Thạc Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến năng suất và chất lượng chi tiết gia công bằng phương

Mở đầu

Trong thiên niên kỷ thứ 3, thiên niên kỷ mà nền khoa học công nghệ sẽ phát triển nhanh khó đoán trước được diễn biến, nguồn tài nguyên thiên nhiên trở nên khan hiếm, nguồn lực và môi trường trở thành mối quan tâm của mỗi quốc gia, các vấn đề của nền kinh tế tri thức được bàn và thống kê chưa đủ tính hệ thống, thì sự thừa nhận công nghệ gia công kim loại luôn là nền tảng của mọi ngành công nghiệp đã thúc ép phải có nhiều đầu tư nghiên cứu về các quá trình gia công kim loại hơn nữa. Tiếp theo, để có thể tự động hoá, linh hoạt hoá một quá trình gia công kim loại, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến các quá trình đó, đặc biệt đến chất lượng và độ chính xác gia công là không thể thiếu được. Gia công kim loại bằng tia lửa điện cũng không nằm ngoại lệ.
Được xem là phương pháp hữu hiệu gia công các loại vật liệu cứng, siêu cứng, lâu mòn hoặc gia công các hốc, các đường biên, các vật thể có hình dáng hình học phức tạp, khó hoặc không thể gia công được bằng các phương pháp cắt gọt thông thường, gia công bằng tia lửa điện là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong nhóm công nghệ gia công không truyền thống.
Vào những năm 50 của Thế kỷ XX, thiết bị gia công tia lửa điện thương mại đã có mặt trên thị trường thế giới. Đến năm 1980, kỹ thuật điều khiển số và tự động hoá đã tạo cho phương pháp gia công tia lửa điện một sự chuyển biến đáng kể về mặt công nghệ. Những năm gần đây, nhiều phương pháp lai, trên cơ sở kết hợp nguyên lý gia công tia lửa điện với các phương pháp gia công cơ, khai thác lợi thế của từng phương pháp thành phần đã tạo nên những kỹ thuật hớt kim loại mới trên cơ sở công nghệ gia công bằng tia lửa điện.
1- Tính cấp thiết của đề tài.
Là một phương pháp gia công kim loại, công nghệ gia công bằng tia lửa điện với những ưu điểm nổi trội, đã và đang được sử dụng rộng rãi để thay thế một số quá trình gia công truyền thống trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như công nghiệp hàng không vũ trụ, điện tử, công nghiệp dược liệu, công nghiệp dân dụng .và đặc biệt là trong ngành chế tạo khuôn - mẫu.
Mặc dù phương pháp gia công tia lửa điện đã được sử dụng rộng rãi, nhưng quá trình ăn mòn tia lửa điện vẫn được coi là còn nhiều yếu tố chưa rõ khi phân tích khảo sát theo phương pháp giải tích. Điều đó thể hiện rằng những tác động liên quan đến tia lửa điện được phóng ra trong quá trình gia công chưa được hiểu biết đầy đủ. Vấn đề nâng cao chất lượng chi tiết và năng suất gia công mặc dù đã tiêu tốn nhiều công sức của các nhà nghiên cứu trên thế giới trong một thời gian dài đến nay vẫn còn là vấn đề thời sự.
Các thông số công nghệ, các thông số điều chỉnh máy như: điện áp xung , dòng xung điện, thời gian xung, thời gian nghỉ , thời gian dừng điện cực tại vị trí gia công, thời gian nhấc dừng điện cực tại vị trí ngoài vùng gia công trên các máy xung nhập từ nước ngoài đã được các hãng sản xuất tích hợp và cài đặt sẵn trên máy. Điều đó đã gây khó khăn cho người sử dụng lựa chọn hoặc giải các bài toán tối ưu chế độ công nghệ gia công bằng tia lửa điện trong điều kiện sản xuất cụ thể.
Các thông số đặc trưng cho chất lượng bề mặt tuy đã được nghiên cứu nhưng mới tập trung nhiều vào độ chính xác kích thước, độ nhám bề mặt , trong khi các yếu tố khác như chiều sâu lớp biến cứng, lớp ảnh hưởng nhiệt, nứt tế vi bề mặt chưa được nghiên cứu đầy đủ.
Nhằm tìm hiểu thêm về công nghệ gia công tia lửa điện và xem xét đánh giá các yêu tố ảnh hưởng, nâng cao năng suất, chất lượng và hạ giá thành sản xuất, với sự gợi ý của GS.TS Trần Văn Địch, khoa cơ khí ĐHBK Hà nội thì tác giả đã lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến năng suất và chất lượng chi tiết gia công bằng phương pháp xung điện ” .
2- Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng chi tiết được gia công bằng xung điện định hình (EDM) trên máy xung Hurco Spark 900 tại Viện máy và dụng cụ công nghiệp (IMI).
+ Điện cực đồng thau.
+ Vật liệu gia công gồm 3 loại : thép C45 thường, thép C45 nhiệt luyện, thép hợp kim CM55
Các thông số công nghệ được nghiên cứu bằng thực nghiệm , các kết quả thí nghiệm trên mẫu được đo đạc và xử lý bằng các thiết bị đo và phần mềm chuyên dụng, hiện đại tại các phòng thí nghiệm của Trường đại học Bách khoa Hà nội và Viện IMI.
3- ý nghĩa của đề tài
+ Đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công bằng xung điện trong điều kiện gia công cụ thể, đặc biệt có xét đến ảnh hưởng của các yếu tố phi công nghệ như diện tích bề mặt, chiều sâu gia công, dung dịch chất điện môi và một số thông số điều chỉnh máy khác.
+ Thiết lập được mô hình toán học tạo điều kiên tối ưu hoá các thông số công nghệ trong gia công xung định hình
+ Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho các hướng nghiên cứu mở rộng, nâng cao hơn trong công nghệ gia công bằng tia lửa điện nhằm nâng cao chất lượng và năng suất gia công.
5- Cấu trúc luận án.
Nội dung luận án được chia thành 5 chương , cuối luận án là kết luận chung và kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo, cụ thể gồm:
Phần mở đầu.
Chương 1- Tổng quan về gia công bằng tia lửa điện.
Chương 2- Nghiên cứu bản chất của phương pháp gia công tia lửa điện.
Chương 3- Chất lượng bề mặt và các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt trong gia công bằng tia lửa điện.
Chương 4- Hệ thống thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt trong gia công bằng tia lửa điện.
Chương 5: Mô hình hoá quá trình gia công bằng tia lửa điện
Kết luận chung, kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo.
Tài liệu tham khảo.
Phần phụ lục

Tóm tát luận văn

Luận văn này được trình bày trong 5 chương với những nội dung chính như sau
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về gia công tia lửa điện, các phương pháp gia công tia lửa điện và khả năng công nghệ cũng như ứng dụng trong thực tiễn sản xuất. Tác giả đưa ra định hướng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng và năng suất trong gia công bằng xung điện.
Chương 2 : Nghiên cứu bản chất của gia công bằng xung điện, xác định các thông số công nghệ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công bằng tia lửa điện.
Chương 3: Nghiên cứu chất lượng bề mặt và năng suất gia công trong tia lửa điện, xác định các phương pháp đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng bề mặt
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm khảo sát các thông số công nghệ ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng bề mặt, xây dung mô hình thí nghiệm, và đánh giá các chỉ tiêu, lập các bảng kết quả và đồ thị ảnh hưởng để tiện cho việc nghiên cứu về sau.
Chương 5: Thiết lập mô hình toán học cho quá trình gia công bằng tia lửa điện để xây dựng được mối quan hệ toán học về các yếu tố của chất lượng bề mặt với các thông số công nghệ gia công.

Mục lục
Mục Nội dung Trang
Trang bìa 1
Lời cam đoan 2
Mục lục 3
Danh mục các thuật ngữ, ký hiệu, từ viết tắt . 7
Danh mục các bảng biểu . 10
Danh mục các hình vẽ, đồ thị . 11
Mở đầu 18
Chương 1 : Tổng quan về gia công tia lửa điện 18
1.1 Đặc điểm của phương pháp gia công bằng tia lửa điện 18
1.1.1 Những đặc điểm chính của phương pháp gia công bằng tia lửa điện . 18
1.1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp gia công bằng tia lửa điện. 19
1.2 Các phương pháp gia công bằng tia lửa điện. 19
1.2.1 Gia công xung định hình. 21
1.2.1.1 Điện áp đánh lửa Uz . 22
1.2.1.2 Thời gian đánh lửa trễ td. 23
1.2.1.3 Điện áp phóng tia lửa điện Ue. 23
1.2.1.4 Dòng phóng tia lửa điện Ie. 23
1.2.1.5 Thời gian phóng tia lửa điện te. 23
1.2.1.6 Thời gian xung ti. 23
1.2.1.7 Khoảng cách xung t0. 23
1.3 Hướng nghiên cứu của đề tài. 24
1.4 Kết luận chương 1. 26
Chương 2 - nghiên cứu bản chất của phương pháp gia công tia lửa điện.
27
2.1 Bản chất vật lý và cơ chế hớt kim loại bằng tia lửa điện. 27
2.2 Thiết bị và hệ điều khiển gia công tia lửa điện. 32
2.2.1 Máy phát xung. 33
2.2.2 Hệ thống dịch chuyển điện cực. 33
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện . 34
2.3.1 Các yếu tố có thể điều khiển. 34
2.3.1.1 Các đại lượng điện. 34
2.3.1.2 ảnh hưởng của khe hở phóng điện . 38
2.3.1.3 ảnh hưởng của điện dung C. 40
2.3.1.4 ảnh hưởng của diện tích vùng gia công F. 41
2.3.2 Các yếu tố liên quan trong quá trình gia công tia lửa điện. 41
2.3.2.1 Độ nhám bề mặt . 41
2.3.2.2 Độ cứng lớp bề mặt gia công . 43
2.3.2.3 Lượng hớt vật liệu gia công. 44
2.3.2.4 Khe hở phóng tia lửa điện. 48
2.3.2.5 Vật liệu phôi. 49
2.3.2.6 Vật liệu điện cực. 51
2.3.2.7 Chất điện môi. 55
2.3.2.8 Các loại dòng chảy chất điện môi. 58
2.4 Kết luận chương 2. 62
Chương 3 -Chất lượng bề mặt và các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt trong gia công bằng tia lửa điện

63
3.1 Chất lượng bề mặt gia công. 63
3.2 Các chỉ tiêu đánh giá trong gia công bằng tia lửa điện. 68
3.2.1 Đánh giá tính chất quá trình. 68
3.2.2 Đánh giá chất lượng bề mặt gia công. 70
3.2.3 Năng suất và cách đánh giá năng suất gia công. 75
3.3 Kết luận chương 3. 76
Chương 4 - hệ thống thí nghiệm đánh giá chất lượng bề mặt trong gia công bằng tia lửa điện.
77
4.1 Thiết kế thí nghiệm . 77
4.1.1 Các giới hạn khi thiết kế thí nghiệm. 77
4.1.2 Điều kiện thực hiện thí nghiệm. 77
4.2 Các thông số thí nghiệm. 78
4.3 Các thiết bị dùng trong quá trình thí nghiệm. 82
4.3.1 Phôi thí nghiệm. 82
4.3.2 Thiết bị thực hiện thí nghiệm. 83
4.3.2.1 Máy xung HURCO SPARK 900. 83
4.3.2.2 Mô tả quá trình thực hiện thí nghiệm gia công trên máy. 87
4.3.3 Phương pháp đo và hệ thống đo. 88
4.3.3.1 Thiết bị đo nhám. 89
4.3.3.2 Thiết bị đo lớp ảnh hưởng nhiệt. 90
4.3.3.3 Phần mềm EDM-IMI1.0. 91
4.4 Khảo sát chất lượng và năng suất gia công. 92
4.4.1 ảnh hưởng đơn của các yếu công nghệ. 92
4.4.1.1 ảnh hưởng của dòng điện xung. 92
4.4.1.2 ảnh hưởng của thời gian xung. 93
4.4.1.3 ảnh hưởng của khoảng cách xung. 94
4.4.2 ảnh hưởng của yếu tố phi công nghệ. 96
4.4.2.1 ảnh hưởng của vật liệu. 96
4.4.2.2 ảnh hưởng của dòng dung dịch sục. 97
4.4.2.3 ảnh hưởng của Timer-Dwell và Timer-Lift. 98
4.5 Kết luận chương 4. 101
Chương 5 - Mô hình hoá quá trình gia công bằng
tia lửa điện
103
5.1 Mô hình định tính của quá trình xung định hình. 104
5.2 Mô hình toán học. 108
5.2.1 Kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm. 108
5.2.2 Các bước tiến hành quy hoạch thực nghiệm. 109
5.2.3 Lựa chọn và phân tích mô hình thông kê. 109
5.3 Kết kuận chương 5. 117
kết luận chung
Tóm tăt luận văn tiếng việt
Tóm tắt luận văn tiếng anh 118
tài liệu tham khảo. 123
phụ lục