Tiến Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng chi tiết được gia công bằng phương p

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 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 bằng các phương pháp cắt gọt thông thường, gia công tia lửa là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong nhóm công nghệ gia công không truyền thống.
Vào những năm 50, thiết bị gia công tia lửa điện thương mại đã có mặt trên thị trường thế giới. Từ những năm 80 kỹ thuật điều khiển số, hệ thống dụng cụ hiện đại 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 lí 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 công nghệ hớt kim loại mới trên cơ sở công nghệ gia công bằng tia lửa điện. Bên cạnh đó các nhà nghiên cứu chế tạo máy cũng đã cải thiện đáng kể kích thước hình dáng, tốc độ gia công, khả năng điều khiển và nâng cao chất lượng gia công của thiết bị gia công bằng tia lửa điện.
Mặc dù đến nay đã được sử dụng khá phổ biến trên thế giới, nhưng gia công bằng tia lửa điện vẫn chưa được sử dụng phổ thông ở Việt Nam. Ngoài nguyên nhân cần có thiết bị chuyên dùng thì một trong những nguyên nhân khác là do chưa có đầu tư nghiên cứu đầy đủ trong nước khiến các kiến thức chuyên ngành của công nghệ này chưa được phổ cập cho lực lượng sử dụng thiết bị cũng như cán bộ nghiên cứu, ứng dụng công nghệ. Hơn nữa như là sự bổ sung tương hỗ: sự tiến triển thiết bị gia công sẽ thúc đẩy phát triển phương pháp công nghệ. Phát triển phương pháp công nghệ thúc ép thiết bị phải được cách tân. Điều này tựa như chu kì, tạo cho các công nghệ hớt kim loại luôn hấp dẫn sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nước, nhiều nhà khoa học cho dù có những vấn đề tưởng chừng như là kinh điển như vấn đề các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng, năng suất gia công vv . vẫn cần được nghiên cứu phát triển.
Là một phương pháp gia công kim loại, những lợi thế của công nghệ gia công tia lửa điện đã và đang theo kịp một số đối thủ trên quan điểm thay thế một số quá trình gia công truyền thống hơn trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như công nghiệp hàng không vũ trụ, điện tử, công nghiệp dược liệu, công nghiệp dân dụng vv .và đặc biệt trong công nghiệp 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 gia công chưa được hiểu biết đầy đủ. Bên cạnh đó, tương tự như xảy ra ở các phương pháp gia công kim loại khác, một bề mặt tinh gần như không thể đạt được khi thực hiện trong một thời gian gia công ngắn. Vấn đề chất lượng bề mặt 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.
Trong điều kiện có những hạn chế nhất định về thế hệ thiết bị gia công, thiết bị sử dụng cho công tác nghiên cứu thí nghiệm, một nghiên cứu về công nghệ gia công tia lửa điện, tìm hiểu các phương pháp sử dụng tia lửa điện hớt vật liệu kim loại (kể cả các phương pháp lai) nhằm chọn lựa một phương pháp tiêu biểu để thực hiện nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng gia công, xác định chế độ gia công tối ưu của thiết bị trong những điều kiện hạn hữu là cần thiết, giúp các nhà đầu tư am hiểu có thể làm chủ thiết bị, tìm ra những giải pháp thích hợp để cải tiến thiết bị, trợ giúp các giải pháp ứng dụng trong thực tế sản xuất.

Mục lục
Mục Nội dung Trang
Trang bìa luận án 1
Lời cam đoan 2
Mục lục 3
Danh mục các thuật ngữ, ký hiệu, từ viết tắt . 9
Danh mục các bảng biểu . 12
Danh mục các hình vẽ, đồ thị . 14
Mở đầu 17
Chương I : Tổng quan về gia công tia lửa điện 22
1.1 Đặc điểm của phương pháp gia công bằng tia lửa điện 22
1.1.1 Những đặc điểm chính của phương pháp gia công bằng tia lửa điện . 22
1.1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp gia công bằng tia lửa điện. 23
1.2 Giới thiệu các phương pháp gia công bằng tia lửa điện. 23
1.2.1 Gia công xung định hình. 25
1.2.1.1 Điện áp đánh lửa Uz . 26
1.2.1.2 Thời gian đánh lửa trễ td. 26
1.2.1.3 Điện áp phóng tia lửa điện Ue. 26
1.2.1.4 Dòng phóng tia lửa điện Ie. 27
1.2.1.5 Thời gian phóng tia lửa điện te. 27
1.2.1.6 Thời gian xung ti. 27
1.2.1.7 Khoảng cách xung t0. 27
1.2.2 Gia công cắt bằng điện cực dây. 27
1.2.2.1 Phạm vi ứng dụng phương pháp gia công bằng điện cực dây. 27
1.2.2.2 Ưu điểm của phương pháp gia công cắt bằng điện cực dây. 28
1.2.2.3 Nhược điểm của phương pháp gia công cắt bằng điện cực dây 28
1.2.2.4 Độ chính xác khi gia công cắt bằng điện cực dây. 29
1.2.3 Một số nghiên cứu trên Thế giới về gia công bằng tia lửa điện. 32
1.3 Hướng nghiên cứu của đề tài. 33
1.4 Kết luận chương 1. 36
Chương II - nghiên cứu bản chất của phương pháp gia công tia lửa điện.
37
2.1 Bản chất vật lý và cơ chế hớt kim loại bằng tia lửa điện. 37
2.2 Thiết bị và hệ điều khiển gia công tia lửa điện. 42
2.2.1 Máy phát xung. 43
2.2.2 Hệ thống dịch chuyển điện cực. 44
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện . 46
2.3.1 Các yếu tố có thể điều khiển. 46
2.3.1.1 Các đại lượng điện. 46
2.3.1.2 ảnh hưởng của khe hở phóng điện . 50
2.3.1.3 ảnh hưởng của điện dung C. 52
2.3.1.4 ảnh hưởng của diện tích vùng gia công F. 52
2.3.2 Các yếu tố không thể điều khiển được. 53
2.3.2.1 Nhiễu hệ thống . 53
2.3.2.2 Nhiễu ngẫu nhiên. 53
2.3.3 Các yếu tố liên quan trong quá trình gia công tia lửa điện. 54
2.3.3.1 Độ nhám bề mặt . 54
2.3.3.2 Độ cứng lớp bề mặt gia công . 55
2.3.3.3 Lượng hớt vật liệu gia công. 56
2.3.3.4 Khe hở phóng tia lửa điện. 60
2.3.3.5 Vật liệu phôi. 61
2.3.3.6 Vật liệu điện cực. 63
2.3.3.7 Chất điện môi. 67
2.3.3.8 Các loại dòng chảy chất điện môi. 71
2.4 Kết luận chương 2. 74
Chương III -
Chất lượng bề mặt và các phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt trong gia công bằng tia lửa điện

75
3.1 Chất lượng bề mặt gia công. 75
3.2 Các chỉ tiêu đánh giá trong gia công bằng tia lửa điện. 79
3.2.1 Đánh giá tính chất quá trình. 79
3.2.2 Đánh giá chất lượng bề mặt gia công. 83
3.2.2.1 Mô tả cấu trúc lớp bề mặt của của chi tiết được gia công. 84
3.2.2.2 Một số đại lượng cơ bản miêu tả bề mặt. 85
3.2.3 Đánh giá năng suất gia công. 89
3.3 Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm. 90
3.3.1 Bài toán tối ưu. 90
3.3.2 Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm. 91
3.3.3 Các phương pháp xác định tối ưu. 91
3.3.3.1 Phương pháp truyền thống. 92
3.3.3.2 Phương pháp của Taguchi. 92
3.4 Kết luận chương 3. 96
Chương IV - hệ thống thí nghiệm đánh giá chất lượng bề mặt trong gia công bằng tia lửa điện.
97
4.1 Thiết kế thí nghiệm . 97
4.1.1 Các giới hạn khi thiết kế thí nghiệm. 97
4.1.2 Điều kiện thực hiện thí nghiệm. 97
4.2 Nhóm thí nghiệm. 98
4.2.1 Thí nghiệm khảo sát chế độ gia công tối ưu. 98
4.2.2 Phương pháp thiết kế thí nghiệm tối ưu. 101
4.2.3 Thí nghiệm khảo sát những ảnh hưởng khác. 102
4.2.4 Nhóm thí nghiệm kiểm định kết quả khảo sát theo EDM - IMI1.0. 103
4.2.5 Các thí nghiệm nhận dạng xung điện. 103
4.2.5.1 Giới thiệu hệ thống nhận dạng xung. 103
4.2.5.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của Card A/D. 105
4.2.5.3 Đánh giá kết quả nhận dạng. 106
4.2.5.4 Nhận xét. 109
4.3 Các thiết bị dùng trong quá trình thí nghiệm. 109
4.3.1 Phôi thí nghiệm. 109
4.3.2 Thiết bị thực hiện thí nghiệm. 110
4.3.2.1 Máy xung HURCO SPARK 900. 110
4.3.2.2 Mô tả quá trình thực hiện thí nghiệm gia công trên máy. 115
4.3.2.3 Tham số điều khiển của máy Hurco Spark 900. 118
4.3.3 Phương pháp đo và hệ thống đo. 119
4.3.3.1 Thiết bị đo nhám. 119
4.3.3.2 Thiết bị đo lớp ảnh hưởng nhiệt. 120
4.3.3.3 Phần mềm Materials- Pro Analyser. 123
4.3.3.4 Phần mềm EDM-IMI1.0. 123
4.4 Khảo sát chất lượng và năng suất gia công. 127
4.4.1 ảnh hưởng đơn của các yếu công nghệ. 127
4.4.1.1 ảnh hưởng của dòng điện xung. 127
4.4.1.2 ảnh hưởng của thời gian xung. 129
4.4.1.3 ảnh hưởng của khoảng cách xung. 130
4.4.2 ảnh hưởng của yếu tố phi công nghệ. 131
4.4.2.1 ảnh hưởng của vật liệu. 131
4.4.2.2 ảnh hưởng của dòng dung dịch sục. 132
4.4.2.3 ảnh hưởng của Timer-Dwell và Timer-Lift. 133
4.4.3 ảnh hưởng tổng hợp. 135
4.4.3.1 Tổ hợp tối ưu. 135
4.4.3.2 Các thí nghiệm kiểm tra. 136
4.4.3.3 Tổ hợp kiểm nghiệm. 137
4.4.4 Độ tin cậy xử lí các dữ liệu. 138
4.4.5 ảnh hưởng của kết cấu hình dáng bề mặt gia công. 139
4.4.5.1 ảnh hưởng của diện tích bề mặt gia công. 139
4.4.5.2 ảnh hưởng của chiều sâu lỗ gia công. 140
4.5 Kết luận chương 4. 141
Chương v - Mô hình hoá quá trình gia công bằng
tia lửa điện
143
5.1 Mô hình định tính của quá trình xung định hình. 144
5.2 Mô hình toán học. 148
5.2.1 Kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm. 148
5.2.2 Các bước tiến hành quy hoạch thực nghiệm. 149
5.2.3 Lựa chọn và phân tích mô hình thông kê. 149
5.3 Đánh giá kết quả thí nghiệm bằng phần mềm EDM-IMI1.0. 156
5.4 Kết kuận chương 5. 159
kết luận chung 160
Danh mục công trình công bố của tác giả ( Các bài báo , các công trình đã công bố của tác giả về nội dung của đề tài luận án). 163
tài liệu tham khảo. 164
Các phụ lục của luận án. 167
Phụ lục 1: Kết quả đo độ nhám bề mặt bằng phương pháp mặt cắt ánh sáng . 167
Phụ lục 2:Kết quả phân tích mấu gia công EDM. 168
Phụ lục 3: Bảng tổng hợp kết quả phân tích mấu thí nghiệm. 169
Phụ lục 4: Bảng chi tiết kết quả đo. 169
Phụ lục 5: Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác(chiều sâu, diện tích, Timer dwell, timer Lift).
176
Phụ lục 6- Bảng thí nghiệm kiểm tra. 181
Phụ lục 7- Kết quả phân tích mẫu thí nghiệm kiểm tra. 182
Phụ lục 8- ảnh hưởng của dòng xung điện (sục nghịch). 183
Phụ lục 9- ảnh hưởng của dòng xung điện (sục thuận). 184
Phụ lục 10: ảnh hưởng của khoảng cách xung (sục nghịch). 186
Phụ lục 11 - ảnh hưởng của thời gian xung (sục thuận). 187
Phụ lục 12- Bảng kết quả chạy chương trình EDM-IMI 1.0. 189