Nghiên cứu gia công tia lửa điện trong dung dịch có bột titan

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

2.1. Mục đích nghiên cứu

2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

3. Phƣơng pháp nghiên cứu

4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

5. Những đóng góp mới của luận án

6. Cấu trúc nội dung luận án

1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN (EDM) VÀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT (PMEDM)

1.1. Khái quát về phƣơng pháp xung định hình

1.2. Nguyên lý gia công EDM

1.3. Nguyên lý gia công PMEDM

1.3.1. Sự phát triển công nghệ và những nghiên cứu trong lĩnh vực PMEDM

1.3.1.1. Tình hình nghiên cứu PMEDM trên thế giới:

1.4. Hƣớng khảo sát trong PMEDM

1.5. Ảnh hƣởng của vật liệu bột và nồng độ bột đến PMEDM

1.6. Tình hình nghiên cứu PMEDM trong nƣớc

1.7. Ứng dụng của phƣơng pháp gia công xung PMEDM

1.8. Nâng cao chất lƣợng bề mặt xung định hình với phƣơng pháp rung

1.9. Kết luận chƣơng 1

2. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT TÍCH HỢP RUNG ĐỘNG

2.1. Các thông số công nghệ trong PMEDM có tích hợp rung động

2.1.1. Các thông số công nghệ của phƣơng pháp xung định hình

2.1.2. Điện áp phóng tia lửa điện

2.1.3. Cƣờng độ dòng điện

2.1.4. Thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung

2.1.5. Dạng sóng xung. Sự phân cực

2.1.6. Khe hở phóng điện()

2.1.7. Dung dịch điện môi

2.1.8. Ảnh hƣởng bột trộn trong dung dịch điện môi trong EDM (PMEDM)

2.2. Lực tác động lên hạt bột trong dung dịch điện môi

2.3. Ảnh hƣởng của bột đến độ bền cách điện của dung dịch điện môi

2.4. Ảnh hƣởng của bột đến độ lớn khe hở phóng điện

2.5. Ảnh hƣởng của bột đến điện dung

2.6. Ảnh hƣởng của bột đến đƣờng kính plasma hồ quang

2.7. Ảnh hƣởng của rung động gán vào phôi trong EDM

2.7.1. Mô hình toán học của tấm rung động

2.8. Khoảng cách khe hở và áp suất vòi phun trong EDM với rung động gán vào phôi

2.9. Mô hình hóa sự thay đổi của áp suất dung dịch điện môi trong khe hở điện cực – phôi có hỗ trợ rung động

2.10. Tích hợp rung động siêu âm vào điện cực

2.11. Tích hợp rung động tần số thấp vào phôi

3. CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỘT VÀ RUNG ĐỘNG ĐẾN HIỆU QUẢ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN

3.1. Điều kiện thực nghiệm khảo sát

3.2. Vật liệu thí nghiệm

3.3. Dung dịch điện môi

3.4. Thiết bị thực nghiệm

3.4.1. Máy xung định hình

3.4.2. Thiết bị tạo rung

3.4.3. Sơ đồ gán rung động trong xung định hình

3.4.4. Cân điện tử

3.5. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ bột trong gia công PMEDM

3.6. Nghiên cứu ảnh hƣởng của áp suất dòng phun dung môi trong gia công PMEDM

3.7. Nghiên cứu ảnh hƣởng PMEDM tích hợp rung động đến chi tiết gia công

3.7.1. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến năng suất bóc tách và độ mòn điện cực

3.7.2. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A của rung động đến năng suất MRR

3.7.3. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A đến độ mòn điện cực EWR

3.7.4. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến chất lƣợng bề mặt sau gia công

3.7.5. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến nhám bề mặt gia công (Ra)

3.7.6. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến độ cứng tế vi của bề mặt gia công (HV)

3.8. So sánh sự ảnh hƣởng của rung động đến EDM và PMEDM

3.8.1. Ảnh hƣởng đến năng suất gia công

3.8.2. Ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công (Ra)

4. CHƢƠNG 4: XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ TRONG PMEDM VỚI RUNG ĐỘNG GÁN TRÊN PHÔI

4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu

4.1.1. Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đơn mục tiêu

4.1.2. Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đa mục tiêu

4.2. Phƣơng pháp Topsis

4.3. Phƣơng pháp xác định trọng số bằng AHP

4.4. Thực nghiệm nghiên cứu

4.4.1. Xây dựng bộ thông số đầu vào

4.4.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm

4.4.3. Bài toán đơn mục tiêu

4.5. Năng suất gia công

4.6. Ảnh hƣởng của các thông số đến năng suất gia công

4.7. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

4.8. Tỷ lệ mòn điện cực

4.9. Ảnh hƣởng của các thông số đến tỷ lệ giữa mòn điện cực và năng suất gia công

4.10. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

4.11. Nhám bề mặt chi tiết gia công

4.12. Ảnh hƣởng của các thông số đến nhám bề mặt chi tiết gia công (Ra)

4.13. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

4.14. Độ cứng bề mặt gia công

4.15. Ảnh hƣởng của các thông số đến độ cứng bề mặt gia công (HV)

4.16. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

4.17. Lớp trắng của bề mặt gia công (WLT)

4.18. Ảnh hƣởng của các thông số đến chiều dày lớp trắng bề mặt gia công(WLT)

4.19. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý

4.20. Bài toán đa mục tiêu bằng Topsis

4.21. Kết quả tính toán bằng Topsis-Taguchi

4.22. Kết quả tối ƣu dựa vào hệ số S/N

4.23. Chất lƣợng bề mặt tại điều kiện tối ƣu

4.23.1. Hình thái bề mặt gia công

4.23.2. Hạt bám dính trên bề mặt gia công

4.23.3. Nứt tế vi của bề mặt gia công

4.23.4. Sự thay đổi tổ chức pha

4.24. Kết luận chƣơng 4:

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU

1. Kết luận chung

2. Hƣớng nghiên cứu:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về gia công tia lửa điện

Gia công tia lửa điện (EDM) là một phương pháp gia công phi truyền thống, sử dụng tia lửa điện để loại bỏ vật liệu từ phôi. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc gia công các vật liệu cứng như thép SKD61. Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện hiệu suất gia công thông qua việc kết hợp bột titan vào dung dịch điện môi. Việc sử dụng bột titan không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn cải thiện chất lượng bề mặt gia công. Theo nghiên cứu, việc trộn bột titan vào dung dịch điện môi có thể làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu và giảm độ mòn của điện cực. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của bột titan trong gia công tia lửa điện.

1.1. Nguyên lý gia công tia lửa điện

Nguyên lý của gia công tia lửa điện dựa trên sự phóng điện giữa điện cực và phôi trong môi trường điện môi. Khi dòng điện được kích hoạt, tia lửa điện sẽ tạo ra nhiệt độ cao, làm nóng chảy và làm bay hơi vật liệu tại vị trí phóng điện. Quá trình này diễn ra liên tục, tạo ra các lỗ nhỏ trên bề mặt phôi. Việc trộn bột titan vào dung dịch điện môi giúp tăng cường hiệu ứng này, từ đó cải thiện khả năng gia công. Nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ bột titan có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất gia công, với nồng độ tối ưu giúp đạt được kết quả tốt nhất.

1.2. Ứng dụng bột titan trong gia công

Bột titan được sử dụng trong gia công tia lửa điện nhằm cải thiện tính chất bề mặt và năng suất gia công. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng bột titan không chỉ giúp tăng cường độ cứng của bề mặt mà còn giảm thiểu độ nhám. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, như trong ngành chế tạo khuôn mẫu. Bên cạnh đó, bột titan còn có khả năng chống ăn mòn, làm cho bề mặt gia công bền hơn trong môi trường khắc nghiệt.

II. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong luận án này bao gồm cả lý thuyết và thực nghiệm. Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các thông số như dòng điện, nồng độ bột titan, thời gian phóng điện và áp suất dòng phun đến hiệu suất gia công. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tính chính xác của kết quả. Phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi và phân tích phương sai ANOVA được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến các thông số đầu ra như năng suất bóc tách vật liệu, độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể dẫn đến cải thiện đáng kể trong hiệu suất gia công.

2.1. Thiết kế thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm được thực hiện dựa trên phương pháp Taguchi, cho phép xác định các thông số tối ưu cho quá trình gia công. Các thông số đầu vào như dòng điện, nồng độ bột titan và áp suất dòng phun được điều chỉnh để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến năng suất và chất lượng bề mặt. Kết quả thu được từ các thí nghiệm này sẽ được phân tích bằng phương pháp ANOVA để xác định mức độ ảnh hưởng của từng thông số. Điều này giúp xác định được các điều kiện tối ưu cho quá trình gia công, từ đó nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

2.2. Phân tích kết quả

Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng nồng độ bột titan và dòng điện có ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng bề mặt. Cụ thể, nồng độ bột titan tối ưu giúp tăng tốc độ bóc tách vật liệu và giảm độ mòn điện cực. Phân tích ANOVA cho thấy rằng các thông số này có mối quan hệ tương tác, ảnh hưởng lẫn nhau trong quá trình gia công. Việc hiểu rõ mối quan hệ này sẽ giúp cải thiện quy trình gia công, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

III. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng bột titan trong gia công tia lửa điện có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và chất lượng bề mặt. Kết quả cho thấy rằng nồng độ bột titan và các thông số gia công khác có ảnh hưởng lớn đến năng suất và độ mòn điện cực. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số này trong các điều kiện thực tế khác nhau, cũng như mở rộng nghiên cứu sang các loại bột khác để đánh giá hiệu quả của chúng trong gia công. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu mà còn có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác như y tế và hàng không.

3.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Đề xuất nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc khảo sát ảnh hưởng của các loại bột khác nhau trong gia công tia lửa điện. Việc mở rộng nghiên cứu sang các loại vật liệu khác cũng sẽ giúp đánh giá tính khả thi của phương pháp này trong các ứng dụng khác nhau. Ngoài ra, việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động của bột titan trong quá trình gia công cũng sẽ giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu quá trình gia công tia lửa điện trong dung dịch có trộn bột titan