1
BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ
NGUYỄN VĂN TÙNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG
NGHỆ ĐẾN QUÁ TRÌNH XUNG BỀ MẶT TRỤ NGOÀI BẰNG
ĐIỆN CỰC GRAPHITE VỚI DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI CÓ
TRỘN BỘT
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Hà Nội - 2025
2
Công trình được hoàn thành tại Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương
Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Vũ Ngọc Pi
2. TS. Phan Đăng Phong
Người phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Hữu Phấn
Người phản biện 2: PGS.TS. Trần Ngọc Hiền
Người phản biện 3: PGS.TS. Đào Duy Trung
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: 13 giờ 30 phút, ngày 30 tháng 5 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
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
1. Nguyen Huu Quang, Nguyen Van Tung, Phan Dang Phong, Tran Quoc
Hoang and Vu Ngoc Pi*, Multi-criteria decision making in the PMEDM
process by using MARCOS, TOPSIS, and MAIRCA methods, 2022, Applied
sciences, 12(8): p. 3720. Doi.org/10.3390/app12083720
2. Phan Dang Phong, Hoang Xuan Tu, Vu Ngoc Pi, Dinh Van Thanh, and
Nguyen Van Tung*. Effect of Input Factors on Electrode Wear Rate in
PMEDM Cylindrical Shaped Part by 90CrSi Tool Steel. International
Conference on Engineering Research and Applications. 2024. Springer.
(ICERA 2024).
3. Phan Dang Phong, Vu Ngoc Pi, Hoang Xuan Tu, Dinh Van Thanh, and
Nguyen Van Tung*. A Study on Multi-Objective Optimization of PMEDM
90CrSi Tool Steel Using Graphite Electrodes. International Conference on
Engineering Research and Applications. 2024. Springer. (ICERA 2024).
4. Phan Dang Phong, Vu Ngoc Pi, Dinh Van Thanh, and Nguyen Van Tung*.
Application of SAW Technique to Determine the Best Input Factors for
PMEDM 90CrSi Tool Steel using Graphite Electrodes. International
Conference on Engineering Research and Applications. 2024. Springer.
(ICERA 2024).
5. Tung Nguyen Van*, Van Thanh Dinh, Dang Phong Phan, Duc Binh Vu, and
Ngoc Pi Vu, Determination of Best Input Factors in Powder Mixed Electrical
Discharge Machining 90CrSi Steel using Multi-Criteria Decision Making
Methods. 2021, Engineering, Technology & Applied Science Research, Vol.
15, No. 1, 2025, 19121-19127 19121. Doi.org/10.48084/etasr.9171
1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Gia công bằng tia lửa điện hay gia công xung điện (EDM) là phương pháp gia công
tiên tiến được sử dụng rất rộng rãi để gia công các vật liệu dẫn điện. Nó thường dùng để
gia công các chi tiết có dạng hốc, có hình dáng phức tạp, như các lòng khuôn nhựa,
khuôn dập, đúc vv.… mà các phương pháp gia công cắt gọt thông thường không thể
hoặc rất khó gia công (chi phí gia công rất cao). Phương pháp gia công này có nhiều ưu
điểm như có thể gia công kim loại và hợp kim sau nhiệt luyện có độ cứng cao; không
có lực cắt và tiếng ồn khi gia công nhỏ vv... Tuy nhiên, dạng gia công này cũng có một
số nhược điểm như năng suất bóc tách thấp, chất lượng bề mặt gia công không cao và
điện cực mòn khá nhanh. Để hạn chế các nhược điểm này một giải pháp có hiệu quả khá
cao là gia công xung điện sử dụng dung dịch điện môi có trộn bột dẫn điện (PMEDM).
Phương pháp này đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm…
Các nghiên cứu đã tiến hành với các loại bột và với các cỡ hạt khác nhau. Các loại
bột thường dùng cho dạng gia công này gồm bột SiC, bột titan, bột Al, bột Al2O3 vv…
Cỡ hạt của bột trộn vào dung dịch điện môi cũng được quan tâm. Thêm vào đó, mật độ
hạt trong dung dịch cũng là đối tượng khảo sát khi nghiên cứu về PMEDM. Nhiều loại
vật liệu điện cực cũng được khảo sát như: Đồng đỏ, đồng vàng, graphite, hợp kim Cu –
W, gang, thép, Al, vv… Các nghiên cứu về PMEDM đã khảo sát ảnh hưởng của các
thông số quá trình đến chất lượng lớp bề mặt gia công, đến tốc độ bóc tách vật liệu gia
công và đến mòn điện cực vv…
Ở nước ta, gia công EMEDM cũng đã được các nhà khoa học trong nước quan tâm.
Nhiều nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của việc trộn bột titan với độ hạt 45 (µm) đến
năng suất bóc tách, độ nhám bề mặt và độ bền mòn của điện cực bằng đồng và graphite
khi gia công thép SKD11, SKD61, 90CrSi, SKT4 vv…
Thực tế sản xuất cho thấy, các chi tiết ở dạng trụ định hình như chày đột lỗ định hình
trên thép tấm, chày dập thuốc viên định hình, vv… được dùng khá phổ biến. Các chi tiết
này thuộc diện các chi tiết khó gia công, đặc biệt khi biên dạng là hình trụ có hình dáng
bất kỳ và biên dạng không lồi như chày đột lỗ định hình các loại trên thép tấm, chày dập
thuốc viên, hình quả táo, hình quả dứa, hình con gà vv... Ở các nước tiên tiến, các chi
tiết này thường được chế tạo bằng phương pháp phay cao tốc (micro milling) với chi phí
cao do dao cụ và máy gia công. Tuy nhiên, ở nước ta chúng thường được xử lý bằng
phương pháp nguội nên thường có chất lượng và năng suất không cao. Gần đây, đã có
một số cố gắng trong việc nghiên cứu gia công bề mặt trụ biên dạng định hình bằng
phương pháp xung tia lửa điện và xung tia lửa điện với dung dịch điện môi có trộn bột.
Những nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của các thông số quá trình xung đến độ
nhám bề mặt gia công, độ mòn của điện cực và xác định được chế độ xung tối ưu để đạt
độ nhám gia công nhỏ nhất hoặc độ mòn điện cực nhỏ nhất. Tuy nhiên, các nghiên cứu
này đều tập trung vào việc sử dụng điện cực vật liệu đồng, còn gia công bằng điện cực
graphite thì còn chưa được đề cập.
Từ các phân tích trên đây, giải pháp gia công các chi tiết bề mặt trụ định hình bằng
xung tia lửa điện với dung dịch điện môi có trộn bột có tính khả thi cao vì phương pháp
này có thể cho năng suất và chất lượng cao. Chính vì vậy, "Nghiên cứu ảnh hưởng một
số thông số công nghệ đến quá trình xung bề mặt trụ ngoài bằng điện cực graphite
với dung dịch điện môi có trộn bột" là nghiên cứu có tính cấp thiết.
2
2. Mục tiêu nghiên cứu
+) Mục tiêu chung
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong PMEDM sử dụng bột
nano SiC và điện cực graphite đến năng suất, chất lượng bề mặt gia công khi xung chi
tiết vật liệu thép 90CrSi có biên dạng hình trụ định hình.
+) Mục tiêu cụ thể
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đầu vào chính của quá trình
PMEDM gồm: nồng độ bột SiC (Cp), thời gian phát xung (Ton), thời gian ngừng phát
xung (Toff), cường độ dòng điện xung (IP) và điện áp xung (SV) đến các hàm đơn mục
tiêu gồm nhám bề mặt gia công (Ra), tốc độ bóc tách vật liệu (MRS) và tốc độ mòn điện
cực (EWR) khi gia công chi tiết có biên dạng hình trụ định hình với vật liệu 90CrSi bằng
điện cực graphite. Để xác định các chế độ xung (các thông số đầu vào) tối ưu nhằm để
đạt các hàm đơn mục tiêu kể trên như: Nhám bề mặt gia công nhỏ nhất, tốc độ bóc tách
tốt nhất và tốc độ mòn điện cực nhỏ nhất.
- Nghiên cứu tối ưu hóa đa mục tiêu các thông số công nghệ trong điều kiện gia
công PMEDM tương tự nhằm đạt đồng thời nhám bề mặt nhỏ, tốc độ bóc tách vật liệu
lớn và tốc độ mòn điện cực nhỏ nhất.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng của đề tài là nghiên cứu quá trình PMEDM khi gia công các bề mặt
hình trụ định hình thép hợp kim 90CrSi bằng điện cực graphite với dung dịch điện môi
có trộn bột nano SiC cỡ hạt 100nm.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đầu vào
chính của quá trình PMEDM gồm Cp, Ton, Toff, Ip và SV đến các thông số đầu ra của quá
trình PMEDM như nhám bề mặt, tốc bộ bóc tách vật liệu và tốc độ mòn điện cực.
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, PMEDM. Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng
phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để xác định các thông số đầu vào chính
tối ưu nhằm đạt được các hàm đơn mục tiêu (nhám bề mặt nhỏ nhất, tốc độ bóc tách vật
liệu lớn nhất, và tốc độ mòn điện cực nhỏ nhất). Thêm vào đó, bài toán tối ưu hóa đa
mục tiêu được giải nhờ phương pháp Taguchi và phân tích quan hệ xám và bằng các
phương pháp ra quyết định đa tiêu chí.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Luận án góp phần làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các thông số gia công PMEDM
và nhám bề mặt, tốc độ bóc tách vật liệu và tốc độ mòn điện cực, đồng thời đề xuất các
chế độ xung tối ưu cho quá trình gia công thép 90CrSi bằng điện cực graphite. Nghiên
cứu này cung cấp cơ sở lý thuyết vững chắc cho các nghiên cứu sâu hơn về công nghệ
EDM và PMEDM.
- Kết quả của luận án có thể ứng dụng trực tiếp vào sản xuất để gia công các chi
tiết có hình dạng phức tạp như chày dập bằng phương pháp PMEDM, nâng cao chất
lượng sản phẩm và dự báo về các giá trị để tối ưu hóa quá trình gia công để giảm thiểu
chi phí sản xuất. Ngoài ra còn sử dụng làm tài liệu cho nghiên cứu tiếp theo và giảng
dạy trong lĩnh vực chuyên ngành gia công EDM/PMEDM.
