Nghiên cứu đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 bằng phương pháp xung tia lửa điện trong môi trường dung dịch điện môi chứa bột cacbít vônphram

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

PHẦN MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

1.2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu

1.2.1. Mục đích của đề tài

1.2.2. Đối tƣợng nghiên cứu

1.2.3. Phạm vi nghiên cứu

1.2.4. Nội dung nghiên cứu

1.2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu

1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1. Ý nghĩa khoa học

1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn

1.4. Các đóng góp mới của luận án

1.5. Nội dung của luận án

1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PH P GIA C NG TIA ỬA ĐIỆN

1.1. Lịch sử hình thành, sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện

1.1.1. Lịch sử hình thành

1.1.2. Sự phát triển của phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện

1.2. Xung định hình (Die Sinking EDM hay Ram-EDM)

1.3. Cắt dây bằng tia ửa điện (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM)

1.4. Gia c ng EDM rung điện cực với tần số siêu âm (Ultrasonic vibration)

1.5. Phƣơng pháp gia c ng tia ửa điện có trộn bột (PMEDM- Powder Mixed Electrical Discharge Machining)

1.6. Nguyên lý, trang thiết bị phƣơng pháp PMEDM

1.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu phƣơng pháp EDM và PMEDM

1.7.1. Khả năng bóc tách vật iệu (MRR) và độ mòn điện cực (TWR) của phƣơng pháp PMEDM

1.7.2. Khả năng cải thiện chất ƣợng bề mặt chi tiết của phƣơng pháp PMEDM

1.8. Kết luận chƣơng 1:

2. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN VÀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT

2.1. Cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện

2.1.1. Bản chất vật lý của quá trình phóng tia lửa điện

2.1.2. Cơ chế tách vật liệu

2.1.3. Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện

2.1.4. ƣợng hớt vật liệu

2.1.5. Chất lƣợng bề mặt sau gia công

2.1.6. Sự mòn điện cực

2.1.7. Chất điện môi

2.1.7.1. Nhiệm vụ cơ bản của chất điện m i

2.1.7.2. Các oại chất điện m i

2.2. Cơ sở lý thuyết gia công tia lửa điện có trộn bột

2.2.1. Vai trò của hạt bột trong quá trình phóng tia lửa điện

2.2.2. Sự cách điện của dung dịch điện môi

2.2.3. Độ lớn khe hở phóng điện. Độ rộng của kênh plasma. Số ƣợng tia lửa điện

2.2.4. Cơ sở lý thuyết sự xâm nhập của bột trộn trong dung môi vào bề mặt chi tiết trong quá trình PMEDM

2.2.5. Sự iên kết của các phản ứng hóa học và sự hấp phụ bay hơi của quá trình vật

2.3. Kết luận chƣơng 2:

3. CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT

3.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

3.2. Điều kiện thực nghiệm khảo sát

3.3. Hệ thống thí nghiệm

3.4. Thiết bị đo, kiểm tra

3.5. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra

3.5.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ nhám bề mặt

3.5.2. So sánh độ nhám bề mặt giữa phƣơng pháp PMEDM và EDM

3.5.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi nhiều nhất

3.5.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi ít nhất

3.5.3. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng điện Ip và nồng độ bột tới độ nhám bề mặt

3.5.4. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra

3.6. Kết luận chƣơng 3:

4. CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ NỒNG ĐỘ BỘT CACBÍT VÔNPHRAM TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI TỚI SỰ XÂM NHẬP CỦA V NPHRAM VÀ ĐỘ CỨNG TẾ VI BỀ MẶT CHI TIẾT

4.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

4.2. Điều kiện thực nghiệm khảo sát

4.3. Hệ thống thí nghiệm

4.4. Thiết bị đo, kiểm tra

4.5. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới sự xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61

4.5.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới sự xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61

4.5.2. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng tia ửa điện Ip và nồng độ bột tới sự xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61

4.5.3. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới hàm ƣợng Vônphram xâm nhập vào bề mặt

4.6. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt SKD61

4.6.1. Ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt SKD61

4.6.2. Ảnh hƣởng dòng phóng tia lửa điện Ip và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt SKD61

4.6.3. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi bề mặt

4.6.4. Ảnh chụp tổ chức pha Cacbít v nphram ớp bề mặt gia công bằng phƣơng pháp PMEDM

4.7. Kết luận chƣơng 4:

KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN N VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

4.8. KẾT LUẬN CHUNG

4.9. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

LỜI CẢM ƠN

I. Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá chất lượng bề mặt của thép SKD61 thông qua phương pháp xung tia lửa điện trong môi trường dung dịch điện môi có chứa bột cacbít vônphram. Thép SKD61 là một loại thép dụng cụ có tính chất cơ học tốt, thường được sử dụng trong sản xuất khuôn mẫu. Việc cải thiện chất lượng bề mặt của thép SKD61 không chỉ giúp tăng độ bền mà còn nâng cao khả năng chống mài mòn. Phương pháp xung tia lửa điện (EDM) đã được chứng minh là một công nghệ hiệu quả trong việc gia công các vật liệu cứng, tuy nhiên, chất lượng bề mặt sau gia công vẫn còn là một vấn đề cần được nghiên cứu sâu hơn. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và đưa ra các giải pháp cải thiện.

1.1. Tính chất của thép SKD61

Thép SKD61 có thành phần hóa học đặc biệt, bao gồm các nguyên tố như C, Si, Mn, Cr, Mo, và V, giúp tăng cường độ cứng và khả năng chịu mài mòn. Đặc tính này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và độ bền lâu dài. Việc sử dụng bột cacbít vônphram trong quá trình gia công có thể tạo ra một lớp bề mặt cứng hơn, từ đó cải thiện khả năng chống mài mòn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc trộn bột vào dung dịch điện môi không chỉ làm tăng hiệu quả gia công mà còn cải thiện đáng kể độ nhám bề mặt của sản phẩm cuối cùng.

II. Phương pháp xung tia lửa điện

Phương pháp xung tia lửa điện (EDM) là một trong những công nghệ gia công phi truyền thống, cho phép xử lý các vật liệu cứng mà không làm hỏng cấu trúc của chúng. Nguyên lý hoạt động của EDM dựa trên việc tạo ra các xung điện giữa điện cực và phôi, dẫn đến sự phóng điện và làm nóng chảy vật liệu tại điểm tiếp xúc. Sự kết hợp giữa EDM và bột cacbít vônphram trong dung dịch điện môi đã mở ra một hướng đi mới trong việc cải thiện chất lượng bề mặt. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc sử dụng bột này không chỉ làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu mà còn giảm độ nhám bề mặt, từ đó nâng cao độ bền của sản phẩm.

2.1. Nguyên lý hoạt động của EDM

Nguyên lý hoạt động của EDM bao gồm việc tạo ra các xung điện giữa điện cực và phôi, dẫn đến sự phóng điện và làm nóng chảy vật liệu tại điểm tiếp xúc. Quá trình này diễn ra liên tục và tạo ra các lỗ nhỏ trên bề mặt phôi, từ đó hình thành các chi tiết theo yêu cầu. Việc sử dụng bột cacbít vônphram trong dung dịch điện môi giúp cải thiện khả năng dẫn điện và tăng cường hiệu quả gia công. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự có mặt của bột này không chỉ làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu mà còn cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt của sản phẩm cuối cùng.

III. Ảnh hưởng của nồng độ bột cacbít vônphram

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ của bột cacbít vônphram trong dung dịch điện môi có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi của thép SKD61. Các thí nghiệm cho thấy rằng, khi nồng độ bột tăng lên, độ nhám bề mặt giảm xuống, đồng thời độ cứng tế vi cũng được cải thiện. Điều này cho thấy rằng việc tối ưu hóa nồng độ bột là rất quan trọng trong quá trình gia công. Các thông số như thời gian phát xung và cường độ dòng điện cũng cần được điều chỉnh để đạt được kết quả tốt nhất.

3.1. Tối ưu hóa nồng độ bột

Việc tối ưu hóa nồng độ bột cacbít vônphram trong dung dịch điện môi là một yếu tố quan trọng trong quá trình gia công. Nghiên cứu cho thấy rằng, nồng độ bột từ 20g/l đến 60g/l mang lại hiệu quả tốt nhất về độ nhám bề mặt và độ cứng tế vi. Các thí nghiệm thực tế đã chỉ ra rằng, khi nồng độ bột tăng lên, độ nhám bề mặt giảm xuống, đồng thời độ cứng tế vi cũng được cải thiện. Điều này cho thấy rằng việc điều chỉnh nồng độ bột là cần thiết để đạt được chất lượng bề mặt mong muốn.

IV. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp xung tia lửa điện kết hợp với bột cacbít vônphram có thể cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt của thép SKD61. Các kết quả thu được từ nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành công nghiệp chế tạo. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số công nghệ khác để nâng cao hiệu quả gia công, cũng như nghiên cứu thêm về các loại bột khác có thể sử dụng trong quá trình PMEDM.

4.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số công nghệ khác để nâng cao hiệu quả gia công. Việc nghiên cứu thêm về các loại bột khác có thể sử dụng trong quá trình PMEDM cũng là một hướng đi tiềm năng. Các nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện chất lượng bề mặt mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của phương pháp này trong các lĩnh vực khác nhau của ngành công nghiệp chế tạo.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí: Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 chưa tôi bằng phương pháp xung tia lửa điện