Tài liệu đánh giá chất lượng bề mặt thép skd61 khi gia công bằng phương pháp xung định hình với điện cực ti trong dung dịch chất điện môi là dầu biến thế

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN PHÚ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỊNH HÌNH VỚI ĐIỆN CỰC Ti TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN MÔI LÀ DẦU BIẾN THẾ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT THÉP SKD61 KHI GIA CÔNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP XUNG ĐỊNH HÌNH VỚI ĐIỆN CỰC Ti TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN MÔI LÀ DẦU BIẾN THẾ Học viên : Nguyễn Văn Phú Lớp : CHK13 Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy CB hướng dẫn khoa học : TS. Ngô Cƣờng Ngày giao đề : ………../ ………../……….. Ngày hoàn thành : ………../ ………../……….. BAN GIÁM HIỆU KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TS. Ngô Cƣờng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu HỌC VIÊN Nguyễn Văn Phú http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn. Tác giả Nguyễn Văn Phú Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo - TS. Ngô Cường và Thầy giáo Nguyễn Hữu Phấn đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Cao đẳng nghề Bắc Giang, Ban lãnh đạo và Khoa Sau đại học của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bản Luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Diesel Sông Công và các kỹ thuật viên, công nhân viên Xưởng Cơ khí của Công ty đã giúp đỡ trong quá trình sử dụng thiết bị để thực hiện thí nghiệm. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các nhà khoa học của Viện Khoa học vật liệu Hà Nội, Viện nghiên cứu cơ khí Hà Nội đã tận tình giúp đỡ trong quá trình phân tích, xử lý kết quả thí nghiệm. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả Nguyễn Văn Phú Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục các ký hiệu chính.............................................................................ii Danh mục các bảng biểu..................................................................................iii Danh mục các hình vẽ......................................................................................iv PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài …………………………………………………...1 2. Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu……………... 2 2.1. Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………………2 2.2. Mục đích nghiên cứu …………………………………………………….3 2.3. Nội dung nghiên cứu …………………………………………………….3 2.4. Phương pháp nghiên cứu……………………………………………….. 3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ………………………………….3 3.1. Ý nghĩa khoa học ………………………………………………………...3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ………………………………………………………...3 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN……...…….. 4 1.1. Khái quát về phương pháp gia công tia lửa điện (EDM)……………….. 4 1.2. Lịch sử ra đời và phát triển của phương pháp gia công tia lửa điện …….4 1.3. §Æc ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p gia c«ng tia löa ®iÖn ………………………..5 1.4. Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa ………………... 5 1.5. Các phương pháp gia công tia lửa điện…………………………………. 6 1.5.1. Phương pháp gia công xung định hình………………………………... 6 1.5.2. Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện …………………………….6 1.5.3. Một số phương pháp sử dụng nguyên lý gia công tia lửa điện ………..7 1.6. Nguyên lý của phương pháp gia công tia lửa điện……………………… 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn 1.7. Các thông số công nghệ của phương pháp gia công xung định hình….. 10 1.7.1. Điện áp………………………………………………………………. 10 1.7.2. Phân cực của điện cực……………………………………………….. 11 1.7.3. Cường độ dòng phóng tia lửa điện …………………………………...11 1.7.4. Thời gian xung (ti) và thời gian ngừng xung(t0)……………………... 12 1.7.4.1. Thời gian xung ti ……………………………………………………12 1.7.4.2. Thời gian ngừng xung to ……………………………………………14 1.7.5. Khe hở phóng điện()........................................................................... 15 1.7.6. Dạng sóng xung ………………………………………………………16 1.7.7. Dung dịch điện môi …………………………………………………..16 1.7.7.1. Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi …………………………….16 1.7.7.2. Các loại chất điện môi ……………………………………………...17 1.7.7.3. Các loại dòng chảy của chất điện môi............................................... 17 1.8. Chất lượng bề mặt gia công tia lửa điện ………………………………..17 1.8.1. Cấu trúc mặt cắt ngang lớp bề mặt sau gia công tia lửa điện ………...17 1.8.2. Topography bề mặt …………………………………………………...18 1.9. Các hiện tượng xấu xuất hiện trong gia công tia lửa điện ……………...18 1.9.1. Hiện tượng hồ quang điện.................................................................... 18 1.9.2. Hiện tượng ngắn mạch và sụt áp.......................................................... 19 1.9.3. Hiện tượng xung mạch hở, không có dòng điện.................................. 20 1.9.4. Hiện tượng quá nhiệt của dung dịch điện môi ……………………….21 1.10. Nâng cao chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp tia lửa điện..21 1.10.1. Ảnh hưởng của vật liệu điện cực đến chất lượng bề mặt …………...22 1.10.2. Ảnh hưởng của môi trường gia công đến chất lượng bề mặt............. 23 1.10.3. Ảnh hưởng của chế độ gia công đến chất lượng bề mặt ……………26 1.10.4. Ảnh hưởng phân cực của phôi đến chất lượng bề mặt: ……………..27 1.10.5. Ảnh hưởng của kích cỡ hạt đến chất lượng bề mặt………………… 30 1.10.6. Ảnh hưởng của phương pháp gia công đến chất lượng bề mặt…….. 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn 1.11. Kết luận chƣơng 1…...…………..………...……..…………………. 31 1.12. Xác định hướng nghiên cứu của đề tài ………………………………..31 Chƣơng 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM.............................. 33 2.1. Mục đích của thí nghiệm ……………………………………………….33 2.2. Mô tả hệ thống thí nghiệm ……………………………………………..33 2.2.1. Sơ đồ thí nghiệm…………………………………………………….. 33 2.2.2. Máy thí nghiệm……………………………………………………… 34 2.2.3. Vật liệu thí nghiệm…………………………………………………... 35 2.2.4. Điện cực dụng cụ…………………………………………………….. 37 2.2.5. Dung dịch điện môi …………………………………………………..38 2.2.6. Các thông số công nghệ gia công …………………………………….38 2.2.7. Thiết bị đo kiểm và kết quả thí nghiệm……………………………… 39 2.3. Kết luận chƣơng 2 …………………………………...………………..40 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT KHUÔN DẬP CÒ MỔ ĐỘNG CƠ RV125 ...................................................40 3.1. Hình dáng bề mặt khuôn sau gia công xung định hình………………... 40 3.2. Kết quả và thảo luận ……………………………………………………41 3.2.1. Độ nhám và profin bề mặt khuôn……………………………………. 41 3.2.2. Hình thái bề mặt khuôn ………………………………………………43 3.2.3. Cấu trúc, độ cứng tế vi lớp bề mặt khuôn và chiều dày lớp thấm ……48 3.2.4. Thành phần hóa học và tổ chức pha của lớp bề mặt khuôn …….53 3.3. Kết luận chƣơng 3……..……………...………………….…………... 57 KẾT LUẬN CHUNG................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 58 PHỤ LỤC………………...…………………………………………………61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH Ý nghĩa Ký hiệu Đơn vị Ra Sai lệch Profin trung bình cộng µm Rz Chiều cao nhấp nhô tế vi µm Ue Điện áp phóng điện( Gap) V tđ Thời gian trễ µs te Thời gian phóng điện µs ti Độ kéo dài xung của máy phát xung µs to Khoảng cách xung µs tp Chu kỳ xung µs Ie Cường độ dòng điện A θ Độ mòn điện cực % δ Khe hở phóng điện mm Ton Thời gian xung µs Toff Thời gian ngừng xung µs Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Bảng số Nội dung 1 2.1 Ký hiệu tương đương thép SKD61 của các nước 34 2 2.2 Thành phần hóa học theo % trọng lượng của thép SKD61 34 3 2.3 Các tính chất cơ, lí của thép SKD61 34 4 2.4 Thành phần hóa học theo % trọng lượng của Ti 36 5 2.5 Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu biến thế. 36 6 2.6 Các thông số công nghệ gia công 37 7 3.1 Kết quả đo nhám trên bề mặt khuôn 40 8 3.2 Kết quả đo chiều dày của lớp biến trắng và lớp chuyển tiếp 49 9 3.3 Sự thay đổi độ cứng tế vi lớp bề mặt khuôn theo chiều sâu 50 10 3.4 Kết quả kiểm tra thành phần hóa học của lớp nền theo % khối lượng của thép SKD61 tại viện Khoa học vật liệu Hà Nội, 52 11 3.5 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 1 ( vị trí cao) 52 12 3.6 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 1 ( vị trí thấp) 52 13 3.7 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 2 ( vị trí cao) 53 14 3.8 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 2 ( vị trí thấp) 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu Trang http://lrc.tnu.edu.vn 15 3.9 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 3( vị trí cao) 54 16 3.10 Thành phần hóa học của các vùng trên lớp bề mặt mẫu 3( vị trí thấp) 54 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Hình số Nội dung Trang 1 1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện 8 2 1.2 Quá trình ion hóa dung dịch điện môi 9 3 1.3 Quá trình phóng tia lửa điện 10 4 1.4 Phân cực cho điện cực 11 5 1.5 Mối quan hệ giữa Vw và ti 12 6 1.6 Mối quan hệ giữa θ và ti 13 7 1.7 Mối quan hệ giữa Rz và ti (với ti = td + te). 13 8 1.8 Ảnh hưởng của ti và t0 đến năng suất gia công 14 9 1.9 Dạng sóng xung hình chữ nhật 15 10 1.10 Lớp bề mặt sau gia công tia lửa điện 17 11 1.11 Hiện tượng hồ quang điện 19 12 1.12 Hiện tượng ngắn mạch, sụt áp 19 13 1.13 Hiện tượng xung mạch hở 20 14 1.14 Ảnh hưởng của chất điện môi đến nhám bề mặt 24 15 1.15 16 1.16 17 1.17 Ảnh hưởng của thời gian xung đến nhám bề mặt trong các môi trường gia công khác nhau Mối quan hệ giữa nhám bề mặt và thời gian xung Trường hợp phân cực dương và âm Mối quan hệ giữa nhám bề mặt và dòng điện cực đại theo các cách phân cực khác nhau Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 26 27 27 http://lrc.tnu.edu.vn Ảnh SEM bề mặt phôi với các phân cực 18 1.18 19 2.1 Sơ đồ thí nghiệm 32 20 2.2 Máy xung CNC – EA600L 33 21 2.3 Hình dáng mẫu thí nghiệm 35 và dung dịch điện môi khác nhau 29 Bản vẽ chế tạo nửa dưới khuôn dập cò mổ động cơ 22 2.4 RV125 của công ty TNHH một thành viên Diesel 35 Sông Công. Hình dáng điện cực Ti 23 2.5 36 24 3.1 25 3.2 Các vị trí đo nhám, profin trên bề mặt khuôn 39 26 3.3 Độ nhám, profin bề mặt khuôn 1 đo ở vị trí 1. 40 27 3.4 Độ nhám, profin bề mặt khuôn 2 đo ở vị trí 1. 40 28 3.5 Vị trí chụp ảnh SEM bề mặt khuôn 41 29 3.6 30 3.7 31 3.8 32 3.9 33 3.10 34 3.11 Sản phẩm nửa dưới khuôn dập cò mổ supáp thải động cơ RV125 sau gia công xung định hình. Ảnh SEM bề mặt khuôn 1 vị trí 1 với độ phóng đại 100 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 1 vị trí 1 với độ phóng đại 500 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 1 vị trí 1 với độ phóng đại 1000 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 1 vị trí 2 với độ phóng đại 100 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 1 vị trí 2 với độ phóng đại 500 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 1 vị trí 2 với độ phóng đại 1000 lần Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 39 42 42 42 42 43 43 http://lrc.tnu.edu.vn 35 3.12 36 3.13 37 3.14 38 3.15 39 3.16 40 3.17 41 3.18 42 3.19 43 3.20 44 3.21 45 3.22 46 3.23 47 3.24 Ảnh SEM bề mặt khuôn 2 vị trí 1 với độ phóng đại 100 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 2 vị trí 1 với độ phóng đại 500 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 2 vị trí 1 với độ phóng đại 1000 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 2 vị trí 2 với độ phóng đại 100 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 2 vị trí 2 với độ phóng đại 500 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 2 vị trí 2 với độ phóng đại 1000 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 3 vị trí 1 với độ phóng đại 100 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 3 vị trí 1 với độ phóng đại 500 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 3 vị trí 1 với độ phóng đại 1000 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 3 vị trí 2 với độ phóng đại 100 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 3 vị trí 2 với độ phóng đại 500 lần Ảnh SEM bề mặt khuôn 3 vị trí 2 với độ phóng đại 1000 lần Vị trí phân tích tổ chức tế vi 43 43 43 43 44 44 44 44 44 44 45 45 47 Tổ chức tế vi của khuôn 1( vị trí cao): a) 200 lần; 48 3.25 47 b) 500 lần 49 3.26 Tổ chức tế vi của khuôn 1( vị trí thấp): a) 200 lần; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 47 http://lrc.tnu.edu.vn b) 500 lần Tổ chức tế vi của khuôn 2( vị trí cao): a) 200 lần; 50 3.27 48 b) 500 lần 51 3.28 52 3.29 Tổ chức tế vi của khuôn 2( vị trí thấp): a) 200 lần; b) 500 lần 48 Tổ chức tế vi của khuôn 3( vị trí cao): a) 200 lần; 48 b) 500 lần Tổ chức tế vi của khuôn 3( vị trí thấp): a) 200 lần; 53 3.30 49 b) 500 lần 54 3.31 55 3.32 56 3.33 57 3.34 58 3.35 59 3.36 60 3.37 Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 1 ( vị trí cao) Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 1 ( vị trí thấp) Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 2 ( vị trí cao) Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 2 ( vị trí thấp) Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 3 ( vị trí cao) Mức năng lượng của các nguyên tố ở lớp biến trắng mẫu 3( vị trí thấp) Tổ chức các pha của lớp biến trắng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 52 53 53 54 54 55 55 http://lrc.tnu.edu.vn -1- PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lớp vật liệu bề mặt của các chi tiết máy ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của nó nhất là với những chi tiết có hình dạng phức tạp và làm việc trong môi trường chịu tác động của mài mòn, va đập và nhiệt độ cao như: Bề mặt khuôn dập, bề mặt khuôn ép nhựa, bề mặt dụng cụ cắt... Vì vậy, việc nâng cao chất lượng lớp bề mặt của các chi tiết máy dạng này luôn luôn được quan tâm và đã có rất nhiều phương pháp được sử dụng để nâng cao chỉ tiêu kỹ thuật như: Tôi bề mặt, biến cứng bề mặt, hóa nhiệt luyện, phun phủ... Một số kết quả nghiên cứu về gia công tia lửa điện đã chỉ ra rằng: Ở các điều kiện nhất định, trong quá trình gia công dưới tác dụng của các tia lửa điện vật liệu điện cực bị nóng chảy và bay hơi đã xâm nhập một lượng đáng kể lên bề mặt phôi [21]. Bề mặt của thép không gỉ sau khi được gia công bằng phương pháp tia lửa điện với điện cực Si(silic) đã được phủ một lớp vô định hình với sự xuất hiện của lượng lớn Si nóng chảy tách ra từ điện cực giúp nâng cao đáng kể về khả năng chống ăn mòn hóa học và chịu mài mòn [13]. Các nghiên cứu về sử dụng điện cực thiêu kết từ bột Ti(titan) trong gia công khuôn đã giúp độ bền của khuôn tăng từ 3 đến 7 lần [13]. Phương pháp gia công tia lửa điện với việc trộn bột kim loại hoặc hợp kim thích hợp vào trong dung dịch điện môi đã được thực hiện và đều tìm thấy vật liệu bột trên bề mặt gia công làm cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt gia công [6, 10, 12]. Từ các nghiên cứu trên đã mở ra hướng mới cho công nghệ nâng cao chất lượng bề mặt vật liệu bằng phương pháp gia công tia lửa điện. Trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu theo hướng ứng dụng phương pháp gia công tia lửa điện vào việc nâng cao chất lượng bề mặt như: chọn vật liệu điện cực (Ti, W, hợp kim Cu–W, TiC, WC, …) và loại dung dịch điện môi thích hợp; sử dụng bột kim loại (Si, Cr, Ni, W, Ti,…) hoặc hợp kim thích hợp (WC, TiC, SiC, …) trộn trong dung dịch điện môi [10]. So với phương pháp gia công tia Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn -2- lửa điện sử dụng điện cực được làm bằng kim loại hoặc hợp kim thích hợp thì phương pháp gia công tia lửa điện sử dụng bột kim loại hoặc hợp kim thích hợp trộn trong dung dịch điện môi (PMEDM) cho hiệu quả cao hơn [10]. Tuy nhiên, việc ứng dụng phương pháp PMEDM áp dụng vào thực tế là rất khó khăn do số lượng thông số công nghệ gia công lớn và thiết bị rất phức tạp. Hiện nay đã có rất nhiều nghiên cứu về gia công tia lửa điện để bóc tách vật liệu nhưng những nghiên cứu liên quan đến công nghệ trong việc cải thiện lớp bề mặt gia công thì chưa nhiều và mới dừng ở giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm [10]. Vì vậy để ứng dụng vào sản xuất công nghiệp cần thiết phải làm sáng tỏ nhiều vấn đề trong đó có ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến các tính chất của lớp bề mặt gia công. Thép SKD61 (Tiêu chuẩn JIS G 4404 – Nhật Bản) thuộc nhóm thép công cụ hợp kim được dùng phổ biến để chế tạo khuôn dập nóng và thường sử dụng phương pháp gia công tia lửa điện để tạo hình bề mặt lòng khuôn. Mác thép này hiện đang được Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Diesel Sông Công dùng để chế tạo khuôn dập cò mổ động cơ RV125 và một số loại khuôn dập khác. Với những lý do trên và do thời gian, kinh phí có hạn nên tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu là:“Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 khi gia công bằng phương pháp xung định hình với điện cực Ti trong dung dịch điện môi là dầu biến thế ”. 2. Đối tƣợng, mục đích, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số (độ nhám, độ cứng tế vi, cấu trúc tế vi và thành phần hóa học) của lớp bề mặt khuôn dập cò mổ động cơ RV125 làm bằng thép SKD61 sau khi gia công bằng phương pháp xung định hình với điện cực Ti trong dung dịch điện môi là dầu biến thế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn -3- 2.2. Mục đích nghiên cứu 1. Xác định mức độ ảnh hưởng của việc sử dụng vật liệu điện cực titan đến chất lượng bề mặt gia công các khuôn dập được làm bằng vật liệu SKD61 khi gia công bằng phương pháp xung định hình với dung dịch điện môi là dầu biến thế. 2. Làm cơ sở để xác định lượng dư gia công cho các nguyên công tiếp theo. 2.3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về gia công tia lửa điện. - Xây dựng hệ thống thí nghiệm. - Tiến hành thí nghiệm. - Phân tích kết quả. 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Các phương pháp nâng cao chất lượng bề mặt khi gia công bằng phương pháp xung định hình hiện nay vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm, bởi vậy đề tài sẽ đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu thử nghiệm này. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Việc nghiên cứu được thực hiện với một sản phẩm cụ thể đó là khuôn dập cò mổ động cơ RV125, vì vậy kết quả của đề tài có cơ sở để ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn -4- Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 1.1. Khái quát về phƣơng pháp gia công tia lửa điện (EDM) Phương pháp gia công tia lửa điện là phương pháp gia công không truyền thống và được sử dụng rất rộng rãi trong ngành chế tạo máy, đặc biệt trong công nghệ chế tạo khuôn mẫu. Phương pháp này sử dụng nguồn năng lượng nhiệt cao từ các tia lửa điện xuất hiện trong khe hở giữa phôi và dụng cụ để gia công kim loại dưới dạng nóng chảy và bay hơi. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này so với các phương pháp gia công truyền thống là có thể gia công được tất cả các loại vật liệu dẫn điện có độ bền và độ cứng bất kỳ, các bề mặt có hình dạng rất phức tạp như: khuôn dập, khuôn đúc, các chi tiết máy quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ, ngành công nghiệp ôtô và các dụng cụ dùng trong phẫu thuật...[18] Trong phương pháp EDM không tồn tại mối quan hệ về độ cứng giữa phôi và dụng cụ, các vấn đề như: rung động, ứng suất cơ học, tiếng ồn không xuất hiện trong suốt quá trình gia công [18 ] . Tuy nhiên phương pháp gia công tia lửa điện vẫn tồn tại một số hạn chế như: Chất lượng bề mặt sau gia công chưa cao, năng suất gia công còn thấp và bị hạn chế về phạm vi ứng dụng. 1.2. Lịch sử ra đời và phát triển của phƣơng pháp gia công tia lửa điện Nhà vật lý người Anh Joseph Priestley (1733 – 1809) là người đầu tiên trong các thí nghiệm của mình đã phát hiện ra khả năng ăn mòn của kim loại bởi sự phóng điện. Tiếp nối thành tựu đó, năm 1943, hai vợ chồng nhà khoa học Lazarenko người Nga đã tìm ra cánh cửa dẫn tới công nghệ “Gia công tia lửa điện” hay “Electrical Discharge Machining (EDM)”. Công nghệ này sử dụng tia lửa điện để hớt đi một lớp vật liệu mà không phụ thuộc độ cứng của vật liệu đó. Khi các tia lửa điện phóng ra năng lượng nhiệt từ các tia này sẽ làm nóng chảy và bay hơi vật liệu gia công từ đó làm vật liệu trên bề mặt phôi sẽ bị hớt đi. Quá trình gia công EDM rất phức tạp do liên quan đến rất nhiều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn -5- yếu tố như: Khoảng cách khe phóng điện(δ), đến thông tin kênh plasma, về sự hình thành của cầu phóng điện giữa hai điện cực… Chính những yếu tố đó đã làm tốc độ của việc ứng dụng phương pháp gia công mới này vào ngành công nghệ chế tạo vẫn còn nhiều hạn chế. Tiếp những năm sau đó do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã giúp việc đưa công nghệ này vào trong cuộc sống ngày càng phát triển. Đặc biệt những năm gần đây, với sự phát triển như vũ bão của các công nghệ mới, sự trợ giúp hết sức đắc lực của máy tính và hệ điều hành CNC. Các máy gia công tia lửa điện đầu tiên bán tự động và không tiện dụng đã được thay thế bởi các máy gia công tia lửa điện CNC. Đây là nhóm máy đã tỏ rõ được khả năng rất lớn của mình trong điều khiển chính xác quỹ đạo, gia công được các vật liệu dẫn điện có độ bền và độ cứng bất kỳ, hình dạng rất phức tạp. Chính sự đột phá trong công nghệ này đã giải quyết rất nhiều vấn đề trong thực tiễn và đưa nhóm máy mới này trở thành một trong các công cụ cắt gọt hữu hiệu nhất. 1.3. §Æc ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p gia c«ng tia löa ®iÖn - Điện cực (đóng vai trò là dụng cụ cắt) có độ cứng thấp hơn nhiều so với vật liệu phôi. Vật liệu điện cực thường là đồng, graphite, đồng-vonfram, bạc-vonfram… - Vật liệu phôi thường là những vật liệu cứng và đã qua nhiệt luyện như: thép đã qua tôi, các hợp kim cứng… - Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi đều phải có tính dẫn điện tốt. - Môi trường gia công là một chất lỏng điện môi. Đây là dung dịch không dẫn điện ở điều kiện làm việc bình thường. Dung dịch điện môi thường là: nước cất, nước máy, dầu biến thế, dầu hỏa có thêm bột nhôm … 1.4. Khả năng công nghệ của phƣơng pháp gia công tia lửa điện Phương pháp gia công tia lửa điện có thể gia công được các bề mặt mặt có hình dạng phức tạp như: bề mặt các lỗ, hốc phức tạp (lỗ định hình, khuôn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn -6- rèn, khuôn dập,…) và các chi tiết có độ bền, độ cứng rất cao (chi tiết máy sử dụng trong ngành hàng không, lò phản ứng hạt nhân…)[1]. Bề mặt chi tiết được gia công bằng phương pháp EDM có thể đạt độ nhám thấp: Ra= 0,63µm khi gia công thô và Ra= 0,16µm khi gia công tinh. Thông thường độ chính xác kích thước gia công vào khoảng 0,01mm. Ở các máy khoan tọa độ sử dụng tia lửa điện để gia công thì độ chính xác đạt đến 0,0025mm. Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các phương pháp gia công không truyền thống khó hoặc không thể thực hiện được như: thép đã qua tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng. Mặc dù việc bóc tách vật liệu phôi bằng năng lượng nhiệt rất lớn, tuy nhiên những ảnh hưởng của nhiệt tác động lên vật liệu gia công là không lớn. Các vấn đề như: biến dạng, ứng suất cơ học không xuất hiện trong suốt quá trình gia công do không có sự tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ (điện cực). Điều này rất có lợi trong việc gia công các chi tiết mỏng làm bằng các vật liệu dòn. 1.5. Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện Hiện nay có hai phương pháp gia công tia lửa điện chủ yếu trong gia công cơ khí trên thế giới là: phương pháp gia công xung định hình và phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện (WEDM). Các phương pháp này được ứng dụng rộng rãi và góp phần đáng kể cho sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại. 1.5.1. Phƣơng pháp gia công xung định hình Phương pháp gia công xung định hình là phương pháp dùng các điện cực đã được tạo hình sẵn để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi. Phương pháp này được dùng để chế tạo bề mặt các khuôn có hình dạng phức tạp như: các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông… 1.5.2. Phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn -7- WEDM là phương pháp dùng một dây dẫn điện có đường kính nhỏ (0,1 0,3 mm) cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng định trước để tạo thành một vết cắt trên phôi. Phương pháp này thường dùng để gia công các lỗ thông suốt có biên dạng phức tạp như: lỗ trên khuôn dập, lỗ trên khuôn ép, lỗ trên khuôn đúc áp lực,… Ngoài ra, phương pháp này còn được ứng dụng rất rộng rãi trong việc chế tạo các chi tiết có biên dạng rất phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao như: các điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các dưỡng kiểm,… 1.5.3. Một số phƣơng pháp sử dụng nguyên lý gia công tia lửa điện Ngoài hai phương pháp gia công chủ yếu trên, ngày nay trên thế giới còn có một số phương pháp gia công sử dụng nguyên lý gia công tia lửa điện như sau: - Gia công tia lửa điện dạng phay (milling EDM): là phương pháp sử dụng một điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay. Sử dụng phương pháp này để gia công các hình dáng phức tạp do không phải chể tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho điện cực cắt theo chương trình gia công. - Phủ bằng tia lửa điện (EDD): là phương pháp sử dụng hiệu quả của sự ăn mòn tia lửa điện để phủ lên các bánh mài sau thời gian sử dụng nghiền cơ khí các vật liệu rắn. Trong quá trình này, bánh mài phải có tính dẫn điện, bánh mài kim cương liên kết kim loại thường được làm theo phương pháp này. Điện áp xung được đặt vào giữa điện cực và bành mài, trong quá trình mài, tia lửa điện sinh ra sẽ bóc tách các cạnh sắc trên bánh mài. Quá trình này cũng được sử dụng để chế tạo bánh mài có hình dạng đặc biệt. - Gia công EDM trợ giúp của siêu âm (ultrasonic aided edm): là phương pháp hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung điện cực dụng cụ với tần số rung bằng tần số siêu âm. Rung điện cực với tần số siêu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn