MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay công nghệ ngày càng phát triển và luôn được cải tiến công nghệ để tạo ra các chi tiết có độ chính xác cao. Các phương pháp gia công truyền thống như, không thể đáp ứng ứng các yêu cầu của những sản phẩm có độ chính xác cao, hình dáng hình học phức tạp. Độ cứng vật liệu cao, việc gia công trên các máy truyền thống, hoặc máy CNC găp rất nhiều khó khăn, độ chính xác của chi tiết không đạt.Trong thực tế công nghệ mới cho ra đời những loại máy đáp ứng được yêu cấu đó, máy gia công Tia lửa điện.Phương pháp này gọi là gia công EDM (Electrical Discharge Machine).Phương pháp gia công tia lửa điện đã được áp dụng rộng rãi đối với các nước phát triển.Ngày nay nhờ sự phát triển của điều khiển số và công nghệ thông tin, công nghệ này đã được hiện đại hóa và được trang bị hệ thống điều khiển số CNC.
Từ cuối thập niên 80 của thế kỷ XX đến nay,nhiều doanh nghiệp trong nước đã trang bị máy EDM nhằm cải tiến phương pháp gia công những vật liệu có độ cứng cao trong khuôn dập nguội. Bên cạnh những kết quả đạt được về mặt công nghệ nói chung còn gặp những khó khăn nhất định về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế khi sử dụng. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng loại máy EDM, qua tìm hiểu các doanh nghiệp sản xuất khuôn mẫu, sử dụng các máy và thiết bị gia công tia lửa điện EDM CNC, xét về mặt xác định chế độ công nghệ thì thấy có một số vấn đề sau: Các doanh nghiệp và cơ sở trong nước sử dụng máy EDM việc lập trình gia công do người lập trình thực hiện. Chế độ công nghệ để đạt được chất lượng bề mặt gia công (độ bóng và ứng suất dư bề mặt), được xác định bằng cách dựa vào các tài liệu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 kèm theo máy hoặc được cài đặt vận hành theo kinh nghiệm của người vận hành máy điều chỉnh thông số.
Chính vì lẽ đó, chế độ công nghệ gia công trên máy chưa thể khẳng định là hợp lý. Vì vậy hiệu quả khai thác, sử dụng máy có nhiều hạn chế, chế độ công nghệ khi gia công trên máy cắt dây EDM CNC phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu chi tiết gia công (bề dày vật liệu, tính dẫn điện, tốc độ cắt, bước tiến và tích chất vật liệu…. Thép SKD11 là loại thép có hàm lượng hợp kim cao, gia công bằng phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn. Chính vì lẽ đó gia công bằng tia lửa điện (EDM), do thành phần hóa học, tính dẫn điện và nhiệt của thép SKD khác so với các thép carbon, làm cho năng suất và chất lượng gia công thay đổi.
Vì vậy cần nghiên cứu và tìm ra các giá trị công nghệ tối ưu để đảm bảo năng suất và chất lượng (độ nhám bề mặt, cũng như ứng suất dư trên bề mặt) khi gia công thép SKD11 trên máy cắt dây EDM CNC. Do đó, việc nghiên cứu xác định chế độ gia công bằng EDM CNC đối với thép SKD11 nhằm đạt chất lượng bề mặt gia công, thể hiện qua các tiêu chí độ nhám, và ứng suất dư bề mặt là cần thiết. Với những lý do đã được trình bày ở trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư và chất lượng bề mặt khi gia công khuôn trên máy cắt dây JSEDM » là cần thiết; nó tạo tiền đề cho việc nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý không anhe hưởng đến ứng suất dư và chất lượng bề mặt trên cơ sở dó tiến tới tối ưu hoá chế độ cắt khi cắt thép SKD11 góp phần nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy cắt dây trong sản xuất khuân mẫu và là cơ sở để nghiên cứu cho các vật liệu khác, trên cơ sở nghiên cứu bằng lý thuyết và thực nghiệm tạo ra một chế độ cắt cụ thể ứng với bề dày vật cắt khi cắt thép SKD11. Mục đích nghiên cứu Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài đã nêu ở trên chúng tôi đặt mục đích nghiên cứu là: - Nghiên cứu chế độ cắt của máy cắt dây EDM khi cắt thép SKD11 xét đến ảnh hưởng của nó đến ứng suất dư và độ nhám bề mặt.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 - Đề xuất một chế độ cắt phù hợp khi cắt thép SKD11 bằng EDM. Từ đó có những khuyến cáo khi sử dụng công nghệ cắt thép SKD11 bằng điện cực EDM với các tấm thép có chiều dày khác nhau. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi và thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt tới ứng suất dư và chất lượng bề mặt trên may cắt dây jsedm , đối với thép SKD11 có bề dày 17mm được lựa chọn để nghiên cứu chế độ cắt dây điện cực với môi trường dung môi, qui trình cắt tự động. Phạm vi ứng dụng khi cắt các thép SKD11 được mở rộng đến các vật liệu có chiều dày 20mm và độ cứng khác nhau.
Các thông số được quan tâm đến gồm: - Tốc độ chạy dây trong quá trình cắt, điện áp U. - Thời gian trễ td khoảng thời gian dòng điện tăng từ 0 đến l - Khoảng các xung tq khoangr thời gian giữa 2 xung liền kề, nó giúp cho phôi được làm mát và không xẩy ra hiện tượng hồ quang điện tại vùng gia công 4. Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết + Nghiên cứu lý thuyết để có được kết quả phân tích, tính toán dựa vào lý thuyết gia công bằng EDM để thiết lập điều kiện phóng điện + Dựa vào lý thuyết ứng dụng nhiễu xạ Tia x phân tích ảnh hưởng của vận tốc cắt tới ứng suất dư bề mặt trên máy cắt dây EDM - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm + Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong để xác định hàm mục tiêu, trên cơ sở đó thiết lập được tương quan giữa hàm mục tiêu với tham số ảnh hưởng. - Sử dụng phương pháp giải bài toán tối ưu để tìm ra chế độ cắt sử dụng hợp lý của máy cắt dây CNC.
- So sánh kết quả đo và kết quả tính để khẳng định độ tin cậy của kết quả tính theo lý thuyết điều kiện phóng điện. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Xác định được ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm khi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 cắt thép SKD11 bằng điện cực dây - Xác định được ứng suất dư và độ nhám trên bề mặt sau khi cắt. - Cung cấp các khuyến cáo, hướng dẫn khi sử dụng công nghệ cắt bằng EDM để đạt hiệu quả cao trong thực tiễn sản xuất, chế tạo. Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan phƣơng pháp gia công bằng 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 [2]. Đặc điểm của gia công tia lửa điện. Gia công bằng tia lửa điện là phương pháp gia công bằng cách phóng điện ăn mòn trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện tạo ra do sự phóng điện, đặc điểm của phương pháp này đó là: - Điện cực (đóng vai trò dụng cụ) lại có độ cứng thấp hơn nhiều lần so với độ cứng của phôi.Điện cực là đồng, graphit, còn phôi là thép đã tôi hoặc hợp Kim cứng.
- Vật liệu dụng cụ và vật liệu phôi đều phải dẫn điện. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 - Khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi, đó là nước hoặc một dung dịch không dẫn điện ở điều kiện bình thường. Có hai phương pháp gia công tia lửa điện được sử dụng rộng rãi trong công nhiệp đó là gia công tia lửa điện dùng cực định hình và gia công tia lửa điện bằng cắt dây. Phương pháp gia công bằng tia lửa điện tạo được các bề mặt định hình phức tạp là đường thẳng, đường cong, bề mặt profin phức tạp,…độ bóng bề mặt cao (Ra = 1.25µm) và độ chính xác cao (IT5).
Các vật liệu có thể gia công bằng tia lửa điện Hình 1. Thể hiện các vật liệu có thể gia công được bằng tia lửa điện. Bản chất vật lý của quá trình phóng điện phóng tia lửa điện.Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện Một điện áp được đặt giữa điện cực và phôi.Không gian giữa 2 điện cực đó được điền đầy bởi một chất lỏng cách điện gọi là chất điện môi. (Dielectric) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Cho 2 điện cực áp lại gần nhau, đến một khoảng cách nào đó thì xảy ra sự phóng Tia lửa điện.Một dòng điện xuất hiện 1 cách tức thời.
Khi phóng Tia lửa điện, các điện cực không tiếp xúc với nhau.Nếu chúng chạm vào nhau thì sẽ không có tia lửa điện mà sẽ xảy ra một dòng ngắn mạch, có hại đối với quá trình gia công.Nếu khe hở lớn quá thì lại không thể xảy ra sự phóng điện, làm giảm năng suất gia công.3 cho thấy diễn biến của điện áp và dòng điện ở một máy xung định hình, được sinh ra bởi một máy phát tĩnh, trong những khoảng thời gian xác định của chu kỳ xung. Đặc điểm của đồ thị này là dòng điện ie của xung bao giờ cũng xuất hiện trễ hơn một khoảng thời gian t d (độ trễ đánh lửa) so với thời điểm bắt đầu có điện áp máy phát u i .