Thạc Sĩ Tối ưu hoá các thông số c ông nghệ trên máy cắt dây EDM khi gia công thép không gỉ

PHẦN MỞ ĐẦU



I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ứng dụng công nghệ mới luôn luô n là nhu cầu cấp bách của mọi nền sản xuất và mọi quốc gia. Đối với nền sản xuất cơ khí, các phương pháp gia công truyền thống như: đúc, rèn, dập, tiện, phay, mài, .và những cô ng nghệ như phay, tiện CNC đôi khi không còn đáp ứng được yêu cầu ngày càng c ao của sự phát triển sản phẩm trong thời kỳ hiện đại nữa. Ngày nay trong sản xuất và đời sống xuất hiện ngày càng nhiều các sản phẩm hoặc chi tiết có hình dáng hình học rất phức t ạp, ho ặc
được làm từ các vật liệu cứng r ất khó gia công cắt gọt. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển các công nghệ mới, trong đó có gia công tia lửa điện. P hương pháp này gọi là gia công EDM ( Electrical Discharge Machine). Thực r a phương pháp gia công tia lửa điện không phải l à công nghệ mới đối với t hế giới vì nó được áp dụng hơn một nửa thế kỷ qua. Ngày nay nhờ sự phát triển của điều khiển số và công nghệ thông tin, công nghệ này đ ã được hiện đại hó a rất cao và được trang bị hệ thống điều khiể n số CNC.
Từ cuối thập niên 80 của thế kỷ XX đến nay, rất nhiều doanh nghiệ p trong nước đã trang bị các loại máy, thiết bị sử dụng công nghệ EDM nhằm cải tiến phương pháp gi a công, nâng cao giá trị của sản phẩm. Bê n cạnh những kết quả đạt được về mặt công nghệ thì nói chung còn gặp những khó khăn nhất định về kỹ thuật và hiệu quả ki nh tế khi sử dụng c ác máy và thiết bị này bởi vì các nguyên nhân sau:
- Việc chuyển gi ao công nghệ chưa đầy đủ

- Đầu t ư thiế u đồng bộ và phần lớn t hiết bị không rõ nguồn gốc

- Giá t hành đ ầu tư lớn nên mức khấu hao cao

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

- Chưa chủ động được về bảo dưỡng, bảo trì máy .

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

này?

Qua tì m hiểu c ác doanh nghiệp s ản xuất cơ khí có sử dụng các máy và t hiết bị gia công tia lửa điện EDM, xét về mặt xác đị nh chế độ công nghệ t hì t hấy có một số vấn đề s au:
- Các doanh nghiệ p 100% vố n nước ngo ài hoặc liên do anh thì các máy gi a công sử dụng kỹ thuật EDM chủ yếu để sản xuất các mặt hàng truyền t hống như khuô n mẫu, có tính ổn định c ao. Chương trình gia công trên máy được chuyên gi a nước ngoài đưa vào nên chế độ công nghệ thiết lập trong chương trình đã được hoàn chỉ nh.
- Các do anh nghiệ p và cơ sở trong nước sử dụng máy EDM t hì việc l ập trình gia công do người lập trình t hực hiện. Chế độ công nghệ, được xác định bằng cách dựa vào các t ài liệu kèm t heo máy ho ặc mò mẫm.
Chính vì lẽ đó, chế độ công nghệ gi a công trên máy chưa t hể khẳng định l à hợp lý. Vì vậy hiệu quả khai thác, sử dụng máy còn hạn chế.
Chế độ công nghệ khi gi a công trên máy cắt dây phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu chi tiết gia công (tính dẫn điện, dẫn nhiệt, .). Tro ng thực tế, ngày nay thép khô ng gỉ được ứng dụng rất nhiều trong c uộc sống, đặc biệt là trong công nghệ xe hơi , xây dựng, thực phẩm, ho á học, dầu khí, c hế tạo máy (khuôn mẫu, dưỡng kiểm, bàn cán), . Thép không gỉ l à loại t hép có hàm lượng hợp ki m c ao, việc gia công nó bằng các phương pháp gia công truyề n thống đòi hỏi chi phí lớn, năng suất và chất lượng gia công khô ng cao . Khi gi a công bằng tia lửa điện (EDM) , do tính dẫn điện và nhiệt của thép không gỉ khác so với các thé p chế tạo thông thường khác, l àm c ho năng suất và c hất lượng gia công thay đổi. Vì vậy cần nghiên cứu và tìm r a các giá trị công nghệ tối ưu nhằm đảm bảo năng suất và chất lượng (độ nhám bề mặt) khi gia công thép không gỉ trên máy cắt dây bằng tia l ửa điện.

Đề tài “ Tối ưu hoá các thông số c ông nghệ trên máy cắt dây EDM khi gia công thép không gỉ ” được lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ công nghệ hợp l ý và tiến tới tối ưu ho á chế độ công nghệ khi gia công thé p khô ng gỉ trên máy cắt dây là một việc cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệ u quả khai


thác, sử dụng máy cắt dây EDM trong sản xuất cơ khí nói riêng và là cơ sở để nghiên cứu cho các máy khác và c ác vật liệu khác.
II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, kết luận chung và các phụ lục luận văn này có nội dung như sau:
Chương 1. Tổ ng quan về gi a công ti a l ửa đi ện

- Nghiê n cứu tổng quan về kỹ thuật EDM

Chương 2. Máy cắt dây và các thông số đi ều chỉ nh trong quá trì nh gi a

công

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình cắt và các hiện tượng xảy ra trong quá trình c ắt .
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng c ủa các yếu tố công nghệ đến quá trình c ắt. Chương 3. Thực nghi ệm nghi ên cứu ảnh hưởng của c ác thông số công nghệ đế n năng suất và c hất l ượng bề mặt khi gi a công thép không gỉ trên máy cắt dây EDM
- Xây dựng mô hình to án xác định độ nhám bề mặt và năng suất khi gi a công bằng cắt dây khi gi a công t hép không gỉ.
- Nghiên c ứu t hực nghiệm xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với độ nhám bề mặt và n ăng suất gi a công khi gia công thép không gỉ.
III. ĐỐI Tư ỢNG VÀ P HẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu là tìm hiể u sự ảnh hưởng của chế độ công nghệ đối với quá trình cắt nói chung và mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với các yếu tố của quá trình cắt cụ thể là: độ nhám bề mặt và n ăng suất gia công. Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các điều kiệ n sau:
- Máy t hực nghiệm: l à máy c ắt dây CNC.

- Vật liệ u gia công l à t hép không gỉ AISI 304.

- Vật liệ u làm điện cực là dây CuZn 0,25mm.

- Đối tượng gi a công l à cắt biên dạng cung tròn.

- Đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt và tí nh toán năng suất gi a công.

IV. PHưƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U

Dùng phương pháp nghiên cứu l ý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm.

- Nghiê n cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các chế độ công nghệ với độ nhám bề mặt và năng s uất gi a công.
- Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với năng suất và độ nhám bề mặt.
- Thực nghiệm trên máy để xây dựng các hàm toán học biểu diễn mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với độ nhám bề mặt và n ăng s uất khi c ắt thé p khô ng gỉ . Ngo ài ra, trong quá trình nghiên cứu còn trao đổi với Gi áo viên hướng dẫn, c ác
bạn đồng nghiệ p, c ác kỹ t huật viên và c ác Nhà kho a học chuyên ngành.

V. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN

Ý NGHĨA KHOA HỌC:

Bằng c ách nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với t hực nghiệm, l uận văn đã đưa ra được các hàm to án học mô tả mối quan hệ giữa điện áp đ ánh lửa Ui, thời gi an xung ti và khoảng các h xung to với độ nhám bề mặt và năng s uất cắt khi gi a công thép không gỉ, từ đó đưa r a cơ sở cho việc tối ưu hoá quá trình cắt c ũng như cho c ác nghiên cứu khác của quá trì nh cắt.
Làm cơ sở cho việc nghiê n cứu các khí a cạnh khác của quá trình gia công bằng tia lửa điện.
Đề tài góp phần vào việc hoàn thiện việc x ác định và điều chỉnh các thô ng số công nghệ khi gi a công trên máy c ắt dây nói chung và gia công thé p khô ng gỉ trên máy c ắt dây nói riêng.
Ý NGHĨA THỰC TIỄN :

Kết quả nghiê n cứu xây dựng c hế độ cắt tối ưu khi gi a công trên máy cắt dây EDM -CNC có ý nghĩ a thực tiễn trong nghiên cứu kho a học cũng như trong sản xuất như s au:
- Giúp cho việc lựa chọ n chế độ công nghệ khi gi a công thé p khô ng gỉ trên máy cắt dây được hợp lý hơn, hiệu quả khai thác, sử dụng máy tốt hơn. Góp phần vào việc nâng c ao chất lượng và hạ gi á t hành sản phẩm. Đây là một yế u tố có ý nghĩa rất lớn đối với sự phát triển của doanh nghiệp trong môi trường sản xuất ki nh doanh luô n phải đối mặt với s ự cạnh tranh khốc liệt hiện nay trên thị trường cũng như trong quá trình hội nhập.
- Đạt được khả năng c ho năng suất cao nhưng vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt theo yêu cầu khi gi a công t hép không gỉ trong s ản xuất, ngay cả khi số lượng sản phẩm không nhiề u.





MỤC LỤC



Nội dung

Phầ n mở đầu Tr ang

6
Chương 1. Tổng quan về gia công tia lửa điện 12
1.1. Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện 12
1.1.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện 12
1.1.2. Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện 12
1.2. Các phương pháp gia công tia lửa điện 13
1.2.1. Phương pháp gia công xung định hình 13
1.2.2. Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện 13
1.2.3. Các phương pháp khác 13
1.3. Cơ chế của phương pháp gia công tia lửa đ iện 15
1.3.1. Bản chất vật lý 15
1.3.2. Cơ chế bóc tách vật liệu 20
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện 20
1.4.1. Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện 20
1.4.2. Dòng điện và bước của dòng điện 25
1.4.3. Ảnh hưởng của khe hở phóng điện  25
1.4.4. Ảnh hưởng của điện dung C 27
1.4.5. Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công 28
1.4.6. Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực 29
1.5. Lượng hớt vật liệu khi gia công tia lửa điện 29
1.6. Chất lượng bề mặt 30
1.6.1. Độ nhám bề mặt 30
1.6.2. Vết nứt tế vi và cá c ảnh hưởng về nhiệt 31
1.7. Độ chính xác tạo hình khi gia công tia lửa điện 32
1.8. Các hiện tượng xấu khi gia công tia lửa điện 33
1.8.1. Hồ quang 33

1.8.2. Ngắn mạch, sụt áp 34

1.8.3. Xung mạ ch hở, không có d òng điện 35

1.8.4. Sự quá nhiệt của chất điện môi 35

1.9. Các yếu tố không điều khiển được 35

1.9.1. Nhiễu hệ thống 35

1.9.2. Nhiễu ngẫu nhiên 36

1.10. Chất điện môi trong gia công tia lửa điện 36

1.10.1. Nhiệm vụ của chất điện môi 36

1.10.2. Các loại chất điện môi 37

1.10.3. Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 37

1.10.4. Các loại dòng chẩy của chất điện môi 40

1.10.5. Hệ thống lọc chất điện môi 42

Kết luận chương 1 44

Chương 2. Má y cắt dây và các thông số điều chỉ nh trong quá trình gia công 45

2.1. Sơ bộ về máy cắt dây tia lửa điện 45

2.1.1. Công dụng của máy cắt dây 46

2.1.2. Đặ c điểm của phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 46

2.2. Độ chính xác khi gia công cắt dây tia lửa điện 47

2.3. Điện cực và vật liệu điện cực 50

2.3.1. Yêu cầu của vật liệu điện cực 50

2.3.2. Các loại dây điện cực 51

2.4. Sự thoát phoi trong cắt dây tia lửa điện 51

2.5. Nhám bề mặt khi cắt dây 52

2.6. Các thông số về điện trong điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 53

2.6.1. Dòng phóng tia lửa điện Ie và bước của dòng điện 53

2.6.2. Độ kéo dài xung ti: 53

2.6.3. Khoảng cách xung t0 53

2.6.4. Điện áp đánh lửa Ui 54

2.6.5. Khe hở phóng điện 54

2.7. Lập trình gia công trên máy cắt dây 55

2.7.1. Các trục điều khiển và hệ toạ độ 55

2.7.2. Các chức năng “G” 56

Kết luận chương 2 67

Chương 3. Thực ng hiệm nghiên cứu ả nh hưởng của các thông s ố

công nghệ đến năng s uất và c hất lượng bề mặt 68

khi gia công t hép không gỉ trên má y cắt dây EDM

3.1. Thép không gỉ 68

3.1.1. Sơ lược về thép không gỉ 68

3.1.2. Thép AISI 304 70

3.2. Thiết kế thí nhiệm 70

3.2.1. Các giả thiết của thí nghiệm 71

3.2.2. Điều kiện thực hiện thí nghiệm 71

3.3. Nhóm thí nghiệm 74

3.3.1. Mô hình định tính quá trình cắt dây tia lửa điệ n 74

3.3.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm 75

3.4. Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm xác định độ nhám bề mặt và năng
76
suất gia công trong gia công cắt dây bằng tia lửa điện

3.4.1. Độ nhám bề mặt 77

3.4.2. Năng suất gia công 82

Kết luận chương 3 89

Kết luận chung 90

Tài liệu tham khảo 93

Phụ l ục 95