Đồ Án HCMUTE: Nghiên Cứu EDM Hỗ Trợ Rung Nâng Cao Quá Trình Sản Xuất

Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu công cụ EDM hỗ trợ rung, nâng cao hiệu quả gia công. Giải pháp đột phá cho ngành chế tạo, tăng độ chính xác và giảm thời gian.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Đồ Án Tốt Nghiệp

2023

120
1
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

DISCLAIMER

ACKNOWLEDGEMENT

SUMMARY

TABLE OF CONTENTS

LIST OF ACRONYMS AND SYMBOLS

LIST OF FIGURES

LIST OF TABLES

1. CHAPTER 1

1.1. Introduction

2. 2 The needs of the topic

3. Scientific and practical significance

4. Research’s objectives and scopes

1. Introduction of Electrical Discharge Machining (EDM)

2. Classifications of EDM

3. Construction of Sink EDM machine:

3.1. Pros and cons

2. Introduction of Vibration-assisted machining

2.2. Classifications of VAM

3. Introduction of Vibration-assisted Electrical Discharge Machining

4. Introduction of Piezoelectric

4.1. Classifications of Piezoelectric effect

5. Introduction of flexure hinges

5.2. Pros and cons

2. Taguchi method’s executing process

3. Advantages and disadvantages

4. Selection of orthogonal array matrix experiment

3. DESIGN OF VIBRATING TOOL (INHERITED)

3.3. Flexure hinge design

3.2. Optimizing the symmetric-zigzag flexure hinge

3.4. Design of other components

3.3. Electrical insulation components

3.5. Manufacturing and assembling the vibration module

3.6. Inspection of the vibration module

3. EXPERIMENTAL PREPARATION AND IMPLEMENTATION

3.1. Sink-EDM machine

3.3. Surface roughness tester

3.2. Design of experiments

3.3. Design of experiment

3.3. Experimental implementation process

3.2. Experiment implementation process

4. COMPUTATION AND ANALYSIS OF EXPERIMENTAL DATA

4.1. Analysis of Material removal rate (MRR)

4.2. Vibration-assisted EDM (VAEDM)

4.2. Analysis of Tool wear rate (TWR)

4.2. Vibration-assisted EDM

4.3. Comparison of TWR between two machining schemes

4.3. Analysis of Surface roughness (SR)

4.2. Vibration-assisted EDM

4.3. Comparison of Surface roughness between two machining schemes

5. CONCLUSION AND DEVELOPMENT ORIENTATION

6. 6

REFERENCES

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về EDM Hỗ Trợ Rung Gia Công Hiệu Quả 55 ký tự

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, nhu cầu về các thành phần phức tạp làm từ vật liệu cứng và giòn ngày càng tăng. Các phương pháp gia công truyền thống thường gặp khó khăn trong việc đáp ứng những yêu cầu này. EDM xung điện (Electrical Discharge Machining) nổi lên như một giải pháp thay thế hiệu quả, đặc biệt trong các lĩnh vực sản xuất khuôn mẫu, hàng không vũ trụ và ô tô. Tuy nhiên, EDM thông thường vẫn tồn tại một số hạn chế, bao gồm tốc độ bóc tách vật liệu thấp và chất lượng bề mặt chưa cao. Để khắc phục những nhược điểm này, công nghệ EDM hỗ trợ rung đã được phát triển và chứng minh những ưu điểm vượt trội. Bằng cách tích hợp một cơ cấu rung động vào quá trình EDM, hiệu quả gia công được cải thiện đáng kể, đặc biệt là đối với các vật liệu khó gia công. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng, gia công EDM hỗ trợ rung mang lại những cải thiện đáng kể về tốc độ bóc tách vật liệu, giảm độ nhám bề mặt và tăng độ chính xác gia công. Theo một nghiên cứu của Bộ Giáo dục và Đào tạo, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM năm 2023, công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc nâng cao năng lực sản xuất của ngành công nghiệp cơ khí Việt Nam. Bài viết này sẽ đi sâu vào các khía cạnh khác nhau của EDM hỗ trợ rung, từ nguyên lý hoạt động đến ứng dụng thực tiễn và những hướng phát triển trong tương lai.

1.1. Giới thiệu chung về công nghệ EDM xung điện

EDM xung điện, hay còn gọi là gia công tia lửa điện, là một phương pháp gia công không truyền thống, sử dụng hàng loạt các xung điện lặp lại để loại bỏ vật liệu khỏi phôi gia công. Quá trình này diễn ra trong môi trường điện môi, với một điện cực (dụng cụ) và phôi được đặt cách nhau một khoảng nhỏ. Khi điện áp giữa điện cực và phôi đạt đến ngưỡng nhất định, một tia lửa điện sẽ hình thành, làm nóng chảy và bốc hơi một lượng nhỏ vật liệu trên cả hai bề mặt. Vật liệu bị loại bỏ sẽ được cuốn trôi bởi dòng điện môi. EDM có thể gia công hầu hết các vật liệu dẫn điện, bất kể độ cứng của chúng, khiến nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các vật liệu khó gia công như thép hợp kim, titan và carbide. Tuy nhiên, EDM truyền thống thường có tốc độ bóc tách vật liệu tương đối chậm và có thể tạo ra bề mặt với độ nhám cao. Vì vậy, việc tìm kiếm các phương pháp cải thiện hiệu quả của EDM luôn là một ưu tiên hàng đầu.

1.2. Vai trò của rung động trong gia công EDM hiện đại

Rung động đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả của gia công EDM. Bằng cách tạo ra các rung động nhỏ, có thể kiểm soát được trong quá trình gia công, EDM rung có thể giúp loại bỏ các mảnh vụn gia công khỏi khe hở phóng điện, cải thiện sự lưu thông của chất điện môi và giảm nguy cơ đoản mạch. Điều này dẫn đến tốc độ bóc tách vật liệu cao hơn, chất lượng bề mặt tốt hơn và độ chính xác gia công được cải thiện. Rung động có thể được tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm sử dụng các bộ truyền động áp điện, các cơ cấu cơ khí hoặc các hệ thống thủy lực. Tần số và biên độ rung động cũng là những yếu tố quan trọng cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả gia công tốt nhất. Ứng dụng EDM rung ngày càng trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong việc gia công các chi tiết có độ chính xác cao và các vật liệu khó gia công.

II. Vấn Đề Của EDM Truyền Thống Tại Sao Cần EDM Rung 57 ký tự

Mặc dù EDM là một quy trình gia công mạnh mẽ, nó vẫn tồn tại một số hạn chế đáng kể. Tốc độ bóc tách vật liệu (MRR) thường tương đối chậm so với các phương pháp gia công truyền thống. Điều này có thể làm tăng thời gian sản xuất và chi phí. Ngoài ra, EDM có thể tạo ra bề mặt có độ nhám cao, đòi hỏi các bước gia công hoàn thiện bổ sung. Điện cực (dụng cụ) trong EDM cũng bị hao mòn trong quá trình gia công, ảnh hưởng đến độ chính xác và tuổi thọ của dụng cụ. Quá trình loại bỏ các mảnh vụn gia công (mạt) khỏi khe hở phóng điện cũng có thể gây ra các vấn đề, dẫn đến đoản mạch và giảm hiệu quả gia công. Đặc biệt, khi gia công các vật liệu khó gia công, những vấn đề này càng trở nên nghiêm trọng hơn. Chính vì vậy, công nghệ gia công EDM hỗ trợ rung ra đời như một giải pháp để giải quyết những vấn đề này, mang lại hiệu quả gia công cao hơn và chất lượng sản phẩm tốt hơn.

2.1. Tốc độ bóc tách vật liệu chậm trong quy trình EDM

Một trong những nhược điểm chính của EDM truyền thống là tốc độ bóc tách vật liệu tương đối chậm so với các phương pháp gia công khác như phay hoặc tiện. Điều này là do quá trình loại bỏ vật liệu trong EDM dựa trên sự xói mòn từng chút một bằng các xung điện, chứ không phải là cắt liên tục như trong các quy trình gia công truyền thống. Tốc độ bóc tách vật liệu bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm cường độ dòng điện, thời gian xung, tần số xung và loại vật liệu gia công. Mặc dù có thể tăng tốc độ bóc tách vật liệu bằng cách điều chỉnh các thông số này, nhưng điều này thường dẫn đến các vấn đề khác, chẳng hạn như độ nhám bề mặt tăng lên và điện cực hao mòn nhanh hơn. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp cải thiện tốc độ bóc tách vật liệu trong EDM mà không làm ảnh hưởng đến các khía cạnh khác của quy trình là một thách thức quan trọng.

2.2. Độ nhám bề mặt và hao mòn điện cực Thách thức lớn

Độ nhám bề mặt và hao mòn điện cực là hai thách thức lớn trong gia công EDM. Quá trình phóng điện tạo ra các hố nhỏ trên bề mặt phôi, dẫn đến bề mặt có độ nhám cao. Độ nhám bề mặt có thể ảnh hưởng đến chức năng và tuổi thọ của sản phẩm, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao. Ngoài ra, điện cực cũng bị hao mòn trong quá trình gia công do tác động của các xung điện. Hao mòn điện cực có thể làm thay đổi hình dạng và kích thước của điện cực, ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình gia công. Việc giảm độ nhám bề mặt và hao mòn điện cực là rất quan trọng để cải thiện chất lượng và hiệu quả của EDM. Cải thiện chất lượng bề mặt EDM luôn là một mục tiêu quan trọng trong nghiên cứu và phát triển.

2.3. Khó khăn trong việc loại bỏ mạt và tính ổn định quy trình

Việc loại bỏ mạt (các mảnh vụn gia công) khỏi khe hở phóng điện là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính ổn định và hiệu quả của quá trình gia công tia lửa điện rung. Nếu mạt không được loại bỏ kịp thời, chúng có thể gây ra đoản mạch, làm giảm năng lượng phóng điện và dẫn đến giảm tốc độ bóc tách vật liệu. Mạt cũng có thể tích tụ trên bề mặt điện cực hoặc phôi, gây ra sự không đồng đều trong quá trình gia công và ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm. Để giải quyết vấn đề này, cần có một hệ thống điện môi hiệu quả để cuốn trôi mạt khỏi khe hở phóng điện. Tuy nhiên, việc thiết kế một hệ thống điện môi hiệu quả có thể là một thách thức, đặc biệt là trong các ứng dụng gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc các rãnh sâu.

III. EDM Hỗ Trợ Rung Giải Pháp Tối Ưu Hiệu Quả 51 ký tự

EDM hỗ trợ rung, hay còn gọi là VAEDM (Vibration-Assisted EDM), là một cải tiến của quy trình EDM truyền thống, trong đó rung động được thêm vào điện cực hoặc phôi gia công. Rung động giúp cải thiện quá trình loại bỏ mạt khỏi khe hở phóng điện, tăng cường sự lưu thông của chất điện môi và giảm nguy cơ đoản mạch. Điều này dẫn đến tốc độ bóc tách vật liệu cao hơn, chất lượng bề mặt tốt hơn và độ chính xác gia công được cải thiện. Công nghệ EDM rung đặc biệt hiệu quả trong việc gia công các vật liệu khó gia công, chẳng hạn như thép hợp kim, titan và carbide. Rung động có thể được tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm sử dụng các bộ truyền động áp điện, các cơ cấu cơ khí hoặc các hệ thống thủy lực. Tần số và biên độ rung động cũng là những yếu tố quan trọng cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả gia công tốt nhất. Một nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, EDM rung có thể làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu lên đến 50% và giảm độ nhám bề mặt đến 30% so với EDM truyền thống.

3.1. Nguyên lý hoạt động của gia công EDM hỗ trợ rung

Nguyên lý hoạt động của gia công EDM hỗ trợ rung tương tự như EDM truyền thống, nhưng có thêm một yếu tố quan trọng là rung động. Rung động được tạo ra bằng một cơ cấu rung, thường là một bộ truyền động áp điện, và được truyền đến điện cực hoặc phôi gia công. Rung động giúp tạo ra một khoảng trống lớn hơn giữa điện cực và phôi, cho phép mạt dễ dàng được loại bỏ khỏi khe hở phóng điện. Rung động cũng giúp cải thiện sự lưu thông của chất điện môi, mang lại khả năng làm mát tốt hơn và giảm nguy cơ đoản mạch. Tần số và biên độ rung động là những thông số quan trọng cần được điều chỉnh để đạt được hiệu quả gia công tốt nhất. Thông thường, tần số rung động nằm trong khoảng từ vài chục Hz đến vài kHz, và biên độ rung động nằm trong khoảng từ vài micromet đến vài chục micromet.

3.2. Ưu điểm vượt trội của phương pháp EDM hỗ trợ rung

Gia công EDM hỗ trợ rung mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với EDM truyền thống, bao gồm: Tốc độ bóc tách vật liệu cao hơn: Rung động giúp loại bỏ mạt hiệu quả hơn, cho phép tăng cường độ dòng điện và tần số xung mà không gây ra đoản mạch. Chất lượng bề mặt tốt hơn: Rung động giúp giảm độ nhám bề mặt và tạo ra bề mặt đồng đều hơn. Độ chính xác gia công được cải thiện: Rung động giúp giảm hao mòn điện cực và cải thiện độ ổn định của quá trình gia công. Khả năng gia công các vật liệu khó gia công được nâng cao: EDM rung đặc biệt hiệu quả trong việc gia công các vật liệu có độ cứng cao hoặc độ dẫn điện kém. Tiết kiệm chi phí sản xuất: Tốc độ bóc tách vật liệu cao hơn và tuổi thọ điện cực dài hơn giúp giảm thời gian sản xuất và chi phí vật tư.

3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả rung trong EDM

Hiệu quả của rung trong gia công EDM bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm: Tần số rung động: Tần số rung động tối ưu phụ thuộc vào loại vật liệu gia công, hình dạng chi tiết và các thông số gia công khác. Biên độ rung động: Biên độ rung động quá lớn có thể gây ra sự không ổn định trong quá trình gia công, trong khi biên độ rung động quá nhỏ có thể không mang lại hiệu quả loại bỏ mạt đáng kể. Hướng rung động: Hướng rung động có thể ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ mạt và chất lượng bề mặt. Loại cơ cấu rung: Các loại cơ cấu rung khác nhau có thể tạo ra các dạng rung động khác nhau, ảnh hưởng đến hiệu quả gia công. Thông số gia công: Các thông số gia công như cường độ dòng điện, thời gian xung và tần số xung cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của rung động.

IV. Ứng Dụng Thực Tế EDM Rung Kết Quả Nghiên Cứu Mới 53 ký tự

Ứng dụng EDM rung ngày càng trở nên phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong việc gia công các chi tiết có độ chính xác cao và các vật liệu khó gia công. Trong ngành hàng không vũ trụ, EDM hỗ trợ rung được sử dụng để gia công các cánh tuabin và các chi tiết động cơ làm từ hợp kim chịu nhiệt. Trong ngành sản xuất khuôn mẫu, công nghệ này được sử dụng để tạo ra các khuôn có hình dạng phức tạp và độ chính xác cao. Trong ngành y tế, EDM hỗ trợ rung được sử dụng để gia công các dụng cụ phẫu thuật và các bộ phận cấy ghép làm từ titan và các vật liệu tương thích sinh học. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của EDM hỗ trợ rung trong các ứng dụng khác nhau. Kết quả cho thấy rằng công nghệ này có thể mang lại những cải thiện đáng kể về tốc độ bóc tách vật liệu, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công.

4.1. Gia công vật liệu khó EDM rung mở ra cơ hội mới

EDM hỗ trợ rung cho vật liệu khó gia công đã mở ra những cơ hội mới trong việc sản xuất các chi tiết làm từ các vật liệu có độ cứng cao, độ bền cao hoặc độ dẫn điện kém. Các vật liệu này thường rất khó gia công bằng các phương pháp truyền thống, nhưng có thể được gia công hiệu quả bằng EDM hỗ trợ rung. Ví dụ, thép hợp kim niken, titan và carbide có thể được gia công bằng EDM hỗ trợ rung với tốc độ bóc tách vật liệu cao và chất lượng bề mặt tốt. Điều này cho phép sản xuất các chi tiết phức tạp làm từ các vật liệu này với chi phí hợp lý.

4.2. Nghiên cứu điển hình So sánh EDM truyền thống và rung

Nhiều nghiên cứu về EDM rung đã được thực hiện để so sánh hiệu quả của EDM hỗ trợ rung với EDM truyền thống. Các nghiên cứu này thường tập trung vào việc đánh giá tốc độ bóc tách vật liệu, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công trong các điều kiện gia công khác nhau. Kết quả của các nghiên cứu này thường cho thấy rằng EDM hỗ trợ rung có thể mang lại những cải thiện đáng kể so với EDM truyền thống, đặc biệt là trong việc gia công các vật liệu khó gia công và các chi tiết có hình dạng phức tạp. Một ví dụ điển hình là nghiên cứu về gia công thép hợp kim niken bằng EDM hỗ trợ rung, trong đó kết quả cho thấy rằng tốc độ bóc tách vật liệu có thể được tăng lên đến 50% và độ nhám bề mặt có thể được giảm đến 30% so với EDM truyền thống.

4.3. Ứng dụng trong sản xuất khuôn mẫu và hàng không vũ trụ

EDM hỗ trợ rung được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất khuôn mẫu và hàng không vũ trụ, hai ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác cao và chất lượng sản phẩm tốt. Trong sản xuất khuôn mẫu, EDM hỗ trợ rung được sử dụng để tạo ra các khuôn có hình dạng phức tạp và độ chính xác cao, cho phép sản xuất các sản phẩm nhựa và kim loại với chất lượng tốt. Trong ngành hàng không vũ trụ, EDM hỗ trợ rung được sử dụng để gia công các cánh tuabin và các chi tiết động cơ làm từ hợp kim chịu nhiệt, đáp ứng các yêu cầu khắt khe về hiệu suất và độ tin cậy.

V. Tối Ưu Hóa EDM Rung Các Phương Pháp và Công Cụ 58 ký tự

Để tận dụng tối đa tiềm năng của EDM rung, việc tối ưu hóa các thông số gia công là rất quan trọng. Các phương pháp tối ưu hóa có thể bao gồm việc sử dụng các thuật toán tối ưu hóa, các mô hình mô phỏng và các thí nghiệm được thiết kế tốt. Các công cụ hỗ trợ tối ưu hóa có thể bao gồm phần mềm mô phỏng EDM, phần mềm phân tích dữ liệu và các thiết bị đo lường chính xác. Bằng cách sử dụng các phương pháp và công cụ này, các nhà sản xuất có thể tìm ra các thông số gia công tối ưu cho các ứng dụng cụ thể, đảm bảo rằng EDM hỗ trợ rung được sử dụng một cách hiệu quả nhất.

5.1. Tối ưu thông số Tần số biên độ và dòng điện xung

Việc tối ưu hóa các thông số gia công như tần số rung động, biên độ rung động và dòng điện xung là rất quan trọng để đạt được hiệu quả gia công tốt nhất trong gia công EDM rung. Tần số rung động tối ưu phụ thuộc vào loại vật liệu gia công, hình dạng chi tiết và các thông số gia công khác. Biên độ rung động quá lớn có thể gây ra sự không ổn định trong quá trình gia công, trong khi biên độ rung động quá nhỏ có thể không mang lại hiệu quả loại bỏ mạt đáng kể. Dòng điện xung cần được điều chỉnh để đảm bảo rằng quá trình phóng điện diễn ra ổn định và hiệu quả.

5.2. Mô phỏng EDM rung Dự đoán và kiểm soát quy trình

Mô phỏng gia công EDM rung là một công cụ hữu ích để dự đoán và kiểm soát quy trình gia công. Bằng cách mô phỏng quá trình gia công, các nhà sản xuất có thể đánh giá ảnh hưởng của các thông số gia công khác nhau đến tốc độ bóc tách vật liệu, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công. Điều này cho phép họ tìm ra các thông số gia công tối ưu mà không cần phải thực hiện nhiều thí nghiệm tốn kém.

5.3. Sử dụng phương pháp Taguchi để tối ưu hiệu quả

Phương pháp Taguchi là một phương pháp thống kê mạnh mẽ có thể được sử dụng để tối ưu hóa các thông số gia công trong gia công tia lửa điện hỗ trợ rung. Phương pháp Taguchi cho phép các nhà sản xuất xác định các thông số gia công quan trọng nhất và tìm ra các giá trị tối ưu cho các thông số này một cách hiệu quả. Phương pháp này đã được sử dụng thành công trong nhiều ứng dụng gia công khác nhau và có thể mang lại những cải thiện đáng kể về hiệu quả gia công.

VI. Tương Lai EDM Rung Hướng Phát Triển và Tiềm Năng 54 ký tự

Tương lai của EDM rung hứa hẹn nhiều tiềm năng phát triển. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc phát triển các cơ cấu rung động tiên tiến hơn, các hệ thống điều khiển thông minh hơn và các mô hình mô phỏng chính xác hơn. Các hướng phát triển khác bao gồm việc tích hợp EDM rung với các quy trình gia công khác, chẳng hạn như phay và tiện, để tạo ra các quy trình gia công lai hiệu quả hơn. Với những tiến bộ này, EDM rung có thể trở thành một công cụ gia công không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

6.1. Nghiên cứu vật liệu mới Mở rộng phạm vi ứng dụng EDM

Nghiên cứu và phát triển các vật liệu điện cực mới và các chất điện môi mới có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của gia công EDM rung. Các vật liệu điện cực mới có thể có khả năng chống mài mòn tốt hơn, dẫn điện tốt hơn và tạo ra ít mạt hơn. Các chất điện môi mới có thể có khả năng làm mát tốt hơn và loại bỏ mạt hiệu quả hơn. Những tiến bộ này có thể cho phép EDM rung gia công các vật liệu khó gia công hơn và tạo ra các chi tiết có chất lượng tốt hơn.

6.2. Tích hợp AI và IoT Nâng cao khả năng tự động hóa EDM

Việc tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet of Things (IoT) có thể nâng cao khả năng tự động hóa của gia công EDM rung. Các hệ thống AI có thể được sử dụng để điều khiển quá trình gia công một cách thông minh, điều chỉnh các thông số gia công theo thời gian thực để đảm bảo rằng quá trình gia công diễn ra ổn định và hiệu quả. Các hệ thống IoT có thể được sử dụng để giám sát quá trình gia công từ xa và thu thập dữ liệu để phân tích và cải thiện quy trình.

6.3. EDM rung Micro Gia công siêu nhỏ độ chính xác cao

EDM rung micro là một lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển, tập trung vào việc gia công các chi tiết siêu nhỏ với độ chính xác cao. EDM rung micro có thể được sử dụng để tạo ra các vi mạch, các cảm biến và các thiết bị y tế có kích thước nhỏ và độ phức tạp cao. Với sự phát triển của công nghệ nano và micro, EDM rung micro có tiềm năng trở thành một công cụ gia công quan trọng trong tương lai.

22/09/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT MECHNICAL ENGINEERING TECHNOLOGY A VIBRATION-ASSISTED EDM TOOL TO ENHANCE THE MANUFACTURING PROCESSS LECTURER: PHAM HUY TUAN, Assoc. STUDENT: VO TRAN MINH DINH SKL009920 Ho Chi Minh City, February 2023 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT A VIBRATION-ASSISTED EDM TOOL TO ENHANCE THE MANUFACTURING PROCESSS VO TRAN MINH DINH Student ID: 18144014 Major: MECHNICAL ENGINEERING TECHNOLOGY Advisor: PHAM HUY TUAN, Assoc. Ho Chi Minh City, February 2023 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT A VIBRATION-ASSISTED EDM TOOL TO ENHANCE THE MANUFACTURING PROCESSS VO TRAN MINH DINH Student ID: 18144014 Major: MECHNICAL ENGINEERING TECHNOLOGY Advisor: PHAM HUY TUAN, Assoc. Ho Chi Minh City, February 2023 Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY THE SOCIALIST REPULIC OF AND EDUCATION VIETNAM FACULTY FOR HIGH-QUALITY Independence – Freedom – Happiness TRAINING CAPSTONE PROJECT ASSIGNMENT Advisor: PHAM HUY TUAN, Assoc.

Students ‘s name: VO TRAN MINH DINH Student ID: 18144014 1. Project title: A VIBRATION-ASSISTED EDM TOOL TO ENHANCE THE MANUFACTURING PROCESSS 2. Initial material provided by the advisor: − Die – sink EDM machine: Accutex DS – 430S CM − PZT actuator: P-225.10 PICA Power Piezo Actuator − Surface roughness tester: Mitutoyo SURFTEST SJ 201P − Ready – made Vibration – assisted Tool (inherited from the previous graduation thesis research) 3. Content of the project: − Study and research on principles and characteristics of Electrical discharge machining method − Research on vibration-assisted machining methods − Study structures and design principles of vibration - assisted tool integrated on the electrode holder of EDM machine − Manufacturing tool and executing the experiments then assess its efficiency 4.

Expected products: − Capstone report − Design drawings − Tool and results of the experiment 5. Date of assignment: 6. Date of submission: 7. Presentation language: The report: English  Vietnamese  Presentation: English  Vietnamese  DEAN HEAD OF DEPARTMENT ADVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) (Sign with full name) Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY THE SOCIALIST REPULIC OF AND EDUCATION VIETNAM FACULTY FOR HIGH-QUALITY Independence – Freedom – Happiness TRAINING CAPSTONE PROJECT EVALUATION FORM (FOR ADVISOR USE ONLY) Title of thesis: A VIBRATION-ASSISTED EDM TOOL TO ENHANCE THE MANUFACTURING PROCESSS Major: Mechanical Engineering Technology Committee Number Student’s name 01: Vo Tran Minh Dinh Student’s ID: 18144014 Advisor: Pham Huy Tuan Academic Position: Assoc.

Name of Institute: COMMENTS 1. COMMENTS ON ATTITUDE AND BEHAVIOR OF STUDENTS. COMMENTS ON RESULTS OF CAPSTONE PROJECT 2. Structure of the capstone project.

Results of capstone project. Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education. Capstone strengths and weaknesses. EVALUATION MAX ACHIEVED No.

CONTENT POINT POINT 1. Structure of the capstone project 30 Student follows exactly the format for capstone project given by FME 10 The motivation of the project is clearly provided in the thesis 10 The NEED of project is clearly shown in the thesis 10 2. Main contents (demonstration that students have ability to): 50 Apply knowledge of math, engineering, and science 5 Analyze and interpret data 10 Design and manufacturing the system, component or process to meet 15 needs Improvement and development in future 15 Use the software and technical tool to solve the problem 5 3. Real-life applications of capstone project 10 4.

Products of capstone project 10 Total 100 4. CONCLUSIONS  Accept  Reject Ho Chi Minh City, …. /2023 ADVISOR (Sign with full name) Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY THE SOCIALIST REPULIC OF AND EDUCATION VIETNAM FACULTY FOR HIGH-QUALITY Independence – Freedom – Happiness TRAINING CAPSTONE PROJECT EVALUATION FORM (FOR REVIEWER USE ONLY) Title of thesis: A VIBRATION-ASSISTED EDM TOOL TO ENHANCE THE MANUFACTURING PROCESSS Major: Mechanical Engineering Technology Student’s name 01: Vo Tran Minh Dinh Student’s ID: 18144014 Committee No 03 Reviewer: Truong Quang Tri Academic Position: PhD Name of Institute: COMMENTS 1. COMMENTS ON ATTITUDE AND BEHAVIOR OF STUDENTS.

COMMENTS ON RESULTS OF CAPSTONE PROJECT 2. Structure of the capstone project. Results of capstone project. Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education.

Capstone strengths and weaknesses. EVALUATION MAX ACHIEVED No. CONTENT POINT POINT 1. Structure of the capstone project 30 Student follows exactly the format for capstone project given by FME 10 The motivation of the project is clearly provided in the thesis 10 The NEED of project is clearly shown in the thesis 10 2.

Main contents (demonstration that students have ability to): 50 Apply knowledge of math, engineering, and science 5 Analyze and interpret data 10 Design and manufacturing the system, component or process to meet 15 needs Improvement and development in future 15 Use the software and technical tool to solve the problem 5 3. Real-life applications of capstone project 10 4. Products of capstone project 10 Total 100 4. CONCLUSIONS  Accept  Reject Ho Chi Minh City, ….

/2023 REVIEWER (Sign with full name) Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education DISCLAIMER I certify that this graduation project is my own research that I implemented and studied on my own. The data and figures presented in the report were cited and referenced source annotations. They are all true and trustworthy and this thesis has not yet been published in any prior research or studies. Ho Chi Minh City, 27th January 2023 (Sign with full name) Vo Tran Minh Dinh i Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education ACKNOWLEDGEMENT Firstly, I would love to express my deepest gratitude to my instructor Assoc.

Pham Huy Tuan and other lecturers, Dr. Dang Quang Khoa and MS. Nguyen Van Khien, for their consistent support and for providing me with helpful recommendations and valuable counsel. Thanks to these words, I became a much more mature student.

I believe that the knowledge learned from those teachers helped me implement this bachelor’s thesis and reinforced my specialized knowledge, which will be invaluable for my not-too-distant future career. Moreover, I sincerely thank Dr. Tran Van Tron and MS. Dang Minh Phung for kindly allowing me to use the Die-sink EDM machine and measuring equipment.

I need their support to complete this project. Besides, I can never forget Mr. Le Nguyen Hoang Tan, a master’s student - inventor of the vibration module, who permitted me to use it – the soul of this project. He accompanies me at the start of the project and provides all of the necessary materials and assistance as I carry out the experiments.

Last but not least, big thanks and appreciation to my beloved peers and classmates for their recommendations, cooperation, encouragement, and constructive contributions to the accomplishment of this thesis from beginning to finish. Once again, thank you to all individuals who have gone through with me in this educational endeavor. Student Vo Tran Minh Dinh ii Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education SUMMARY Project title: “A vibration-assisted electrical discharge machining tool to enhance the manufacturing process”. The main goals of this thesis are to assess the influence of vertical vibration along Z-axis generated by a compliant module and determine sets of technological parameters for each output parameters such as material removal rate, tool wear rate, and surface roughness.

The thesis covered the theoretical foundations of electrical discharge machining, vibration-assisted electrical discharge machining method, piezoelectricity, compliant mechanism, and Taguchi analysis. The author also mentioned about the design procedures of vibration module. The author examined four input parameters: Discharger current, Pulse-on time, Amplitude, and Frequency vibration. Some conclusions will be elaborated by applying the Taguchi analysis method and the data gained from experiments.

• Compared with normal EDM, Vibration-assisted EDM has some superiorities. On the one hand, vibration parameters positively impact the tool wear rate and surface roughness on both bottom and side surfaces. For example, the electrode wear rate was decreased by 17.5 %, and the surface finishes on the bottom and side surfaces were enhanced by 10% and 26%, respectively. On the other hand, the vibration parameters do not affect the material removal rate.

• Regarding the Tool wear rate, the optimal set of parameters are: I = 9A; 𝐓𝐨𝐧 = 60 s; A = 2.5 m; f = 1200 Hz • Regarding the Surface roughness on bottom surfaces, the optimal set of parameters are: I = 5A; 𝐓𝐨𝐧 = 30 s; A = 0.5 m; f = 100 Hz • Regarding the Surface roughness on bottom surfaces, the optimal set of parameters are: I = 5A; 𝐓𝐨𝐧 = 60 s; A = 1.5 m; f = 800 Hz • Regarding the Material removal rate, the optimal set of parameters are: I = 9A; 𝐓𝐨𝐧 = 60 s; A = 0.5 m; f = 100 Hz Ho Chi Minh City, 27th January 2023 (Sign with full name) Vo Tran Minh Dinh iii Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education TABLE OF CONTENTS DISCLAIMER. iii TABLE OF CONTENTS. iv LIST OF ACRONYMS AND SYMBOLS. viii LIST OF FIGURES.

ix LIST OF TABLES .2 The needs of the topic.3 Scientific and practical significance .4 Research’s objectives and scopes .1 Introduction of Electrical Discharge Machining (EDM) .2 Classifications of EDM .3 Construction of Sink EDM machine:.6 Pros and cons .2 Introduction of Vibration-assisted machining. 10 iv Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education 2.2 Classifications of VAM .3 Introduction of Vibration-assisted Electrical Discharge Machining .4 Introduction of Piezoelectric .1 Classifications of Piezoelectric effect.5 Introduction of flexure hinges .2 Pros and cons .2 Taguchi method’s executing process .3 Advantages and disadvantages .4 Selection of orthogonal array matrix experiment. DESIGN OF VIBRATING TOOL (INHERITED) .3 Flexure hinge design.2 Optimizing the symmetric-zigzag flexure hinge.4 Design of other components .3 Electrical insulation components .5 Manufacturing and assembling the vibration module .6 Inspection of the vibration module. 36 v Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education 3.

EXPERIMENTAL PREPARATION AND IMPLEMENTATION .1 Sink-EDM machine .3 Surface roughness tester .2 Design of experiments .3 Design of experiment .3 Experimental implementation process .2 Experiment implementation process. COMPUTATION AND ANALYSIS OF EXPERIMENTAL DATA .1 Analysis of Material removal rate (MRR) .2 Vibration-assisted EDM (VAEDM) .2 Analysis of Tool wear rate (TWR) .2 Vibration-assisted EDM .3 Comparison of TWR between two machining schemes .3 Analysis of Surface roughness (SR) .2 Vibration-assisted EDM .3 Comparison of Surface roughness between two machining schemes. CONCLUSION AND DEVELOPMENT ORIENTATION. 73 vi Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education 6.

756 vii Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education LIST OF ACRONYMS AND SYMBOLS EDM Electrical Discharge Machining EDM Micro Electrical Discharge Machining VAM Vibration-assisted Machining VAEDM Vibration-assisted Electrical Discharge Machining WEDM Wire Electrical Discharge Machining 𝑇𝑜𝑛 Pulse-on time 𝑇𝑜𝑓𝑓 Pulse-off time MRR Material Removal Rate TWR Tool Wear Rate SR Surface Roughness PEA Piezoelectric Actuator OA Orthogonal Array S/N Signal-to-Noise POM Polyoxymethylene DC Direct Current AC Alternating Current DOF Degree of Freedom DOE Design of Experiment viii Faculty for High Quality Training - Ho Chi Minh City University of Technology and Education LIST OF FIGURES Figure 2. Die-sink EDM. Hole drilling EDM. Effect of Vibration-assisted method on surface finish applied in milling operation.

1D and 2D “Elliptical” vibration cutting. Illustration for the mechanism of machining of vibration-assisted EDM .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ