Luận án tiến sĩ: Đánh giá chất lượng bề mặt thép SKD61 chưa tôi bằng phương pháp xung tia lửa điện trong môi trường dung dịch điện môi chứa bột cacbít vônphram

• Tác giả: Lê Văn Tạo
• Người hướng dẫn: TS Trần Xuân Thái
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Đánh Giá Chất Lượng Bề Mặt Thép SKD61 Chưa TôI Bằng Phương Pháp Xung Tia Lửa Điện Trong Môi Trường Dung Dịch Điện Môi Có Chứa Bột Cacbít Vônphram
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• 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. Khả năng bóc tách vật iệu (MRR) và độ mòn điện cực (TWR) của phƣơng pháp PMEDM
• 1.8. Khả năng cải thiện chất ƣợng bề mặt chi tiết của phƣơng pháp PMEDM
• 1.9. 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
• 3.2.1. Hệ thống thí nghiệm
• 3.2.2. Thiết bị đo, kiểm tra
• 3.3. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra
• 3.3.1. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ nhám bề mặt
• 3.3.2. So sánh độ nhám bề mặt giữa phƣơng pháp PMEDM và EDM. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi nhiều nhất
• 3.3.3. Nghiên cứu thực nghiệm tại các chế độ có độ nhám bề mặt thay đổi ít nhất
• 3.3.4. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của dòng phóng điện Ip và nồng độ bột tới độ nhám bề mặt
• 3.4. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới độ nhám bề mặt Ra
• 3.5. 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
• 4.2.1. Hệ thống thí nghiệm
• 4.2.2. Thiết bị đo, kiểm tra
• 4.3. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới sự xâm nhập của nguyên tố Vônphram vào bề mặt SKD61
• 4.3.1. 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
• 4.3.2. 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
• 4.4. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới hàm ƣợng Vônphram xâm nhập vào bề mặt
• 4.5. Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt SKD61
• 4.5.1. Ảnh hƣởng của thời gian phát xung Ton và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt SKD61
• 4.5.2. Ảnh hƣởng dòng phóng tia lửa điện Ip và nồng độ bột tới độ cứng tế vi (HV) bề mặt SKD61
• 4.6. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng tới độ cứng tế vi bề mặt
• 4.7. Ảnh chụp tổ chức pha Cacbít v nphram ớp bề mặt gia công bằng phƣơng pháp PMEDM
• 4.8. Kết luận chƣơng 4
• KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN N VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• 1.1. KẾT LUẬN CHUNG
• 1.2. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

I. Giới thiệu về thép SKD61 và công nghệ xung tia lửa điện

Thép SKD61 là một loại vật liệu dụng cụ phổ biến trong ngành cơ khí, đặc biệt trong sản xuất khuôn mẫu và các chi tiết chịu mài mòn cao. Với các đặc tính cơ học tốt, thép SKD61 được ưa chuộng trong các ứng dụng yêu cầu độ bền và độ cứng cao. Công nghệ xung tia lửa điện (EDM) là một phương pháp gia công phi truyền thống, sử dụng các xung điện để loại bỏ vật liệu từ bề mặt chi tiết. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả với các vật liệu cứng và phức tạp như thép SKD61. Tuy nhiên, EDM truyền thống có những hạn chế như độ nhám bề mặt cao và tốc độ gia công chậm.

1.1. Ứng dụng của thép SKD61 trong công nghiệp

Thép SKD61 được sử dụng rộng rãi trong sản xuất khuôn dập, khuôn đúc, và các chi tiết máy yêu cầu độ bền cao. Với khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn tốt, thép SKD61 là lựa chọn hàng đầu trong các ngành công nghiệp ô tô, hàng không, và điện tử. Việc cải thiện chất lượng bề mặt của thép SKD61 thông qua các phương pháp gia công tiên tiến như xung tia lửa điện là một hướng nghiên cứu quan trọng.

1.2. Nguyên lý hoạt động của công nghệ xung tia lửa điện

Công nghệ xung tia lửa điện (EDM) hoạt động dựa trên nguyên lý phóng điện giữa điện cực và chi tiết gia công trong môi trường dung dịch điện môi. Khi xung điện được phóng ra, năng lượng nhiệt sinh ra làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu từ bề mặt chi tiết. Phương pháp này cho phép gia công các vật liệu cứng và phức tạp mà không gây biến dạng cơ học.

II. Phương pháp gia công xung tia lửa điện có trộn bột cacbít vônphram

Phương pháp gia công xung tia lửa điện có trộn bột (PMEDM) là một cải tiến của EDM truyền thống, trong đó bột cacbít vônphram được thêm vào dung dịch điện môi để cải thiện chất lượng bề mặt và tốc độ gia công. Bột cacbít vônphram có khả năng tăng cường độ cứng và độ bền của bề mặt chi tiết, đồng thời giảm độ nhám bề mặt. Phương pháp này đã được chứng minh là hiệu quả trong việc tối ưu hóa bề mặt và cải thiện độ bền của các chi tiết gia công.

2.1. Vai trò của bột cacbít vônphram trong PMEDM

Bột cacbít vônphram đóng vai trò quan trọng trong quá trình PMEDM bằng cách tăng cường độ dẫn điện và nhiệt của dung dịch điện môi. Khi được trộn vào dung dịch, bột cacbít vônphram giúp phân tán năng lượng phóng điện đồng đều hơn, từ đó giảm thiểu các vết nứt và lỗ hổng trên bề mặt chi tiết. Ngoài ra, bột cacbít vônphram còn tham gia vào quá trình hình thành lớp phủ bề mặt, giúp tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn.

2.2. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt

Các thông số công nghệ như thời gian phát xung (Ton), dòng phóng điện (Ip), và nồng độ bột cacbít vônphram có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt gia công. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tăng nồng độ bột cacbít vônphram và điều chỉnh các thông số phóng điện phù hợp có thể giảm độ nhám bề mặt và tăng độ cứng tế vi của thép SKD61.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng PMEDM với bột cacbít vônphram trong dung dịch điện môi giúp cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt của thép SKD61. Cụ thể, độ nhám bề mặt (Ra) giảm đáng kể so với phương pháp EDM truyền thống, đồng thời độ cứng tế vi (HV) của bề mặt tăng lên đáng kể. Những kết quả này mở ra tiềm năng lớn cho việc ứng dụng PMEDM trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác và độ bền cao.

3.1. Đánh giá độ nhám bề mặt

Kết quả nghiên cứu cho thấy độ nhám bề mặt (Ra) của thép SKD61 giảm đáng kể khi sử dụng PMEDM với bột cacbít vônphram. Điều này được giải thích bởi sự phân tán đồng đều của năng lượng phóng điện và sự hình thành lớp phủ bề mặt từ bột cacbít vônphram. Các thông số như Ton và Ip cũng được tối ưu hóa để đạt được độ nhám thấp nhất.

3.2. Ứng dụng trong công nghiệp

Phương pháp PMEDM với bột cacbít vônphram đã được ứng dụng thành công trong sản xuất các chi tiết khuôn mẫu và các bộ phận máy yêu cầu độ bền cao. Việc cải thiện chất lượng bề mặt và độ cứng của thép SKD61 giúp kéo dài tuổi thọ của các chi tiết và giảm chi phí bảo trì trong các ngành công nghiệp.