Thạc Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới độ chính xác gia công, khi gia công cắt dây các

PHẦN MỞ ĐẦU

I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng các sản phẩm cơ khí như tua bin máy phát điện, động cơ máy bay, dụng cụ, khuôn mẫu không ngừng tăng lên. Trong những sản phẩm cơ khí đó chứa đựng những chi tiết có hình dáng hình học rất phức tạp và được làm từ những vật liệu cứng, lâu mòn và siêu cứng như là các vật liệu composit nền kim loại, gốm nguyên khối và gốm composit, almindes v.v Việc gia công chúng bằng công nghệ cắt gọt thông thường (Tiện; Phay; Mài v.v ) là vụ cùng khó khăn, đôi khi không thể gia công được. Thực tế này đòi hỏi cần phải phát triển các công nghệ gia công mới để gia công những vật liệu đó (phương pháp gia công không truyền thống). Một trong những phương pháp đó được tìm ra vào năm 1943 do hai vợ chồng người Nga Lazarenko là phương pháp gia công tia lửa điện (EDM) và ngày nay một trong số các phương pháp gia công tia lửa điện là phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện. Phương pháp này được gọi là gia công WEDM (Wire Electrical Discharge Machine), đây là phương pháp gia công được phát minh và sử dụng rộng dãi trên thế giới vào những năm 50 của thế kỷ XX nhưng ít tự động hóa. Ngày nay nhờ sự phát triển của điều khiển số và công nghệ thông tin mà phương pháp này đã được hiện đại hóa rất cao và đó trang bị điều khiển số CNC trên các máy WEDM.
ưu điểm của phương pháp này là:

- Có khả năng cắt hầu hết các loại vật liệu dẫn điện.

- Độ chính xác cao (độ bóng Ra = 1,6 † 0,8 àm).

- Chi tiết gia công có độ dầy lớn (có thể đạt tới 500 mm).

- Gia công được những lỗ, rãnh định hình có kích thước rất nhỏ.

- Cắt được các hình dạng 3D đặc biệt.

- Cắt các công tua phức tạp.

Từ những năm 80 của thế kỷ XX đến nay, rất nhiều doanh nghiệp trong nước đó trang bị các loại máy, thiết bị sử dụng công nghệ WEDM nhằm cải tiến phương pháp gia công, nâng cao giá trị sản phẩm. Bên cạnh những kết quả đạt được về mặt
công nghệ thì nói chung cũng gặp những khó khăn nhất định về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế khi sử dụng các máy và thiết bị này cũng chưa cao bởi các nguyên nhân
sau:

- Việc chuyển giao công nghệ chưa đầy đủ.

- Đầu tư trang thiết bị không đồng bộ, thiết bị không rõ nguồn gốc.

- Giá thành đầu tư lớn nên mức khấu hao cao.

- Số lượng sản phẩm sản xuất trên máy thường theo loạt vừa và nhỏ.

- Chưa chủ động được về bảo dưỡng, bảo trễ máy

Vấn đề đặt ra là làm thế nào để nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng loại máy này?

- Để nâng cao hiệu quả sử dụng loại máy này có nhiều cách nhưng theo hướng công nghệ thì ta cần thiết lập chế độ công nghệ hợp lý để đạt được độ chính xác kích thước cũng như năng suất gia công và chất lượng sản phẩm cao nhất. Điều này các doanh nghiệp trong nước thường xác định dựa theo tài liệu kèm theo máy hoặc theo kinh nghiệm. Do đó chưa thấy ra được ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ chính xác, năng suất và chất lượng gia công. Vì vậy mà hiệu quả khai thác, sử dụng máy cũng hạn chế.
- Chế độ công nghệ gia công trên máy cắt dây phụ thuộc rất nhiều thành phần hóa học của vật liệu chi tiết gia công cũng như tính dẫn điện và dẫn nhiệt. Do đó đối với những loại vật liệu chi tiết gia công khác nhau (có độ cứng khác nhau) sẽ có chế độ công nghệ gia công khác nhau. Các loại thép khó gia công như AISI304, SKD61, X12M. Các loại thép này được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống, đặc biệt trong công nghiệp xe hơi, xây dựng, hóa học, dầu khí, chế tạo máy (khuôn mẫu, dụng cụ cắt, dụng cụ đo kiểm ). Các loại thép này có hàm lượng hợp kim cao, việc gia công những loại vật liệu này bằng các phương pháp thông thường đòi hỏi chi phí lớn, năng suất và chất lượng gia công không cao nhưng sử dụng phương cắt dây tia lửa điện thì rất hiệu quả. Vì tính dẫn điện và nhiệt của các loại vật liệu này khác nhau, nên độ chính xác, năng suất và chất lượng gia công khi gia công cắt dây bị thay đổi. Do vậy cần nghiên cứu tìm ra ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến

độ chính xác, năng suất, chất lượng gia công (độ nhám bề mặt) các loại vật liệu này

khi gia công cắt dây tia lửa điện.

- Hiện nay trên thế giới cũng như trong nước đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về máy cắt dây như: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt gia công trên máy cắt dây; Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới năng suất và chất lượng trong gia công trên máy cắt dây tia lửa điện.vv Nhưng chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới độ chính xác gia công khi gia công cắt dây, nhất là đối với gia công những vật liệu khó gia công.
Vì thế đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới độ chính xác gia công, khi gia công cắt dây các vật liệu khó gia công” được lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích tìm ra các thông số ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đó tới quá trình gia công các loại vật liệu khi gia công là cần thiết, gúp phần nâng cao hiệu quả khai thác và sử dụng máy cắt dây, đồng thời cũng là cở sở để nghiên cứu cho các máy khác và các vật liệu khác.



MỤC LỤC

Lời cam đoan
Lời cảm ơn

Trang

Mục lục 2
Danh mục các bảng biểu 6
Danh mục các đồ thị, hình vẽ 6
Mở đầu 12
I. Tính cấp thiết của đề tài 12
II. Mục đích và đối tượng nghiên cứu 14
III. Phương pháp nghiên cứu 14
IV. Phạm vi nghiên cứu 15
V. Nội dung của đề tài 15
VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 15
CHưƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 17

1.1 Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện 17

1.1.1 Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện 17

1.1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện 17

1.2 Các phương pháp gia công tia lửa điện 18

1.2.1 Phương pháp gia công xung định hình 18

1.2.2 Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 18

1.2.3 Các phương pháp khác 18

1.3 Cơ sở của phương pháp gia công tia lửa điện 20

1.3.1 Bản chất vật lý 20

1.3.2 Cơ chế bóc tách vật liệu 25

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện 26

1.4.1 Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện 26

1.4.2 Dòng điện và bước của dòng điện 30

1.4.3 Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ 30

1.4.4 Ảnh hưởng của điện dung C 33

1.4.5 Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công 33

1.4.6 Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực 34

1.5 Lượng hớt vật liệu khi gia công tia lửa điện 34

1.6 Chất lượng bề mặt 35

1.6.1 Độ nhám bề mặt 36

1.6.2 Vết nứt tế vi và các ảnh hưởng về nhiệt 36

1.7 Độ chính xác tạo hình khi gia công tia lửa điện 37

1.8 Các hiện tượng xấu khi gia công tia lửa điện 38

1.8.1 Hồ quang 38

1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp 39

1.8.3 Xung mạch hở, không có dòng điện 40

1.8.4 Sự quá nhiệt của chất điện môi 40

1.9 Các yếu tố không điều khiển được 40

1.9.1 Nhiễu hệ thống 41

1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên 41

1.10 Dung dịch chất điện môi trong gia công tia lửa điện 41

1.10.1 Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi 41

1.10.2 Các loại chất điện môi 43

1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 43

1.10.4 Các loại dòng chảy của chất điện môi 45

1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi 47

CHưƠNG II: MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU

CHỈNH TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG 49

2.1 Sơ bộ về máy cắt dây tia lửa điện 49

2.1.1 Công dụng của máy cắt dây tia lửa điện 49

2.1.2 ưu nhược điểm của phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 50

2.1.2.1 ưu điểm 50

2.1.2.2 Nhược điểm 50

2.2 Độ chính xác khi gia công tia lửa điện 51

2.3 Điện cực và vật liệu điện cực 54

2.3.1 Yêu cầu của vật liệu làm điện cực 54

2.3.2 Các loại dây điện cực 55

2.4 Sự thoát phoi trong cắt dây tia lửa điện 55

2.5 Nhám bề mặt khi cắt dây 56

2.6 Các thông số về điện trong điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 57

2.6.1 Dòng phóng tia lửa điện Ie và bước của dòng điện 57

2.6.2 Độ kéo dài xung ti 57

2.6.3 Khoảng cách xung t0 57
2.6.4 Điện áp đánh lửa Ui 57

2.6.5 Khe hở phóng điện 57

2.7 Lập trình gia công trên máy cắt dây 58

2.7.1 Các trục điều khiển và hệ tọa độ 59

2.7.2 Các chức năng “G” 59

CHưƠNG III: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HưỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC
KÍCH THưỚC 71

3.1 Thiết kế thí nghiệm 71

3.1.1 Các giả thiết của thí nghiệm 71

3.1.2 Điều kiện thực hiện thí nghiệm 71

3.1.2.1 Thiết bị thí nghiệm 71

3.1.2.2 Vật liệu gia công 73

3.1.2.3 Các thiết bị đo 74

3.2 Nhóm thí nghiệm 76

3.2.1 Mô hình định tính quá trình cắt dây tia lửa điện 76

3.2.2 Các thông số đầu vào của thí nghiệm 77

3.3 Khảo sát độ chính xác gia công 78

3.3.1 Phương pháp đánh giá 79

3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng đơn của Ui; Ie; t0 79

3.3.2.1 Vật liệu ở trạng thái thường 80

3.3.2.2 Vật liệu ở trạng thái tôi cải thiện 85

3.3.2.3 Vật liệu ở trạng thái nhiệt luyện 90

3.3.3 Mối quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thước 94
3.3.3.1 Vật liệu ở trạng thái thường 95
3.3.3.2 Vật liệu ở trạng thái tôi cải thiện 100
3.3.3.3 Vật liệu ở trạng thái nhiệt luyện 105
3.3.4 Nghiên cứu độ chính xác công tua 110
Kết luận chương 3 113
Kết luận chung 114
Tài liệu tham khảo 116
Phụ lục 117