Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Bà CÔNG TH¯¡NG VIÆN NGHIÊN CĄU C¡ KHÍ NguyÅn M¿nh C°ãng NGHIÊN CĄU ÀNH H¯äNG CĂA MÞT SÞ THÔNG SÞ CÔNG NGHÆ Đ¾N QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TIA LþA ĐIÆN BÀ M¾T TRĀ NGOÀI THÉP 90CrSi VàI DUNG DàCH ĐIÆN MÔI TRÞN BÞT NANO SiC NGÀNH: KĀ THUÀT C¡ KHÍ Mà Sà: 9520103 LUÀN ÁN TI¾N S) KỸ THUÀT Hà Nßi - 2023 2 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O Bà CÔNG TH¯¡NG VIÆN NGHIÊN CĄU C¡ KHÍ NGUYÄN M¾NH C¯âNG NGHIÊN CĄU ÀNH H¯äNG CĂA MÞT SÞ THÔNG SÞ CÔNG NGHÆ Đ¾N QUÁ TRÌNH GIA CÔNG TIA LþA ĐIÆN BÀ M¾T TRĀ NGOÀI THÉP 90CrSi VàI DUNG DàCH ĐIÆN MÔI TRÞN BÞT NANO SiC Ngành: Kā thuÁt C¢ khí Mã sá: 9520103 LUÀN ÁN TI¾N S) KỸ THUÀT Ng°ãi h°áng d¿n khoa hãc: 1. Lê Thu Quý Hà Nßi - 2023 i LâI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bá nhċng nái dung đ°ÿc trình bày trong luÁn án này đ°ÿc nghiên cąu bçi bÁn thân tôi d°ãi sč h°ãng d¿n khoa hãc căa ThÅy PGS. Vũ Ngãc Pi và ThÅy PGS. Lê Thu Quý.
Trć nhċng phÅn tham khÁo đã đ°ÿc ghi rõ trong luÁn án, các sá liáu, kÃt quÁ nêu trong luÁn án là trung thčc và ch°a tćng đ°ÿc ai công bá trong bÃt kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cąu sinh NguyÅn M¿nh C°ãng Ng°ãi h°áng d¿n 1 Ng°ãi h°áng d¿n 2 PGS. Vũ Ngãc Pi PGS. Lê Thu Quý ii LâI CÀM ¡N ĐÇ hoàn thành LuÁn án TiÃn sĩ này, ngoài sč cá gÃng nß lčc căa bÁn thân, tôi đã nhÁn đ°ÿc sč đáng viên và giúp đỡ rÃt lãn căa nhiÅu thÅy giáo, cô giáo và tÁp thÇ nghiên cąu khoa hãc.
Tr°ãc tiên, tôi xin đ°ÿc bày tß lòng biÃt ¢n sâu sÃc tãi tÁp thÇ ng°åi h°ãng d¿n khoa hãc PGS. Vũ Ngãc Pi và PGS. Lê Thu Quý, nhċng ng°åi thÅy đã tÁn tình h°ãng d¿n, đánh h°ãng nghiên cąu, đào t¿o và chß bÁo tôi trong suát quá trình nghiên cąu. Tôi xin trân trãng cÁm ¢n lãnh đ¿o Vián Nghiên cąu C¢ khí và Trung tâm Đào t¿o thuác Vián Nghiên cąu C¢ khí cũng nh° Ban giám hiáu, Ban chă nhiám khoa C¢ khí căa Tr°ång Đ¿i hãc Kā thuÁt Công nghiáp, Đ¿i hãc Thái Nguyên đã t¿o mãi điÅu kián thuÁn lÿi cho tôi trong suát quá trình hãc tÁp, hoàn thành luÁn án.
ĐÇ có đ°ÿc nhċng kÃt quÁ nh° ngày hôm nay, tôi xin trân trãng cÁm ¢n sč giúp đỡ nhiát tình căa cán bá, công nhân căa Doanh nghiáp t° nhân C¢ khí chính xác Thái Hà và Công ty cá phÅn Phā tùng Máy sá 1, trung tâm Thí nghiám thčc hành khoa C¢ khí, tr°ång Đ¿i hãc Kā thuÁt Công nghiáp đã giúp đỡ tôi hoàn thành các công viác liên quan đÃn thí nghiám, thčc nghiám và đo đ¿c. Tôi muán cÁm ¢n sč hß trÿ giúp đỡ vô t° căa b¿n bè, đßng nghiáp t¿i Bá môn C¢ sç ThiÃt kà máy và Robot, khoa C¢ khí, Tr°ång Đ¿i hãc Kā thuÁt Công nghiáp Thái Nguyên đã dành nhċng điÅu kián thuÁn lÿi đÇ tôi hoàn thành luÁn án căa mình. Cuái cùng tôi gĉi låi cÁm ¢n và biÃt ¢n sâu sÃc tãi gia đình, nhċng ng°åi đã luôn đáng viên, chia s¿ giúp đỡ tôi vÅ mÁt tinh thÅn trong suát thåi gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cąu sinh NguyÅn M¿nh C°ãng NguyÅn M¿nh C°ãng iii MĀC LĀC LäI CAM ĐOAN.
iii DANH MĀC KÝ HIàU, CHĊ CÁI VIÂT TÂT .vii DANH MĀC HÌNH VÀ. ix DANH MĀC BÀNG BIÆU .xii PHÄN Mæ ĐÄU. Tính cÃp thiÃt căa đÅ tài. Đái t°ÿng, māc tiêu nghiên cąu căa đÅ tài.
Đái t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu. Ph°¢ng pháp nghiên cąu. Ý nghĩa khoa hãc và thčc tißn căa đÅ tài. Ý nghĩa thčc tißn.
Nhċng đóng góp mãi căa luÁn án. TàNG QUAN VÄ PH¯¡NG PHÁP GIA CÔNG BÄNG TIA LĈA ĐIàN. Ph°¢ng pháp gia công bÅng tia lĉa đián. Lách sĉ phát triÇn.
Nguyên lý gia công tia lĉa đián. Các d¿ng căa gia công bÅng tia lĉa đián. ¯u nh°ÿc điÇm căa gia công tia lĉa đián. Các thông sá công nghá căa gia công xung đián.
Nng suÃt, chÃt l°ÿng bÅ mÁt và đá chính xác gia công. Ph°¢ng pháp gia công tia lĉa đián có trán bát - PMEDM. Táng quan tình hình nghiên cąu vÅ EDM và PMEDM. Tình hình nghiên cąu trong n°ãc.
Tình hình nghiên cąu vÅ EDM và PMEDM trên thà giãi. 26 KÃt luÁn ch°¢ng 1. MÔ HÌNH THČC NGHIàM GIA CÔNG TIA LĈA ĐIàN CÓ TRàN BàT TRONG DUNG DàCH ĐIàN MÔI CHI TIÂT TĆ THÉP 90CrSi QUA TÔI VÀ XÂY DČNG Hà THàNG THÍ NGHIàM. Mô hình nâng cao hiáu quÁ quá trình PMEDM.
S¢ đß và c¢ sç căa nghiên cąu quá trình gia công tia lĉa đián có trán bát. Chãn thông sá đÅu vào. Há tháng thí nghiám. Phôi thí nghiám.
Bát trán vào dung dách đián môi. Dung dách đián môi. BÇ chąa dung dách đián môi. Thông sá và nßng bát SiC trán vào dung dách đián môi.
ThiÃt bá đo, kiÇm tra. Máy đo đá nhám bÅ mÁt gia công. Kính hiÇn vi đián tĉ quét (SEM/EDX) Jeol JMS 6490. 51 KÃt luÁn ch°¢ng 2.
NGHIÊN CĄU THČC NGHIàM ÀNH H¯æNG CĂA CÁC THÔNG Sà CÔNG NGHà ĐÂN Đà NHÁM BÄ MÀT, NNG SUÂT BÓC TÁCH VÀ Đà MÒN ĐIàN CČC KHI GIA CÔNG XUNG ĐIàN THÉP 90CrSi VâI DUNG DàCH ĐIàN MÔI CÓ TRàN BàT SiC. Māc đích thí nghiám. ThiÃt kà thí nghiám. TiÃn hành thí nghiám.
KÃt quÁ và nhÁn xét. Ành h°çng căa các thông sá đÅu vào quá trình xung đÃn đá nhám bÅ mÁt. Ành h°çng căa các thông sá đÅu vào quá trình xung đÃn nng suÃt bóc tách vÁt liáu. Ành h°çng căa các thông sá đÅu vào quá trình xung đÃn tác đá mòn đián cčc.
81 KÃt luÁn ch°¢ng 3. TàI ¯U HÓA ĐA MĀC TIÊU CÁC THÔNG Sà CÔNG NGHà KHI XUNG THÉP 90CrSi QUA TÔI VâI DUNG DàCH ĐIàN MÔI CÓ TRàN BàT NANO SiC. Khái quát vÅ ph°¢ng pháp Taguchi và phân tích quan há xám. Tái °u đa māc tiêu khi xung bÅ mÁt trā đánh hình vãi dung dách đián môi có trán bát bÅng ph°¢ng pháp Taguchi và phân tích quan há xám.
Xây dčng c¢ sç dċ liáu d°ãi d¿ng mÁng trčc giao .2 Phân tích quan há xám. 95 KÃt luÁn ch°¢ng 4. 105 KÂT LUÀN CHUNG VÀ H¯âNG NGHIÊN CĄU TIÂP THEO. H°ãng nghiên cąu tiÃp theo.
108 DANH MĀC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HâC Đà CÔNG Bà. 110 TÀI LIàU THAM KHÀO. 119 vii DANH MĀC KÝ HIÆU, CHĀ CÁI VI¾T TÂT EDM – Electrical discharge machining Gia công bÅng tia lĉa đián CNC - Computer Numerical Control ĐiÅu khiÇn sá bÅng máy tính PMEDM – Powder mixed electrical Gia công bÅng tia lĉa đián có trán bát discharge machining vào dung dách đián môi WEDM– Wire Electrical discharge machining Gia công bÅng cÃt dây tia lĉa đián EDG - Electrical Discharge Grinding Mài xung đián MRS – Material removal speed Tác đá bóc tách vÁt liáu MRR – Material removal rate Nng suÃt bóc tách vÁt liáu TWR – Tool wear rate Tác đá mòn dāng cā (đián cčc) EWR - Electrode wear rate Tác đá mòn đián cčc MSD - Mean square displacement Táng nghách đÁo bình ph°¢ng trung bình căa các giá trá đo SEM - scanning electron microscopy Kính hiÇn vi đián tĉ quét SR – Surface roughness Đá nhám bÅ mÁt GRA - Grey relational analysis Phân tích quan há xám S/N - Signal to Noise ratio Tÿ sá tín hiáu/nhißu ANOVA - Analysis of variance Phân tích ph°¢ng sai RSM - Response surface methodology Ph°¢ng pháp bÅ mÁt đáp ąng Ra Đá nhám bÅ mÁt (m) Ton - Pulse on time Thåi gian phát xung (µs) Toff - Pulse off time Thåi gian ngćng phát xung (µs) IP – Peak current C°ång đá dòng phóng đián (A) SV - Servo voltage Đián áp/Hiáu đián thà phóng đián (V) viii Cp – Powder concentration Nßng đá bát (g/l) Sp – Powder size Cỡ h¿t (nm) ix DANH MĀC HÌNH VẼ Hình 1. Nguyên lý gia công bằng xung điện 10 Hình 1.
Dung dịch điện môi sử dụng trong EDM 11 Hình 1. Sơ đồ phương pháp cắt dây tia lửa điện 12 Hình 1. Sơ đồ phương pháp mài xung điện 14 Hình 1. Sơ đồ phương pháp cưa tia lửa điện 14 Hình 1.
Sơ đồ phương pháp khoan tia lửa điện 15 Hình 1. Sơ đồ mô tả quan hệ điện áp, dòng điện và thời gian xung trong 17 Hình 1. Sơ đồ minh họa lớp bề mặt sau EDM 21 Hình 1. Sơ đồ gia công PMEDM 23 Hình 1.
Minh họa quá trình phóng điện cÿa phương pháp EDM và PMEDM 23 Hình 1. Hình ảnh chi tiết gia công có bề mặt trụ định hình được gia công 24 bằng EDM Hình 1. Đồ thì ảnh hưởng cÿa cường độ dòng điện tới MRR, Ra, TWR 27 Hình 1. Đồ thì ảnh hưởng cÿa thời gian phát xung đến MRR, Ra, TWR 28 Hình 1.
Đồ thị ảnh hưởng cÿa nồng độ bột graphite tới MRR, TWR và WR 28 Hình 1. Đồ thị giữa MRR, TWR và tỉ số mòn điện cực với các māc nồng độ 30 bột khác nhau Hình 1. Đồ thị quan hệ giữa thời gian gia công với các nồng độ bột graphite 31 khác nhau Hình 1. Đồ thị quan hệ giữa chiều dài điện cực bị mòn với các nồng độ bột 31 graphite khác nhau Hình 1.
Sự thay đổi độ nhám bề mặt Ra giữa PMEDM và EDM 32 Hình 1. Sự thay đổi độ cāng tế vi lớp bề mặt khi sử dụng bột Ti trong PMEDM 34 Hình 1. Sơ đồ phân loại các thông số chính cÿa quá trình gia công PMEDM 35 x Hình 1. Biểu đồ thống kê māc độ phổ biến cÿa các loại bột trong PMEDM 36 Hình 2.
Sơ đồ nghiên cāu thực nghiệm 39 Hình 2. Hình ảnh máy xung thí nghiệm Sodick A30R 42 Hình 2. Hình ảnh phôi và kích thước cÿa phôi 43 Hình 2. Hình ảnh và kích thước cÿa điện cực 44 Hình 2.
Hình ảnh bột nano SiC kích thước hạt 500 nm 46 Hình 2. Sơ đồ gia công xung và hệ thống thí nghiệm 47 Hình 2. Hình ảnh cân điện tử WT3003NE 49 Hình 2. Hình ảnh máy đo độ nhám bề mặt SV3100 50 Hình 2.
Hình ảnh máy đo tọa độ CMM CRYSTA-Apex S544 51 Hình 3. Khai báo biến thí nghiệm theo phương pháp Taguchi 58 Hình 3. Đồ thị ảnh hưởng chính cÿa các yếu tố đến ýþ khi xung 63 Hình 3. Biểu đồ ảnh hưởng cÿa nồng độ bột SiC đến độ nhám bề mặt khi xung 63 Hình 3.4: Topography bề mặt gia công 65 Hình 3.
Dạng sóng điện áp và dòng điện khi xung không trộn bột (a) và trộn 65 bột SiC Hình 3.6: Hình ảnh các vết nāt tế vi trên bề mặt gia công 66 Hình 3.