Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu quá trình gia công tia lửa điện trong dung dịch có trộn bột titan kết hợp hệ thống rung động tần số thấp

• Tác giả: Lê Quang Dũng
• Người hướng dẫn: GS.TSKH Bành Tiến Long
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu gia công tia lửa điện với bột titan và hệ thống rung tần số thấp
• Loại tài liệu: luận án
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN (EDM) VÀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT (PMEDM)
• 1.1. Khái quát về phương pháp xung định hình
• 1.2. Sự phát triển công nghệ và những nghiên cứu trong lĩnh vực PMEDM
• 1.2.1. PMEDM với mục tiêu nâng cao năng suất bóc tách vật liệu
• 1.2.2. Giảm mòn điện cực dụng cụ (EWR) trong PMEDM
• 1.2.3. Hướng khảo sát trong PMEDM
• 1.2.4. Ảnh hưởng của vật liệu bột và nồng độ bột đến PMEDM
• 1.3. Tình hình nghiên cứu PMEDM trong nước
• 1.4. Ứng dụng của phương pháp gia công xung PMEDM
• 1.5. Nâng cao chất lượng bề mặt xung định hình với phương pháp rung
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG 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 phương pháp xung định hình
• 2.1.2. Ảnh hưởng bột trộn trong dung dịch điện môi trong EDM (PMEDM)
• 2.1.2.1. Lực tác động lên hạt bột trong dung dịch điện môi
• 2.1.2.2. Ảnh hưởng của bột đến độ bền cách điện của dung dịch điện môi
• 2.1.2.3. Ảnh hưởng của bột đến độ lớn khe hở phóng điện
• 2.1.2.4. Ảnh hưởng của bột đến điện dung
• 2.1.2.5. Ảnh hưởng của bột đến đường kính plasma hồ quang
• 2.1.3. Ảnh hưởng của rung động gán vào phôi trong EDM
• 2.1.3.1. Mô hình toán học của tấm rung động
• 2.1.3.2. Khoảng cách khe hở và áp suất vòi phun trong EDM với rung động gán vào phôi
• 2.1.3.3. Mô hình hóa sự thay đổi của áp suất dung dịch điện môi trong khe hở điện cực – phôi có hỗ trợ rung động
• 2.1.4. Tích hợp rung động siêu âm vào điện cực
• 2.1.5. Tích hợp rung động tần số thấp vào phôi
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT VÀ RUNG ĐỘNG ĐẾN HIỆU QUẢ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN
• 3.1. Điều kiện thực nghiệm khảo sát
• 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ bột trong gia công PMEDM
• 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất dòng phun dung môi trong gia công PMEDM
• 3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng PMEDM tích hợp rung động đến chi tiết gia công
• 3.4.1. Ảnh hưởng của V-PMEDM đến năng suất bóc tách và độ mòn điện cực
• 3.4.2. Ảnh hưởng của V-PMEDM đến chất lượng bề mặt sau gia công
• 3.5. So sánh sự ảnh hưởng của rung động đến EDM và PMEDM
• 3.6. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ TRONG PMEDM VỚI RUNG ĐỘNG GÁN TRÊN PHÔI
• 4.1. Phương pháp nghiên cứu
• 4.1.1. Phương pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đơn mục tiêu
• 4.1.2. Phương pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đa mục tiêu
• 4.1.2.1. Phương pháp Topsis
• 4.1.2.2. Phương pháp xác định trọng số bằng AHP
• 4.2. Thực nghiệm nghiên cứu
• 4.2.1. Xây dựng bộ thông số đầu vào
• 4.2.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm
• 4.2.3. Bài toán đơn mục tiêu
• 4.2.3.1. Năng suất gia công
• 4.2.3.2. Ảnh hưởng của các thông số đến năng suất gia công
• 4.2.3.3. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý
• 4.2.3.4. Tỷ lệ mòn điện cực
• 4.2.3.5. Ảnh hưởng của các thông số đến tỷ lệ giữa mòn điện cực và năng suất gia công
• 4.2.3.6. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý
• 4.2.3.7. Nhám bề mặt chi tiết gia công
• 4.2.3.8. Ảnh hưởng của các thông số đến nhám bề mặt chi tiết gia công (Ra)
• 4.2.3.9. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý
• 4.2.3.10. Độ cứng bề mặt gia công
• 4.2.3.11. Ảnh hưởng của các thông số đến độ cứng bề mặt gia công (HV)
• 4.2.3.12. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý
• 4.2.3.13. Lớp trắng của bề mặt gia công (WLT)
• 4.2.3.14. Ảnh hưởng của các thông số đến chiều dày lớp trắng bề mặt gia công (WLT)
• 4.2.3.15. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý
• 4.2.4. Bài toán đa mục tiêu bằng Topsis
• 4.2.4.1. Kết quả tính toán bằng Topsis-Taguchi
• 4.2.4.2. Kết quả tối ưu dựa vào hệ số S/N
• 4.2.4.3. Chất lượng bề mặt tại điều kiện tối ưu
• 4.2.4.4. Hình thái bề mặt gia công
• 4.2.4.5. Hạt bám dính trên bề mặt gia công
• 4.2.4.6. Nứt tế vi của bề mặt gia công
• 4.2.4.7. Sự thay đổi tổ chức pha
• 4.3. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Gia công tia lửa điện EDM và gia công tia lửa điện có trộn bột PMEDM

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 với các vật liệu cứng và phức tạp. Gia công tia lửa điện có trộn bột (PMEDM) là một biến thể của EDM, trong đó bột được thêm vào dung dịch điện môi để cải thiện hiệu quả gia công. Bột titan được sử dụng trong nghiên cứu này nhờ tính chất đặc biệt của nó, giúp tăng cường độ bền và chất lượng bề mặt gia công. Hệ thống rung tần số thấp được tích hợp vào quá trình gia công để tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng bề mặt.

1.1. Nguyên lý gia công EDM và PMEDM

Nguyên lý cơ bản của gia công tia lửa điện (EDM) là sử dụng tia lửa điện để làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu từ phôi. Trong gia công tia lửa điện có trộn bột (PMEDM), bột được thêm vào dung dịch điện môi để tăng cường quá trình phóng điện và cải thiện chất lượng bề mặt. Bột titan đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ bền và độ cứng của bề mặt gia công.

1.2. Ứng dụng của PMEDM trong gia công kim loại

Gia công tia lửa điện có trộn bột (PMEDM) được ứng dụng rộng rãi trong gia công các vật liệu cứng và phức tạp, đặc biệt là trong ngành chế tạo khuôn mẫu và y tế. Bột titan được sử dụng để cải thiện chất lượng bề mặt và tăng cường độ bền của các chi tiết gia công. Hệ thống rung tần số thấp giúp tối ưu hóa quá trình gia công, đảm bảo năng suất và chất lượng cao.

II. Cơ sở lý thuyết của phương pháp gia công xung điện có trộn bột tích hợp rung động

Phương pháp gia công xung điện có trộn bột tích hợp rung động dựa trên cơ sở lý thuyết về sự tương tác giữa tia lửa điện, bột và rung động. Bột titan được sử dụng để tăng cường hiệu quả phóng điện, trong khi hệ thống rung tần số thấp giúp cải thiện quá trình thoát phoi và ổn định quá trình gia công. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong gia công các vật liệu cứng và phức tạp.

2.1. Ảnh hưởng của bột titan đến quá trình gia công

Bột titan có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình gia công xung điện. Nó giúp tăng cường độ bền và độ cứng của bề mặt gia công, đồng thời cải thiện chất lượng bề mặt. Tính chất bột titan như kích thước hạt và nồng độ bột cũng ảnh hưởng đến hiệu quả gia công.

2.2. Tác động của rung động tần số thấp đến quá trình gia công

Hệ thống rung tần số thấp được tích hợp vào quá trình gia công để tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng bề mặt. Rung động giúp cải thiện quá trình thoát phoi và ổn định quá trình gia công, đảm bảo năng suất và chất lượng cao.

III. Thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của bột và rung động đến hiệu quả gia công xung điện

Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành để khảo sát ảnh hưởng của bột titan và hệ thống rung tần số thấp đến hiệu quả gia công xung điện. Kết quả cho thấy, bột titan và rung động có ảnh hưởng đáng kể đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công. Công nghệ gia công này đặc biệt hiệu quả trong gia công các vật liệu cứng và phức tạp.

3.1. Ảnh hưởng của nồng độ bột titan đến hiệu quả gia công

Nồng độ bột titan có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả gia công xung điện. Nồng độ bột cao hơn giúp tăng cường độ bền và độ cứng của bề mặt gia công, đồng thời cải thiện chất lượng bề mặt. Tuy nhiên, nồng độ bột quá cao có thể dẫn đến hiện tượng tắc nghẽn trong quá trình gia công.

3.2. Ảnh hưởng của rung động tần số thấp đến hiệu quả gia công

Hệ thống rung tần số thấp giúp cải thiện quá trình thoát phoi và ổn định quá trình gia công. Rung động có ảnh hưởng đáng kể đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công, đặc biệt là trong gia công các vật liệu cứng và phức tạp.

IV. Xác định bộ thông số công nghệ hợp lý trong PMEDM với rung động gán trên phôi

Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định bộ thông số công nghệ hợp lý trong gia công xung điện có trộn bột tích hợp rung động. Các thông số như dòng điện, nồng độ bột, áp suất dòng phun, tần số và biên độ rung động được khảo sát để tối ưu hóa hiệu quả gia công. Công nghệ chế tạo này đặc biệt hiệu quả trong gia công các vật liệu cứng và phức tạp.

4.1. Phương pháp xác định bộ thông số công nghệ

Phương pháp xác định bộ thông số công nghệ trong gia công xung điện có trộn bột tích hợp rung động dựa trên các phương pháp thống kê và phân tích phương sai. Các thông số như dòng điện, nồng độ bột, áp suất dòng phun, tần số và biên độ rung động được khảo sát để tối ưu hóa hiệu quả gia công.

4.2. Kết quả tối ưu hóa thông số công nghệ

Kết quả tối ưu hóa thông số công nghệ cho thấy, bột titan và hệ thống rung tần số thấp có ảnh hưởng đáng kể đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công. Công nghệ vật liệu này đặc biệt hiệu quả trong gia công các vật liệu cứng và phức tạp.