BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ
LÊ THỊ PHƯƠNG THẢO
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ
CÔNG NGHỆ VÀ LOẠI ĐIỆN CỰC GRAPHITE ĐẾN
NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG KHI GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN
MẶT TRỤ NGOÀI CHI TIẾT THÉP 90CrSi
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Hà Nội – 2025
Công trình được hoàn thành tại Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương
Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Vũ Trung Tuyến
2. TS. Nguyễn Thị Quốc Dung
Người phản biện 1: GS.TS. Trần Văn Địch
Người phản biện 2: PGS.TS. Đỗ Đức Trung
Người phản biện 3: PGS.TS. Hà Minh Hùng
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.
Thời gian: … giờ …. phút, ngày …. tháng …. năm 2025
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.
1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Gia công tia lửa điện, hay còn gọi là gia công xung điện (Electrical Discharge
Machining – EDM), là một phương pháp gia công phi truyền thống, hoạt động dựa trên
nguyên lý phóng tia lửa điện giữa hai điện cực qua môi trường chất điện môi để bóc tách
vật liệu. Trong quá trình này, điện cực không tiếp xúc cơ học với chi tiết, do đó các yếu
tố như rung động, tiếng ồn và ứng suất cơ học không còn ảnh hưởng, giúp EDM trở
thành phương pháp ưu việt cho gia công các chi tiết phức tạp và vật liệu khó cắt gọt.
EDM đặc biệt hiệu quả trong gia công các bề mặt có hình dạng phức tạp như lòng
khuôn, hốc sâu, các bề mặt tạo hình phi tuyến... và được ứng dụng rộng rãi trong ngành
khuôn mẫu, chế tạo dụng cụ chính xác và hàng không – vũ trụ. Ngoài ra, EDM có thể gia
công các vật liệu khó gia công bằng phương pháp truyền thống như thép tôi, thép hợp
kim cứng, hợp kim siêu bền, vật liệu composite nền kim loại và gốm kỹ thuật. Tuy
nhiên, phương pháp này cũng tồn tại một số hạn chế, tiêu biểu là năng suất bóc tách
thấp, chỉ phù hợp với lượng dư nhỏ và chỉ gia công được vật liệu dẫn điện. Ngoài ra,
EDM thường gây biến dạng nhiệt cục bộ, làm ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết.
Trong những năm gần đây, nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện để mô
hình hóa và tối ưu hóa quá trình EDM, nhằm nâng cao tốc độ bóc tách vật liệu (MRR)
[4,7,43-45,74-77], giảm mòn điện cực (EWR) [9,12] và cải thiện chất lượng bề mặt (Ra)
[36,49,65-67]. Các nghiên cứu cũng đã mở rộng cho nhiều loại vật liệu khác nhau như:
WC-Co, AISI D2, D3, 329, 202, Al-SiC, Inconel 600, Ti-6Al-4V, René 108 DS, các loại
gốm kỹ thuật như SiC, B₄C, Si₃N₄–TiN, hay composite nền nhôm
[30,32,35,40,42,54,55,61–63,71–72].
Một yếu tố quan trọng trong EDM là vật liệu và hình dạng của điện cực. Điện cực
không chỉ quyết định hình học của chi tiết được tạo ra mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến
tốc độ gia công và độ mòn điện cực. Trong thực tế, vật liệu điện cực thường được chọn
là đồng, nhôm hoặc graphite. Trong đó, graphite được đánh giá cao nhờ độ dẫn điện tốt,
tính ổn định nhiệt và khả năng gia công chính xác trong các ứng dụng tạo hình. Trong
quá trình EDM tạo hình nghịch, để gia công các chi tiết có bề mặt trụ định hình như chày
dập viên thuốc nén, yêu cầu điện cực phải có hình dạng ngược hoàn toàn với biên dạng
sản phẩm. Với sự đa dạng hóa mẫu mã viên thuốc trên thị trường hiện nay, yêu cầu gia
công các chày dập định hình cũng trở nên phức tạp hơn và thường xuyên thay đổi. Mặc
dù đã có một số nghiên cứu về chế độ tối ưu trong EDM chày dập định hình bằng thép
dụng cụ, song các công trình trước chưa đưa ra được đánh giá toàn diện, định lượng và
có hệ thống về mối quan hệ giữa thông số đầu vào và các tiêu chí đầu ra (MRR, EWR,
Ra), đặc biệt là với từng loại vật liệu điện cực graphite khác nhau.
Do đó, đề tài luận án với tên gọi: "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công
nghệ và loại điện cực graphite đến năng suất, chất lượng khi gia công tia lửa điện mặt
trụ ngoài chi tiết thép 90CrSi" – hướng đến việc thiết lập chế độ công nghệ hợp lý cho
EDM chày định hình từ thép 90CrSi, sử dụng ba loại điện cực graphite khác nhau – là
một nghiên cứu có tính cấp thiết cả về mặt lý luận và thực tiễn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của các thông số công
nghệ đầu vào đến hiệu quả quá trình gia công tia lửa điện (EDM) trên chi tiết có bề mặt
trụ định hình làm từ thép dụng cụ 90CrSi đã qua tôi. Cụ thể, năm yếu tố đầu vào được
khảo sát bao gồm: cường độ dòng phóng điện (IP), hiệu điện thế (SV), thời gian phát
2
xung (Ton), thời gian ngừng phát xung (Toff), và loại vật liệu điện cực graphite (TOG –
Type of Graphite).
3. Đối tượng v phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu quá trình công nghệ gia công xung tia
lửa điện bề mặt trụ định hình ngoài thép 90CrSi bằng điện cực graphite.
b) Phạm vi nghiên cứu của đề tài là:
* Phạm vi nghiên cứu các thông số đầu vào:
- Thông số công nghệ quá trình gia công: 4 thông số gồm cường độ dòng phóng IP (A),
hiệu điện thế SV (V), thời gian phát xung Ton (µs), thời gian ngừng phát xung Toff (µs).
- Điện cực sử dụng: 3 loại điện cực graphite có ký hiệu HK0, HK15, HK20.
- Chi tiết gia công: Thép dụng cụ 90CrSi có biên dạng trụ định hình ngoài đã qua tôi bề
mặt đạt độ cứng bề mặt HRC 56-60.
* Phạm vi nghiên cứu các chỉ tiêu đầu ra:
- Chất lượng bề mặt gia công: Nhám bề mặt sau gia công (Ra).
- Năng suất gia công: Tốc độ mòn điện cực (EWR) và tốc độ bóc tách vật liệu (MRR).
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm. Nghiên cứu
lý thuyết: sử dụng cơ sở lý thuyết về EDM, lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm, các
phương pháp ra quyết định đa tiêu chí MCDM. Nghiên cứu thực nghiệm gồm các bước:
Xây dựng hệ thống thực nghiệm và kế hoạch thực nghiệm; Tiến hành thực nghiệm; Phân
tích, đánh giá kết quả thực nghiệm; Xác định bộ thông số tối ưu;
5.  nghĩa khoa học v thc tiễn của đề ti
*  nghĩa khoa học:
- Thông qua thực nghiệm quá trình gia công tia lửa điện (EDM) trên vật liệu thép dụng
cụ 90CrSi, đề tài đã xây dựng được mối quan hệ định lượng giữa các thông số công nghệ
đầu vào (gồm: cường độ dòng phóng điện IP, điện áp SV, thời gian phát xung Ton, thời
gian ngừng xung Toff) và ba loại điện cực graphite với các chỉ tiêu đầu ra gồm: tốc độ
bóc tách vật liệu (MRR), tốc độ mòn điện cực (EWR), và nhám bề mặt (Ra).
*  nghĩa thc tiễn:
Từ kết quả xác định được tổ hợp thông số công nghệ và loại điện cực graphite tối
ưu, đề tài đã tiến hành thực nghiệm gia công EDM để chế tạo thành công bộ khuôn chày
dập định hình, ứng dụng trong sản xuất viên thuốc nén cho ngành dược phẩm. Sản phẩm
thực nghiệm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về hình dạng định hình, chất lượng bề mặt và độ
bền làm việc.
6. Những điểm mới của luận án
- Nghiên cứu, thực nghiệm quá trình EDM bề mặt trụ ngoài chi tiết thép dụng cụ 90CrSi
bằng 3 loại điện cực graphite khác nhau, giúp tìm ra giá trị bộ thông số công nghệ đầu
vào và loại điện cực graphite phù hợp.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của 4 thông số công nghệ và loại điện cực gồm: 1 - Cường độ
dòng phóng điện (IP), 2 - Hiệu điện thế (SV), 3 - Thời gian phát xung (Ton), 4 - Thời
gian ngừng phát xung (Toff), 5 - Loại điện cực graphite (Type of Graphite - TOG) đến lần
lượt các chỉ tiêu đầu ra gồm: tốc độ bóc tách vật liệu (MRR), tốc độ mòn điện cực
(EWR), nhám bề mặt (Ra) khi gia công chi tiết có biên dạng trụ ngoài vật liệu 90CrSi
qua tôi để đạt MRR cao nhất, EWR thấp nhất, nhám Ra tốt nhất.
3
- Đề xuất chế độ tối ưu để gia công EDM bề mặt trụ ngoài chi tiết thép dụng cụ 90CrSi,
sử dụng điện cực graphite, đảm bảo năng suất, chất lượng bề mặt tốt nhất.
- Sử dụng phương pháp Gaussian Process Regression (GPR) đã được sử dụng để xây
dựng mô hình hồi quy phi tham số cho từng hàm mục tiêu; giải bài toán tối ưu hóa đa
mục tiêu với các hàm đơn mục tiêu bằng hai phương pháp: phương pháp Taguchi kết
hợp với phân tích quan hệ xám và các phương pháp ra quyết định đa tiêu chí MCDM
(AHP, TOPSIS, MABAC, SAW). Đề xuất chế độ xung tối ưu ứng với từng phương
pháp.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN
1.1 Khái niệm, đặc điểm và phân loại phương pháp gia công tia lửa điện
1.1.1. Khái niệm
Gia công xung tia lửa điện, còn gọi là phương pháp EDM, là một quá trình gia công
không truyền thống sử dụng các tia lửa điện phóng qua khe hở giữa hai điện cực để loại
bỏ vật liệu khỏi bề mặt chi tiết. Trong quá trình này, các xung điện có năng lượng rất lớn
được tạo ra trong thời gian ngắn, gây ra hiện tượng nóng chảy và bốc hơi cục bộ vật liệu
trên bề mặt phôi. Nhờ có chất điện môi, vật liệu bị bóc tách được rửa trôi khỏi vùng gia
công. Do bản chất kết hợp giữa hiện tượng điện và nhiệt, quá trình này còn được gọi là
gia công điện – nhiệt.
1.1.2. Đặc điểm của gia công tia lửa điện
*Một số ưu điểm của gia công EDM: Khả năng gia công vật liệu khó: EDM có thể gia
công hiệu quả các vật liệu có độ cứng cao và khó cắt gọt bằng phương pháp truyền thống
như thép tôi, hợp kim titan, hợp kim niken...; Cải thiện chất lượng bề mặt; Không sinh
lực cắt; Gia công được chi tiết có hình học phức tạp; Độ ổn định và độ tin cậy cao.
* EDM có một số nhược điểm như sau: Tốc độ gia công chậm; Độ chính xác tương đối
hạn chế; Chi phí đầu tư cao; Tác động đến môi trường làm việc.
1.2. Nguyên lý, trang thiết bị gia công tia lửa điện
1.2.1. Nguyên lý gia công tia lửa điện
Nguyên lý cơ bản của phương pháp gia công
tia lửa điện (EDM) là sự chuyển đổi năng lượng
điện thành năng lượng nhiệt thông qua quá trình
phóng các tia lửa điện ngắt quãng tại khe hở giữa
hai điện cực: điện cực dụng cụ (ca-tốt) và phôi gia
công (a-nốt). Cả hai điện cực đều được ngâm
trong một môi trường chất điện môi, vốn là chất
cách điện ở trạng thái bình thường nhưng cho
phép các ion tự do di chuyển khi bị tác động bởi
điện trường. Khi hai điện cực được nối với nguồn điện một chiều và được đưa lại gần
nhau trong khoảng cách đủ nhỏ, điện trường tại khe hở tăng lên đến mức đánh thủng
chất điện môi, dẫn đến hiện tượng phóng tia lửa điện. Tại điểm xảy ra phóng điện, nhiệt
độ tức thời có thể lên tới hàng chục nghìn độ C, đủ để làm nóng chảy và bốc hơi cục bộ
vật liệu của cả điện cực và phôi (Hình 1.1).
1.2.2. Thiết bị gia công xung điện
Thiết bị gia công tia lửa điện bao gồm tất cả các cụm bộ phận cần thiết cho quá
trình gia công tia lửa điện. Ba bộ phận chính của hệ thống là máy công cụ, nguồn điện và
bộ phận điện môi. Hệ thống EDM sẽ không hoạt động trừ khi tất cả các bộ phận đều hoạt
động bình thường. Máy công cụ là bộ phận chính của hệ thống gia công EDM vì quá
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý gia công
xung điện