Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ tới năng suất và độ nhám bề mặt khi gia công bằng xung điện

Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- NGHIÊM VĂN LUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TỚI NĂNG SUẤT VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CÔNG BẰNG XUNG ĐIỆN Chuyên ngành : CHẾ TẠO MÁY - CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. TĂNG HUY Hà Nội – Năm 2012 HV: Nghiêm Văn Luật 1 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là: Nghiêm Văn Luật – Tác giả của luận văn Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Nghiêm Văn Luật HV: Nghiêm Văn Luật 2 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài này, với sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Tăng Huy. Đến nay, đề tài nghiên cứu của em đã hoàn thành. Dù đã rất cố gắng nghiên cứu, tìm tòi nhưng không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế. Vì vậy em kính mong được sự chỉ bảo, đóng góp và phê bình của các thầy cô giáo để đề tài nghiên cứu của em trong luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Viện cơ khí, Viện đào tạo Sau đại học và Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện giúp em thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS.Tăng Huy đã quan tâm giúp đỡ, chỉ bảo tận tình để em khắc phục những thiếu sót, tìm kiếm thêm những ý tưởng mới và hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo tại trung tâm đào tao Đại Học Công Nghiệp Hà Nội- Tập Đoàn Khoa Học Kỹ Thuật Hồng Hải đã giúp em hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong hội đồng chấm luận văn thạc sĩ đã cho ý kiến và xét duyệt. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2012 Học viên Nghiêm Văn Luật HV: Nghiêm Văn Luật 3 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy MỤC LỤC TRANG BÌA ............................................................................................................... 1 LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 2 LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 3 MỤC LỤC................................................................................................................... 4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................. 8 DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... 9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ................................................................... 10 PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 13 I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI........................................................................................... 13 II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................. 14 III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ................................................................................. 14 IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................. 14 1. Đối tượng nghiên cứu. .......................................................................................... 14 2. Phạm vi nghiên cứu. ............................................................................................. 14 V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................... 14 VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.................... 15 1.Ý nghĩa khoa học: .................................................................................................. 15 2.Ý nghĩa thực tiễn: .................................................................................................. 15 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN .............................. 16 1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN. ....................................... 16 1.1.1. Phương pháp gia công xung điện. ................................................................. 16 1.1.2. Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện. ........................................... 17 1.1.3. Các phương pháp khác. ................................................................................. 17 1.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN. .................. 19 1.2.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện. .......................... 19 1.2.2. Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện. ........................ 19 HV: Nghiêm Văn Luật 4 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy 1.3. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN. ... 19 1.3.1. Pha I: Pha đánh lửa. ...................................................................................... 20 1.3.2. Pha II: Sự hình thành kênh phóng điện.......................................................... 21 1.3.3. Pha III: Sự nóng chảy và bốc hơi vật liệu. ..................................................... 22 KẾT LUẬN CHƯƠNG I .......................................................................................... 24 CHƯƠNG II: MÁY XUNG ĐIỆN VÀ CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG DẾN ĐỘ NHÁM - NĂNG SUẤT KHI GIA CÔNG XUNG ĐIỆN ......... 25 2.1. MÁY XUNG ĐIỆN .......................................................................................... 25 2.1.1. Sơ đồ cấu tạo. ............................................................................................... 25 2.1.2. Một số loại máy xung điện. ........................................................................... 26 2.2. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG XUNG ĐIỆN ..................................................... 29 2.2.1. Đặc tính của sự phóng điện. .......................................................................... 29 2.2.2. Cơ chế bóc tách vật liệu. ............................................................................... 32 2.3. CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH GIA CÔNG XUNG ĐIỆN .............................................................................................................. 33 2.3.1. Đặc tính của sự phóng điện khi xung điện định hình. .................................... 34 2.3.2. Một số yếu tố công nghệ ảnh hưởng khi gia công xung điện. ........................ 35 2.3.2.1. Ảnh hưởng của điện áp đánh lửa Ui . ........................................................ 35 2.3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian trễ phóng tia lửa điện td..................................... 35 2.3.2.3. Ảnh hưởng của điện áp phóng tia lửa điện Ue. .......................................... 35 2.3.2.4. Ảnh hưởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. ............................................... 35 2.3.2.5. Ảnh hưởng của thời gian phóng tia lửa điện te.. ........................................ 35 2.3.2.6. Ảnh hưởng của độ kéo dài xung ti............................................................. 35 2.3.2.7. Ảnh hưởng của khoảng cách ngừng xung t0.. ............................................ 38 2.3.2.8. Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ. ....................................................... 39 2.3.2.9. Ảnh hưởng của điện dung C. .................................................................... 42 2.3.2.10. Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công ................................................. 42 HV: Nghiêm Văn Luật 5 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy 2.3.2.11. Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực........................................................ 43 2.3.2.12. Ảnh hưởng của vật liệu phôi. ................................................................. 43 2.3.2.13. Ảnh hưởng của vật liệu điện cực. ........................................................... 44 2.3.2.13.1. Chọn vật liệu điện cực dựa vào các yếu tố sau. .................................. 45 2.3.2.13.2. Các loại vật liệu thường dùng. ........................................................... 45 2.3.2.14. Ảnh hưởng của chất điện môi. ................................................................ 48 2.3.2.14.1. Tác dụng của chất điện môi. .............................................................. 48 2.3.2.14.2. Tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi. ................................................... 49 2.3.2.14.3. Các yếu tố an toàn chất điện môi. ...................................................... 50 2.3.2.14.4. Các loại dòng chảy chất điện môi. ..................................................... 50 2.3.2.15. Hệ thống lộc chất điện môi. .................................................................... 53 2.3.3. Các yếu tố liên quan trong quá trình gia công xung điện. .............................. 54 2.3.3.1. Độ nhám bề mặt. ...................................................................................... 54 2.3.3.2. Độ cứng lớp bề mặt gia công. ................................................................... 55 2.3.4. Các hiện tượng không tốt khi gia công xung điện. ......................................... 56 2.3.4.1. Hồ quang. ................................................................................................ 56 2.3.4.2. Ngắn mạch, sụt áp. ................................................................................... 57 2.3.4.3. Xung mạch hở, không có dòng điện. ........................................................ 58 2.3.4.4. Sự quá nhiệt chất điện môi. ...................................................................... 59 2.3.4.5. Nhiễu hệ thống. ........................................................................................ 59 2.3.4.6. Nhiễu ngẫu nhiên. .................................................................................... 59 KẾT LUẬN CHƯƠNG II ........................................................................................ 60 CHƯƠNG III: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM KHI GIA CÔNG BẰNG XUNG ĐIỆN .................................................. 61 3.1 . MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM ...................... 61 3.1.1. Mục tiêu........................................................................................................ 61 3.1.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm. ............................................................... 61 HV: Nghiêm Văn Luật 6 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy 3.2 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM .................................................................................. 61 3.2.1. Các giới hạn khi thí nghiệm. ......................................................................... 61 3.2.2. Máy gia công. ............................................................................................... 62 3.2.2.1. Dưới đây là một số hình ảnh của máy xung điện CHMER - CM323C. ..... 62 3.2.2.2. Các thông số kỹ thuật của máy. ................................................................ 66 3.2.3. Vật liệu gia công. .......................................................................................... 67 3.2.4. Dụng cụ đo. .................................................................................................. 68 3.2.4.1. Máy đo độ nhám ...................................................................................... 68 3.2.4.2. Thước đo chiều dài................................................................................... 69 3.3 THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM ............................................................................ 69 3.3.1. Kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm......................................................... 69 3.3.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đánh lửa tới năng suất và độ nhám bề mặt ................................................................................................................................... 70 3.3.2.1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới năng suất cắt............................... 71 3.2.2.2. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện tới độ nhám bề mặt. ......................... 74 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian phóng điện tới năng suất và độ nhám bề mặt. ........ 77 3.3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian phóng điện tới năng suất xung điện................... 78 3.3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian xung điện tới độ nhám bề mặt. .......................... 80 3.3.4. Ảnh hưởng tổng hợp của Ie và te tới năng suất xung và độ nhám bề mặt. ....... 84 3.3.4.1. Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới năng suất xung Q …...……………...88 3.3.4.2. Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới độ nhám bề mặt. ............................... 88 KẾT LUẬN CHƯƠNG III ....................................................................................... 94 KẾT LUẬN CHUNG................................................................................................ 95 MỘT SỐ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO LUẬN VĂN ............................................ 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 97 HV: Nghiêm Văn Luật 7 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt Giải nghĩa NC Numerical Control CNC Computer Numerical Control EDM Electrical Discharge Machining WEDM Wire Electrical Discharge Machining We Năng lượng tách vật liệu Ue Điện áp phóng tia lửa điện Ie Dòng phóng tia lửa điện Ui Điện áp đánh lửa te Thời gian phóng tia lửa điện td Độ trễ đánh lửa ti Độ kéo dài xung t0 Khoảng cách xung δ Khe hở phóng điện Ra Sai lệch prfin trung bình V Năng suất cắt S Diện tích cắt T Thời gian cắt SKD 11 Mác thép HV: Nghiêm Văn Luật 8 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Chi tiết Trang Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của máy 65 Bảng 3.2 Thành phần hóa học của thép SKD 11 66 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của Ie tới Q và Ra 70 Bảng 3.4 Ảnh hưởng của Ie tới Q 70 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của Ie tới Ra. 74 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của te tới Q và Ra 76 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của te tới Q 77 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của te tới Ra 81 Bảng 3.9 Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới Q và Ra. 84 Bảng 3.10 Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới Q 84 Bảng 3.11 Bảng logarit hóa các thông số ảnh hưởng tới Q 85 Bảng 3.12 Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm cho Q 85 Bảng 3.13 Ảnh hưởng tổng hợp của te và Ie tới Ra 89 Bảng 3.14 Bảng logarit hóa các thông số ảnh hưởng tới Ra 89 Bảng 3.15 Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm cho Ra 90 HV: Nghiêm Văn Luật 9 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện.......................................................... 20 Hình 1.2 - Pha đánh lửa .............................................................................................. 21 Hình 1.3 - Sự hình thành kênh phóng điện .................................................................. 22 Hình 1.4 - Sự nóng chảy và bốc hơi vật liệu ............................................................... 23 Hình 2.1 - Sơ đồ cấu tạo máy xung điện ..................................................................... 25 Hình 2.2 - Máy sodick C32 ......................................................................................... 27 Hình 2.3 - Máy HOCHEN H60 .................................................................................. 27 Hình 2.4 - Máy Jiangzhou D7125 ............................................................................... 28 Hình 2.5 - Máy xung WT - 450 .................................................................................. 28 Hình 2.6 - Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện ............................ 29 Hình 2.7 - Các thông số ảnh hưởng đến năng suất khi gia công .................................. 33 Hình 2.8 - Mối quan hệ giữa Vw và ti .......................................................................... 36 Hình 2.9 - Mối quan hệ giữa θ và ti ............................................................................. 37 Hình 2.10 - Mối quan hệ giữa Rmax và ti ...................................................................... 37 Hình 2.11 - Ảnh hưởng của ti và t0 .............................................................................. 38 Hình 2.12 - Ảnh hưởng của δ...................................................................................... 39 Hình 2.13 - Đồ thị mối quan hệ giữa η và ap ............................................................... 41 Hình 2.14 - Ảnh hưởng của điện dung C.................................................................... 42 Hình 2.15 - Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công F ................................................ 42 Hình 2.16 - Dòng chảy bên ngoài .............................................................................. 51 Hình 2.17 - Dòng chảy áp lực .................................................................................... 52 Hình 2.18 - Ảnh hưởng của Ui &C ............................................................................ 55 Hình 2.19 - Tác dụng của xung điện lên độ cứng bề mặt............................................ 55 Hình 2.20 - Hiện tượng hồ quang .............................................................................. 57 Hình 2.21 - Hiện tượng ngắn mạch, sụt áp ................................................................. 57 Hình 2.22 - Hiện tượng xung mạch hở ....................................................................... 58 HV: Nghiêm Văn Luật 10 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy Hình 3.1 - Màn hình .................................................................................................. 62 Hình 3.2 - Các nút gia công ....................................................................................... 63 Hình 3.3 - Tay điều khiển .......................................................................................... 63 Hình 3.4 - Bàn từ gá phôi .......................................................................................... 64 Hình 3.5- Tủ điện ...................................................................................................... 64 Hình 3.6 - Hệ thống cứu hỏa ...................................................................................... 65 Hình 3.7 - Hệ thống phun dầu .................................................................................... 65 Hình 3.8 - Đầu máy gá điện cực ................................................................................ 66 Hình 3.9 - Các mẫu chưa làm thí nghiệm ................................................................... 67 Hình 3.10 - Các mẫu đã làm thí nghiệm ..................................................................... 67 Hình 3.11 - Máy đo độ nhám SJ – 301 ....................................................................... 68 Hình 3.12 - Thước cặp điện tử ................................................................................... 69 Hình 3.13 - Đồ thị thực nghiệm biểu diễn quan hệ giữa năng suất xung và cường độ dòng điện xung ........................................................................................................... 72 Hình 3.14 - Đồ thị biểu diễn đường lý thuyết và các điểm thực nghiệm của Ie và Q. .. 73 Hình 3.15 - Kết quả mẫu TN 1.1................................................................................ 74 Hình 3.16- Đồ thị thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa dòng phóng tia lửa điện và độ nhám bề mặt .......................................................................................................... 75 Hình 3.17 - Đồ thị biểu diễn đường lý thuyết và các điểm thực nghiệm của mối quan hệ Ie và Ra ................................................................................................................... 77 Hình 3.18 - Đồ thị thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian phóng điện và năng suất xung điện. ................................................................................................... 78 Hình 3.19 - Đồ thị biểu diễn đường lý thuyết và các điểm thực nghiệm của mối quan hệ te và Q. ....................................................................................................................... 80 Hình 3.20 - Kết quả mẫu TN 2.1 và 2.2 ...................................................................... 81 Hình 3.21- Đồ thị thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian xung và độ nhám bề mặt......................................................................................................................... 82 HV: Nghiêm Văn Luật 11 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy Hình 3.22 - Đồ thị biểu diễn đường cong lý thuyết và các điểm thực nghiệm của te và Ra ............................................................................................................................... 84 Hình 3.23 - Đồ thị 3D biểu diễn quan hệ giữa năng suất cắt với cường độ dòng xung điện và thời gian phóng tia lửa điện ............................................................................ 88 Hình 3.24 - Kết quả đo nhám của mẫu thí nghiệm 3.1 ................................................ 89 Hình 3.25 - Đồ thị 3D biểu diễn quan hệ giữa độ nhám bề mặt với điện áp đánh lửa và dòng phóng tia lửa điện .............................................................................................. 93 HV: Nghiêm Văn Luật 12 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy PHẦN MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, đổi mới công nghệ là một nhu cầu cấp thiết của mọi nền sản xuất và của mọi quốc gia. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, công nghệ vật liệu cũng phát triển rất mạnh mẽ. Chúng mang đến những đặc tính mới về vật liệu, tăng độ cứng, độ bền. Các loại vật liệu mới này nhiều khi không thể gia công được bằng các công nghệ gia công truyền thống. Do đó, các phương pháp gia công phi truyền thống ngày càng thể hiện được vai trò quan trọng của nó. Gia công tia lửa điện nói chung và gia công xung điện nói riêng xuất hiện cách đây hơn nửa thế kỷ, tuy nhiên các phương pháp này mới chỉ được áp dụng vào sản xuất ở Việt Nam trong thời gần đây. Vì là phương pháp gia công tiên tiến nên nhiều nhà sản xuất chỉ bán máy chứ không bán công nghệ cho chúng ta, hoặc khi phải gia công các vật liệu mới không có trong thư viện thông số kỹ thuật của máy. Trong những trường hợp như vậy việc xác định thông số công nghệ tối ưu để vừa đạt được chất lượng gia công theo yêu cầu, vừa đạt được năng suất gia công cao nhất là điều hết sức khó khăn. Để góp phần nghiên cứu phát triển phương pháp gia công xung điện, tác giả đã tập chung vào nghiên cứu một số ảnh hưởng của các thông số công nghệ cụ thể là “Thời gian phóng tia lửa điện và cường độ dòng phóng tia lửa điện” đối với năng suất và độ nhám bề mặt của chi tiết gia công. Tác giả đã xác định được các phương trình và các đồ thị diễn tả quan hệ giữa các thông số công nghệ với năng suất và độ nhám bề mặt. Từ các phương trình và các đồ thị đó, người làm công nghệ có thể xác định được một bộ thông số để đảm bảo được năng suất và chất lượng chi tiết gia công theo yêu cầu. Sau khi được định hướng và được giúp đỡ của thầy PGS.TS Tăng Huy tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ tới năng suất và độ nhám bề mặt khi gia công bằng xung điện” HV: Nghiêm Văn Luật 13 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tổng quan về gia công tia lửa điện. - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện. - Xây dựng mối quan hệ của hai yếu tố công nghệ “Cường độ dòng phóng tia lửa điện và Thời gian phóng tia lửa điên” với năng suất gia công và độ nhám bề mặt khi gia công xung điện. III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu độ nhám bề mặt và năng suất khi gia công bằng xung điện, ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới năng suất - độ nhám khi gia công xung điện. Mục đích của tác giả là xây dựng được mối quan hệ của hai yếu tố công nghệ “ Cường độ dòng phóng tia lửa điện và Thời gian phóng tia lửa điện” với năng suất - độ nhám khi gia công xung điện. IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu là phương pháp gia công xung điện. Cụ thể tiến hành thí nghiệm xung các mẫu thử bằng máy xung điện CHMER - CM 232C của Trung Quốc. Máy xung điện này của Trung Tâm Đào Tạo Đại Học Công Nghiệp Hà Nội - Tập Đoàn Khoa Học Kỹ Thuật Hồng Hải. Phôi liệu dùng để gia công là thép tấm có kích thước 35× 35 × 10 mm. Mác thép là SKD 11. 2. Phạm vi nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu là xác định ảnh hưởng của thời gian phóng tia lửa điện (te) và cường độ dòng phóng tia lửa diện (Ie) đối với năng suất và độ nhám chi tiết gia công bằng xung điện. V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm để khảo sát quá trình xung điện theo các nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan về gia công tia lửa điện. HV: Nghiêm Văn Luật 14 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy - Tiến hành gia công thử các mẫu với các thông số công nghệ cần khảo sát thay đổi. Đo độ nhám và xác định năng suất xung. - Xử lý số liệu thực nghiệm, xây dựng công thức toán học và đồ thị để diễn tả mối quan hệ giữa các thông số thay đổi với năng suất và độ nhám bề mặt. Trong quá trình nghiên cứu, tác giả phải đọc các tài liệu sách báo liên quan, trao đổi với giáo viên hướng dẫn và các nhà khoa học chuyên ngành để tìm phương pháp nghiên cứu phù hợp. VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.Ý nghĩa khoa học: - Xác định được mối quan hệ giữa một số thông số công nghệ với năng suất và độ nhám bề mặt thông qua công thức toán học và đồ thị. - Kết quả nghiên cứu là cơ sở để nghiên cứu sâu hơn nữa cho các loại hình công nghệ phi truyền thống nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. 2.Ý nghĩa thực tiễn: Bằng các công thức và đồ thị diễn tả quan hệ giữa các thông số công nghệ với năng suất cắt và độ nhám bề mặt khi gia công trên máy xung điện CHMER –CM 232C, người sử dụng máy có thể tìm được một bộ thông số công nghệ điều khiển máy để đạt được năng suất cao nhất và chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu. Do đó góp phần vào nâng cao năng suất và hạ giá thành sản phẩm. HV: Nghiêm Văn Luật 15 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN Cách đây gần 200 năm khi nhà nghiên cứu người Anh là Joseph Priestley trong thí nghiệm của mình ông đã nhận thấy sự hiệu quả của sự ăn mòn vật liệu bởi sự phóng tia lửa điện. Năm 1943, thông qua các nghiên cứu về tuổi bền của các thiết bị phóng điện hai vợ chồng người Nga Lazarenko đã tìm ra phương pháp gia công bằng tia lửa điện. Họ sử dụng tia lửa điện để hớt đi 1 lớp vật liệu mà không phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu đó. Khi các tia lửa điện phóng ra thì một lớp vật liệu trên bề mặt phôi sẽ bị hớt đi bởi 1 quá trình điện – nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại. Từ đó đến nay quá trình hớt vật liệu trong gia công tia lửa điện vẫn được coi là phức tạp liên quan đến khoảng cách khe hở phóng điện, đến thông tin về kênh plasma, về sự hình thành của cầu phóng điện giữa 2 điện cực, sự ăn mòn của cả 2 điện cực, .... các nghiên cứu về hiện tượng phóng điện của các nhà khoa học đã làm cho công nghệ gia công tia lửa điện có những phát triển lớn trong những năm gần đây và đã ra đời thêm một số phương pháp gia công dùng nguyên lý của phương pháp gia công tia lửa điện. 1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN. Ngày nay, trong gia công cơ khí trên thế giới có 2 phương pháp gia công tia lửa điện chủ yếu, được ứng dụng rộng rãi và đã có những đóng góp đáng kể cho sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại. Có rất nhiều phương pháp gia công bằng tia lửa điện nhưng chủ yếu và được sử dụng rộng rãi đó là: + Phương pháp gia công xung định hình (EDM) + Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện (WEDM) 1.1.1. Phương pháp gia công xung điện. Đây 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 khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông ... HV: Nghiêm Văn Luật 16 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy 1.1.2. Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện. Là phương pháp dùng 1 dây dẫn điện có đường kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) cuốn liên tục và chạy theo 1 biên dạng định trước để tạo thành 1 vết cắt trên phôi. Phương pháp này thường dùng để gia công các lỗ thông suốt có biên dạng phức tạp như các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các dưỡng kiểm,... 1.1.3. Các phương pháp khác. Ngoài 2 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 bằng 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 dạng phức tạp do không phải chế tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho điện cực cắt theo chương trình. Ưu điểm : Khi chi tiết gia công có hình dạng phức tạp thì thay vì phải chế tạo điện cực dụng cụ phức tạp theo phôi mà người ta đã sử dụng điện cực chuẩn để giảm giá thành chế tạo. + 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 bánh 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 xung định hình siêu nhỏ (MEDM): Là một dạng xung định hình đặc biệt trong đó điện cực được quay với tốc độ lớn (tới 10.000vg/ph). Điện cực sử dụng trong MEDM có kích thước nhỏ và được chế tạo HV: Nghiêm Văn Luật 17 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy bằng các phương pháp gia công tia lửa điện khác. Phương pháp này dùng để gia công các lỗ siêu nhỏ với độ chính xác rất cao. Ưu điểm : Kích thước gia công lỗ siêu nhỏ từ 25µm đến 250 µm với độ chính xác là ±1 µm đến ± 2 µm. + Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM): Là phương pháp cắt dây sử dụng điện cực Tungsten, Wolfram có đường kính dây nhỏ dưới 10 µm. Ưu điểm : Phương pháp này dùng để gia công cắt dây các lỗ siêu nhỏ có kích thước từ 0,1 ÷ 1mm, các vật liệu khó gia công, các chi tiết có chiều dày mỏng,... hoặc dùng trong công nghệ chế tạo các chi tiết bán dẫn. + Gia công EDM rung 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 âm giúp nâng cao khả năng công nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia công khi gia công các lỗ nhỏ và siêu nhỏ. + Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding - AEDG): Là phương pháp gia công trong đó vật liệu được bóc tách nhờ tác dụng kết hợp của ăn mòn tia lửa điện và ăn mòn cơ khí. Ưu điểm : Phương pháp này dùng để gia công vật liệu siêu cứng như : Kim cương đa tinh thể. + Gia công tia lửa điện theo kiểu đê chắn (Mole EDM): Là một quá trình gia công đặc biệt cho phép gia công các hốc, rãnh dạng đường cong hoặc đường xuyến. Hình dáng điện cực được sử dụng trong phương pháp này giống như một thanh dẫn có thể uốn cong và một hệ thống nhận dạng. Người ta sử dụng sóng siêu âm để nhận dạng các đường hầm gia công trong chi tiết. + Xung định hình với 2 điện cực quay: HV: Nghiêm Văn Luật 18 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy Là phương pháp sử dụng một điện cực quay để ăn mòn một phôi quay. Khi phối hợp chuyển động của điện cực và phôi sẽ tạo ra các hình dạng chi tiết khác nhau theo yêu cầu. Phương pháp này là phương pháp gia công siêu chính xác và độ bóng siêu cao. 1.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN. Gia công tia lửa điện là phương pháp gia công bằng cách phóng điện ăn mòn vật liệu. 1.2.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện. + Vật liệu điện cực và vật liệu phôi đều phải có tính chất dẫn điện. + Điện cực (dụng cụ cắt): có độ cứng thấp hơn nhiều so với vật (chi tiết gia công). Vật liệu điện cực thường là đồng, grafit . . . + Có thể gia công được rất nhiều loại vật liệu khác nhau (kể cả vật liệu đã qua nhiệt luyện). + Chế độ gia công thay đổi trong phạm vi rộng + Điện cực (dụng cụ cắt) không tiếp xúc với chi tiết gia công. Chính vì điều này phương pháp gia công bằng tia lửa điện không có lực cắt. 1.2.2. Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện. Phương pháp gia công tia lửa điện có thể tạo được các mặt định hình là đường thẳng, đường cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profin phức tạp,.... với độ bóng bề mặt tương đối cao và đạt độ nhám Ra = 1.25µm ÷ 5µm, đôi khi trong trường hợp có thể đạt tới 0.32 µm và độ chính xác cao từ cấp 8 đến cấp 9. So với các phương pháp gia công cắt gọt truyền thống, gia công tia lửa điện rất phù hợp với công nghệ chế tạo khuôn mẫu và chế tạo dụng cụ đo. Chất lượng và năng suất gia công tỷ lệ nghịch với nhau. 1.3. BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN. Thực chất của phương pháp gia công tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi nhờ tia lửa điện. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công bằng tia lửa điện được mô tả như Hình 1.2 HV: Nghiêm Văn Luật 19 Khóa: 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS Tăng Huy Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện. 1 – Thùng chứa chất điện môi. 2 – Khe hở. 3 – Điện cực. 4 – Chất điện môi. 5 – Phôi. Quá trình tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi cụ thể như sau: Khi đặt một điện áp đánh lửa Ui vào điện cực và phôi, khi điện cực tiến lại gần phôi gia công đến một khoảng cách nhất định nào đó (gọi đó là khe hở phóng điện) sẽ có sự phóng tia lửa điện. Sự phóng điện từ điện cực (dụng cụ cắt) lên phôi dẫn đến sự bóc tách kim loại vật liệu. Hiện tượng này tác giả có thể phân ra làm 3 giai đoạn (3 pha) như sau: 1.3.1. Pha I: Pha đánh lửa. Máy phát khởi động (đóng điện áp máy phát Ui). Dưới ảnh hưởng của điện trường, từ cực âm (điện cực) bắt đầu phát ra các điện tử (electron) và chúng bị hút về phía cực dương (phôi) mật độ electron tăng gây ra tính dẫn điện cục bộ của dung dịch chất điện môi tại khe hở giữa 2 điện cực. Do bề mặt của điện cực và phôi không hoàn toàn phẳng HV: Nghiêm Văn Luật 20 Khóa: 2011