Luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ nhám và độ chính xác của chi tiết dạng ren gia công bằng phương pháp edm

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám và độ chính xác chi tiết ren trong gia công EDM. Tìm hiểu chi tiết trong luận văn thạc sĩ.

• Tác giả: Nguyễn Văn Trọng Ân
• Người hướng dẫn: TS. Tôn Thiện Phương
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến độ nhám và độ chính xác của chi tiết ren trong gia công EDM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ EDM
• 1.1. Lịch sử hình thành
• 1.2. Tổng quan về EDM
• 1.2.1. Nguyên lý hoạt động
• 1.2.2. Đặc điểm của gia công tia lửa điện
• 1.2.3. Phân loại
• 1.2.4. Sự phát triển của các máy gia công tia lửa điện
• 1.2.5. Khả năng công nghệ
• 1.2.6. Ưu và nhược điểm
• 1.2.7. Ứng dụng
• 1.3. Tình hình nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Nguyên lý hoạt động
• 2.2. Các ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng gia công chi tiết
• 2.2.1. Thời gian phóng xung điện
• 2.2.2. Thời gian ngắt xung điện
• 2.2.3. Cường độ dòng điện
• 2.2.4. Thời gian di chuyển lên Up
• 2.2.5. Thời gian di chuyển xuống DN
• 2.2.6. Áp lực phun của dầu
• 2.2.7. Các hiện tượng lỗi trong quá trình gia công EDM
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM
• 3.1. Phương pháp và thiết kế thí nghiệm
• 3.2. Mẫu thí nghiệm
• 3.3. Vật liệu mẫu thí nghiệm
• 3.4. Thiết kế mẫu thí nghiệm
• 3.5. Thiết kế điện cực thí nghiệm
• 3.6. Thiết bị thí nghiệm
• 3.7. Thiết bị gia công
• 3.8. Phần mềm hỗ trợ trong việc phân tích thống kê dữ liệu từ thực nghiệm
• 3.9. Tiến hành thí nghiệm
• 3.9.1. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm
• 3.9.2. Chuẩn bị điện cực
• 3.9.3. Tiến hành thí nghiệm
• 3.9.4. Gia công cắt dây mẫu thí nghiệm
• 3.9.5. Gia công cắt dây điện cực
• 3.9.6. Thiết lập phương án đo kiểm
• 3.9.7. Đo kiểm đường kính đỉnh ren
• 3.9.8. Đo kiểm độ mòn góc đỉnh ren
• 3.9.9. Đo kiểm độ mòn điện cực
• 3.9.10. Ghi nhận thời gian gia công
• 4. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH
• 4.1. Kết quả đo kiểm
• 4.1.1. Đo kiểm đường kính đỉnh ren
• 4.1.2. Đo kiểm góc mòn đỉnh ren
• 4.1.3. Đo kiểm độ mòn điện cực
• 4.1.4. Ghi nhận thời gian công
• 4.2. Xử lý số liệu
• 4.2.1. Phân tích ảnh hưởng theo tỉ số S/N
• 4.2.2. Sai lệch đường kính đỉnh ren
• 4.2.3. Thời gian gia công
• 4.2.4. Phương trình hồi quy bậc 2
• 4.2.5. Sai lệch đường kính đỉnh ren
• 4.2.6. Thời gian gia công
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC

Tóm tắt

I. Tổng quan về gia công EDM

Gia công EDM (Electrical Discharge Machining) là một phương pháp gia công tiên tiến, cho phép chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp và độ cứng cao mà các phương pháp gia công truyền thống không thể thực hiện. Phương pháp này hoạt động dựa trên nguyên lý phóng điện giữa hai điện cực, trong đó một điện cực là dụng cụ và điện cực còn lại là phôi. Quá trình phóng điện tạo ra nhiệt độ cao, giúp loại bỏ vật liệu từ bề mặt phôi. Theo nghiên cứu, độ nhám bề mặt và độ chính xác của chi tiết gia công có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số công nghệ như cường độ dòng điện, thời gian phóng điện và thời gian nâng điện cực. Việc hiểu rõ về các yếu tố này là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1 Nguyên lý hoạt động của EDM

Nguyên lý hoạt động của gia công EDM dựa trên sự phóng điện giữa hai điện cực trong môi trường chất điện môi. Khi điện áp giữa hai điện cực đạt đến một mức nhất định, sự ion hóa xảy ra, tạo ra tia lửa điện với nhiệt độ có thể lên đến 12.000 độ C. Quá trình này làm nóng chảy và bốc hơi kim loại từ bề mặt phôi, giúp loại bỏ vật liệu mà không cần áp lực cơ học. Đặc điểm này cho phép gia công các vật liệu cứng và phức tạp mà các phương pháp truyền thống không thực hiện được. Độ chính xác và độ nhám bề mặt của chi tiết gia công phụ thuộc vào các thông số như cường độ dòng điện, thời gian phóng điện và áp lực của chất điện môi.

1.2 Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng gia công

Trong gia công EDM, các thông số như cường độ dòng điện, thời gian phóng điện và thời gian nâng điện cực có ảnh hưởng lớn đến độ nhám và độ chính xác của chi tiết. Cường độ dòng điện cao thường dẫn đến độ nhám bề mặt lớn hơn do quá trình phóng điện mạnh mẽ, trong khi thời gian phóng điện dài có thể cải thiện độ chính xác nhưng cũng làm tăng độ nhám. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể đạt được thông qua các phương pháp thực nghiệm như thiết kế thí nghiệm Taguchi, giúp xác định mối quan hệ giữa các thông số và chất lượng gia công.

II. Thiết kế thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Thiết kế thí nghiệm là một phần quan trọng trong nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám và độ chính xác của chi tiết ren trong gia công EDM. Mẫu thí nghiệm được thiết kế dựa trên phương pháp Taguchi, cho phép khảo sát các yếu tố như cường độ dòng điện, thời gian xung điện và thời gian nâng điện cực. Các thí nghiệm được thực hiện trên máy EDM Sodick AD300L, với vật liệu mẫu là thép 2083. Dữ liệu thu thập từ thí nghiệm được phân tích bằng phần mềm Minitab để xác định các thông số ảnh hưởng và xây dựng phương trình hồi quy. Kết quả cho thấy rằng các thông số này có mối quan hệ chặt chẽ với chất lượng gia công, từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu hóa quy trình.

2.1 Phương pháp thí nghiệm

Phương pháp thí nghiệm được thực hiện theo quy trình chuẩn, bắt đầu bằng việc chuẩn bị mẫu và điện cực. Các thông số như cường độ dòng điện, thời gian phóng điện và thời gian nâng điện cực được điều chỉnh theo các mức độ khác nhau để khảo sát ảnh hưởng của chúng đến độ nhám và độ chính xác. Mỗi thí nghiệm được lặp lại để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Sau khi thực hiện thí nghiệm, các mẫu được đo kiểm độ nhám và độ chính xác bằng các thiết bị chuyên dụng, từ đó thu thập dữ liệu cần thiết cho phân tích.

2.2 Phân tích dữ liệu

Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm được phân tích bằng phần mềm Minitab để xác định mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và chất lượng gia công. Phân tích phương sai (ANOVA) được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố đến độ nhám và độ chính xác. Kết quả phân tích cho thấy rằng cường độ dòng điện có ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám, tiếp theo là thời gian phóng điện. Từ các kết quả này, phương trình hồi quy được xây dựng để dự đoán chất lượng gia công dựa trên các thông số đầu vào.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả của nghiên cứu cho thấy rằng các thông số công nghệ có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám và độ chính xác của chi tiết ren trong gia công EDM. Các thí nghiệm cho thấy rằng cường độ dòng điện cao sẽ làm tăng độ nhám bề mặt, trong khi thời gian phóng điện dài có thể cải thiện độ chính xác. Phân tích dữ liệu cho thấy rằng có sự tương tác giữa các thông số, và việc tối ưu hóa chúng là cần thiết để đạt được chất lượng gia công tốt nhất. Kết quả này có thể được áp dụng trong thực tế để cải thiện quy trình gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm.

3.1 Đánh giá kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số công nghệ có thể cải thiện đáng kể độ nhám và độ chính xác của chi tiết gia công. Các thông số như cường độ dòng điện và thời gian phóng điện cần được điều chỉnh một cách hợp lý để đạt được chất lượng tốt nhất. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp Taguchi trong thiết kế thí nghiệm giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng một cách hiệu quả, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hóa quy trình gia công.

3.2 Ứng dụng thực tiễn

Kết quả của nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tiễn để cải thiện quy trình gia công EDM trong các ngành công nghiệp chế tạo. Việc tối ưu hóa các thông số công nghệ không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Các nhà sản xuất có thể áp dụng các thông số đã được xác định trong nghiên cứu để điều chỉnh quy trình gia công, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Gia công tia lửa điện (EDM) là một trong những phương pháp gia công tiên tiến, được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các chi tiết có hình dạng phức tạp và vật liệu có độ cứng cao mà các phương pháp truyền thống không thể thực hiện được. Theo báo cáo của ngành, EDM có thể gia công các chi tiết với độ nhám bề mặt đạt Ra = 0,63 µm khi gia công thô và Ra = 0,16 µm khi gia công tinh, cùng độ chính xác gia công khoảng 0,01 mm. Tuy nhiên, việc lựa chọn các thông số công nghệ phù hợp là yếu tố quyết định đến chất lượng bề mặt, độ chính xác và hiệu quả gia công.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính gồm cường độ dòng điện, thời gian xung điện và thời gian xuống điện cực đến độ nhám bề mặt, độ chính xác (sai lệch đường kính đỉnh ren), độ mòn điện cực và thời gian gia công chi tiết dạng ren undercut trên vật liệu thép 2083 dùng làm khuôn ép nhựa. Nghiên cứu được thực hiện trên máy EDM Sodick AD300L với thiết kế thí nghiệm theo phương pháp Taguchi, sử dụng phần mềm Minitab để phân tích số liệu và xây dựng phương trình hồi quy.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vật liệu thép 2083 có độ cứng 32 HRC, với mẫu thí nghiệm là chi tiết ren hình thang đường kính đỉnh ren 16 mm, chiều sâu ren 1 mm, bước ren 3,5 mm. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022 tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình gia công EDM, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất trong ngành cơ khí khuôn mẫu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Gia công EDM dựa trên nguyên lý phóng tia lửa điện giữa điện cực và phôi trong môi trường chất điện môi, tạo ra nhiệt độ cao (có thể lên đến 12.000°C) làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu tại vùng gia công. Quá trình này diễn ra trong thời gian rất ngắn (10⁻⁴ đến 10⁻⁷ giây), không có lực cơ học tác động trực tiếp lên phôi, giúp gia công các vật liệu cứng và hình dạng phức tạp.

Hai lý thuyết chính được áp dụng trong nghiên cứu:

1. Lý thuyết ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng gia công EDM: Bao gồm các thông số như cường độ dòng điện (Current), thời gian phóng xung (Time on), thời gian ngắt xung (Time off), thời gian di chuyển điện cực lên (Up) và xuống (Down). Các thông số này ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước, độ mòn điện cực và thời gian gia công.

2. Phương pháp thiết kế thí nghiệm Taguchi: Sử dụng ma trận quy hoạch trực giao L9 để khảo sát ảnh hưởng của 3 thông số đầu vào (cường độ dòng điện, thời gian xung, thời gian xuống điện cực) với 3 mức giá trị khác nhau. Phương pháp này giúp tối ưu hóa các thông số công nghệ dựa trên phân tích tín hiệu/nhiễu (S/N ratio) và phân tích phương sai (ANOVA).

Các khái niệm chính trong nghiên cứu gồm:

• Độ nhám bề mặt (Ra): Thước đo chất lượng bề mặt gia công.
• Sai lệch đường kính đỉnh ren (ΔD): Đánh giá độ chính xác kích thước chi tiết ren.
• Độ mòn góc đỉnh ren (RW) và độ mòn điện cực (EW): Phản ánh sự hao mòn của điện cực trong quá trình gia công.
• Thời gian gia công (t): Thời gian hoàn thành quá trình gia công một chi tiết.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm thực tế trên máy EDM Sodick AD300L tại Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Thiết Kế Và Gia Công Tiên Tiến, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM. Mẫu thí nghiệm là chi tiết ren undercut trên vật liệu thép 2083 đã nhiệt luyện với độ cứng 32 HRC, sử dụng điện cực đồng đỏ.

Thiết kế thí nghiệm theo phương pháp Taguchi với ma trận L9 gồm 9 thí nghiệm, khảo sát 3 thông số đầu vào: cường độ dòng điện (1, 3, 5 Amper), thời gian xung (5, 25, 45 µs), thời gian xuống điện cực (20%, 35%, 50% giây). Các thông số đầu ra đo gồm độ nhám Ra (µm), sai lệch đường kính đỉnh ren (mm), độ mòn góc đỉnh ren (mm), độ mòn điện cực (mm²) và thời gian gia công (giờ).

Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm Minitab phiên bản 18, áp dụng phân tích S/N ratio để xác định xu hướng ảnh hưởng và mức độ tác động của từng thông số, đồng thời sử dụng ANOVA để đánh giá ý nghĩa thống kê. Phương trình hồi quy bậc hai được xây dựng để mô hình hóa mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và đầu ra.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022, bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, gia công, đo kiểm bằng thiết bị chuyên dụng như máy đo microscope SomeTech-SV55, máy đo dao Zoller-smille 400 và máy đo độ nhám Mitutoyo SJ200.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến độ nhám và độ chính xác: Cường độ dòng điện là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt và sai lệch đường kính đỉnh ren. Khi tăng cường độ dòng điện từ 1 Amper lên 5 Amper, độ nhám Ra tăng từ khoảng 1,2 µm lên 3,5 µm, sai lệch đường kính đỉnh ren tăng từ 0,01 mm lên 0,04 mm, tương ứng tăng 190% và 300%.

2. Ảnh hưởng của thời gian xung điện: Thời gian xung điện tăng làm tăng độ nhám và độ mòn điện cực. Thời gian xung tăng từ 5 µs lên 45 µs, độ nhám tăng khoảng 150%, độ mòn điện cực tăng 120%. Thời gian xung cũng ảnh hưởng đến thời gian gia công, kéo dài từ 0,8 giờ lên 1,5 giờ.

3. Ảnh hưởng của thời gian xuống điện cực: Thời gian xuống điện cực ảnh hưởng chủ yếu đến độ mòn góc đỉnh ren và thời gian gia công. Khi thời gian xuống tăng từ 20% lên 50%, độ mòn góc đỉnh ren tăng 80%, thời gian gia công tăng 60%.

4. Phương trình hồi quy và phân tích S/N: Phân tích S/N cho thấy cường độ dòng điện chiếm tỷ lệ ảnh hưởng lớn nhất (khoảng 45%) đến độ nhám, tiếp theo là thời gian xung (35%) và thời gian xuống điện cực (20%). Phương trình hồi quy bậc hai được xây dựng với hệ số xác định R² trên 90%, cho phép dự đoán chính xác các chỉ tiêu đầu ra dựa trên thông số đầu vào.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc tăng độ nhám và sai lệch kích thước khi tăng cường độ dòng điện là do năng lượng phóng điện lớn hơn, tạo ra các hạt kim loại nóng chảy và bốc hơi với kích thước lớn hơn, làm bề mặt gia công trở nên gồ ghề hơn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây trên vật liệu khác như Ti6Al4V và thép AISI M2.

Thời gian xung điện dài hơn làm tăng lượng nhiệt truyền vào phôi và điện cực, dẫn đến tăng độ mòn điện cực và kéo dài thời gian gia công. Thời gian xuống điện cực ảnh hưởng đến khả năng đẩy phoi ra khỏi vùng gia công, thời gian xuống ngắn có thể gây hiện tượng kẹt phoi, làm giảm chất lượng bề mặt và tăng độ mòn góc đỉnh ren.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ Pareto thể hiện tỷ lệ ảnh hưởng của từng thông số đến các chỉ tiêu chất lượng, biểu đồ S/N cho từng thông số đầu ra, và bảng phân tích phương sai ANOVA minh họa mức độ ý nghĩa thống kê của các yếu tố.

Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn thông số công nghệ tối ưu, cân bằng giữa chất lượng bề mặt, độ chính xác và hiệu quả gia công, đặc biệt cho chi tiết ren undercut trên vật liệu thép 2083.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu cường độ dòng điện: Giảm cường độ dòng điện xuống mức khoảng 1-3 Amper để giảm độ nhám và sai lệch kích thước, đồng thời hạn chế độ mòn điện cực. Chủ thể thực hiện: kỹ sư công nghệ gia công, trong vòng 1 tháng.

2. Điều chỉnh thời gian xung điện hợp lý: Giữ thời gian xung trong khoảng 5-25 µs để cân bằng giữa tốc độ gia công và chất lượng bề mặt. Thời gian xung quá dài làm tăng độ mòn điện cực và thời gian gia công. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên vận hành máy, áp dụng ngay trong quy trình sản xuất.

3. Kiểm soát thời gian xuống điện cực: Giữ thời gian xuống điện cực ở mức 20-35% giây để giảm độ mòn góc đỉnh ren và tránh hiện tượng kẹt phoi, nâng cao độ ổn định quá trình gia công. Chủ thể thực hiện: bộ phận lập trình CNC, trong vòng 2 tuần.

4. Áp dụng phần mềm phân tích và mô hình hồi quy: Sử dụng phần mềm Minitab hoặc tương tự để phân tích dữ liệu thực tế và điều chỉnh thông số công nghệ theo phương trình hồi quy đã xây dựng, giúp tối ưu hóa liên tục quy trình gia công. Chủ thể thực hiện: phòng nghiên cứu và phát triển, trong 3 tháng tới.

5. Đào tạo nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng gia công EDM, giúp nhân viên hiểu và vận dụng hiệu quả các kiến thức nghiên cứu. Chủ thể thực hiện: phòng nhân sự và đào tạo, trong 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư công nghệ gia công cơ khí: Nắm bắt các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gia công EDM, áp dụng tối ưu thông số công nghệ để nâng cao hiệu quả sản xuất.

2. Nhà quản lý sản xuất trong ngành khuôn mẫu: Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí và chất lượng sản phẩm, từ đó đưa ra các quyết định đầu tư và cải tiến quy trình hợp lý.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tham khảo phương pháp thiết kế thí nghiệm Taguchi, phân tích dữ liệu bằng Minitab và ứng dụng thực tiễn trong gia công EDM.

4. Nhà cung cấp máy móc và thiết bị EDM: Cập nhật các yêu cầu kỹ thuật và xu hướng tối ưu hóa thông số công nghệ, hỗ trợ khách hàng nâng cao hiệu suất máy móc.

Luận văn cung cấp các dữ liệu thực nghiệm cụ thể, phương pháp phân tích khoa học và kết quả ứng dụng thực tế, giúp các đối tượng trên có thể áp dụng hiệu quả trong công việc và nghiên cứu.

Câu hỏi thường gặp

1. Gia công EDM có ưu điểm gì so với phương pháp truyền thống?
   Gia công EDM có thể gia công các vật liệu cứng, hình dạng phức tạp mà phương pháp truyền thống không thực hiện được. Ngoài ra, không có lực cơ học tác động nên giảm biến dạng chi tiết, phù hợp với các chi tiết khuôn mẫu chính xác.

2. Các thông số công nghệ nào ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng bề mặt?
   Cường độ dòng điện và thời gian xung điện là hai thông số ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt. Tăng cường độ dòng điện và thời gian xung làm tăng độ nhám và độ mòn điện cực.

3. Phương pháp Taguchi giúp gì trong nghiên cứu này?
   Phương pháp Taguchi giúp thiết kế thí nghiệm hiệu quả với số lượng thí nghiệm tối thiểu, phân tích ảnh hưởng của từng thông số và tối ưu hóa các thông số công nghệ dựa trên tỷ số tín hiệu/nhiễu (S/N).

4. Làm thế nào để giảm độ mòn điện cực trong gia công EDM?
   Giảm cường độ dòng điện và thời gian xung, đồng thời kiểm soát thời gian xuống điện cực hợp lý giúp giảm độ mòn điện cực, kéo dài tuổi thọ điện cực và nâng cao chất lượng gia công.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các vật liệu khác không?
   Mặc dù nghiên cứu tập trung trên thép 2083, các nguyên lý và phương pháp phân tích có thể áp dụng cho các vật liệu dẫn điện khác, tuy nhiên cần thực hiện thí nghiệm bổ sung để điều chỉnh thông số phù hợp.

Kết luận

• Gia công EDM là phương pháp hiệu quả để gia công chi tiết ren undercut trên vật liệu thép 2083 với độ cứng cao và hình dạng phức tạp.
• Cường độ dòng điện, thời gian xung và thời gian xuống điện cực là các thông số công nghệ chính ảnh hưởng đến độ nhám, độ chính xác, độ mòn điện cực và thời gian gia công.
• Phương pháp Taguchi kết hợp phân tích S/N và ANOVA giúp xác định mức độ ảnh hưởng và tối ưu hóa các thông số công nghệ.
• Phương trình hồi quy bậc hai được xây dựng có độ chính xác cao, hỗ trợ dự đoán và điều chỉnh quy trình gia công.
• Đề xuất các giải pháp tối ưu thông số công nghệ và đào tạo nhân viên nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất trong ngành cơ khí khuôn mẫu.

Tiếp theo, các nhà công nghệ và kỹ sư nên áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các vật liệu và chi tiết phức tạp hơn nhằm nâng cao năng lực gia công EDM. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, liên hệ với phòng nghiên cứu công nghệ gia công tại Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Trang 4 HVTH: Nguyễn Văn Trọng Ân GVHD: TS. Tôn Thiện Phương - Gia công các lỗ có đường kính nhỏ Ø 0,15mm của các vòi phun cao áp có năng suất cao (từ 15 đến 30s/chiếc), gia công lỗ sâu từ 60mm cho sai số 5µm. Các lỗ Ø 0,05mm – 1mm với chiều sâu lớn như các lỗ làm mát trong cánh tuabin làm bằng hợp kim siêu cứng, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lên đến 67. - Lấy các dụng cụ bị gãy và kẹp trong chi tiết (bulông, tarô…) - Gia công những chi tiết có độ cứng cao yêu cầu gia công chính xác trong sản xuất khuôn mẫu.Tình hình nghiên cứu Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng và chi phí gia công bằng tia lửa điện được các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước đặc biệt quan tâm.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu trên nhiều vật liệu khác nhau để phân tích xu hướng ảnh hưởng của các thông số. Các nghiên cứu được trình bày bên dưới. Sahu và các cộng sự [2] đã tiến hành nghiên cứu trên vật liệu Ti6Al4-V và sử dụng điện cực đồng. Với thông số đầu vào của thí nghiệm như cường độ dòng điện, hiệu điện thế, thời gian xung, áp lực phun dung môi.

Các kết luận đưa ra từ thí nghiệm: năng suất gia công (MRR) và độ nhám tăng lên khi tăng các yếu tố theo thứ tự ảnh hưởng cường độ dòng điện, hiệu điện thế, thời gian xung và áp suất phun. Tỉ lệ bốc tách vật liệu giảm khi tăng áp suất phun dung môi. Bên cạnh đó, tác giả I. Puertas và các cộng sự [2] đã phân tích các thông số EDM ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, tốc độ bốc tách vật liệu (MRR) và nghiên cứu thêm độ mòn điện cực (EW), đã được tiến hành thực nghiệm trên vật liệu 94WC–6Co và sử dụng vật liệu đồng làm điện cực.

Với thông số đầu vào của thí nghiệm: cường độ dòng điện, thời gian xung (Ton), hệ số chu kì làm việc (Duty Cycle). Các kết luận đưa ra từ thí nghiêm: Đối với độ nhám, cường độ dòng điện ảnh hưởng lớn nhất, tiếp theo là thời gian xung, hệ số chu kỳ làm việc không ảnh hưởng. Tỉ lệ bóc tách vật liêu cao khi tăng cường độ dòng điện và hệ số chu lỳ làm việc. Độ mòn điện cực tăng cường độ dòng điện và thời gian xung lớn.

Chương 1 Trang 5 HVTH: Nguyễn Văn Trọng Ân GVHD: TS. Tôn Thiện Phương Khía cạnh khác, tác giả T. Ablyaz và các cộng sự [3] đã nghiên cứu ảnh hưởng của năng lượng phóng điện EDM tương quan đến độ sâu vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) , đã tiến hành thực nghiệm trên hợp kim thép 40CrNi sử dụng điện cực đồng. Với thông số đầu vào: cường độ dòng điện (Amper), thời gian xung (Ton), hiệu điện thế (V).

Các kết luận đưa ra: cường độ dòng điện và hiệu điện thể ảnh hưởng đến chiều sâu vùng ảnh hưởng nhiệt, cường độ dòng điện cao dẫn đến năng lượng tia lửa điện cao và hiệu quả trong bốc tách vật liệu. Ali và các cộng sự [4] đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số EDM đến tốc độ bốc tách vật liệu đối với vật liệu BeCu sử dụng điện cực đồng. Với các thông số đầu vào của thí nghiệm: cường độ dòng điện, điện áp, thời gian xung (Ton), thời gian ngắt xung (Toff). Các kết luận đưa ra từ thí nghiệm: Điện áp là yếu tố ít quan trọng hơn, cường độ dòng điện là yếu tố quan trọng nhất.

Giá trị MRR cao hơn có thể đạt được khi kết hợp cài đặt mức cao của dòng điện và xung thời gian. Tia lửa lưu trữ có năng lượng cao hơn được tạo ra khi tăng dòng điện cực đại, sau đó nhiệt lượng được tạo ra nhiều hơn và lượng nhiệt đáng kể được sử dụng để loại bỏ vật liệu. Soundhar và các cộng sự [5] đã tiến hành nghiên cứu trên vật liệu hợp kim titanium (Ti-13Nb-13Zr) sử dụng điện cực graphite làm dụng cụ. Với các thông số đầu vào như: điện áp, cường độ dòng điện, thời gian xung (Ton), Thời gian ngắt xung (Toff).

Các kết luận đưa ra từ thí nghiệm này: tăng tỉ lệ bốc vật liêu (MRR) khi tăng cường độ dòng điện, điện áp và thời gian xung; độ mòn điện cực bị ảnh hưởng bởi cường độ dòng điện, thời gian xung (Ton), thời gian ngắt xung (Toff), trong khi đó điện áp không ảnh hưởng; Độ nhám bề mặt ảnh hưởng bởi các yếu tố: cường độ dòng điện, điện áp, thời gian xung (Ton), còn thời gian ngắt xung (Toff) không ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt. Tác giả Nguyễn Phan Hữu và các cộng sự [6] đã tiến hành nghiên cứu trên vật liệu SKD61 sử dụng điện cực đồng làm dụng cụ,để nghiên cứu sự ảnh hưởng của cường dòng điện, thời gian xung (Ton), thời gian ngắt xung (Toff), Tần số (f) tác động lên tỉ lệ bóc tách vật liệu (MRR) và độ nhám bề mặt. Các kết luận đưa ra: Cường độ dòng điện, Chương 1 Trang 6 HVTH: Nguyễn Văn Trọng Ân GVHD: TS. Tôn Thiện Phương thời gian xung và tần số ảnh hưởng tỉ lệ thuận đến MRR và độ nhám; Thời gian ngắt xung tỉ lệ nghịch với MRR nhưng không ảnh hưởng đến độ nhám.

Tác giả Prasanna và các cộng sự [7] đã tiến hành nghiên cứu trên vật liệu nhôm 7075 sử dụng điện cực đồng làm dụng cụ, để tối ưu hóa các thông số trong quá trình gia công EDM. Với các thông số đầu vào: cường độ dòng điện, thời gian xung (Ton), thời gian ngắt xung (Toff), hiệu điện thế. Các kết luận đưa ra: dòng điện và thời gian xung tăng tỉ lệ bóc tách vật liệu (MRR), độ mòn điện cực (EW) và độ nhám bề mặt tăng đáng kể; thời gian ngắt xung tăng thì MRR giảm.2 thấy rằng, độ nhám bề mặt tỷ lệ với dòng điện. Khi dòng điện tăng lên không đổi điện áp, chiều cao của miệng núi lửa tăng lên do sự gia tăng năng lượng của xung và do đó nó dẫn đến sự gia tăng bề mặt độ nhám.2 Phân tích tỉ số S/N Tối ưu các thông số là dòng điện 12Amps, Xung thời gian 15μs, Thời gian tắt xung 1μs và Điện áp 35V, bằng cách sử dụng phương pháp Taguchi Tác giả Dhiraj Kumar và các cộng sự [8] đã tiến hành nghiên cứu gia công EDM trên vật liệu thép AISI M2, sử dụng điện cực đồng-vonfram làm dụng cụ.

Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng phương pháp Taguchi để kiểm tra khả năng tối ưu hóa các đặc tính hiệu suất đầu ra: tỉ lệ bốc tách vật liệu-MRR, tỉ lệ mòn điện cực (EWR); trên cơ sở tác động các thông số đầu vào: dòng điện (Ip), thời gian xung (time on), khoảng cách xung (Spark gap). Các kết luận đưa ra từ thí nghiệm: MRR giảm khi tăng thời gian xung, MRR tăng khi tăng dòng điện và khe hở đánh lửa; EWR giảm khi tăng khe hở đánh lửa và thời gian xung. Độ nhám tăng lên khi tăng thời gian xung và dòng điện. Tùy thuộc vào các đặc tính hiệu suất được yêu cầu, quan sát thấy rằng cả hai kỹ thuật đều thuận tiện để thiết lập Chương 1 Trang 7 HVTH: Nguyễn Văn Trọng Ân GVHD: TS.

Tôn Thiện Phương kết quả có thể đạt được cho sự kết hợp các tham số đầu vào. Sử dụng điện cực vonfram – thori để gia công EDM cho mẫu thí nghiệm thép AISI M2, kết luận của công việc nghiên cứu này sẽ giúp cải thiện chất lượng cho quy trình công nghiệp. Qua các nghiên cứu trên các tạp chí khoa học đã có nhiều nghiên cứu tìm ảnh hưởng của các thông số khác nhau đối với các vật liệu khác nhau trong gia công EDM. Phần lớn các nghiên cứu tập trung trên những chi tiết có biên dạng mặt phẳng đơn giản.

Bên cạnh, chưa có bài báo nào nghiên cứu biên dạng ren undercut trên vật liệu làm khuôn ép nhựa 2083. Vì vậy việc nghiên cứu đối với vật liệu thép 2083 ứng dụng rộng rãi trong ngành khuôn mẫu là một yêu cầu rất thiết thực. Việc nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ nhám, độ chính xác của chi tiết dạng ren undercut gia công bằng phương pháp EDM là chưa được thực hiện. Tính cấp thiết của đề tài Trong lĩnh vực gia công cơ khí khuôn mẫu, việc gia công các chi tiết ren sản phẩm nhựa là rất phổ biến.

Các ren sản phẩm thường có độ phức tạp: đường kính đỉnh ren nhỏ, chiều sâu của ren lớn, bề rộng ren nhỏ, việc áp dụng phương pháp gia công cắt gọt thông thường như tiện, phay là không thể gia công hoặc năng suất gia công thấp, tăng chi phí sản xuất và chất lượng gia công không ổn định. Gia công bằng phương pháp EDM có thể gia công định hình được các ren có độ phức tạp, các chi tiết có độ cứng cao với độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Tuy nhiên, gia công EDM sẽ tốn nhiều thời gian, tăng chi phí và ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết nếu không tính toán lựa chọn chế độ gia công hợp lý. Với các lý do nêu trên, việc phân tích xu hướng ảnh hưởng của các thông số công nghệ và đưa ra phương trình hồi quy để các nhà công nghệ tính toán và lựa chọn phù hợp với các mục tiêu đầu ra là vô cùng cần thiết.

Chương 1 Trang 8 HVTH: Nguyễn Văn Trọng Ân GVHD: TS. Tôn Thiện Phương CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Nguyên lý hoạt động Gia công EDM là phương pháp gia công phi truyền thống, dựa trên quá trình điện nhiệt, là quá trình phóng điện tạo ra dòng plasma sinh ra nhiệt tác động lên bề mặt vật liệu gia công, làm cho lớp vật liệu bị lấy đi bị nóng chảy hoặc bốc hơi ra khỏi vùng gia công, được thể hiện ở Hình 2.1 Quá trình gia công edm [9] + Nguyên lý gia công tia lửa điện (EDM) hay ăn mòn điện là sự ăn mòn kim loại bằng tia lửa điện. Một chu kỳ phóng điện được tóm tắt qua 9 bước: [10] + Điện cực di chuyển tới phôi trong trạng thái dò tìm bề mặt phôi.

Lúc này hiệu điện thế cao, dòng điện bằng 0. + Xuất hiện điện trường giữa khe hở của điện cực và phôi. Các bề mặt của điện cực và phôi không hoàn toàn phẳng, điện trường sẽ mạnh nhất ở hai điểm gần nhau nhất. Lúc này chất điện môi bị ion hóa, trở nên phân cực khi điện trở giảm.

Hiệu điện thế mất đi. + Bắt đầu “On Time”. Khi khe hở giữa điện cực và phôi đủ bé, xuất hiện tia lửa phóng điện từ điện cực qua dung môi đến bề mặt phôi, làm bốc hơi phôi. Lúc này điện áp tăng, dòng điện tăng.