nhám bề mặt gia công cũng tăng theo; Trong quá trình gia công điện cực bị mòn làm ảnh hưởng không tốt đến độ chính xác gia công; 5
1.3. Các thông số công nghệ của gia công xung điện +) Điện áp đánh lửa Ud: Điện áp trong EDM có liên quan đến khe hở phóng điện và độ cách điện của dung dịch điện môi. Điện áp tại khe hở phóng điện tăng liên tục đến khi xuất hiện dòng ion đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi, khi dòng điện bắt đầu xuất hiện thì điện áp lớn nhất (U0) giảm xuống và giữ ở trạng thái ổn định (Ud) tại khe hở phóng điện (hình 1.6). Năng suất bóc tách vật liệu, lượng mòn điện cực và độ nhám bề mặt tăng khi điện áp tăng. Hình 1.2. Sơ đồ mô tả quan hệ điện áp, dòng +) Cường độ dòng phóng tia lửa điện và thời gian xung trong EDM điện Id: Là một trong những thông số công nghệ quan trọng nhất của quá trình gia công EDM. Cường độ dòng điện cao sẽ làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu nhưng cũng làm lượng mòn điện cực tăng và chất lượng bề mặt gia công giảm. +) Thời gian phát xung Ton: Thời gian phát xung Ton (Hình 1.2) bao gồm thời gian trễ (Tde) và thời gian phóng tia lửa điện (Td). Thời gian phát xung và số chu kỳ xung (Tp) trong một giây là đại lượng quan trọng. Trong gia công xung điện, năng suất bóc tách vật liệu tỷ lệ thuận với số năng lượng được sử dụng trong thời gian phát xung Ton. +) Thời gian ngừng phát xung Toff: Một chu kỳ xung sẽ hoàn thành với Toff phù hợp trước khi sang chu kỳ tiếp theo. Thời gian Toff (Hình 1.6) có ảnh hưởng đến năng suất bóc tách vật liệu và độ ổn định của quá trình gia công. 1.4. Năng suất, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công +) Năng suất gia công MRR: còn gọi là năng suất bóc tách vật liệu (MRR) được xác định bởi tỷ số giữa khối lượng vật liệu phôi bóc tách được với thời gian gia công +) Lượng mòn điện cực TWR hay TWR: là lượng vật liệu điện cực bị hao mòn trong một đơn vị thời gian gia công. +) Chất lượng bề mặt gia công Bề mặt gia công bằng EDM được đặc trưng bởi hình dạng, thành phần hóa học, tổ chức tế vi và cơ lý tính của nó. +) Độ chính xác kích thước gia công: Độ chính xác kích thước gia công trong EDM thường được xác định qua hai thông số là lượng quá cắt (d) và độ chính xác profile bề mặt gia công. 1.5. Phương pháp gia công tia lửa điện có trộn bột - PMEDM Những năm gần đây các nhà khoa học đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc trộn bột kim loại hoặc hợp kim kích thước cỡ nano và micro vào dung dịch điện môi trong quá trình EDM (PMEDM) nhằm cải thiện quá trình gia công, đồng thời cải thiện chất lượng bề mặt của chi tiết. Khi có sự tham gia của các hạt bột dẫn điện đã làm quá trình phóng tia lửa điện có sự biến đổi đáng kể (thay đổi quá trình phóng điện như làm tăng khe hở 6
phóng điện, số lượng tia lửa điện được phóng trong 1 pha xung tăng lên Hình 1.4). Sơ đồ gia công của phương pháp PMEDM thể hiện hiện trên Hình 1.3. Hình 1.4. Minh họa quá trình phóng điện Hình 1.3. Sơ đồ gia công PMEDM của phương pháp EDM và PMEDM 1.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu về EDM và PMEDM 1.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước - Tác giả Vũ Quang Hà (2012) đã nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến năng suất và chất lượng bề mặt khi gia công cắt dây EDM. Nghiên cứu về mòn biên dạng điện cực và chất lượng bề mặt gia công khi EDM được tác giả Trần Quang Huy thực hiện năm 2019. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng hai loại vật liệu điện cực là đồng đỏ và đồng đỏ mạ crom với chi tiết gia công là thép SKD11. - Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ tối ưu khi gia công EDM với các loại điện cực kết hợp với các loại vật liệu gia công khác nhau. Trong nghiên cứu của mình, tác giả Nguyễn Văn Đức đã đưa ra chế độ công nghệ tối ưu khi xung thép SKD11 với vật liệu điện cực là đồng. - Nhóm tác giả Trần Thị Hồng đã công bố một số kết quả nghiên cứu về EDM khi gia công bề mặt trụ ngoài định hình khi xung thép 90CrSi (hình 1.5) bằng điện cực đồng. Trong các nghiên cứu này, ảnh hưởng của các thông số công nghệ đầu vào (Ton, Toff, IP, SV) đến các kết quả đầu ra (Ra, TWR, MRR) đã được khảo sát. - Các tác giả Bành Tiến Long và Nguyễn Hữu Phấn đã nghiên cứu ảnh hưởng bột Ti đến MRR, TWR, chất lượng bề mặt của chi tiết. Kết quả, khi xung thép SKD61 có sử dụng bột Ti cho thấy sự cải thiện rõ rệt về năng suất gia công và chất lượng bề mặt so với khi không sử dụng bột. Cụ thể, MRR tăng 474,5%, TWR giảm 64,4%, Ra giảm 41,3%, số lượng và kích thước của các vết nứt tế vi trên bề mặt gia công nhỏ hơn; chiều dày lớp trắng đồng đều hơn; cơ tính của lớp bề mặt được nâng cao. - Tác giả Lê Văn Tạo và các cộng Hình 1.5. Hình ảnh chi tiết có bề mặt trụ định sự đã công bố các nghiên cứu đánh giá hình được gia công bằng EDM ảnh hưởng của các thông số công nghệ 7
khi PMEDM khi gia công thép SKD61 với bột là WC đến chất lượng bề mặt (Ra, hàm lượng W xâm nhập vào bề mặt, độ cứng tế vi lớp bề mặt). Kết quả cho thấy việc trộn bột WC khi xung đã cải thiện rõ rệt. Cụ thể, Ra cải thiện 53,3%, độ cứng tế vi tăng tới 81,5%. 1.6.2. Tình hình nghiên cứu về EDM và PMEDM trên thế giới Các nghiên cứu về EDM và PMEDM tập trung chủ yếu vào các hướng sau: - Nghiên cứu nâng cao năng suất gia công, chủ yếu để tăng hiệu quả bóc tách vật liệu (MRR), và giảm độ mòn điện cực (TWR). - Nghiên cứu cải thiện chất lượng bề mặt sau gia công bằng phương pháp EDM và PMEDM nhằm giảm SR, giảm vết nứt tế vi bề mặt, tăng độ cứng tế vi của lớp bề mặt. a) Khả năng bóc tách vật liệu (MRR) và độ mòn điện cực (TWR) của phương pháp PMEDM - Shabgard cùng các cộng sự khi xung SKD61 của với điện cực đồng đỏ cho thấy IP và Ton có ảnh hưởng lớn MRR, TWR và Ra. Theo đó IP tăng làm MRR, TWR và Ra tăng nhanh. Khi thời gian phát xung Ton tăng thì MRR và Ra tăng nhưng TWR lại giảm mạnh. - M.L. Jeswani nghiên cứu về PMEDM đã trộn bột than chì với Cp = 4 g/l vào dung dịch điện môi dầu để tăng khoảng cách phóng điện giữa điện cực - phôi và giảm sự cố điện áp. Kêt quả, MRR tăng đến 60% (MRR) và TWR giảm 28%. - Chow Han-Ming cùng các cộng sự sử dụng bột SiC và bột Al với dung môi dầu khi gia công hợp kim titan. Kết quả cho thấy việc trộn bột SiC cũng như bột Al vào dung dịch điện môi dầu đều có tác dụng làm tăng khe hở phóng điện, dẫn đến làm tăng MRR. Tương tự, Tzeng Y.F và nhóm sử dụng bột Al, Cr, Cu và bột SiC để gia công thép SKD11. Kết quả nồng độ bột, kích thước bột, mật độ hạt, tính dẫn điện, dẫn nhiệt của bột có ảnh hưởng nhiều đến quá trình gia công. Nồng độ bột thích hợp sẽ làm tăng MRR và giảm TWR. - H.K Kansal và các cộng sự đã nghiên cứu tối ưu hóa các thông số công nghệ khi PMEDM (Ton, IP, nồng độ bột Silic Cp) vật liệu Ti nguyên chất sử dụng với bột Si nhằm tăng MRR và giảm SR. Kết quả, khi tăng nồng độ bột giúp cải thiện cả MRR và SR. Chế độ tối ưu là Cp = 2 g/l, IP = 3 A. - Yoo Seok Kim và Chong Nam Chu đã nghiên cứu PMEDM với bột trộn là graphite để gia công lỗ nhỏ đường kính 100 µm sâu 300 µm, vật liệu thép STS304. Kết quả khi trộn bột graphite trong dung môi với nồng độ thích hợp đã làm giảm thời gian gia công tới 30.9%, và giảm TWR tới 28.3% so với gia công EDM không có bột. - A.P. Tiwary và các cộng sự đã đánh giá ảnh hưởng của nồng độ ba loại bột khác nhau gồm đồng, niken và coban trong chất điện môi là nước khử ion hóa đến tốc độ bóc tách vật liệu MRR, lượng mòn điện cực TWR khi gia công Ti-6Al-4V. Bộ thông số tối ưu được đề xuất là IP = 1.5A và nồng độ bột Coban là 4 g/l. b) Khả năng cải thiện chất lượng bề mặt gia công của phương pháp PMEDM - Mohri và các cộng sự đã khảo sát ảnh hưởng khi xung với bột Si có kích thước hạt 10-30μm trộn vào dung dịch điện môi là dầu. Nghiên cứu này đã sử dụng dòng phóng tia lửa điện thấp (0,5-1 A), thời gian phát xung nhỏ T on (
ra các bề mặt sản phẩm luôn có nhám bề mặt nhỏ hơn so với phương pháp EDM thông thường. - Theo Jahan việc trộn bột graphite kích thước nano vào dung dịch điện môi trong gia công xung và phay tia lửa điện làm giảm Ra (có thể đạt 38nm). Ngoài ra, các vết nứt tế vi trên bề mặt gia công sẽ giảm cả về số lượng và kích thước khi xung có trộn bột đã được chỉ ra bởi nghiên cứu của Prihandana. - Pichai Janmanee và cộng sự đã nghiên cứu PMEDM với bột Ti để nâng cao chất lượng bề mặt gia công. Kết qủa, độ cứng lớp bề mặt gia công vật liệu WC tăng lên nhiều khi xung với nồng độ bột 50 g/l. Ở lớp sâu so với bề mặt 5 µm, độ cứng tế vi đạt 1750 HV. Kết quả này là do sự tạo thành TiC nhờ trộn bột, trong khi nếu xung không trộn bột thì độ cứng của lớp kim loại nền chỉ đạt 998 HV. Để đánh giá ảnh hưởng của bột trộn vào dung dịch xung đến sự thay đổi lớp bề mặt gia công khi PMEDM, A. Batish và các đồng nghiệp đã nghiên cứu ảnh hưởng của các loại bột Al, graphite, Cu và W. Kết quả cho thấy, khi gia công với bột W độ cứng bề mặt là lớn nhất; độ cứng tế vi của bề mặt PMEDM phụ thuộc vào các thông số khác như vật liệu bột, nồng độ bột, IP, Ton, vật liệu điện cực. Như vậy, trong các nghiên cứu để nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình xung điện thì phương pháp PMEDM là một giải pháp hữu hiệu để tăng MRR và giảm TWR cũng như cải thiện chất lượng bề mặt gia công. Kết luận chương 1 Chương này, tổng quan về lịch sử phát triển, nguyên lý gia công, các dạng gia công tia lửa điện, các thông số ảnh hưởng đến quá trình gia công và các thông số đánh giá hiệu quả của quá trình gia công EDM và PMEDM đã được khảo sát. Trong nước và trên thế giới có nhiều nghiên cứu về EDM và PMEDM theo hướng: ảnh hưởng của việc trộn bột vào dung dịch điện môi đến MRR, TWR, chất lượng bề mặt gia công với các loại bột khác nhau, vật liệu gia công khác nhau. Các thông số về điện, bột và vật liệu điện cực được quan tâm nhiều nghiên cứu nhiều nhất. Các nghiên cứu hầu hết tập trung vào gia công bề mặt lỗ, hốc và tương tự. Việc nghiên cứu gia công EDM bề mặt trụ ngoài định hình mới chỉ bắt đầu và còn rất hạn chế. Đặc biệt, nghiên cứu về PMEDM khi gia công bề mặt trụ ngoài định hình cho đến nay còn chưa có. Đây là lý do của việc chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến quá trình gia công tia lửa điện bề mặt trụ ngoài thép 90CrSi với dung dịch điện môi trộn bột nano SiC”. CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CHI TIẾT TỪ THÉP 90CrSi QUA TÔI VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 2.1. Mô hình nâng cao hiệu quả quá trình PMEDM 2.1.1. Sơ đồ và cơ sở của nghiên cứu quá trình gia công tia lửa điện có trộn bột Mô hình tổng quát và phù hợp cho gia công xung điện EDM nói chung và gia công PMEDM nói riêng thể hiện ở hình 2.1. X là các thông số đầu vào, là những thông số cần nghiên cứu và cần xây dựng kế hoạch thực nghiệm; Y là các thông số đầu ra, hay là kết quả; Z là các tham số điều khiển được. Tùy thuộc vào mục đích của nghiên cứu giá trị của Z có thể được lựa chọn. 9
E là các “nhiễu” hay nói cách khác, đây chính là các tham số không điều khiển được. 2.1.2. Chọn thông số đầu vào Các thông số về điện được chọn gồm 4 thông số: hiệu điện thế (SV); cường độ dòng phóng điện (IP); thời gian phát xung (Ton); thời gian ngừng phát xung (Toff). Đây là những thông số công nghệ chính có ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình gia công. Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu thực Nồng độ bột trong dung dịch điện môi sử nghiệm dụng trong PMEDM cũng là thông số có ảnh hưởng lớn tới năng suất, chất lượng bề mặt gia công. Do đó đây cũng là một thông số công nghệ đầu vào được tác giả lựa chọn nghiên cứu. 2.2. Hệ thống thí nghiệm Xuất phát từ điều kiện thực tế và sự cần thiết trong khu vực sản xuất nên mô hình nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện trang thiết bị cụ thể như sau: 2.2.1. Máy xung điện Máy xung được dùng trong thực nghiệm là máy xung CNC hãng Sodick, của Nhật Bản, model: MarkA30. 2.2.2. Phôi thí nghiệm - Vật liệu phôi là thép dụng cụ 90CrSi qua tôi với độ cứng bề mặt 58-60 HRC, kích thước phôi như hình 2.2a. a) b) Hình 2.2. Hình ảnh, kích thước của phôi và điện cực 2.2.3. Điện cực thí nghiệm Vật liệu điện cực được lựa chọn để thí nghiệm là đồng đỏ (Cu). Hình dạng và kích thước điện cực như trên hình 2.2b. 2.2.4. Bột trộn vào dung dịch điện môi Bột được trộn vào dung dịch điện môi để sử dụng trong thí nghiệm là bột SiC (silicon carbide) cỡ hạt 500nm, có độ tinh khiết 99%. 2.2.5. Dung dịch điện môi Dung dịch điện môi chọn để thí nghiệm là dầu xung Diel MS7000. 2.2.6. Sơ đồ gia công thí nghiệm Sơ đồ thí nghiệm và bể chứa dung dịch điện môi cùng các thiết bị thí nghiệm thể hiện trên hình 2.3. 2.2.7. Thông số về điện Cường độ dòng điện IP trong phạm vi từ 4 – 8 (A); thời gian phát xung từ 6 – 14 (µs); thời gian ngừng phát xung từ 14 – 30 (µs); điện áp từ 3 -5 (V). 10
Hình 2.3. Sơ đồ gia công xung và hình ảnh hệ thống thí nghiệm 2.2.8. Thông số và nồng bột SiC trộn vào dung dịch điện môi Sử dụng bột SiC cỡ hạt 500 nm với các mức nồng độ bột từ 0 – 4.5 (g/l). 2.3. Thiết bị đo, kiểm tra Bao gồm: Cân điện tử WT3003NE; Máy đo độ nhám bề mặt gia công SV3100 Mitutoyo; Máy đo tọa độ CMM CRYSTA-Apex S544; Kính hiển vi điện tử quét (SEM/EDX) Jeol JMS 6490. Đây là những thiết bị hiện đại, có độ chính xác cao được sử dụng tại các cơ sở có uy tín. Kết luận chương 2 Đã phân tích được cơ sở và lựa chọn các thông số đầu vào và kết quả đầu ra của nghiên cứu. Thông số đầu vào bao gồm: SV, IP, Ton, Toff kết hợp với thông số nồng độ bột Cp. Thông số đầu ra bao gồm: Ra, MRR,TWR. Đã đề xuất mô hình nâng cao hiệu quả quá trình PMEDM sử dụng bột SiC trong dung dịch điện môi khi xung chi tiết có bề mặt trụ ngoài định hình vật liệu 90CrSi. Đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm, sử dụng các thiết bị đo kiểm tin cậy đáp ứng được yêu cầu của nghiên cứu thực nghiệm. CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT, NĂNG SUẤT BÓC TÁCH VÀ ĐỘ MÒN ĐIỆN CỰC KHI GIA CÔNG XUNG ĐIỆN THÉP 90CrSi VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CÓ TRỘN BỘT SiC 3.1. Thí nghiệm 3.1.1. Mục đích thí nghiệm - Xác định được ảnh hưởng của các thông số công nghệ quá trình xung đến Ra, MRR, TWR khi xung thép 90CrSi qua tôi với dung dịch điện môi có trột bột nano SiC. - Đề xuất các chế độ công nghệ xung hợp lý nhằm đạt Ra mặt nhỏ nhất, MRR lớn nhất và TWR nhỏ nhất. 3.1.2. Thiết kế thí nghiệm Việc lựa chọn các thông số đầu vào, phôi, điện cực, bột nano và dụng cụ đo kiểm, máy và thiết bị thí nghiệm đã được trình bày ở chương 2. Các thông số đầu ra như đã nêu ở trên gồm 3 thông số: Ra, MRR và TWR. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: phương pháp Taguchi đã được lựa chọn để thiết kế và phân tích kết quả thí nghiệm. Phần mềm Minitab 19 và thiết kế Taguchi L18 11
(6^1 3^4) đã được sử dụng để thiết kế và phân tích kết quả thí nghiệm thể hiện trong Bảng 3.1. Việc khai báo biến thí nghiệm mô tả trên Hình 3.1. 3.1.3. Tiến hành thí nghiệm Bảng 3.1. Các mức thí nghiệm của các thông số đầu vào Cp, Ton, Toff, IP và SV Thí nghiệm xung thép 90CrSi với dung dịch điện môi trộn bột nano SiC đã được thực hiện theo kế hoạch thực nghiệm, kết quả đo Ra, giá trị trung bình của Ra sau khi xung, toán tỉ số S/N ứng với với 18 chế độ xung được thể hiện trong Bảng 3.2. Hình 3.1. Khai báo biến thí nghiệm theo phương pháp Taguchi (L18 = 6^1 3^4=18 thí nghiệm) 3.2. Kết quả và nhận xét 3.2.1. Ảnh hưởng của các thông số đầu vào quá trình xung đến độ nhám bề mặt Bảng 3.2. Độ nhám bề mặt gia công ứng với các thông số đầu vào khác nhau Ra [µm] TT Cp Ton Toff IP SV Lần 1 Lần 2 Lần 3 S/N Mean 1 0 6 14 4 3 2.960 2.930 2.928 -9.3651 2.93933 2 0 10 21 8 4 2.239 2.161 2.383 -7.0932 2.26100 3 0 14 30 12 5 5.066 5.117 5.125 -14.1561 5.10267 4 2 6 14 8 4 2.411 2.434 2.482 -7.7567 2.44233 5 2 10 21 12 5 2.749 2.839 2.601 -8.7278 2.72967 6 2 14 30 4 3 4.942 5.200 5.174 -14.1627 5.10533 7 2.5 6 21 4 5 2.158 2.232 2.196 -6.8308 2.19533 8 2.5 10 30 8 3 3.895 3.882 3.868 -11.7804 3.88167 9 2.5 14 14 12 4 3.840 3.733 3.790 -11.5680 3.78767 10 3.5 6 30 12 4 2.791 2.620 2.528 -8.4602 2.64633 11 3.5 10 14 4 5 3.421 3.559 3.490 -10.8576 3.49000 12 3.5 14 21 8 3 2.685 3.068 2.906 -9.2198 2.88633 13 4 10 30 4 4 2.959 2.795 2.763 -9.0673 2.83900 14 4 14 14 8 5 2.646 2.670 2.785 -8.6305 2.70033 15 4 6 30 8 5 1.614 1.655 1.741 -4.4587 1.67000 16 4.5 10 14 12 3 3.752 3.613 3.926 -11.5172 3.76367 12
17 4.5 14 21 4 4 4.404 4.298 4.491 -12.8658 4.39767 18 4.5 14 30 8 3 2.864 2.732 2.795 -8.9355 2.79700 +) Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến độ nhám bề mặt Ra ̅̅̅̅ ANOVA trị số của độ nhám bề mặt trung bình (𝑅𝑎 ) được thể hiện qua Bảng 3.3 và Hình 3.2. Theo đó Ton đóng góp lớn nhất đến Ra (29.71%), tiếp đến là Cp (18.65%), hiệu điện thế (15.43%), IP (11.05%) và cuối cùng là Toff (10.79%). Từ Bảng 3.4 và Hình 3.2 ta thấy, khi xung với dung dịch có trộn bột nano thì độ nhám bề mặt nhỏ hơn khi xung với dung dịch không có bột. Bảng 3.3. ANOVA giá trị ̅̅̅̅ sau khi xung 𝑅𝑎 Bảng 3.4. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến ̅̅̅̅ khi xung 𝑅𝑎 . Hình 3.2. Đồ thị ảnh hưởng chính của các yếu tố đến ̅̅̅̅ khi xung 𝑅𝑎 Quan hệ giữa nồng độ bột với Ra được thể hiện trên Hình 3.3, cho thấy quan hệ giữa nồng độ bột với Ra: Khi nồng độ bột tăng từ 2÷4 (g/l) thì đồ thị có độ dốc xuống rất lớn tức Ra giảm mạnh (29.86%) từ 3.426 µm xuống 2.403 µm. 4 3.653 3.434 3.426 3.288 3.5 3.008 3 2.403 2.5 Ra (µm) 2 1.5 1 0.5 0 0 2 2.5 3.5 4 4.5 Cp (g/lit) Hình 3.3. Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ bột SiC đến độ nhám bề mặt khi xung Để đánh giá ảnh hưởng của việc trộn bột vào dung dịch điện môi đến chất lượng bề mặt gia công, kỹ thuật phân tích bề mặt gia công được chụp bằng kính hiển vi điện 13
tử quyét (SEM) đã được áp dụng. Các mẫu chụp SEM được chọn: Mẫu xung không trộn bột là mẫu được xung với các thông số như sau: Cp = 0 (g/lít); Ton = 6 (µs); Toff =30 (µs); IP =12 (A); SV =35 (V); Ra trung bình 2.388 (μm). Mẫu xung có trộn bột là mẫu được xung với các thông số: Cp = 6 (g/lít); Ton = 6 (µs); Toff = 14 (µs); IP = 8 (A); SV = 3 (V); Ra trung bình 2.080 (μm). a) b) Hình 3.4. Hình ảnh topography bề mặt gia công Kết quả phân tích SEM cho thấy topography khi xung có trộn bột (Hình 3.4b) số lượng các vết lõm nhiều hơn khi không có trộn bột (Hình 3.4a). a) b) b) Hình 3.5. Hình ảnh các vết nứt tế vi trên bề mặt gia công Hình 3.5 cho thấy số lượng các vết nứt khi xung có trộn bột (2 vết nứt – Hình 3.5b) giảm đáng kể so với khi xung không trộn bột (5 vết nứt – Hình 3.5a). Hình 3.6 thể hiện cấu trúc lớp bề mặt gia công khi xung không trộn bột và có trộn bột. Kết quả đo chiều dầy lớp biến trắng trên máy SEM được cho trong Bảng 3.5 cho mẫu khi xung không trộn bột và Bảng 3.6 cho mẫu khi xung có trộn bột. Theo đó, chiều dày của lớp biến trắng khi xung có trộn bột thấp hơn và đồng đều hơn so với xung không 14
trộn bột. Điều đó dẫn tới chất lượng bề mặt khi xung có trộn bột tốt hơn khi không trộn bột. a) b) Hình 3.6. Hình ảnh cấu trúc và chiều dày lớp biến trắng trên bề mặt gia công Bảng 3.5. Chiều dày lớp biến trắng khi xung không trộn bột Bảng 3.6. Chiều dày lớp biến trắng khi xung có trộn bột +) Xác định bộ thông số chế độ xung hợp lý nhằm đạt độ nhám bề mặt nhỏ nhất: Để xác định chế độ xung hợp lý cần phân tích phương sai tỉ số S/N của Ra để tìm ra mức hợp lý của các thông số xung được khảo sát. Bảng 3.7. ANOVA tỉ số S/N của ̅̅̅̅ khi xung 𝑅𝑎 Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Cp 5 24.018 24.018 4.804 0.98 0.524 Ton 2 8.067 8.067 4.033 0.82 0.503 Toff 2 30.207 30.207 15.103 3.07 0.156 IP 2 14.147 14.147 7.074 1.44 0.339 SV 2 17.310 17.310 8.655 1.76 0.283 Residual Error 4 19.694 19.694 4.924 Total 17 113.443 ANOVA trị số S/N của Ra được thể hiện trong Bảng 3.7, Bảng 3.8 và Hình 3.7. Kết quả cho thấy: Cp = 4 g/l (Cp5), Ton = 6 µs (Ton1), Toff = 21 µs (Toff2), IP = 8 A (IP2), SV = 4 V (SV2) là những mức và trị số của các thông số xung cho tỉ số S/N lớn nhất. 15
Đây là mức và trị số hợp lý của các thông số xung nhằm đạt được độ nhám bề mặt nhỏ nhất. Bảng 3.8. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi xung Level Cp Ton Toff IP SV 1 -10.205 -8.833 -9.479 -9.797 -11.077 2 -10.216 -9.993 -8.312 -8.638 -8.741 3 -10.060 -10.417 -11.451 -10.808 -9.425 4 -9.513 5 -7.386 6 -11.106 Delta 3.721 1.584 3.139 2.170 2.336 Rank 1 5 2 4 3 Hình 3.7. Đồ thị ảnh hưởng chính của các yếu tố đến tỉ số S/N của Ra khi xung +) Tính toán dự đoán giá trị độ nhám bề mặt: ̅̅̅̅ Trị số bề mặt trung bình dự đoán (𝑅𝑎 𝑂𝑃 ) được xác định bởi các mức của các thông số có ảnh hưởng mạnh đến S/N của độ nhám bề mặt theo công thức: ̅̅̅̅ 𝑂𝑃 = 𝐶̅ 𝑝5 + ̅ 𝑜𝑛1 + ̅ 𝑜𝑓𝑓2 + ̅̅̅2 + ̅̅̅̅2 − 4 ∗ ̅ 𝑅𝑎 𝑅𝑎 𝑇 𝑇 𝐼𝑃 𝑆𝑉 𝑇 (3.4) Thay số: ̅̅̅̅ 𝑂𝑃 = 2.403 + 2.804 + 2.618 + 2.817 + 2.772 − 4 ∗ 3.202 = 0.606 𝜇𝑚 𝑅𝑎 Kết quả thực nghiệm với bộ thông số xung: Cp = 4 g/lít, Ton = 6 µs, Toff = 21 µs, IP = 8 A, SV = 4 V, Ra trung bình nhận được sau 3 lần thực nghiệm là 0.656 µ𝑚. Giá trị 100 này sai khác (0.656 − 0.606) ∙ = 7.62 % so với giá trị dự đoán. Kết quả này cho 0.656 thấy, ở chế độ xung tối ưu có sử dụng bột SiC, độ nhám bề mặt giảm 5.67 lần (82.35%) so với mức trung bình khi không sử dụng bột nano. 16
Hình 3.8. Đồ thị phân bố chuẩn của phần dư Hình 3.9. Đồ thị phân bố xác suất của dữ liệu gốc +) Đánh giá độ tin cậy của mô hình: Độ tin cậy của mô hình được đánh giá qua đồ thị phân bố chuẩn (Hình 3.8) và đồ thị phân bố xác suất của dữ liệu gốc (Hình 3.9) cho thấy các dữ liệu Ra tuân theo quy luật phân phối chuẩn. 3.3.2. Ảnh hưởng của các thông số đầu vào quá trình xung đến năng suất bóc tách vật liệu Bảng 3.9. Tốc độ bóc tách vật liệu và S/N ứng với các thông số đầu vào khác nhau MRR [g/h] TT Cp Ton Toff IP SV Lần 1 Lần 2 Lần 3 S/N Trung bình 1 0 6 14 4 3 0.01921 0.01925 0.01925 -34.3156 0.019241 2 0 10 21 8 4 0.01011 0.01012 0.01012 -39.8957 0.010121 3 0 14 30 12 5 0.24745 0.24651 0.24698 -12.1468 0.246981 4 2 6 14 8 4 0.00341 0.00339 0.00340 -49.3611 0.003404 5 2 10 21 12 5 0.33044 0.33016 0.33016 -9.6230 0.330254 6 2 14 30 4 3 0.03213 0.03213 0.03216 -29.8586 0.032142 7 2.5 6 21 4 5 0.00179 0.00178 0.00179 -54.9584 0.001787 8 2.5 10 30 8 3 0.03924 0.03916 0.03908 -28.1426 0.039163 9 2.5 14 14 12 4 0.33835 0.33835 0.33808 -9.4149 0.338263 10 3.5 6 30 12 4 0.45369 0.45233 0.45278 -6.8794 0.452930 11 3.5 10 14 4 5 0.05054 0.05058 0.05049 -25.9281 0.050535 12 3.5 14 21 8 3 0.00254 0.00253 0.00253 -51.9155 0.002536 13 4 10 30 4 4 0.32517 0.32488 0.32547 -9.7577 0.325175 14 4 14 14 8 5 0.00777 0.00775 0.00774 -42.2115 0.007752 15 4 6 30 8 5 0.00886 0.00883 0.00885 -41.0643 0.008847 16 4.5 10 14 12 3 0.31019 0.30989 0.31019 -10.1703 0.310090 17 4.5 14 21 4 4 0.00702 0.00701 0.00700 -43.0820 0.007013 18 4.5 14 30 8 3 0.00799 0.00798 0.00800 -41.9507 0.007989 Kết quả xác định năng suất bóc tách vật liệu theo công thức 3.1 của 3 lần thí nghiệm và giá trị trung bình của chúng cho mỗi phương án trong 18 chế độ xung khác nhau được trình bày trong Bảng 3.9. +) Ảnh hưởng của các thông số đầu vào của quá trình xung đến MRR Kết quả tính toán tỉ số S/N (theo công thức 3.5) của 18 thí nghiệm được thể hiện ̅̅̅̅̅̅̅ như trong Bảng 3.9. ANOVA trị số của năng suất bóc tách trung bình (𝑀𝑅𝑅 ) được thể hiện như Bảng 3.10. Bảng 3.11 và Hình 3.10 thể hiện mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào khi xung đến ̅̅̅̅̅̅̅ . Mức độ ảnh hưởng của các thông số tính theo % như 𝑀𝑅𝑅 sau: IP có đóng góp lớn nhất đến MRR (55.98%), tiếp đến là Ton (9.16%), Toff (8.66%), SV (5.77%) và cuối cùng là Cp (2.33%). 17
Bảng 3.10. ANOVA giá trị ̅̅̅̅̅̅̅ khi xung 𝑀𝑅𝑅 Bảng 3.11. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào khi xung đến ̅̅̅̅̅̅̅ 𝑀𝑅𝑅 Từ Hình 3.11 thấy rằng khi xung với dung dịch điện môi có trộn một nồng độ bột nano nhất định thì năng suất bóc tách cao hơn khi xung với dung dịch điện môi không trộn bột. MRR đạt trị số lớn nhất Cp ở mức 4 (3.5 g/l), ở mức này MRR tăng 183.11% so với không có bột (Hình 3.11). 0.2 0.16867 0.15 0.12193 0.1264 0.113920.10836 MRR (g/h) 0.09211 0.1 0.05 0 0 2 2.5 3.5 4 4.5 Cp (g/lit) Hình 3.10. Đồ thị ảnh hưởng chính của các Hình 3.11. Biểu đồ năng suất bóc tách với thông số đầu vào khi xung đến ̅̅̅̅̅̅̅ 𝑴𝑹𝑹 các mức của nồng nồng độ bột +) Xác định chế độ xung hợp lý nhằm đạt năng suất bóc tách vật liệu lớn nhất Theo Bảng 3.11 và Hình 3.9, nồng độ bột nano Cp = 3.5 (g/lít) (Cp4), Ton = 6 (µs) (Ton1), Toff = 30 (µs) (Toff3), IP = 12 (A) (IP3), SV = 5 (V) (SV3) là những mức và trị số của các thông số xung cho năng suất bóc tách lớn nhất. Đây là mức và trị số hợp lý của các thông số đầu vào của quá trình xung nhằm đạt được năng suất bóc tách lớn nhất. +) Tính toán dự đoán giá trị năng suất bóc tách ̅̅̅̅̅̅̅ Trị số năng suất bóc tách trung bình dự đoán (𝑀𝑅𝑅 𝑂𝑃 ) được xác định bởi các mức của các thông số có ảnh hưởng mạnh đến S/N của năng suất bóc tách vật liệu theo công thức: ̅̅̅̅̅̅̅ 𝑂𝑃 = 𝐶̅ 𝑝4 + ̅ 𝑜𝑛1 + ̅ 𝑜𝑓𝑓3 + ̅̅̅3 + ̅̅̅̅3 − 4 ∗ ̅ 𝑀𝑅𝑅 𝑀𝑅𝑅 𝑇 𝑇 𝐼𝑃 𝑆𝑉 𝑇 (3.6) Thay số: ̅̅̅̅̅̅̅ 𝑂𝑃 = 0.16867 + 0.18544 + 0.18151 + 0.28344 + 0.15808 − 4 ∗ 0.121901 𝑀𝑅𝑅 = 0.48954 𝑔/ℎ Kết quả thực nghiệm kiểm chứng với bộ thông số xung: Cp = 3.5 (g/l), Ton = 6 (µs), Toff = 30 (µs), IP = 12 (A), SV = 5 (V), năng suất bóc tách khi xung trung bình nhận được sau 3 lần thực nghiệm là 0.442 (𝑔/ℎ). Giá trị này sai khác 9.71% so với giá trị dự đoán. Kết quả cho thấy: Ở chế độ xung tối ưu (có sử dụng bột nano), năng suất bóc tách tăng 4.79 lần so với mức trung bình khi không sử dụng bột nano (0.09211 g/h). 18
3.3.3. Ảnh hưởng của các thông số đầu vào quá trình xung đến tốc độ mòn điện cực Bảng 3.12. Tốc độ mòn điện cực và S/N ứng với các thông số đầu vào khác nhau ST Thông số đầu vào TWR (mg/h) TWR trung S/N T Cp Ton Toff IP SV Lần 1 Lần 2 Lần 3 bình 1 0 6 14 4 3 94.68 91.52 97.04 94.412 -395.030 2 0 10 21 8 4 14.95 16.67 18.97 16.864 -245.804 3 0 14 30 12 5 72.89 64.79 48.59 62.092 -359.742 4 2 6 14 8 4 47.30 46.34 46.82 46.821 -334.092 5 2 10 21 12 5 179.87 174.58 171.93 175.459 -448.851 6 2 14 30 4 3 16.81 18.10 12.93 15.948 -241.358 7 2.5 6 21 4 5 60.71 58.65 59.68 59.680 -355.174 8 2.5 10 30 8 3 43.58 38.91 40.47 40.986 -322.624 9 2.5 14 14 12 4 69.63 57.34 53.24 60.068 -356.309 10 3.5 6 30 12 4 641.74 657.39 636.52 645.217 -561.949 11 3.5 10 14 4 5 41.38 37.93 36.21 38.506 -317.240 12 3.5 14 21 8 3 5.79 5.02 4.63 5.149 -142.717 13 4 6 21 12 3 75.00 64.29 71.43 70.238 -369.489 14 4 10 30 4 4 5.43 6.07 6.71 6.067 -156.910 15 4 14 14 8 5 69.67 60.80 64.60 65.024 -362.750 16 4.5 6 30 8 5 317.20 292.03 312.17 307.133 -497.520 17 4.5 10 14 12 3 14.19 10.32 12.90 12.473 -219.913 18 4.5 14 21 4 4 6.18 9.48 7.01 7.554 -177.107 +) Ảnh hưởng của các thông số đầu vào của quá trình xung đến TWR: Kết quả tính toán tỉ số S/N của 18 thí nghiệm được thể hiện như trong Bảng 3.12. Kết quả phân tích ANOVA được mô tả trong Bảng 3.13 cho thấy: Ton là thông số có phần trăm ảnh hưởng lớn nhất đến TWR với 25.6%, tiếp đó lần lượt là ảnh hưởng của các thông số: Cp (17.5%), Toff (15.29%), IP (13.65%) và SV (7.04%). Bảng 3.13. Kết quả phân tích (ANOVA) ảnh Bảng 3.14. Thứ tự ảnh hưởng của các thông hưởng của các thông số đầu vào đến TWR số đầu vào đến TWR Thứ tự ảnh hưởng của các thông số đầu vào được mô tả cụ thể trong Bảng 3.14. Từ bảng này ta thấy thứ tự ảnh hưởng của các thông số đến tỉ số S/N lần lượt là Cp, Ton, Toff, IP và SV Hình 3.12. Đồ thị ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến TWR qua các mức khảo sát 19
Hình 3.12 mô tả ảnh hưởng của các thông số đến tốc độ mòn điện cực TWR. Theo hình ta thấy Cp có ảnh hưởng đến TWR. Việc sử dụng nồng độ bột thích hợp có thể giảm được TWR. Cụ thể ở đây với Cp = 4.0 g/l thì lượng mòn nhỏ nhất, nhỏ hơn so với không trộn bột. +) Xác định chế độ xung hợp lý nhằm đạt tốc độ mòn điện cực nhỏ nhất Việc xác định chế độ xung hợp lý nhằm TWR nhỏ nhất tiến hành tương tự như trường hợp xác định đối với Ra ở trên. Chế độ xung hợp lý để đạt TWR nhỏ nhất đó là: Cp = 4 g/l, Ton = 14 µs, Toff = 21 µs, IP = 4 A, SV = 3 V. +) Tính toán dự đoán giá trị tốc độ mòn điện cực: ̅̅̅̅̅̅̅ Trị số độ mòn điện cực trung bình dự đoán (𝑇𝑊𝑅 𝑂𝑃 ) được xác định bởi các mức của các thông số có ảnh hưởng mạnh đến S/N của độ mòn điện cực theo công thức: ̅̅̅̅̅̅̅ 𝑂𝑃 = 𝐶̅ 𝑝5 + ̅ 𝑜𝑛3 + ̅ 𝑜𝑓𝑓2 + ̅̅̅1 + ̅̅̅̅1 − 4 ∗ ̅ 𝐸𝑊𝑅 𝑇𝑊𝑅 𝑇 𝑇 𝐼𝑃 𝑆𝑉 𝑇 (3.11) Thay số: 18 𝑇𝑊𝑅 𝐼 +∑18 𝑇𝑊𝑅 𝐼𝐼 + ∑18 𝑇𝑊𝑅 𝐼𝐼𝐼 ̅ 𝑇𝑊𝑅 = ∑ 𝑖=1 𝑇 𝑖=1 𝑖=1 = 3.857 (𝑚𝑔/ℎ) (3.12) 54 Hình 3.13. Đồ thị phân bố chuẩn của phần dư a) b) c) Hình 3.14. Đồ thị chuyển đổi Johnson cho TWR 20