Luận Văn 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 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.
Đến nay gia công bằng tia lửa điện tuy đã được sử dụng khá phổ biến trên thế giới, nhưng vẫn chưa được sử dụng phổ thông tại 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 này.
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 cung cấp thêm các kiến thức chuyên ngành về công nghệ gia công tia lửa điện cho các cơ sở nghiên cứu và sản xuất trong nước khai thác hiệu quả các máy gia công tia lửa điện , nâng cao năng suất, chất lượng và hạ giá thành sản xuất, đáp ứng phần nào các đòi hỏi trên đây, tác giả tập trung nghiên cứu và giải quyết vấn đề:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến chất lượng chi tiết được gia công bằng phương pháp tia lửa điện ” .
2- Mục đích nghiên cứu.
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, đề tài tập trung 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 trong những điều kiện gia công cụ thể, 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.
Kết quả nghiên cứu thu được sẽ được ứng dụng trong thực tế sản xuất nhằm nâng cao chất lượng, năng suất gia công và hạ giá thành sản xuất.
Phương pháp nghiên cứu trong gia công xung định hình này có thể được ứng dụng cho nhiều nghiên cứu khác trong công nghệ gia công đặc biệt bằng tia như Laser, Plasma nhằm xây dựng được cơ sở dữ liệu phục vụ sản xuất và nâng cao hiệu quả của quá trình gia công.
3- 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 Trung tâm khuôn mẫu của 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 và thép hợp kim CM55 thường.
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 đovà phần mềm chuyên dụng, hiện đại tại các phòng thí nghiệm của Trường đại học Bách khoa Hà nội và Viện IMI.
Kết quả nghiên cứu được áp dụng thử nghiệm tại phân xưởng sản xuất của Viện máy và dụng cụ công nghiệp trong gia công các loại khuôn mẫu, qua đó đánh giá được hiệu quả, mức độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng phạm vi nghiên cứu.
4- ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
ã ý nghĩa khoa học:
+ Đánh giá được ảnh 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.
+ Xác lập được chế độ công nghệ tối ưu trong gia công xung định hình bằng phần mềm và thông qua ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm dạng mảng trực giao – Phương pháp TAGUCHI .
+ Mô hình hoá quá trình gia công bằng tia lửa điện được rút ra từ quá trình thực nghiệm và sản suất, từ đó đã 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. Nó trở thành các thuật toán cho phần mềm tối ưu hoá các thông số công nghệ trong gia công bằng tia lửa điện.
+ Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho các hướng nghiên cứu mở rộng, nâng cao hơn không chỉ trong công nghệ gia công bằng tia lửa điện mà còn cho các công nghệ gia công đặc biết khác như Laser, Plasma về nhận dạng xung điện ở trạng thái động để điều khiển tức thời quá trình gia công (ON LINE), về chế độ gia công tối ưu và tối ưu hoá quá trình gia công nhằm nâng cao chất lượng và năng suất gia công.
ã ý nghĩa thực tiễn:
+ Kết quả nhận dạng xung điện bằng Card giao tiếp A/D trong quá trình gia công bằng tia lửa điện trên máy xung HURCO SPARK 900 cho phép khai thác và nâng cao hiệu quả sử dụng máy.
+ Kết quả nghiên cứu của đề tài về phần mềm tối ưu hoá chế độ gia công đã giúp các cơ sở nghiên cứu, sản xuất khuôn mẫu sử dụng máy gia công bằng tia lửa điện xây dựng được cơ sở dữ liệu và thư viện các thông số công nghệ tối ưu trong những điều kiện gia công cụ thể. Từ đó rút ngắn được thời gian gia công , hạ giá thành sản xuất mà vẫn đảm bảo chất lượng yêu cầu.
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.
Danh mục các công trình nghiên cứu đã được công bố của tác giả có liên quan đến đề tài luận án.
Tài liệu tham khảo.
Phần phụ lục của luận án.