BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 0 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN … AN 3-8-2016.pdfViệt Nam, Viện cơ khí Việt Nam đã nhiệt tình hợp tác và giúp đỡ tôi trong hỗ

0

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

NGUYỄN HỮU PHẤN

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIA CÔNG

CỦA PHƢƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN BẰNG BIỆN PHÁP

TRỘN BỘT TITAN VÀO DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết

quả nghiên cứu của Luận án là khách quan, trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.

Ngƣời viết cam đoan

Nguyễn Hữu Phấn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

NGUYỄN HỮU PHẤN

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIA CÔNG

CỦA PHƢƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN BẰNG BIỆN PHÁP

TRỘN BỘT TITAN VÀO DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí

Mã số : 62.52.01.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

1. GS.TSKH. Bành Tiến Long

2. TS. Ngô Cƣờng

THÁI NGUYÊN - 2016

i

LỜI CẢM ƠN

Để có được những kết quả như ngày hôm nay, tôi xin trân trọng cảm ơn

Đảng ủy, Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa cơ khí và Trung tâm thực nghiệm

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên đã tạo

mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành

Luận án.

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân

thành tới GS.TSKH. Bành Tiến Long – Nguyên Thứ trưởng Bộ giáo dục & Đào

tạo; TS. Ngô Cƣờng – Phó Hiệu trưởng trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật, Đại học

Thái Nguyên là những người thầy đã dành nhiều thời gian hướng dẫn, tận tình chỉ

bảo tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Nguyễn

Đình Mãn – Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật; Ban Giám hiệu; Khoa

Kỹ thuật Công nghiệp; Trung tâm Tuyển sinh, Tư vấn & Hỗ trợ HSSV của Trường

Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật, Đại học Thái Nguyên nơi tôi đang công tác đã tạo mọi

điều kiện tốt nhất để tôi được học tập và nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban

Giám đốc và các đơn vị thuộc Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Diesel Sông

Công – Thái Nguyên, Công ty Cổ phần Cơ khí Phổ Yên – Thái Nguyên, Công ty Cổ

phần Phụ tùng máy số 1 – Thái Nguyên, Công ty Cổ phần Meinfa – Thái Nguyên,

Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ

Việt Nam, Viện cơ khí Việt Nam đã nhiệt tình hợp tác và giúp đỡ tôi trong hỗ trợ vật

tư, thiết bị thực nghiệm và thu thập số liệu nghiên cứu.

Tôi xin được trân thành cảm ơn sự cộng tác hiệu quả của ThS. Nguyễn Văn

Phú - Trường Cao đẳng nghề Bắc Giang, ThS. Nguyễn Mạnh Linh - Trường CĐ

Cơ khí Luyện kim – Thái Nguyên, ThS. Nguyễn Văn Minh và Ths. Trần Xuân

Hoàng - Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ Tuyên Quang, ThS. Dƣơng Minh

Toán và ThS. Phạm Việt Hùng - Trường CĐ Kinh tế - Kỹ thuật, Đại học Thái

Nguyên, Dr. Pichai Janmanee - Đại học Công nghệ Rajamangala - Thái Lan và

Dr. Vijaykumar S. Jatti -Đại học Quốc tế SIU - Ấn Độ.

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, những người luôn bên

cạnh tôi, đã động viên, chia sẻ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu

để hoàn thành Luận án.

Xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2016

Nguyễn Hữu Phấn

http://disoco.com.vn/

http://disoco.com.vn/

http://yellowpages.vnn.vn/business/listings_detail.asp?sql_code=732486

https://www.researchgate.net/profile/Pichai_Janmanee

https://www.researchgate.net/institution/Rajamangala_University_of_Technology_Krung_Thep

ii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xii

PHẦN MỞ ĐẦU 1

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG

BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

5

1.1. Phương pháp gia công bằng tia lửa điện (EDM)........................................ 5

1.1.1. Lịch sử phát triển........................................................................................ 5

1.1.2. Nguyên lý gia công..................................................................................... 5

1.1.3. Các ứng dụng EDM trong gia công cơ khí................................................ 7

1.1.4. Các thông số công nghệ .......................................................................... 9

1.1.5. Năng suất, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công ........................... 11

1.1.6. Các hướng nghiên cứu trong EDM......................................................... 14

1.2. Biện pháp trộn bột vào dung dịch điện môi trong EDM ............................ 21

1.2.1. Sơ đồ gia công........................................................................................... 21

1.2.2. Bột trộn trong dung dịch điện môi............................................................ 22

1.2.3. Những thay đổi của quá trình EDM khi bột trộn vào dung dịch điện môi 24

1.2.4. Tổng quan các hướng nghiên cứu về PMEDM.......................................... 27

1.3. EDM và công nghệ chế tạo khuôn.............................................................. 34

1.4. Nhận xét........................................................................................................ 34

1.5. Xác định hướng nghiên cứu.......................................................................... 35

iii

1.6. Một số giả thiết khoa học.............................................................................. 35

Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT GIA CÔNG BẰNG EDM 36

2.1. Khảo sát chất lượng lớp bề mặt khuôn dập nóng sau EDM.......................... 36

2.1.1. Mục đích.................................................................................................. 36

2.1.2. Đối tượng khảo sát..................................................................................... 36

2.1.3. Điều kiện khảo sát.................................................................................... 37

2.1.3.1. Thiết bị, thông số công nghệ và điều kiện gia công.............................. 37

2.1.3.2. Thiết bị đo, kiểm tra.............................................................................. 37

2.1.4. Kết quả và thảo luận................................................................................. 38

2.1.4.1. Cấu trúc của lớp bề mặt gia công.......................................................... 38

2.1.4.2. Thành phần hóa học và tổ chức tế vi của lớp bề mặt gia công.............. 41

2.1.4.3. Topography của bề mặt gia công........................................................... 43

2.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ bột đến quá trình gia công bằng EDM.......... 44

2.2.1. Mục đích................................................................................................... 44

2.2.2. Hệ thống thí nghiệm................................................................................. 45

2.2.3. Thiết bị đo, kiểm tra................................................................................. 49


2.2.4.1. Kết quả................................................................................................... 49

2.2.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến năng suất và chất lượng bề mặt

gia công bằng PMEDM......................................................................................

50

2.2.4.3. Phương trình hồi quy thực nghiệm........................................................ 59

Kết luận chương 2 68

Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM XÁC ÐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ

YẾU TỐ ÐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG

BẰNG TIA LỬA ÐIỆN CÓ TRỘN BỘT TITAN VÀO DUNG DỊCH

ÐIỆN MÔI 70

3.1. Thiết kế thí nghiệm.................................................................................... 70

3.1.1. Lựa chọn phương pháp thiết kế thí nghiệm............................................. 70

3.1.2. Lựa chọn các thông số đầu vào............................................................... 71

3.1.3. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm............................................................. 73

iv

3.2. Điều kiện thí nghiệm................................................................................... 80

3.3. Kết quả và thảo luận.................................................................................... 80

3.3.1. Kết quả thí nghiệm..................................................................................... 80

3.3.2. Kiểm tra độ tin cậy của dữ liệu................................................................. 82

3.3.3. Phân tích kết quả.................................................................................... 82

3.3.3.1. Năng suất bóc tách vật liệu (MRR)....................................................... 82

3.3.3.2. Lượng mòn điện cực (TWR)................................................................. 90

3.3.3.3. Độ nhám bề mặt gia công (Ra)............................................................. 98

3.3.3.4. Độ cứng tế vi lớp bề mặt (HV).............................................................. 105

3.3.3.5. Chất lượng lớp bề mặt gia công............................................................ 114

3.4. Tối ưu hóa đa mục tiêu................................................................................ 119

3.4.1. Các bước tiến hành................................................................................... 119


3.4.2.1. Kết hợp Taguchi và GRA...................................................................... 121

3.4.2.2. Kết quả tối ưu........................................................................................ 127

3.4.2.3. Thực nghiệm kiểm chứng...................................................................... 128


Chƣơng 4. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THỰC TIỄN

SẢN XUẤT CHẾ TẠO KHUÔN DẬP NÓNG PHÔI BÁT PHỐT XE

MÁY 132

4.1. Mục đích ..................................................................................................... 132

4.2. Sản phẩm ứng dụng ..................................................................................... 132

4.3. Các chỉ tiêu đánh giá.................................................................................... 132

4.4. Một số thông tin về khuôn 53211................................................................ 132

4.4.1. Điều kiện làm việc.................................................................................... 132

4.4.2. Vật liệu chế tạo khuôn................................................................................ 133

4.4.3. Dạng hỏng của khuôn................................................................................. 133

4.5. Chế tạo bề mặt khuôn dập 53211 ................................................................. 134

4.5.1. Chế tạo đối chứng bằng phương pháp EDM ở Công ty............................ 134

4.5.2. Chế tạo khuôn thử nghiệm bằng PMEDM theo các thông số lấy từ kết

quả nghiên cứu.................................................................................................... 135

v

4.6. Kết quả thử nghiệm và thảo luận................................................................. 136

4.6.1. Tuổi bền của khuôn.................................................................................. 136

4.6.2. Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật............................................................. 138


KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.................. 139

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI . 142

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................ 145

PHỤ LỤC.......................................................................................................... 156

vi

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

EDM – Electrical dischagre machining Gia công bằng tia lửa điện

PMEDM – Powder mixed electrical

dischagre machining

Gia công bằng tia lửa điện có trộn bột vào

dung dịch điện môi

MRR – Material removal rate Năng suất bóc tách vật liệu

TWR – Tool wear rate Lượng mòn điện cực

RSM - Response Surface Methodology Phương pháp mặt đáp ứng

ANN - Artificial Neural Network Mạng nhân tạo

GA- Genetic Algorithm Giải thuật di truyền

GRA - Grey relational analysis Phân tích quan hệ xám

PSO - Particle swarm optimization Tối ưu hóa bầy đàn

SA - Simulated annealing Mô phỏng ủ

PCA - Principal component analysis Phân tích thành phần chính

dof - degree of freedom Bậc tự do

S/N - Signal to Noise ratio Tỷ số tín hiệu/nhiễu

XRD – (X-Ray diffraction) Nhiễu xạ nhờ X - Ray

EDX – (Energy-dispersive X-ray) Phổ tán xạ năng lượng tia X

SEM - Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử

ANOVA - Analysis of variance Phân tích phương sai

PVD - Physical Vapor Deposition Phủ bay hơi vật lý

CVD - Chemical Vapor Deposition Phủ bay hơi hóa học

CNC - Computer Numerical Control Điều khiển bằng máy tính

http://www.narime.gov.vn/narime/index.php?option=com_content&view=article&id=521:nghien-cu-ng-dng-cong-ngh-ph-pvd-physical-vapor-deposition-to-lp-nang-cao-c-tinh-khuon-mu-va-ng-dng-ct-gt&catid=90:tin-khcn-khac&Itemid=200

vii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU

ton Thời gian phát xung

tof Thời gian ngừng phát xung

Wi Khối lượng phôi ban đầu

Wf Khối lượng phôi sau gia công

Ra Nhấp nhô bề mặt gia công

t Thời gian thực hiện 1 thí nghiệm

Khối lượng riêng của phôi

Ti Khối lượng điện cực ban đầu

Tf Khối lượng điện cực sau gia công

D Đường kính lỗ

d Đường kính điện cực

d Lượng quá cắt

ip Mật độ dòng điện

Np Nồng độ bột

ep Điện tích của hạt bột

dp Đường kính hạt bột

Ebr Điện trường đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi khi có bột

Ei Điện trường đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi khi không

có bột

r Bán kính hạt bột

Độ nhớt của dung dịch điện môi

p Hằng số điện môi của bột

i Hằng số điện môi của dung dịch điện môi

0 Hằng số điện môi chân không

dp Đường kính hạt bột

Nf Nồng độ bột sau gia công

Ni Nồng độ bột ban đầu

Kích thước khe hở phóng điện

1 Kích thước khe hở phóng điện khi không có bột

viii

2 Kích thước khe hở phóng điện khi có bột

gp Khoảng cách giữa điện cực và hạt bột

hp Chiều cao nhấp nhô

S Diện tích bề mặt điện cực

Wc Năng lượng của điện dung

g/cm3

Thứ nguyên của khối lượng riêng

V/m Thứ nguyên của cường độ điện trường

%/Cm2 Thứ nguyên của mật độ dòng điện tạo bởi các hạt bột

g/l Thứ nguyên của nồng độ hạt bột

V Thứ nguyên của điện áp

A Thứ nguyên của cường độ dòng điện

s Thứ nguyên của thời gian

HRC Thang đo độ cứng HRC

HV Thang đo độ cứng HV

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Các điều kiện gia công bề mặt khuôn 37

Bảng 2.2. Chiều dày của các lớp trong bề mặt khuôn dập 39

Bảng 2.3. Độ cứng lớp bề mặt khuôn dập theo chiều sâu 40

Bảng 2.4. Thành phần các nguyên tố trên bề mặt khuôn dập 41

Bảng 2.5. Chỉ tiêu ảnh hưởng của nồng độ bột 48

Bảng 2.6. Kết quả thực nghiệm MRR, TWR, Ra và độ cứng tế vi lớp bề mặt 49

Bảng 2.7. Kết quả thực nghiệm %C, Ti và Cu của lớp trắng 50

Bảng 2.8. Kết quả sai lệch của y1,y2,y3 với giá trị thực nghiệm của Cu+ 62

Bảng 2.9. Kết quả sai lệch của y1,y2,y3 với giá trị thực nghiệm của Cu- 65

Bảng 2.10. Kết quả sai lệch của y1,y2,y3 với giá trị thực nghiệm của Gr+ 67

Bảng 3.1. Mức của các thông số vào 74

Bảng 3.2. Bậc tự do của ma trận thí nghiệm 75

Bảng 3.3. Thiết kế thí nghiệm L27 76

Bảng 3.4. Ma trận thí nghiệm 77

Bảng 3.5. Tỷ số S/N của các đặc trưng 78

Bảng 3.6. Giá trị trung bình và tỷ số S/N của các chi tiêu 81

Bảng 3.7. ANOVA trị số MRR 83

Bảng 3.8. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến MRR 83

Bảng 3.9. ANOVA trị số tỷ số S/N của MRR 87

Bảng 3.10. Mức độ ảnh hưởng của thông số vào đến tỷ số S/N của MRR 87

Bảng 3.11. ANOVA trị số TWR 91

Bảng 3.12. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến TWR 91

Bảng 3.13. ANOVA trị số tỷ số S/N của TWR 95

Bảng 3.14. Mức độ ảnh hưởng của thông số vào đến tỷ số S/N của TWR 95

Bảng 3.15. ANOVA trị số aR 99

x

Bảng 3.16. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến aR

99

Bảng 3.17. ANOVA trị số tỷ số S/N của Ra 102

Bảng 3.18. Mức độ ảnh hưởng của thông số vào đến tỷ số S/N của Ra 103

Bảng 3.19. ANOVA trị số HV 106

Bảng 3.20. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến HV 106

Bảng 3.21. ANOVA trị số tỷ số S/N của HV 110

Bảng 3.22. Mức độ ảnh hưởng của thông số vào đến tỷ số S/N của HV 111

Bảng 3.23. Hệ số của các thông số đầu ra chuẩn hóa 122

Bảng 3.24. Độ sai lệch của dãy tham chiếu 0 (k)i 123

Bảng 3.25. Hệ số quan hệ xám 0, (k)i 124

Bảng 3.26. ANOVA trị số hệ số cấp độ quan hệ xám 125

Bảng 3.27. Mức độ ảnh hưởng các thông số vào đến hệ số cấp độ quan hệ

xám

126

Bảng 3.28. ANOVA trị số tỷ số S/N của GRG 126

Bảng 3.29. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của GRG 127

Bảng 3.30. Kết quả thực nghiệm 128

Bảng 4.1. Độ cứng nóng của thép SKD61 133

Bảng 4.2. Chiều sâu lớp được tăng bền bề mặt thép SKD61 133

Bảng 4.3. Các điều kiện gia công bề mặt khuôn bằng EDM 135

Bảng 4.4. Các điều kiện gia công bề mặt khuôn bằng PMEDM 136

Bảng 4.5. Kết quả kiểm tra mòn kích thước lòng khuôn sau khi làm việc 136

Bảng 4.6. Lượng mòn trung bình của kích thước lòng khuôn sau khi làm việc 137

Bảng 4.7. Một số chỉ tiêu đạt được khi gia công bề mặt khuôn bằng

PMEDM và EDM

138

xi

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Nguyên lý gia công của EDM. 5

Hình 1.2. Dung dịch điện môi trong EDM 7

Hình 1.3. Sơ đồ máy xung định hình 7

Hình 1.4. Sơ đồ phương pháp cắt dây 8

Hình 1.5. Điện áp và dòng điện trong EDM 9

Hình 1.6. Lớp bề mặt sau EDM 12

Hình 1.7. Ảnh hưởng của thời gian phát xung 14

Hình 1.8. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện 15

Hình 1.9. Quan hệ giữa MRR với số phần chia của điện cực 15

Hình 1.10. Ảnh hưởng của vật liệu chất điện môi đến chất lượng lớp bề mặt và

hiệu quả gia công

16

Hình 1.11. Ảnh hưởng bột nano C trong EDM 17

Hình 1.12. Chất điện môi trong nghiên cứu PMEDM 17

Hình 1.13. Ảnh hưởng của rung động đến MRR, %TWR và Ra 18

Hình 1.14. Ảnh hưởng của dạng xung đến công suất gia công 19

Hình 1.15. Ảnh hưởng của phương pháp điều khiển chuyển động điện cực

đến năng suất gia công bằng EDM

19

Hình 1.16. Sự phân bố nghiên cứu về EDM 20

Hình 1.17. Sơ đồ gia công của PMEDM 21

Hình 1.18. Bột trong nghiên cứu PMEDM 22

Hình 1.19. Số liệu thống kê về sử dụng bột trong các nghiên cứu PMEDM 24

Hình 1.20. Hạt bột trong khe hở điện cực 24

Hình 1.21. Sơ đồ xác định điện dung 25

Hình 1.22. Ảnh hưởng của điện áp và dòng điện đến dạng sóng xung 27

Hình 1.23. Số lượng nghiên cứu về PMEDM 27

Hình 1.24. Nguyên lý gia công của PMEDM 28

Hình 1.25. Các dạng dịch chuyển của bột trong dung dịch điện môi 29

Hình 1.26. Topography bề mặt thép SKH54 gia công bằng EDM 29

Hình 1.27. Chiều dày lớp đúc lại trên bề mặt phôi sau PMEDM 30

xii

Hình 1.28. Tạo hình bề mặt khuôn bằng EDM và PMEDM 31

Hình 1.29. Lượng mài mòn của lớp bề mặt gia công bằng EDM 32

Hình 1.30. Phương pháp tối ưu hóa trong EDM 33

Hình 2.1. Bề mặt khuôn dập sau EDM 36

Hình 2.2. Cấu trúc lớp bề mặt khuôn dập sau EDM 40

Hình 2.3. Nứt tế vi trên bề mặt khuôn dập sau EDM 40

Hình 2.4. Độ cứng tế vi theo chiều sâu lớp bề mặt khuôn dập sau EDM 41

Hình 2.5. Thành phần C và Cu trong lớp bề mặt khuôn dập sau EDM 42

Hình 2.6. X-ray lớp bề mặt khuôn dập sau EDM 42

Hình 2.7. Topography bề mặt của khuôn dập sau EDM 43

Hình 2.8. Hình dạng điện cực 46

Hình 2.9. Bột Titan 47

Hình 2.10. Sơ đồ thí nghiệm 47

Hình 2.11. Lắp thùng chứa dung dịch điện môi trên máy thí nghiệm 48

Hình 2.12. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ bột với MRR 50

Hình 2.13. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ bột với Ra 52

Hình 2.14. Topography bề mặt gia công 53

Hình 2.15. Cấu trúc tế vi bề mặt gia công 54

Hình 2.16. Cấu trúc lớp bề mặt sau EDM 54

Hình 2.17. Thành phần C, Ti, Cu trong lớp bề mặt gia công 55

Hình 2.18. Sự phân bố Ti trong lớp bề mặt gia công 56

Hình 2.19. X-ray bề mặt gia công với bột Ti (20g/l) 56

Hình 2.20. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ bột với TWR của điện cực Cu 57

Hình 2.21. Topography bề mặt điện cực 58

Hình 2.22. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ bột với độ cứng tế vi lớp bề mặt 59

Hình 2.23. Quan hệ giữa nồng độ bột với MRR của Cu+ 60

Hình 2.24. Quan hệ giữa nồng độ bột với Ra của Cu+ 60

Hình 2.25. Quan hệ giữa nồng độ bột với TWR của Cu+ 61

Hình 2.26. Quan hệ giữa nồng độ bột với HV của Cu+ 61

Hình 2.27. Quan hệ giữa nồng độ bột với MRR của Cu- 63

xiii

Hình 2.28. Quan hệ giữa nồng độ bột với Ra của Cu- 63

Hình 2.29. Qquan hệ giữa nồng độ bột với TWR của Cu- 64

Hình 2.30. Quan hệ giữa nồng độ bột với HV của Cu- 64

Hình 2.31. Quan hệ giữa nồng độ bột với MRR của Gr+ 66

Hình 2.32. Quan hệ giữa nồng độ bột với Ra của Gr+ 66

Hình 2.33. Quan hệ giữa nồng độ bột với HV của Gr+ 67

Hình 3.1. Sơ đồ thí nghiệm trong PMEDM 71

Hình 3.2. Tương tác giữa các thông số vào 75

Hình 3.3. Thiết kế thí nghiệm Taguchi 81

Hình 3.4. Ảnh hưởng của các thông số vào đến MRR 84

Hình 3.5. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến MRR 84

Hình 3.6. Ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của MRR 88

Hình 3.7. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến tỷ số S/N của MRR 88

Hình 3.8. Ảnh hưởng của thông số vào đến TWR 92

Hình 3.9. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến TWR 92

Hình 3.10. Ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của TWR 96

Hình 3.11. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến tỷ số S/N của TWR 96

Hình 3.12. Ảnh hưởng của các thông số vào đến Ra 100

Hình 3.13. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến Ra 100

Hình 3.14. Ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của Ra 103

Hình 3.15. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến tỷ số S/N của Ra 103

Hình 3.16. Ảnh hưởng của các thông số vào đến HV 107

Hình 3.17. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến HV 107

Hình 3.18. Ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của HV 111

Hình 3.19. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số đến tỷ số S/N của HV 111

Hình 3.20. Topography bề mặt gia công 115

Hình 3.21. Hạt vụn trên bề mặt gia công 115

Hình 3.22. Nứt tế vi trên bề mặt gia công 116

Hình 3.23. Cấu trúc lớp bề mặt sau EDM 116

Hình 3.24. Cấu trúc lớp bề mặt thép SKD61 sau PMEDM 117

xiv

Hình 3.25. Cấu trúc lớp bề mặt thép SKD11 sau PMEDM 117

Hình 3.26. Cấu trúc lớp bề mặt thép SKT4 sau PMEDM 117

Hình 3.27. X- Ray lớp bề mặt thép SKD61 118

Hình 3.28. Quan hệ xám. 124

Hình 3.29. Ảnh hưởng của thông số vào đến tỷ số S/N của cấp quan hệ xám 127

Hình 3.30. Topography bề mặt thép SKD11 128

Hình 3.31. Nứt tế vi trên bề mặt thép SKD11 129

Hình 3.32. Topography bề mặt điện cực Cu- 129

Hình 4.1. Khuôn dập nóng phôi bát phốt xe máy 132

Hình 4.2. Hình dạng bề mặt khuôn dập nóng phôi bát phốt xe máy 134

Hình 4.3. Bản vẽ chế tạo khuôn dập 134

Hình 4.4. Bản vẽ chế tạo điện cực xung 134

Hình 4.5. Điện cực xung. 135

Hình 4.6. Khuôn dập 53211 chế tạo thử 135

Hình 4.7. Lắp ráp khuôn dập trên bệ máy dập 137

Hình 4.8. Sản phẩm thử nghiệm 137

Hình 4.9. Bề mặt khuôn sau khi dập 53211 137

1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Phương pháp gia công bằng tia lửa điện (EDM) là phương pháp gia công phi

truyền thống, được ứng dụng ngày càng nhiều trong gia công các chi tiết có hình

dáng phức tạp, từ các vật liệu khó gia công, đặc biệt là các lòng, lõi của khuôn dập

và khuôn đúc... [13]. Phương pháp này không bị ràng buộc bởi quan hệ độ cứng

giữa phôi và dụng cụ, các vấn đề như rung động, ứng suất cơ học, tiếng ồn không

xuất hiện trong suốt quá trình gia công [34]. Tuy nhiên, EDM cũng tồn tại một số

hạn chế như: Năng suất bóc tách vật liệu thấp, điện cực dụng cụ bị mòn và chất

lượng bề mặt gia công không cao (phải có thêm nguyên công gia công tinh) [19].

Điều này dẫn đến việc tăng giá thành chế tạo của phương pháp EDM [103]. Trong

những năm gần đây, nhiều giải pháp nghiên cứu được đưa ra nhằm cải thiện các chỉ

tiêu kinh tế, kỹ thuật của quá trình như: Tối ưu hóa thông số công nghệ, lựa chọn

cặp vật liệu điện cực - phôi hợp lý, vật liệu điện cực đặc biệt và bột bằng vật liệu

dẫn điện trộn vào dung dịch điện môi. Trong những giải pháp trên, EDM có sử

dụng bột dẫn điện trộn vào dung dịch điện môi (PMEDM) là biện pháp cho kết quả

rất khả quan [18], [64], [89]. Và đây là biện pháp đang rất được quan tâm trong nhiều

nghiên cứu.

Các nghiên cứu về PMEDM đã chỉ ra rằng: Sử dụng biện pháp này có thể làm

tăng đồng thời cả năng suất và chất lượng quá trình gia công [34], [39]. Tuy nhiên,

PMEDM là biện pháp công nghệ mới, các thông tin về công nghệ này hiện nay chưa

nhiều (do bí mật hoặc bản quyền công nghệ) và vẫn còn nhiều vấn đề cần được làm

rõ (vật liệu – kích thước – nồng độ của bột, nguyên lý gia công, thông số công

nghệ,...) trước khi được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất [88]. Vì vậy, củng

cố cơ sở lý thuyết và phát triển ứng dụng biện pháp công nghệ này là hướng nghiên

cứu được quan tâm.

Hiện nay, các máy EDM như: Máy xung định hình, máy cắt dây được nhập

khẩu từ Trung Quốc, Đài Loan,... có giá thành không quá cao nên đây là thiết bị

đang được sử dụng phổ biến ở nước ta. Mặc dù vậy, EDM là phương pháp có số

lượng thông số công nghệ lớn với phạm vi thay đổi rộng. Việc lựa chọn các thông

số công nghệ trong sản xuất thường dựa vào tài liệu hướng dẫn của máy (ít được

2

chuyển giao khi mua máy) hoặc theo kinh nghiệm thực tế nên hiệu quả ứng dụng

EDM bị hạn chế. Bên cạnh đó, những nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực EDM ở

nước ta chưa nhiều và chủ yếu là nghiên cứu chuyển giao công nghệ. Vì vậy, để khai

thác hiệu quả kinh tế - kỹ thuật các thiết bị EDM, giảm giá thành chế tạo và nâng cao

năng suất gia công, tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm cơ khí trong bối cảnh hội

nhập và cạnh tranh khốc liệt, đòi hỏi cấp thiết các công trình nghiên cứu theo hướng

nâng cao hiệu quả gia công của EDM.

Nhiều loại vật liệu bột (Si, Al, W, Gr, Cu, Ti,...) đã được sử dụng trong

nghiên cứu PMEDM [56], [64]. Với mục tiêu nghiên cứu tập trung vào một số

hướng: Nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt gia công (bột Al, Gr, Cu, Si,

Al2O3,...) hoặc nâng cao cơ tính bề mặt gia công (bột W, WC, Ti, TiC, Cr,...). Một số

nghiên cứu đã cho thấy: Sử dụng vật liệu bột hợp lý trong PMEDM có thể đồng thời

nâng cao năng suất gia công, giảm độ nhám và cải thiện cơ tính của bề mặt gia

công. Đặc biệt, năng suất và chất lượng bề mặt gia công có thể đồng thời được cải

thiện ngay trong quá trình tạo hình bề mặt sản phẩm bằng PMEDM nên đã làm

giảm thời gian chế tạo sản phẩm. Cho đến nay các nghiên cứu với bột Ti trong

PMEDM mới tập trung vào giảm độ nhám bề mặt và nâng cao cơ tính bề mặt gia

công [64], [89].

Nghiên cứu tối ưu hóa PMEDM là lĩnh vực rất phức tạp do số lượng các

thông số công nghệ lớn và ảnh hưởng của chúng đến các chỉ tiêu tối ưu là rất khác

nhau [19], [88]. Nhiều phương pháp và công cụ tối ưu đã được sử dụng trong lĩnh

vực này: Bề mặt chỉ tiêu, mạng nhân tạo, Taguchi,... với bài toán tối ưu phần lớn là

bài toán đơn mục tiêu [33], [78]. Tuy nhiên, hiệu quả tối ưu EDM sẽ tốt hơn nếu là

tối ưu đa mục tiêu.

Ngành chế tạo khuôn mẫu đang được quan tâm phát triển mạnh ở nước ta.

Chính phủ đã đưa sản phẩm khuôn mẫu vào danh mục sản phẩm công nghiệp hỗ

trợ ưu tiên phát triển. Các mác thép SKD61, SKD11, SKH54, SKH51, AISI 01,

SKT4 được sử dụng rộng rãi để chế tạo các loại khuôn mẫu. Vì vậy, nghiên cứu

nâng cao năng suất và chất lượng gia công có liên quan trực tiếp với các sản phẩm

dạng này sẽ có ý nghĩa thực tiễn với ngành công nghiệp cơ khí nước ta.

3

Những vấn đề trên là định hướng cho tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu nâng

cao hiệu quả gia công của phương pháp tia lửa điện bằng biện pháp trộn bột Titan

vào dung dịch điện môi”.

2. Đối tƣợng, mục đích, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là 3 loại thép làm khuôn SKD61, SKD11,

SKT4 gia công bằng xung định hình với điện cực Đồng (Cu) và Graphit (Gr) sử dụng

dung dịch điện môi có trộn bột Titan.

2.2. Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài là nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt

gia công: Nâng cao cơ tính lớp vật liệu bề mặt gia công; giảm độ nhám bề mặt, số

lượng và kích thước nứt tế vi bề mặt; tăng năng suất bóc tách vật liệu; giảm lượng

mòn điện cực; ứng dụng nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt lòng khuôn dập

nóng.

2.3. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về EDM, PMEDM.

- Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian

phát xung, thời gian ngừng phát xung, vật liệu điện cực và nồng độ bột đến năng

suất và chất lượng bề mặt thép làm khuôn được gia công bằng phương pháp xung

định hình có trộn bột Ti trong dung dịch điện môi theo các chỉ tiêu năng suất bóc

tách vật liệu, lượng mòn điện cực, chất lượng bề mặt gia công.

- Tối ưu hóa các thông số công nghệ theo các chỉ tiêu năng suất và chất

lượng bề mặt gia công.

- Nghiên cứu ứng dụng kết quả vào thực tiễn sản xuất.

- Đo đạc và kiểm chứng bằng thực nghiệm.

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu

- Phương pháp tiếp cận: Kế thừa và phát triển từ kết quả nghiên cứu của các

tác giả đi trước.

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về EDM, PMEDM và quy hoạch thực nghiệm.

- Nghiên cứu bằng thực nghiệm bao gồm các bước:

+ Xây dựng hệ thống thí nghiệm và kế hoạch thực nghiệm.

4

+ Tiến hành thực nghiệm.

+ Phân tích kết quả.

+ Xác định các thông số tối ưu.

+ Kiểm chứng kết quả nghiên cứu trong thực tiễn sản xuất.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1. Ý nghĩa khoa học

Đề tài nhằm làm rõ ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian phát xung,

thời gian ngừng phát xung… đến năng suất và chất lượng bề mặt một số loại thép

làm khuôn được gia công bằng phương pháp xung định hình có trộn bột Ti trong

dung dịch điện môi. Đề tài sẽ đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu về

PMEDM đang dành được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học.

3.2. Ý nghĩa thực tiễn

Ba mác thép (SKD11, SKD61, SKT4) và hai loại vật liệu điện cực (Cu, Gr)

đang được sử dụng phổ biến trong ngành chế tạo khuôn mẫu bằng phương pháp

EDM. Kết quả nghiên cứu của luận án về tối ưu hóa các thông số công nghệ có thể

sử dụng để điều khiển các máy gia công EDM. Kết quả nghiên cứu được kiểm

chứng bằng thực tiễn sản xuất tại các cơ sở chế tạo khuôn mẫu. Tất cả những điều

đó sẽ đảm bảo ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

5

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG

BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

1.1. Phƣơng pháp gia công bằng tia lửa điện (EDM)

1.1.1. Lịch sử phát triển

Hiện nay, trong gia công cơ khí thì phương pháp gia công bằng tia lửa điện

(EDM) là phương pháp gia công được sử dụng phổ biến nhất trong các phương

pháp gia công không truyền thống [1], [34]. Năm 1770, nhà khoa học người Anh

Joseph Priestly là người đầu tiên phát hiện ra sự ăn mòn vật liệu do hiện tượng

phóng điện gây ra, đây được cho là nguồn gốc ra đời của EDM. Sau nhiều nghiên

cứu, hai nhà khoa học B. R. Lazarenko và N. I. Lazarenko của Nga đã điều khiển

thành công sự hình thành các tia lửa điện trong gia công kim loại, năm 1943 họ đã

đưa ra sơ đồ cấu trúc của máy EDM sử dụng mạch Lazarenko, loại mạch này đã

liên tục cải tiến và được ứng dụng rộng rãi trong bộ nguồn cung cấp của máy EDM.

Những năm 1950, các kỹ thuật viên của Mỹ sử dụng mạch điện điều khiển servo để

điều chỉnh khoảng cách giữa điện cực và phôi khi gia công các ống chân không

[79]. Tuy nhiên, chỉ tới những năm 1980 với sự xuất hiện của máy EDM - CNC thì

hiệu quả của phương pháp này mới được khẳng định. Với sự cải tiến liên tục, máy

EDM ngày nay đã trở lên ổn định với việc vận hành của máy đã được giám sát bởi

hệ thống điều khiển thích nghi và EDM đã được sử dụng rộng rãi ở các công ty, tập

đoàn trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.

1.1.2. Nguyên lý gia công

Hình 1.1. Nguyên lý gia công bằng tia lửa điện (EDM) [1].

6

Nguyên lý gia công của EDM là chuyển đổi năng lượng điện thành năng

lượng nhiệt thông qua chuỗi các tia lửa điện gián đoạn sinh ra tại khe hở giữa hai

điện cực (trong đó một điện cực là dụng cụ và một điện cực là chi tiết gia công

(phôi)) ngâm trong dung dịch điện môi (hình 1.1). Tại khe hở nhỏ nhất giữa dụng cụ

và chi tiết gia công, một điện áp cao được đặt vào sẽ đánh thủng sự cách điện của

dung dịch điện môi và làm xuất hiện tia lửa điện gây nóng chảy - bay hơi vật liệu

của cả dụng cụ và chi tiết gia công. Sau mỗi lần phóng điện, tụ điện trong mạch

điện sẽ được nạp điện từ nguồn thông qua một cuộn cảm và tia lửa điện tiếp theo lại

được hình thành [34]. Các tia lửa điện xuất hiện trên toàn bộ bề mặt của chi tiết gia

công làm hình thành bề mặt cần gia công với độ chính xác xấp xỉ độ chính xác hình

dạng của dụng cụ.

- Dụng cụ: Có nhiều loại vật liệu được sử dụng làm dụng cụ như Cu, Cu-Zn,

Al, Gr,... trong đó Cu, Gr là hai loại được sử dụng phổ biến nhất [63]. Vật liệu làm

dụng cụ trong EDM nói chung đều có đặc điểm là có tính dẫn điện và dễ gia công

tạo hình chính xác. Việc chọn loại vật liệu dụng cụ phù hợp sẽ cho năng suất bóc

tách vật liệu cao, lượng mòn nhỏ, giá thành thấp [63]. Điện cực dụng cụ có thể được

phân cực âm hoặc dương, việc lựa chọn phân cực phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể

(gia tinh hoặc gia công thô) và các yếu tố như: vật liệu dụng cụ, vật liệu gia công,

cường độ dòng điện và thời gian phát xung [56].

- Chi tiết gia công: Vật liệu chi tiết gia công bằng EDM phải có tính dẫn

điện, khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt, điểm nóng chảy, độ cứng... của vật liệu chi tiết

gia công có ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng gia công bằng EDM. Vật liệu

chi tiết gia công có điểm nóng chảy càng cao và khả năng dẫn nhiệt càng nhỏ thì

năng suất bóc tách vật liệu càng thấp [14]. Độ cứng của chi tiết gia công cũng có

ảnh hưởng đến năng suất và độ nhám bề mặt gia công [65].

- Dung dịch điện môi: Trong gia công bằng EDM, dung dịch điện môi có tác

dụng điều khiển quá trình phóng điện, làm nguội và hóa rắn phoi, cuốn phoi ra khỏi

vùng gia công và đi vào hệ thống lọc, hấp thụ và giải phóng năng lượng nhiệt [34].

Tính chất cách điện của dung dịch điện môi có ảnh hưởng lớn đến hiện tượng điện

phân giữa dụng cụ và phôi trong suốt quá trình gia công. Dung dịch điện môi phải

đảm bảo các yêu cầu: Có tuổi bền cao, khả năng cách điện thấp, phục hồi nhanh sau

7

khi bị tia lửa điện đánh thủng, có khả năng làm nguội và cuốn phoi tốt. Trong quá

trình gia công dung dịch điện môi được phun vào khe hở phóng tia lửa điện, đường

kính vòi phun và áp suất phun ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ khí, cuốn phoi đi và

duy trì nhiệt độ ổn định của dung dịch điện môi dưới điểm cháy [34]. Lưu lượng và

loại dung dịch điện môi có ảnh hưởng đến lượng mòn điện cực, năng suất bóc tách

vật liệu và chất lượng bề mặt gia công [63], [102]. Hiện nay loại dung dịch điện môi

được sử dụng phổ biến nhất là dầu hoặc nước (hình 1.2).

Hình 1.2. Dung dịch điện môi trong EDM [13].

1.1.3. Các ứng dụng EDM trong gia công cơ khí

Hình 1.3. Sơ đồ máy xung định hình [72].

- Gia công bằng xung định hình là phương pháp EDM mà hình dạng bề mặt

điện cực dụng cụ là âm bản của bề mặt gia công (hình 1.3). Hiện nay các máy xung

8

đã được tự động hóa ở mức cao, các điều kiện để tạo ra khe hở phóng điện, sự đồng

bộ của 2 quá trình di chuyển của điện cực và tạo xung được điều khiển tự động bằng

servo. Trong quá trình gia công, dung dịch điện môi được lọc để loại bỏ các hạt phoi

vụn và vật liệu bị phân hủy tạo ra khi xung. Xung định hình được sử dụng rộng rãi

trong việc tạo hình bề mặt các khuôn rèn, khuôn dập, khuôn đúc, ...

- Gia công bằng cắt dây là phương pháp EDM sử dụng dây dẫn điện (có

đường kính từ 0,1÷0,3mm) làm điện cực, chi tiết gia công đặt trên bàn máy được

điều khiển chuyển động theo đường bao nằm trong hệ tọa độ X-Y (hình 1.4). Gia

công bằng cắt dây có thể tạo được bề mặt 2D và 3D phức tạp.

Hình 1.4. Sơ đồ phương pháp cắt dây [72].

- Ngoài hai phương pháp trên EDM còn ứng dụng trong gia công cơ khí dưới

dạng kết hợp với các phương pháp gia công truyền thống như phay bằng tia lửa

điện, mài bằng tia lửa điện,...

EDM thường dùng trong gia công khuôn mẫu và các sản phẩm cơ khí đòi hỏi

độ chính xác cao, có biên dạng phức tạp, có độ bền và độ cứng cao mà việc gia

công trên các máy công cụ thông thường không hiệu quả hoặc không đáp ứng được.

So với các phương pháp gia công truyền thống thì EDM có những ưu điểm

cơ bản sau: Không yêu cầu dụng cụ phải có độ cứng cao hơn độ cứng của chi tiết

gia công; không gây biến dạng chi tiết gia công do không có sự tiếp xúc giữa dụng cụ

và phôi trong suốt quá trình gia công, điều này tạo nên tính đa năng của phương pháp;

năng lượng nhiệt được sử dụng để bóc tách vật liệu phôi nhưng lượng nhiệt truyền

vào chi tiết gia công là không lớn nên ít gây biến dạng nhiệt cho chi tiết gia công; bề

9

mặt phôi sau EDM không có các vết cào xước mà là tập hợp của các vết lõm nhỏ

phân bố ngẫu nhiên nên giúp lưu giữ dầu bôi trơn tốt hơn và tăng độ bền mỏi của chi

tiết khi làm việc; có khả năng gia công được các bề mặt có kích thước nhỏ với hình

dạng phức tạp; dễ dàng tự động hóa do các chuyển động khi gia công khá đơn giản.

Tuy nhiên EDM cũng có một số nhược điểm như: Chỉ gia công được các loại

vật liệu dẫn điện; năng suất và chất lượng bề mặt gia công thấp, khi tăng năng suất

bóc tách vật liệu thì độ nhám bề mặt gia công cũng tăng; trong quá trình gia công

xảy ra hiện tượng quá cắt và mòn điện cực làm ảnh hưởng không tốt đến độ chính

xác gia công; khó xác định chính xác khe hở phóng điện và các thông số công nghệ

tối ưu.

1.1.4. Các thông số công nghệ

Hình 1.5. Điện áp và dòng điện trong EDM [56].

1. Điện áp đánh lửa

Điện áp trong EDM có liên quan đến khe hở phóng điện và sự cách điện của

dung dịch điện môi [56]. Điện áp tại khe hở phóng điện tăng liên tục đến khi xuất

hiện dòng ion đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi, khi dòng điện bắt

đầu xuất hiện thì điện áp lớn nhất (U0) giảm xuống và giữ ở trạng thái ổn định (Ud)

tại khe hở phóng điện (hình 1.5). Giá trị điện áp được xác định theo kích thước khe

hở nhỏ nhất giữa điện cực và phôi. Điện áp càng cao càng làm tăng khe hở phóng

điện, điều này sẽ tạo điều kiện cho dòng dung môi chảy qua và làm ổn định quá

10

trình gia công. Năng suất bóc tách vật liệu, lượng mòn điện cực và độ nhám bề mặt

tăng khi điện áp tăng [34].

2. Cường độ dòng phóng tia lửa điện (Id)

Cường độ dòng điện là thông số công nghệ quan trọng nhất đặc trưng cho

hiệu quả gia công bằng EDM [34]. Cường độ dòng điện tăng đến một giá trị lớn

nhất xác định (Id), trị số của được xác định thông qua diện tích bề mặt gia công và

chế độ gia công (thô: Id 15A; bán tinh: Id = 8÷15A; tinh: Id 8A) [56]. Cường độ

dòng điện lớn sử dụng để gia công thô và các bề mặt có diện tích lớn. Cường độ

dòng điện cao sẽ làm tăng tốc độ bóc tách vật liệu nhưng cũng làm lượng mòn điện

cực tăng và chất lượng bề mặt gia công giảm [79].

3. Thời gian phát xung (ton)

Thời gian phát xung (ton= thời gian trễ (tde) + thời gian phóng tia lửa điện

(td)) và số chu kỳ xung (tp) trong một giây là đại lượng quan trọng. Năng suất bóc

tách vật liệu tỷ lệ thuận với trị số năng lượng được sử dụng trong ton [85]. Năng

lượng này được điều khiển bởi cường độ dòng điện cực đại và ton. Lượng vật liệu bị

nóng chảy và bay hơi sẽ tăng khi ton tăng lên. Tuy nhiên nếu kéo dài ton sẽ làm tăng

cường độ và tốc độ lan truyền của nhiệt xung vào bề mặt phôi dẫn đến tác động của

nó đến lớp bề mặt gia công sẽ rộng và sâu hơn. Mặt khác, khi ton quá dài còn có thể

dẫn đến lượng bóc tách vật liệu giảm và điện cực có thể không bị hao mòn [56]. Khi

ton ngắn tạo ra các vết lõm trên bề mặt phôi có đường kính và chiều sâu lớn hơn làm

tăng độ nhám bề mặt gia công.

4. Thời gian ngừng phát xung (tof)

Một chu kỳ xung sẽ hoàn thành với tof phù hợp trước khi sang chu kỳ tiếp

theo. Thời gian tof có ảnh hưởng đến năng suất bóc tách vật liệu và độ ổn định của

quá trình gia công [85]. Về lý thuyết, khi tof càng ngắn thì quá trình gia công sẽ

càng nhanh nhưng nếu nó quá ngắn sẽ không có đủ thời gian để vận chuyển phoi và

ion hóa hoàn toàn dung dịch điện môi. Đây chính là nguyên nhân gây ra sự mất ổn

định của quá trình gia công, xuất hiện những chu kỳ phát xung bất thường và rút

ngắn sự dịch chuyển servo của điện cực dẫn đến năng suất gia công giảm. Thời gian

tof phải lớn hơn thời gian ngừng ion hóa dung môi để không làm xuất hiện hiện

tượng phóng tia lửa điện liên tục tại một điểm, thực tế cho thấy, khi ton và tof

11

không được xác định chính xác sẽ xuất hiện nhiều xung lỗi gây tổn thất hiệu suất

gia công [85].

5. Khe hở phóng điện

Điện cực được điều khiển chạy tự động để điều chỉnh khe hở phóng điện

không thay đổi ứng với mỗi điều kiện gia công xác định. Hệ thống cơ điện (động cơ

bước) và hệ thống thủy lực được sử dụng để điều khiển chuyển động của điện cực.

Hệ thống điều chỉnh chuyển động điện cực phải đảm bảo các yêu cầu: Điều chỉnh

kích thước khe hở ổn định và tốc độ thích nghi nhanh để đáp ứng với sự ngắn mạch

hoặc kích thước khe hở. Độ rộng của khe hở không thể đo lường trực tiếp nhưng có

thể được suy ra bởi điện áp trung bình tại khe hở [13].

1.1.5. Năng suất, chất lượng bề mặt và độ chính xác gia công

1. Năng suất gia công

Năng suất gia công trong EDM được đánh giá bởi đồng thời 2 chỉ tiêu là

năng suất bóc tách vật liệu và lượng mòn điện cực dụng cụ.

- Năng suất bóc tách vật liệu (MRR) được xác định bởi tỷ số giữa khối lượng

vật liệu phôi được gia công với thời gian gia công. MRR xác định theo công thức:

3i fW WMRR .1000 mm / phút

.t

(1.1)

Trong đó:

Wi: Khối lượng ban đầu của phôi (g).

Wf: Khối lượng phôi sau gia công (g).

t: Thời gian gia công cho mỗi lần chạy thử (phút).

: Khối lượng riêng của vật liệu phôi (g/cm3).

- Lượng mòn điện cực dụng cụ (TWR) là lượng vật liệu điện cực bị hao mòn

trong một khoảng thời gian gia công. TWR xác định theo công thức:

3i f

T

T TWR .1000 mm / phút

.t

(1.2)

Trong đó:

Ti: Khối lượng ban đầu của điện cực (g).

Tf: Khối lượng điện cực sau gia công (g).

T: Khối lượng riêng của vật liệu điện cực (g/cm3).

12

Lượng mòn điện cực có quan hệ với lượng vật liệu bóc tách, vật liệu gia

công, cường độ dòng điện, diện tích bề mặt gia công, khe hở phóng điện và sự phân

cực điện cực. Vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao hơn sẽ làm độ bền mòn tăng dẫn

đến độ chính xác gia công tăng lên [82].

MRR và TWR phụ thuộc vào thông số công nghệ của EDM. Cường độ dòng

điện và thời gian phát xung là thông số có ảnh hưởng mạnh nhất đến MRR và TWR

[80]. Anot sẽ bị mòn lớn hơn với thời gian phát xung ngắn hơn, ngược lại catot sẽ bị

sẽ bị mòn lớn hơn khi tăng thời gian phát xung [34]. Bên cạnh ảnh hưởng của thời

gian phát xung thì các thông số công nghệ khác cũng có ảnh hưởng đến năng lượng

tia lửa điện dẫn đến sẽ ảnh hưởng đến MRR và TWR. Nhìn chung, MRR của EDM

thấp đặc biệt với gia công xung định hình, điều này sẽ làm tăng thời gian gia công

và chi phí tiêu hao vật liệu điện cực, gây sai số độ chính xác hình học của bề mặt

gia công [104].

2. Chất lượng bề mặt gia công

Bề mặt gia công bằng EDM được đặc trưng bởi hình dạng, thành phần hóa

học, cấu trúc tổ chức tế vi và cơ lý tính của nó. Độ nhám bề mặt tăng khi năng

lượng xung tăng [60]. Nhiệt của các tia lửa điện sẽ tạo ra lớp bề mặt phôi bao gồm

nhiều lớp: Lớp trắng, lớp đúc lại và vùng ảnh hưởng nhiệt (hình 1.6). Lớp trắng có

thành phần hóa học, cấu trúc tổ chức tế vi và cơ lý tính khác so với lớp nền [105].

Chiều dày lớp đúc lại và vùng ảnh hưởng nhiệt có thể được xác định thông qua

phân tích sự tác động bởi năng lượng nhiệt của tia lửa điện. Lớp trắng là lớp ngoài

cùng trên bề mặt gia công nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của bề

mặt phôi. Sau EDM lớp bề mặt gia công thường có cơ tính thấp, độ nhám bề mặt

lớn và có nhiều vết nứt tế vi nên ảnh hưởng không tốt đến khả năng làm việc của

chi tiết (nhất là các chi tiết khuôn rèn, khuôn dập, dụng cụ cắt,...) [22].

Hình 1.6. Lớp bề mặt sau EDM [72].

13

Một số kết quả nghiên cứu về gia công bằng tia lửa điện cho thấy: Ở điều

kiện nhất định của quá trình gia công, dưới tác dụng của các tia lửa điện thì vật liệu

điện cực bị nóng chảy và bay hơi xâm nhập một lượng đáng kể lên bề mặt phôi

[60]; bề mặt của thép không gỉ sau khi gia công bằng tia lửa điện với điện cực Si đã

được phủ một lớp vô định hình với sự xuất hiện của lượng lớn Si nóng chảy tách ra

từ điện cực giúp nâng cao đáng kể khả năng chống ăn mòn hóa học và chịu mài

mòn [67]; sử dụng điện cực thiêu kết từ bột Ti trong gia công khuôn có thể nâng cao

độ bền của khuôn từ 3 đến 7 lần [25], [31]; với việc trộn bột kim loại hoặc hợp kim

thích hợp vào trong dung dịch điện môi (PMEDM) có thể làm xuất hiện vật liệu bột

tương ứng trên bề mặt gia công dẫn đến nâng cao đáng kể chất lượng bề mặt gia

công [20], [23÷28],... Những kết quả đó mở ra hướng nâng cao chất lượng bề mặt

gia công ngay trong quá trình EDM.

3. Độ chính xác kích thước gia công

Khi gia công, các tia lửa điện sẽ làm nóng chảy và bay hơi vật liệu của cả

phôi và điện cực dụng cụ. Điều này sẽ làm hình dáng hình học của bề mặt điện cực

bị thay đổi, dẫn đến bề mặt gia công cũng thay đổi theo. Ngoài ra, trong suốt quá

trình gia công bằng EDM luôn tồn tại khe hở phóng điện giữa điện cực và phôi. Khe

hở này cùng với lượng mòn điện cực đã gây ra những sai số hình dáng hình học của

bề mặt gia công. Các sai số sẽ được điều chỉnh thông qua độ chính xác hình dáng

hình học của điện cực dụng cụ và các thông số công nghệ. Độ chính xác kích thước

gia công được xác định phụ thuộc vào ứng dụng thực tiễn, cụ thể:

- Lượng quá cắt (d) là sự sai khác giữa đường kính lỗ sau gia công với đường

kính điện cực. Chỉ tiêu này thường được sử dụng để đánh giá với máy cắt dây hoặc

xung định hình các lỗ có kích thước nhỏ hoặc siêu nhỏ. d xác định theo công thức:

D d

d mm2

(1.3)

Trong đó:

D: Đường kính của lỗ hoặc kích thước rãnh cắt sau gia công (mm).

d: Đường kính của điện cực hoặc dây (mm).

- Độ chính xác profil bề mặt gia công là độ chính xác hình dạng và kích thước

của các bề mặt sau gia công bằng xung định hình. Các bề mặt sử dụng gia công lần

cuối bằng EDM thì chỉ tiêu này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác sản phẩm.

14

1.1.6. Các hướng nghiên cứu trong EDM

EDM là phương pháp được sử dụng nhiều nhất so với các phương pháp gia

công phi truyền thống khác [34]. Tuy nhiên, năng suất bóc tách vật liệu thấp, điện

cực liên tục bị mòn đã ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả kinh tế và độ chính xác gia

công của EDM [15], [51]. Ngoài ra, lớp bề mặt sau gia công EDM có độ nhám bề

mặt lớn, nhiều vết nứt tế vi và bị thay đổi đáng kể cấu trúc tế vi và cơ lý tính làm

ảnh hưởng không tốt đến khả năng làm việc của chi tiết [61]. Chính vì vậy, những

nghiên cứu đã được công bố gần đây về EDM tập trung vào việc nghiên cứu ảnh

hưởng của các yếu tố đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công của của phương

pháp này.

1. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ

Khả năng công nghệ của EDM không chỉ bị ràng buộc công suất của máy mà

còn phụ thuộc rất nhiều vào các thông số công nghệ. Công suất tiêu thụ, chất lượng

bề mặt và năng suất bóc tách vật liệu của EDM chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều thông

số công nghệ như: Điện áp phóng tia lửa điện, cường độ dòng điện, khe hở phóng

điện, thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung, sự phân cực điện cực, dòng và

đặc trưng của dung dịch điện môi, độ dẫn điện của điện cực - phôi, diện tích gia

công,... [24], [34], [80]. Các kết quả khảo sát với điện cực Cu và vật liệu gia công là

thép SKD61 đã cho thấy: Khi tăng cường độ dòng điện đã làm MRR, TWR và Ra

tăng nhanh nhưng khi thời gian phát xung tăng dẫn đến MRR và Ra tăng nhưng

TWR giảm (hình 1.7 và 1.8). Và ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến các chỉ

tiêu đánh giá là mạnh hơn so với thời gian phát xung [80].

a) MRR b) Ra c) TWR

Hình 1.7. Ảnh hưởng của thời gian phát xung [80].

15

a) MRR b) Ra c) TWR

Hình 1.8. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện [80].

2. Nghiên cứu ảnh hưởng của số lượng tia lửa điện trong mỗi lần phát xung

Thông thường trong EDM chỉ tạo ra một tia lửa điện cho mỗi lần phát xung.

Để tạo ra nhiều tia lửa điện trong mỗi lần phát xung thì điện cực sẽ được chia thành

hai hoặc nhiều phần điện cực nhỏ [31], [27]. Các phần điện cực nhỏ này sẽ được

cách điện giữa chúng và được kết nối với bộ phận phát xung để tạo ra nhiều tia lửa

điện đồng thời trong một lần phát xung làm tăng năng suất bóc tách vật liệu. Thông

qua thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của số phần chia điện cực Cu đến MRR trong

gia công thép dụng cụ, Yang X. et al. (2016) đã đề xuất giải pháp mới làm tăng số

lượng các tia lửa điện [103]. Kết quả đã chỉ ra rằng, số lượng các tia lửa điện sẽ phụ

thuộc vào số lượng các phần nhỏ của điện cực và khi số phần chia của điện cực tăng

lên dẫn đến năng suất bóc tách vật liệu tăng theo (hình 1.9). Số lượng các tia lửa

điện sẽ phụ thuộc vào số lượng các phần nhỏ của điện cực. Điện năng tiêu thụ của

EDM thông thường với EDM có điện cực được chia nhỏ tương tự nhau, nhưng công

suất của tia lửa điện trong EDM có điện cực chia nhỏ sẽ bằng „n‟ lần so với EDM

thông thường trong một lần phát xung [19]. Do vậy, chất lượng bề mặt và MRR của

EDM có điện cực chia nhỏ cao hơn so với EDM thông thường nhưng công suất tiêu

thụ lại nhỏ hơn. Tuy nhiên, việc chia nhỏ điện cực và đảm bảo sự cách điện giữa

chúng là rất khó, nhất là bề mặt điện cực phức tạp hoặc kích thước nhỏ.

Hình 1.9. Quan hệ giữa MRR với số phần chia của điện cực [103].

16

3. Nghiên cứu về ảnh hưởng của thành phần dung dịch điện môi

Dung dịch điện môi sử dụng trong EDM có thể ở các dạng: lỏng, khí hoặc

hỗn hợp lỏng và khí. Vật liệu dung dịch điện môi là các loại dầu cách điện, nước

khử ion và khí ga. Sự ảnh hưởng của vật liệu dung dịch điện môi đến MRR và chất

lượng bề mặt của thép làm khuôn 8407 trong EDM đã được Zhen L. et al. (2014)

nghiên cứu tại [109]. Kết quả đã cho thấy: Vật liệu dung dịch điện môi có ảnh

hưởng mạnh đến hiệu quả gia công bằng EDM, dầu hỏa cho MRR thấp nhất trong 3

dung dịch điện môi được nghiên cứu và chất điện môi lỏng cho hiệu quả cao hơn

chất khí (hình 1.10). Dung dịch điện môi có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất, chất

lượng và độ ổn định quá trình gia công.

Hình 1.10. Ảnh hưởng của vật liệu chất điện môi đến chất lượng lớp bề mặt và hiệu

quả gia công trong EDM [109].

Biện pháp trộn bột vào dung dịch điện môi (PMEDM) với các loại bột khác

nhau (Al, Cr, Si, Gr, Cu,...) đã được giới thiệu trong nhiều nghiên cứu và cho kết

quả rất khả quan về khả năng nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công

[39], [104]. Liew P. J. et al. (2016) đã giới thiệu ảnh hưởng của nồng độ bột nano

các bon (C) trong dung dịch điện môi tới kích thước khe hở phóng điện, MRR,

TWR và chất lượng bề mặt gia công thép không gỉ SUS304 bằng EDM với điện cực

W [64]. Kết quả cho thấy: Việc trộn bột nano C vào dung dịch điện môi đã làm tăng

đáng kể kích thước khe hở phóng điện, năng suất gia công, độ cứng tế vi và độ bền

mài mòn của bề mặt gia công, đồng thời lượng mòn điện cực giảm (hình 1.11). Kích

thước, đặc trưng của bột và loại dung dịch điện môi đóng vai trò quan trọng trong

PMEDM [20].

17

a) Khe hở phóng điện b) MRR c) Ra

d) TWR e) Profil mặt cắt ngang

Hình 1.11. Ảnh hưởng bột nano C trong EDM [64].

Thống kê số liệu nghiên cứu đã công bố 1981÷2015 cho thấy sự phổ biến các

loại dung dịch điện môi trong nghiên cứu về PMEDM được thể hiện trên hình 1.12.

Hình 1.12. Chất điện môi trong nghiên cứu PMEDM [64].

4. Nghiên cứu điều khiển các điện cực trong EDM

Điều khiển chuyển động của các điện cực là điều khiển quan trọng nhất

quyết định đến quá trình gia công bằng EDM. Hiện nay, điều khiển servo được sử

dụng để điều khiển chuyển động của các điện cực nhờ đó điều khiển chính xác kích

thước khe hở phóng điện, hiệu quả gia công và độ ổn định trong EDM. Trong thực

tế không nhất thiết tia lửa điện có cường độ tốt như nhau với hai lần phát xung liên

tục khi khe hở phóng điện không đổi. Điều này là do đỉnh và đáy của các nhấp nhô

trên bề mặt phôi, hạt tạp chất trong dung môi đã làm thay đổi đặc trưng dẫn điện

18

trong khe hở phóng điện. Hệ thống điều khiển thích nghi dùng để duy trì kích thước

khe hở mong muốn tạo ra tia lửa điện tốt, ngăn ngừa hiện tượng phóng hồ quang và

ngắn mạch [20]. Một số kỹ thuật đã được ứng dụng để điều khiển thích nghi chuyển

động EDM như: Tích hợp rung động, điều khiển mờ, thiết bị tạo xung và hệ thống

điều khiển servo chuyển động điện cực [19], [31], [74], [106]. Ghiculescu D. et al.

(2014) đã nghiên cứu tích hợp rung siêu âm trong điều khiển servo chuyển động

điện cực Cu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng quá trình gia công xung thép

dụng cụ X210Cr12 [30]. Kết quả đã cho thấy: Tích hợp rung động trong EDM đã

làm MRR tăng, TWR và Ra giảm (hình 1.13). Nghiên cứu các hệ thống điều khiển

tối ưu chuyển động servo của điện cực không chỉ giúp phát hiện những lỗi không

mong muốn xuất hiện trong quá trình gia công mà còn tạo ra sự thay đổi thích nghi

trước khi các hiện tượng này xảy ra [78]. Tuy nhiên, đây là vấn đề rất phức tạp và

cần tiếp tục nghiên cứu trong tương lai.

Hình 1.13. Ảnh hưởng của rung động đến MRR, %TWR và Ra [30].

5. Nghiên cứu điều khiển dạng xung trong EDM

Xung trong EDM thường được phân thành các dạng: Xung hở, xung tia lửa

điện, xung ngắn mạch, xung hồ quang và xung trễ [72]. Các dạng xung khác nhau

sẽ có công suất gia công khác nhau (hình 1.14). Để có thể thực hiện gia công cần

tạo ra xung tia lửa điện theo yêu cầu chất lượng bề mặt tốt hơn các xung khác. Các

19

xung hồ quang và xung ngắn mạch cho bề mặt gia công có chất lượng thấp, quá

trình gia công lại không ổn định do sự xuất hiện của các hạt dẫn điện tồn tại trong

khe hở phóng điện và điều này đã ảnh hưởng không có lợi cho quá trình gia công

[19]. Trong những trường hợp này, người vận hành máy cần thiết phải có những

thao tác thích hợp để ổn định quá trình làm việc của máy. Chuyển động của điện

cực được điều khiển thích nghi đã làm năng suất gia công được cải thiện đáng kể

(tăng 57,5% với tốc độ chuyển động 0,5m/s và 54,95% với 1m/s) so với EDM

được điều khiển servo (hình 1.15). Việc hình thành các dạng xung trong EDM chịu

ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố trong đó một số yếu tố hiện nay vẫn được coi là

nhiễu. Vì vậy, nghiên cứu nhằm tạo ra bộ điều khiển thích nghi trực tiếp để hạn chế

sự xuất hiện các dạng xung không mong muốn nhằm ổn định quá trình hoạt động

của máy cần được quan tâm.

Hình 1.14. Ảnh hưởng của dạng xung đến công suất gia công [72].

Hình 1.15. Ảnh hưởng của phương pháp điều khiển

chuyển động điện cực đến thời gian gia công bằng EDM [72].

6. Nghiên cứu tối ưu hóa thông số công nghệ trong EDM

Các thông số công nghệ trong EDM thường được xác định thông qua kinh

nghiệm hoặc sổ tay công nghệ. Tuy nhiên, việc lựa chọn này sẽ không đảm bảo

chắc chắn được kết quả gia công sẽ tối ưu hoặc xấp xỉ trị số tối ưu. Để khắc phục

vấn đề này, hiện nay hầu hết ảnh hưởng của các thông số công nghệ đều được tối ưu

20

theo các chỉ tiêu TWR nhỏ hơn, chất lượng bề mặt tốt hơn và năng suất bóc tách vật

liệu cao hơn [38], [69]. Phương pháp được sử dụng trong các nghiên cứu là thực

nghiệm nghiên cứu với sự kết hợp của nhiều cặp vật liệu điện cực - phôi khác nhau

[44]. Sanghani C. R. et al. (2014) đã giới thiệu một số phương pháp và công cụ

được sử dụng để giải quyết các bài toán tối ưu hóa các mối quan hệ giữa thông số

công nghệ và chỉ tiêu đánh giá chất lượng trong EDM [78]. Các mô hình được thực

hiện thực nghiệm kiểm chứng và đã dự đoán được các đặc trưng chất lượng mong

muốn [19]. Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số công nghệ trong EDM rất phức tạp,

kết quả nghiên cứu phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu điện cực, phôi và máy gia công.

EDM đã được ứng dụng khá phổ biến trong sản xuất, tuy nhiên nhiều vấn đề

thuộc nguyên lý gia công của phương pháp này vẫn chưa được sáng tỏ như: Thời gian

gia công thực tế, kích thước chính xác của khe hở phóng điện,... Việc ứng dụng các

hệ thống điều khiển tự động (CAD/CAM, CIM,...) trong tự động hóa vận hành máy

EDM chưa nhiều [19]. Để có thể sử dụng tối đa hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của EDM

thì nghiên cứu làm rõ nguyên lý gia công và tự động hóa trong EDM cũng đang rất

được quan tâm. Thống kê từ năm 1981÷2015 về nghiên cứu đã công bố trong EDM

được trình bày trên hình 1.16.

Hình 1.16. Sự phân bố nghiên cứu về EDM [19].

Số lượng các nghiên cứu về EDM ở nước ta còn ít, kết quả chủ yếu tập trung

cải thiện năng suất và chất lượng gia công của máy cắt dây thông qua điều chỉnh

một số thông số công nghệ [2÷4], [8], [11].

Tóm lại: EDM đã dành được sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa

học. Các nghiên cứu đã công bố tập trung vào làm rõ bản chất của các hiện tượng

xảy ra trong quá trình gia công, tìm cách nâng cao năng suất và chất lượng gia công.

Có nhiều giải pháp được đưa ra trong đó biện pháp trộn bột vào dung dịch điện môi

21

(PMEDM) đã dành được sự quan tâm lớn của các nhà khoa học (hình 1.16) vì các

kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy đây là biện pháp rất khả quan để nâng cao

đồng thời cả năng suất và chất lượng gia công.

1.2. Biện pháp trộn bột vào dung dịch điện môi trong EDM

1.2.1. Sơ đồ gia công

Hình 1.17. Sơ đồ gia công của PMEDM [89].

Khả năng cách điện đồng nhất của dung dịch điện môi trong EDM đã tạo ra

miền phân bố điện trường với cường độ không đổi dẫn đến khe hở phóng điện nhỏ

và tia lửa điện chỉ xuất hiện tại một vài điểm [108]. Việc trộn bột dẫn điện vào dung

dịch điện môi gây ra sự sai lệch điện trường trong vùng khe hở phóng điện. Các

điểm ở vị trí gần hai điện cực nhất c, d sẽ có mật độ điện tử cao hơn (hình 1.17b).

Các hạt bột a và b có khoảng cách gần nhau nhất, sẽ tạo ra mật độ điện tích lớn nhất

dẫn đến dung dịch điện môi sẽ bị đánh thủng sự cách điện dễ dàng nhất. Các hạt bột

c và d sau khi nạp và tích điện sẽ làm xuất hiện tia lửa điện giữa chúng và hình

thành các “chuỗi phóng tia lửa điện” [89]. Như vậy, PMEDM tạo điều kiện cho

việc phóng tia lửa điện có thể xảy ra dễ dàng và làm tăng kích thước khe hở phóng

điện so với EDM. Hiện tượng phóng điện giữa các hạt bột dẫn đến số lượng tia lửa

điện tăng nên cường độ của chúng sẽ bị giảm (hình 1.17a), điều này tạo ra bề mặt

gia công có số lượng vết lõm tăng nhưng đường kính và chiều sâu lại giảm, dẫn đến

trị số nhám bề mặt gia công giảm theo [92], [93]. Độ rộng của vùng phóng tia lửa

điện cũng tăng lên và làm tăng diện tích gia công. Việc trộn bột vào dung dịch điện

môi không chỉ tạo ra bề mặt gia công đồng nhất mà còn ngăn cản sự xuất hiện hiện

tượng phóng hồ quang điện tại một vài vị trí. Kích thước khe hở phóng điện phụ

thuộc vào nồng độ bột, kiểu bột và các thông số công nghệ khác [92]. Nói chung,

tăng nồng độ bột làm kích thước khe hở phóng điện tăng theo. Tuy nhiên, nồng độ

22

bột tăng quá giới hạn cho phép sẽ làm kích thước khe hở không tăng mà có thể làm

xuất hiện các hiện tượng: Ngắn mạch, sụt áp, dung môi bị quá nhiệt,...

1.2.2. Bột trộn trong dung dịch điện môi

1. Vật liệu bột

Bột trộn vào dung dịch điện môi phải đảm bảo các yêu cầu: Khả năng dẫn điện

và dẫn nhiệt tốt, không bị hòa tan, khối lượng riêng không quá lớn và đặc biệt phải

đảm bảo được mục đích nghiên cứu. Số liệu thống kê từ năm 1981÷2015 về mức độ

sử dụng các loại bột trong nghiên cứu PMEDM được trình bày trên hình 1.18.

Hình 1.18. Bột trong nghiên cứu PMEDM [64].

2. Đặc trưng của bột trong PMEDM

a. Độ dẫn điện của bột đặc trưng bởi mật độ dòng điện (ip) và được xác định

bởi công thức (1.4) [74]:

2

p p p

E di N .e .

6

(1.4)

Trong đó:

ip: Mật độ dòng điện tạo bởi các hạt bột (%/Cm2).

Np: Nồng độ hạt bột (g/l).

ep: Điện tích tạo bởi một hạt.

: Độ nhớt của dung dịch điện môi.

E: Cường độ điện trường tại khe hở (V/m).

23

dp: Đường kính hạt bột (mm).

Công thức (1.4) cho thấy: Khả năng dẫn điện toàn phần của dung dịch điện

môi tỷ lệ thuận với E2 [104]. Độ dẫn điện của dung dịch điện môi tăng khi tăng điện

trường và nồng độ bột, giảm độ nhớt dung môi và tăng khe hở phóng điện. Các

nghiên cứu chỉ ra rằng, kích thước khe hở phóng điện bị thay đổi mạnh khi bột trộn

vào dung dịch điện môi.

b. Kích thước bột là thông số có ảnh hưởng rất mạnh đến các chỉ tiêu chất

lượng của PMEDM. Zhang Y. et al. (2012) đã cho thấy: Kích thước bột không chỉ

ảnh hưởng đến MRR, TWR, Ra mà còn tác động đến chiều dày lớp bề mặt bị thay

đổi do nhiệt xung gây ra [104]. Khi nghiên cứu tổng quan về PMEDM, Marashi H.

et al. (2016) cũng chỉ ra rằng: Kích thước bột thay đổi sẽ có ảnh hưởng khác nhau

đến hiệu quả gia công của PMEDM và thông số này thường được lựa chọn theo chỉ

tiêu đánh giá trong nghiên cứu (nâng cao chất lượng bề mặt ứng với bột 36m,

nâng cao đồng thời năng suất và chất lượng ứng với bột 40÷50m, tăng năng suất với

bột 100m) [64]. Kích thước tối ưu của bột phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố như:

Hình dạng, vật liệu,... và rất ít kết quả nghiên cứu được công bố làm rõ vấn đề này.

c. Nồng độ bột trong dung dịch điện môi là thông số ảnh hưởng đến hiệu quả

và sự ổn định trong gia công bằng PMEDM. Tăng nồng độ bột làm tăng kích thước

khe hở phóng điện và số lượng tia lửa điện, điều này sẽ ảnh hưởng tốt đến năng suất

và chất lượng gia công [13], [18]. Tuy nhiên, nồng độ bột quá lớn sẽ gây ra hiện

tượng ngắn mạch, phóng hồ quang và sự mất ổn định trong PMEDM. Trị số tối ưu

của nồng độ bột phụ thuộc vào các đặc trưng của bột (kích thước, vật liệu, hình

dạng,...) điều này đã làm hạn chế tính ứng dụng kết quả tối ưu đại lượng này trong

thực tiễn [64]. Chính vì vậy, tối ưu hóa nồng độ bột vẫn là hướng nghiên cứu còn rất

mới và cấp thiết trong PMEDM hiện nay.

Lựa chọn vật liệu và đặc trưng của bột trong PMEDM căn cứ vào mục tiêu

nghiên cứu (hình 1.19). Kết quả cho thấy, các thông số công nghệ về bột (kích

thước, nồng độ, vật liệu) được lựa chọn và chỉ tiêu đánh giá trong các nghiên cứu

của PMEDM là rất khác nhau.

24

Hình 1.19. Số liệu thống kê về sử dụng bột

trong các nghiên cứu PMEDM (1981÷2015) [64].

1.2.3. Những thay đổi của quá trình EDM khi trộn bột vào dung dịch điện môi

1. Sự cách điện của dung dịch điện môi

Sự cách điện của dung dịch điện môi được đặc trưng bởi cường độ điện trường

đánh thủng sự cách điện của dung môi (Ebr) và được xác định bởi công thức (1.5) [74]:

p l2 2 3 fbr i

l p l i

2 N2kTE E [r (ln )]

N

(1.5)

Nếu tỷ số 1

2kT

C là không đổi thì sự cách điện của dung dịch điện môi phụ

thuộc chủ yếu vào kích thước hạt bột (r), nồng độ hạt bột (N), hằng số điện môi của

vật liệu bột và loại dung dịch điện môi. Bột trộn vào dung dịch điện môi đi vào

vùng khe hở phóng điện sẽ chịu tác dụng của lực điện trường và các lực khác. Các

hạt bột sẽ làm giảm sự cách điện của dung dịch điện môi và Ebr giảm khi N tăng.

2. Độ lớn khe hở phóng điện

Hình 1.20. Hạt bột trong khe hở điện cực [13].

25

Giả thiết các hạt bột mang dấu (+) do điện từ cực dương đặt vào (hình 1.20).

Điện trường là một yếu tố quan trọng để tạo ra tia lửa điện. Nó phụ thuộc vào sự

thay đổi kích thước khe hở phóng điện.

- Khi không có bột: Khoảng cách khe hở điện cực có giá trị là 1.

- Khi có bột: Điện trường tăng lên khi có sự xuất hiện của các hạt bột,

khoảng cách khe hở điện cực mới là 2 xác định bởi (1.6) [13]:

p

2 1

d

r h1

g

(1.6)

Trong đó:

: Hệ số tăng điện trường do hình dạng nhấp nhô tại khe hở điện cực.

gd: Khoảng cách giữa hạt bột và điện cực.

hp: Chiều cao nhấp nhô.

Công thức trên 2>1 và điều này chứng tỏ bột trộn vào dung môi đã làm khe

hở phóng điện tăng lên.

3. Điện dung

Điện dung là nguyên nhân chính dẫn đến sự mất ổn định quá trình EDM và

cản trở xu hướng nâng cao chất lượng bề mặt gia công, đặc biệt trong gia công các

bề mặt có diện tích lớn. Trong quá trình gia công thô, điện dung rất nhỏ nên có thể

bỏ qua (hình 1.21). Tuy nhiên, ảnh hưởng này sẽ tăng lên trong gia công tinh do

kích thước khe hở phóng điện rất nhỏ. Bột trộn vào dung dịch điện môi làm tăng

khe hở phóng điện dẫn đến sẽ làm giảm mạnh ảnh hưởng của điện dung.

Hình 1.21. Sơ đồ xác định điện dung [13].

- Điện dung (C) tại khe hở phóng điện được xác định bởi (1.7) [13]:

0 1

SC F

(1.7)

Trong đó:

0: Hằng số điện môi trong chân không.

26

l: Hằng số điện môi của dung dịch điện môi.

S: Diện tích bề mặt điện cực (mm2).

: Khoảng cách giữa các điện cực (mm).

- Năng lượng tích trữ bởi điện dung (WC) sẽ làm tăng cường độ của tia lửa

điện và ảnh hưởng không tốt đến chất lượng bề mặt gia công. WC được xác định

theo (1.8) [13]:

2

C

1W C.U

2 (1.8)

Trong đó:

U: Điện áp đặt vào các điện cực (V).

4. Đường kính của plasma

Các đặc trưng vật lí xảy ra trong khe hở phóng điện rất phức tạp nên rất khó

để xác định chính xác bề rộng của tia lửa điện trong EDM. Kích thước tia lửa điện

trong PMEDM được cho là lớn hơn so với EDM [13]. Nguyên nhân mở rộng kích

thước tia lửa điện có thể là do đường dịch chuyển các ion và electron dài hơn, áp

lực xung quanh lại nhỏ hơn. Cả hai nguyên nhân này đều quan hệ với kích thước

khe hở phóng điện. Các ion và electron được tăng tốc độ di chuyển, tích lũy năng

lượng và va chạm với các phân tử nhỏ tại thời điểm phóng tia lửa điện. Điều này

làm tăng năng lượng và số lượng đường dịch chuyển của chúng nên kích thước khe

hở phóng điện tăng theo. Phân cực điện cực dương với thời gian phát xung ngắn đã

làm đường kính plasma tại bề mặt phôi lớn hơn nhiều so với trên bề mặt điện cực

[104]. Khi gia công tinh với phân cực dương, cường độ dòng điện nhỏ và thời gian

phát xung ngắn thì sự di chuyển chủ yếu là các electron, do các ion có khối lượng

lớn hơn nên cần thời gian dài hơn để tăng tốc.

5. Số lượng tia lửa điện

Trộn bột dẫn điện vào dung dịch điện môi đã tạo ra sóng xung của các tia lửa

điện khác so với khi không có bột (hình 1.22). Nhiều tia lửa điện được hình thành

với mỗi lần phát xung trong PMEDM. Nguyên nhân là do rất nhiều chuỗi tia lửa

điện được hình thành và dẫn đến sự phân tán năng lượng tia lửa điện. Khi một xung

điện được đặt vào sẽ tạo ra đồng thời nhiều điểm phóng tia lửa điện.

27

Hình 1.22. Ảnh hưởng của điện áp và dòng điện đến dạng sóng xung [104].

1.2.4. Tổng quan các hướng nghiên cứu về PMEDM

Thống kê số liệu nghiên cứu về PMEDM đã được công bố trên các tạp chí uy

tín từ năm 1981÷06/2016 trình bày ở hình 1.23.

Hình 1.23. Số lượng nghiên cứu về PMEDM

(nguồn Springer; ScienceDirect; SAGE journals).

Các nghiên cứu về PMEDM tập trung vào một số hướng sau:

1. Làm rõ nguyên lí gia công

Nguyên lý gia công của PMEDM khác so với gia công bằng EDM [4].

PMEDM có kích thước khe hở phóng điện lớn hơn và số lượng tia lửa điện nhiều

hơn, hình thành các “chuỗi phóng tia lửa điện”, xuất hiện đồng thời nhiều tia lửa

điện trên bề mặt điện cực và phôi tại một thời điểm (hình 1.24).

28

Hình 1.24. Nguyên lý gia công của PMEDM [43].

Bột trộn vào dung dịch điện môi đã quan sát được sự xuất hiện tia lửa điện

trên cả hai bề mặt điện cực tại một thời điểm. Với EDM các tia lửa điện chỉ xảy

ra tại một vài điểm trên bề mặt của một trong hai điện cực. Khe hở phóng điện

phụ thuộc vào nồng độ bột, kiểu bột và các thông số điện [90]. Nhìn chung, tăng

nồng độ bột sẽ làm tăng khe hở phóng điện. Khi nồng độ bột Al là 30g/l đã làm

tăng khe hở phóng điện lên 10 lần so với EDM thông thường [55]. Các hạt bột

trong khe hở là nguyên nhân gây ra sự sai lệch trong miền điện trường [37].

Dạng sóng xung, điện trường trong khe hở phóng tia lửa điện, điện dung và

đường kính plasma trong PMEDM khác so với trong EDM khi gia công. Các đại

lượng này trong PMEDM thường được cải thiện theo hướng tạo ra quá trình gia

công ổn định và tăng hiệu quả gia công. Hình 1.25 chỉ ra các dạng di chuyển của

bột trong khe hở phóng điện [25]. Các hạt bột sẽ hình thành các chuỗi dịch

chuyển và được gọi là ảnh hưởng bắc cầu. Các ảnh hưởng này sẽ gây ra hiện

tượng ngắn mạch và tạo ra sự nổ sớm trong vùng khe hở, điều này sẽ làm quỹ

đạo di chuyển của các hạt bột trở nên ngẫu nhiên dẫn đến hình thành các chuỗi

phóng tia lửa điện bất kì. Vùng tác dụng của các tia lửa điện rộng hơn làm tăng

diện tích bị ảnh hưởng bởi các tia lửa điện. Cho đến nay, tác động của các hạt

bột đến nguyên lý gia công của PMEDM vẫn còn nhiều vấn đề chưa được sáng

tỏ như: Quỹ đạo di chuyển của bột, số lượng và năng lượng của các tia lửa điện,

quan hệ giữa bột với các thông số công nghệ,...[104].

29

(1) Chuyển động qua lại (2) Bám dính trên bề mặt điện cực

(3) Tạo thành các cụm (4) Hình thành chuỗi

Hình 1.25. Các dạng dịch chuyển của bột trong dung dịch điện môi [25].

2. Nâng cao chất lượng lớp bề mặt gia công

Lớp bề mặt sau gia công EDM có độ cứng thấp, nhiều vết nứt tế vi và ứng

suất dư vượt quá giới hạn bền kéo của vật liệu [60]. Điều này đã làm giảm độ bền

mỏi, bền mài mòn và ăn mòn hoá học của lớp bề mặt. Thay vì sử dụng các biện

pháp công nghệ như mài, đánh bóng,... để loại bỏ lớp bề mặt này, hiện nay biện

pháp trộn bột vào dung dịch điện môi đã được giới thiệu trong nhiều nghiên cứu và

cho kết quả rất khả quan [39].

Hình 1.26. Topography bề mặt thép SKH54 gia công bằng EDM [96].

Việc trộn các loại bột Cu, Si, Al vào dung dịch điện môi làm giảm sự cách

điện của dung dịch điện môi [90]. Tăng nồng độ bột làm tăng năng suất và chất

lượng bề mặt gia công. Bột Si trộn vào dung dịch điện môi của EDM cho độ nhám

30

bề mặt gia công nhỏ với điện cực phân cực dương [20], [68]. Tuy nhiên, để có hiệu

quả cao quá trình gia công cần thời gian phóng tia lửa điện ngắn và sự phân bố đều

của các hạt bột trong dung môi. Trong cùng điều kiện gia công thì bột Al và bột Gr

sẽ cho độ nhám bề mặt gia công nhỏ hơn so với bột Si [48]. Chiều sâu các vết lõm

trên bề mặt gia công khi sử dụng bột SiC lớn hơn so với bột Al nhưng vẫn nhỏ hơn

so với khi không có bột trong dung dịch điện môi và điều này làm giảm nhấp nhô

bề mặt so với EDM [39], [47]. Các loại bột (Si, Gr, Mo, Al, SiC) có kích thước

trung bình được trộn vào dung dịch điện môi của EDM cho thấy: Bột Al cho độ

bóng bề mặt thép SKH-51 cao hơn so với thép SKH-54 (hình 1.26).

Hình 1.27. Chiều dày lớp đúc lại trên bề mặt phôi sau PMEDM [97].

Với nồng độ bột Gr nhỏ (2mmg/l), lưu lượng thấp có thể nhận được Ra

0,0931µm trên bề mặt thép SKH-51 [76]. Bột kích thước nhỏ sẽ làm tăng mật độ

bột trong dung dịch điện môi dẫn đến tần suất xuất hiện cầu nối phóng điện tăng và

sự phân bố đồng đều hơn của các tia lửa điện nên chất lượng bề mặt gia công cao

hơn [96]. Sử dụng các phụ gia trộn cùng bột vào dung dịch điện môi làm tăng khả

năng tách rời của các hạt bột giúp chúng phân bố đồng đều trong dung dịch điện

môi, điều này đã không những cải thiện độ nhám bề mặt mà còn làm giảm chiều

dày lớp trắng (lớp đúc lại) trên bề mặt phôi (hình 1.27). Để nhận được bề mặt gia

công với Ra = 5m bằng EDM cần 5 giờ, trong khi chỉ mất 25 phút với thực hiện

bằng PMEDM sử dụng bột Al [54]. Mohri N. et al. (1991) đã đề xuất giải pháp mới

hiệu quả hơn so với phương pháp truyền thống trong tạo hình bề mặt lõi khuôn dập

nóng (hình 1.28), theo giải pháp này: Sử dụng nồng độ bột Si 20g/l trong dung dịch

điện môi khi gia công tinh bằng EDM đã tạo ra bề mặt thép SKD61 có độ bóng cao

(Ramax<5m) [66].

31

3D - CAD

Chuẩn bị thiết bị công nghệ

Phay: Tạo hốc bề mặt gia

công và điện cực

EDM:

- EDM thô bề mặt gia công.

- PMEDM tinh bề mặt gia công.

3D - CAD

Chuẩn bị thiết bị công nghệ

Phay: Tạo hốc bề mặt gia

công và điện cực

Gia công bằng tay bề mặt khuôn

EDM

Đánh bóng bằng tay

a) Phương pháp EDM và PMEDM b) Phương pháp EDM

Hình 1.28. Tạo hình bề mặt khuôn bằng EDM và PMEDM [66].

Việc trộn bột vào dung dịch điện môi đã làm thay đổi đáng kể tính chất cơ lý

của bề mặt sau gia công EDM [56]. Các kết quả nghiên cứu sự thay đổi lớp bề mặt

sau PMEDM cho thấy: Độ bền ăn mòn, độ bền oxi hóa do nhiệt và độ bền mài mòn

đều tăng [36], [46]. Gia công bằng EDM với bột Gr, Si, Al trộn vào dung dịch điện

môi cho lớp bề mặt có độ bền mòn cao hơn so với gia công bằng EDM [94]. Sự

không xuất hiện của lớp bị ảnh hưởng nhiệt và độ bền mòn tăng cao trên bề mặt gia

công sau PMEDM là hiệu quả chính của biện pháp này. Sử dụng điện cực Ti và bột C

trộn vào dung dịch điện môi đã hình thành lớp TiC có độ bóng cao trên bề mặt của

thép SKD61, độ cứng và độ bền mài mòn của lớp này cao hơn nhiều so với vật liệu

nền [36], [70]. Kết quả tương tự nhận được khi trộn bột Ni vào dung dịch điện môi

(hình 1.29). Khi trộn bột Ti vào dung dịch điện môi là dầu với điện cực phân cực

ngược đã tạo ra một lớp TiC chiều dày 150µm có độ cứng 1600HV trên bề mặt thép

các bon [25]. Một lớp bôi trơn MoS2 có thể được phủ lên các vật liệu có nhiệt nóng

chảy nhỏ hơn bằng PMEDM [26], [28]. Một lượng đáng kể vật liệu bột W đã xâm

nhập vào bề mặt các thép làm khuôn khi trộn bột này trong dung dịch điện môi, nhờ

đó nâng cao cơ tính bề mặt gia công [57].

32

Hình 1.29. Lượng mài mòn của lớp bề mặt gia công bằng EDM [94].

Với việc vật liệu bột xâm nhập vào bề mặt gia công để hình thành lớp vật liệu

ở bề mặt có độ bền và độ cứng cao cho thấy: Đây có thể là giải pháp khả thi thay thế

cho các phương pháp phủ PVD và CVD [56].

3. Nâng cao năng suất gia công

Để đánh giá năng suất gia công của PMEDM, các kết quả nghiên cứu thường

đánh giá song song hai chỉ tiêu: Lượng bóc tách vật liệu phôi và lượng mòn điện

cực [43], [73]. Kết quả khảo sát khi gia công thép C trung bình bằng EDM với dung

dịch điện môi có trộn bột Gr cho thấy: Với nồng độ bột 4g/l đã làm MRR tăng 60%,

tỷ số (TWR/MRR) giảm 28%, điện áp tại khe hở phóng điện giảm 30% [37]. MRR

cũng tăng lên khi trộn bột Al và bột SiC vào dung dịch điện môi [102]. Nghiên cứu

ảnh hưởng của nồng độ, kích thước, khối lượng riêng, độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt

của các loại bột Al, Cr, Cu, SiC trộn vào dung dịch điện môi là dầu Castek-03 đến

hiệu quả gia công thép SKD11 cho thấy: Bột Cr có kích thước (7080)m cho

MRR lớn nhất và lần lượt giảm dần với bột Al, SiC và Cu [90]. Một số nghiên cứu

cũng chỉ ra rằng: Nồng độ bột quá thấp hoặc quá cao, kích thước hạt quá nhỏ hoặc

quá lớn đều làm MRR giảm [56], [86].

Các kết quả nghiên cứu nâng cao năng suất gia công của EDM bằng biện

pháp bột trộn vào dung dịch điện môi cho thấy triển vọng rất khả quan của hướng

nghiên cứu này.

33

4. Mô hình hóa và tối ưu hóa các thông số công nghệ

Ứng dụng hệ thống điều khiển mờ kết hợp với phương pháp Taguchi để tối

ưu các thông số công nghệ đã đồng thời làm tăng độ bóng bề mặt (54,21%) và độ

chính xác kích thước (25,8%) trong PMEDM [91]. Các chỉ tiêu MRR, TWR và Ra

là các chỉ tiêu được lựa chọn để tối ưu hóa trong nhiều nghiên cứu [21], [49].

PMEDM chịu ảnh hưởng của rất nhiều thông số (thông số điện, thông số không

điện, thông số của điện cực, thông số của bột,…) dẫn đến việc mô hình hóa và tối

ưu hóa công nghệ này gặp nhiều khó khăn [104]. Các thông số tối ưu thường là

nồng độ bột, cường độ dòng điện và thời gian phát xung, đây là các thông số ảnh

hưởng mạnh đến MRR và Ra. Nhiều công cụ và phương pháp tối ưu được ứng dụng

để giải các bài toán tối ưu trong lĩnh vực này như: Taguchi, bề mặt đáp ứng, mạng

nhân tạo, giải thuật di truyền, logic mờ...[78]. Tính phổ biến của các phương pháp

trong tối ưu hóa của EDM được biểu thị trên hình 1.30. Ngoài ra, một số sự kết hợp

giữa các công cụ và phương pháp tối ưu cũng giúp nâng cao đáng kể độ chính xác

kết quả đầu ra của các nghiên cứu (Taguchi – PSO, Taguchi- GRA, Taguchi – Logic

mờ,...).

Hình 1.30. Phương pháp tối ưu hóa trong EDM [78].

Tóm lại: PMEDM là một biện pháp có nhiều triển vọng để nâng cao năng suất

và chất lượng gia công trong EDM. Các thông số công nghệ có số lượng và phạm vi

thay đổi rất lớn, ảnh hưởng của chúng khác nhau nên gặp nhiều khó khăn trong

nghiên cứu về PMEDM. Nguyên lý gia công của phương pháp này phức tạp dẫn

đến các thông tin giới thiệu về ứng dụng trong thực tiễn sản xuất còn hạn chế.

Phương pháp Taguchi là công cụ được sử dụng nhiều để tối ưu hóa lĩnh vực EDM và

34

PMEDM [33]. Kết hợp phương pháp Taguchi với một số phương pháp tối ưu hóa

khác cho phép tối ưu hóa PMEDM đồng thời được nhiều chỉ tiêu và nhiều thông

số hơn.

1.3. EDM và công nghệ chế tạo khuôn mẫu

EDM thường dùng trong gia công khuôn mẫu và các sản phẩm cơ khí đòi hỏi

độ chính xác cao, có biên dạng phức tạp, có độ bền và độ cứng cao mà việc gia

công trên các máy công cụ thông thường không hiệu quả hoặc không đáp ứng được.

Hiện nay, nhu cầu sử dụng khuôn mẫu cho các ngành cơ khí, nhựa, cao su,…

ở nước ta rất lớn. Vì thế, Chính phủ đã đưa sản phẩm khuôn mẫu vào danh mục

sản phẩm công nghiệp hỗ trợ ưu tiên phát triển (Quyết định số 1483/QĐ-TTg ngày

26/8/2011 của Thủ tướng Chính phủ về việc “Ban hành danh mục sản phẩm công

nghiệp hỗ trợ ưu tiên phát triển”). Tuy nhiên, chế tạo khuôn mẫu là ngành công

nghiệp công nghệ cao, độ phức tạp và độ khó rất cao từ thiết kế cho đến gia công

chế tạo. Chi phí ban đầu để đầu tư thiết bị máy móc cũng rất tốn kém. Thép để chế

tạo khuôn mẫu thường nhập khẩu từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, phổ biến là

các mác thép SKD61, SKD11, SKH54, SKH51, AISI 01, SKT4. Độ cứng sau nhiệt

luyện các loại thép này thường từ 42÷55HRC. Các mác thép này có hàm lượng các

nguyên tố hợp kim Cr, Va, Mo, Ni,... cao nên độ bền, độ cứng và khả năng chống

ăn mòn cao, khi gia công bằng các dụng cụ cắt có lưỡi sẽ tạo ra lực cắt lớn và xuất

hiện lớp cháy trên bề mặt gia công, dụng cụ cắt thường khó duy trì độ cứng nóng,

tuổi bền dụng cụ thấp.

Trong công nghệ gia công khuôn mẫu thì việc gia công tạo hình mặt khuôn

thường thực hiện sau nhiệt luyện nhằm tránh ảnh hưởng cong vênh do nhiệt luyện

gây ra. Ngoài ra, nhu cầu gia công phục hồi hình dạng ban đầu bề mặt khuôn sau

một thời gian làm việc cũng rất lớn. Với khả năng công nghệ ít bị hạn chế bởi độ

cứng vật liệu gia công thì EDM chính là sự lựa chọn phù hợp cho công việc này.

(Phương pháp sử dụng để tạo hình bề mặt khuôn mẫu trình bày ở bảng 19÷22 phần

Phụ lục).

1.4. Nhận xét

1. Nâng cao năng suất và chất lượng gia công của phương pháp tia lửa điện

bằng biện pháp trộn bột vào dung dịch điện môi (PMEDM) là hướng nghiên cứu có

35

nhiều triển vọng. Số lượng các công trình nghiên cứu công bố trên các tạp chí quốc

tế tăng mạnh trong những năm gần đây đã nói lên tính thời sự của hướng nghiên

cứu này.

2. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng gia công của

PMEDM (vật liệu bột, kích thước bột, nồng độ bột, vật liệu điện cực, các thông số

công nghệ …). Đã có nhiều nghiên cứu về quy luật ảnh hưởng của các yếu tố và bản

chất của các hiện tượng xảy ra trong quá trình gia công của PMEDM. Nhiều loại

bột đã được khảo sát, một số chỉ dẫn sử dụng bột trong các điều kiện cụ thể đã được

đưa ra (như vật liệu bột, trị số hợp lý của các thông số công nghệ, của kích thước và

nồng độ bột...). Tuy nhiên, còn nhiều hiện tượng xảy ra trong quá trình gia công

chưa được làm rõ, số liệu đưa ra trong các nghiên cứu khác nhau lại có sự khác

nhau khá lớn, điều này gây khó khăn cho việc ứng dụng kết quả nghiên cứu vào

thực tiễn sản suất.

3. Một số nghiên cứu về PMEDM với bột Ti đã được công bố nhưng mới chỉ

dừng ở khảo sát chất lượng bề mặt gia công [25÷28], [64]. Cần có nghiên cứu đầy

đủ hơn về sử dụng loại bột này trong PMEDM.

4. Thép SKD61, SKD11 và SKT4 là những mác thép được sử dụng phổ biến

làm khuôn rèn, khuôn dập. Nghiên cứu về PMEDM với bột Ti và các mác thép này

vì vậy sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

1.5. Xác định hƣớng nghiên cứu

Từ các nhận xét nêu trên, tác giả xác định hướng nghiên cứu của luận án là:

Ảnh hưởng của việc trộn bột Titan vào dung dịch điện môi trong EDM đến năng

suất và chất lượng bề mặt gia công.

1.6. Một số giả thiết khoa học

Biện pháp trộn bột Titan vào dung dịch điện môi trong EDM sẽ:

1. Nâng cao năng suất bóc tách vật liệu.

2. Giảm lượng mòn điện cực.

3. Nâng cao chất lượng bề mặt gia công: Độ nhám bề mặt giảm, độ cứng lớp

bề mặt tăng, cải thiện topography bề mặt, giảm số lượng và kích thước vết nứt tế vi,

xuất hiện cacbit của Titan trong lớp bề mặt gia công.

36

Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT GIA CÔNG BẰNG EDM

2.1. Khảo sát chất lƣợng lớp bề mặt khuôn dập nóng sau EDM

2.1.1. Mục đích

Theo một số kết quả nghiên cứu về EDM đã công bố thì: Cấu trúc tế vi, tổ

chức pha, thành phần hóa học và cơ lý hóa tính của bề mặt sau gia công bằng EDM bị

thay đổi đáng kể [22]; xuất hiện lớp trắng có chiều dày khá lớn với độ bền, độ cứng

thấp và chứa nhiều vết nứt tế vi trên lớp bề mặt [51], [60]. Vì vậy, để đảm bảo khả

năng làm việc thì lớp bề mặt sau EDM cần qua gia công tinh bằng mài, đánh bóng,....

Ngoài ra, các tia lửa điện còn làm vật liệu điện cực bị nóng chảy, bay hơi và xâm

nhập một lượng đáng kể vào lớp bề mặt phôi làm thay đổi cơ lý tính của lớp bề mặt

gia công [32], [84].

Thực nghiệm được tiến hành với mục đích khảo sát chất lượng lớp bề mặt

khuôn dập nóng làm bằng thép SKD61 gia công bằng EDM với vật liệu điện cực là

Cu. Các thông số chất lượng lớp bề mặt được khảo sát gồm: Cấu trúc tế vi, độ nhám

bề mặt, độ cứng tế vi và hình thái bề mặt gia công. Kết quả khảo sát sẽ được dùng

làm cơ sở đánh giá sơ bộ hiệu quả của hướng nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt

gia công bằng biện pháp trộn bột vào dung dịch điện môi.

2.1.2. Đối tượng khảo sát

a) Khuôn dập RV125 b) Khuôn dập 53211

Hình 2.1. Bề mặt khuôn dập sau EDM.

Đối tượng khảo sát là loại khuôn dập nóng phôi cò mổ động cơ RV125 (gọi

tắt là khuôn dập RV125) đang được chế tạo và sử dụng tại Công ty TNHH Nhà

nước một thành viên Diesel Sông Công - Thái Nguyên và loại khuôn dập nóng phôi

bát phốt xe máy 53211 (gọi tắt là khuôn dập 53211) đang được chế tạo và sử dụng

tại Công ty Cổ phần Cơ khí Phổ Yên – Thái Nguyên. Mức tiêu hao khuôn dập

RV125 là 02 bộ/tháng và khuôn dập 53211 là 20 bộ/tháng. Bề mặt khuôn được tạo

37

hình bằng phương pháp xung định hình (hình 2.1). Việc lựa chọn đối tượng khảo sát

là các sản phẩm đang được chế tạo và sử dụng tại các cơ sở sản xuất sẽ tạo điều

kiện thuận lợi cho việc thử nghiệm, đánh giá và ứng dụng kết quả nghiên cứu vào

thực tiễn sản xuất.

2.1.3. Điều kiện khảo sát

2.1.3.1. Thiết bị, thông số công nghệ và điều kiện gia công

Thiết bị gia công, thông số công nghệ và điều kiện gia công bề mặt khuôn

dập được lấy theo điều kiện thực tiễn của hai Công ty, bảng 2.1 (và bảng 1 Phần

phụ lục).

Bảng 2.1. Các điều kiện gia công bề mặt khuôn

Thiết bị và thông số

công nghệ

Đơn vị khảo sát

Diesel Sông Công Cơ khí Phổ Yên

Máy xung CNC-EA600L

của Đài Loan

NC-850

của Trung Quốc

Dung dịch điện môi Dầu biến thế

(Electrol)

Dầu biến thế

(HD-1)

I (A) 4,5 4,0

tof (s) 150 100

tof (s) 2 3

Điện cực Vật liệu Cu

Phân cực (+)

Vật liệu phôi SKD61, nhiệt luyện HV = 560÷570

Thời gian gia công 1h35‟52” 1h43‟27”

Điện áp khe hở (V) 150 150

2.1.3.2. Thiết bị đo, kiểm tra

1. Máy đo độ nhám bề mặt gia công

Trị số nhám bề mặt gia công (Ra, Rz) được đo bằng máy đo biên dạng kiểu

đầu dò tiếp xúc SJ-301 của Hãng MITUTOYO – JAPAN (hình 4 Phần phụ lục).

Chiều dài chuẩn sử dụng mỗi lần đo là 5mm với 3 lần lặp trên mỗi mẫu thí nghiệm

và kết quả sẽ là giá trị trung bình của các lần đo.

Các thông số đặc trưng của máy đo độ nhám bề mặt SJ301:

- Nguyên lý: Phương pháp đầu dò tiếp xúc

38

- Trục Z: Phạm vi đo: 350µm; tốc độ đo: 0,25÷0,5mm/s

- Trục X: Phạm vi đo: 12,5mm; tốc độ đo: 0,25÷0,5mm/s

- Lực đo: 4 mN hoặc 0,75mN

- Khuếch đại: Đứng 10X đến 100 000X; ngang: 1X đến 1000X

- Thông số: Ra, Ry, Rz, Rt, Rp, Rq, Rv, Sm, S, Pc, R3z,

- Đơn vị: µm, µin

2. Máy đo độ cứng tế vi thang đo HV

Độ cứng tế vi lớp bề mặt được đo bằng máy Indenta Met 1106 (Hãng

BUEHLER - USA) (hình 5 Phần phụ lục). Độ cứng tế vi được khảo sát trên bề

mặt và theo chiều sâu mặt cắt ngang của lớp bề mặt. Thang đo HV0,005 để đo bề

mặt mẫu kiểm theo đường vuông góc với tải trọng đâm xuyên là 50(g).

3. Máy phân tích các pha (X-ray)

Phân tích thành phần pha trên bề mặt (X-ray) bằng máy nhiễu xạ tia X

Siemens D5000 (CHLB Đức).

4. Máy hiển vi điện tử quét (SEM)

Khảo sát hình thái bề mặt gia công (SEM) bằng kính hiển vi điện tử quét

Jeol 6490 JED2300 (Hãng JEOL - JAPAN).

5. Máy quan sát cấu trúc mặt cắt ngang lớp bề mặt

Cấu trúc tế vi lớp kim loại bề mặt được khảo sát bằng cách chụp ảnh

mặt cắt ngang của bề mặt gia công trên máy hiển vi quang học Axiovert

40MAT (Hãng CARL ZEISS - GERMAN).

6. Máy phân tích thành phần hóa học bề mặt (EDX)

Phân tích thành phần hóa học của bề mặt sau gia công bằng phương pháp

Ref-ASTM E415-08 trên máy quang phổ phát xạ PDA-7000 (Thụy Sỹ).

2.1.4. Kết quả và thảo luận

2.1.4.1. Cấu trúc của lớp bề mặt gia công

Kết quả kiểm tra cấu trúc lớp bề mặt khuôn dập cho ở các hình 2.2 và 2.3,

các bảng 2.2 và 2.3. Cấu trúc mặt cắt ngang của bề mặt của 02 khuôn dập bằng

SKD61 sau EDM là khá giống nhau, bao gồm có 3 lớp: Lớp trắng, lớp trung gian và

lớp nền (hình 2.2 và 2.3).

39

Lớp trắng: Lớp này nằm ở ngoài cùng, màu sáng, có chiều dày khá lớn

(Khuôn dập RV125: 10,54 24,06µm; Khuôn dập 53211: 12,03 21,79µm) và

phân biệt rõ nét nhất với các lớp còn lại. Lớp trắng được hình thành từ vật liệu điện

cực và phôi bị nóng chảy, bay hơi và liên tục được làm nguội với tốc độ rất cao bởi

dung dịch điện môi nên đã bám dính vào bề mặt gia công. Lớp này xuất hiện khá

nhiều các vết nứt tế vi với chiều sâu xấp xỉ bằng độ dày của chính nó. Độ cứng tế vi

của lớp trắng trong cả hai loại vật liệu điện cực khá giống nhau (Khuôn dập RV125

là 511,27HV; Khuôn dập 53211 là 453,7HV) và đều thấp hơn độ cứng của các lớp

còn lại (bảng 2.3 và hình 2.4). Các loại khuôn rèn, khuôn dập nóng luôn phải làm

việc trong môi trường nhiệt độ cao, áp lực va đập lớn. Vì vậy vật liệu, độ cứng và tổ

chức lớp bề mặt của các khuôn dập có ý nghĩa rất quan trọng, nó sẽ góp phần làm

tăng tuổi bền của khuôn khi làm việc. Với các đặc điểm cấu trúc tế vi và cơ tính lớp

trắng như trên cho thấy: Đây là lớp không tốt cho quá trình làm việc của khuôn dập

nóng.

Lớp trung gian: Lớp này nằm bên dưới lớp trắng, khó quan sát một cách rõ

ràng và có chiều dày nhỏ hơn lớp trắng (Khuôn dập RV125: 6,2113,33µm; Khuôn

dập 53211: 8,68 13,84µm). Lớp trung gian hình thành do năng lượng nhiệt của

các tia lửa điện làm cho vật liệu phôi bị chuyển biến pha [50]. Ở lớp này vết nứt tế

vi xuất hiện rất ít, chiều sâu nhỏ và không tồn tại theo phương song song với bề mặt

gia công. Độ cứng tế vi của lớp trung gian của cả 2 loại khuôn dập là rất cao

(648,13HV), cao hơn nhiều so với lớp trắng và lớp nền (bảng 2.3 và hình 2.4). Đặc

điểm cấu trúc tế vi và cơ tính lớp trung gian như vậy có ảnh hưởng tốt đến khả năng

làm việc của vật liệu làm khuôn.

Bảng 2.2. Chiều dày của các lớp trong bề mặt khuôn dập

Lớp khảo sát

Chiều dày (µm)

Điện cực Cu

Khuôn dập RV125 Khuôn dập 53211

Lớp trắng 10,54 24,06 12,03 21,79

Lớp trung gian 6,2113,33 8,68 13,84

40

Bảng 2.3. Độ cứng lớp bề mặt khuôn dập theo chiều sâu

Đại lượng đo Đối tượng khảo sát

Chiều sâu đo (µm)

10 25 100

Độ cứng

(HV)

Điện cực

Cu

Khuôn dập RV125 511,3 648,1 557,9

Khuôn dập 53211 493,7 627,1 588,2

a) Khuôn dập RV125 b) Khuôn dập 53211

Hình 2.2. Cấu trúc lớp bề mặt khuôn dập sau EDM.

a) Các vết nứt tế vi(Khuôn dập RV125) b) Chiều sâu nứt tế vi(Khuôn dập RV125)

c) Các vết nứt tế vi(Khuôn dập 53211) d) Chiều sâu nứt tế vi(Khuôn dập 53211)

Hình 2.3. Nứt tế vi trên bề mặt khuôn dập sau EDM.

41

Hình 2.4. Độ cứng tế vi theo chiều sâu lớp bề mặt khuôn dập sau EDM.

2.1.4.2. Thành phần hóa học và tổ chức tế vi của lớp bề mặt gia công

Kết quả phân tích thành phần hóa học và tổ chức tế vi của lớp bề mặt khuôn

dập cho ở bảng 2.4 và các hình từ 2.5÷2.6.

Bảng 2.4. Thành phần các nguyên tố trên bề mặt khuôn dập

Nguyên

tố

Trước gia

công

(%)

Sau gia công (%)

Lớp trắng Lớp trung gian

Khuôn dập

RV125

Khuôn dập

53211

Khuôn dập

RV125

Khuôn dập

53211

C 0,40 14,35 13,76 0,37 0,41

Mn 0,47 0,39 0,36 0,43 0,39

Si 0,98 1,02 1,23 0,76 0,87

Va 0,83 0,66 0,82 1,27 0,72

Cr 4,89 4,76 4,76 4,3 4,14

Mo 1,15 1,30 1,35 1,23 1,18

Cu 0,00 0,28 0,32 0,00 0,00

Fe 90,98 77,24 77,40 93,67 94,09

42

a) %C b) % Cu

Hình 2.5. Thành phần C và Cu trong lớp bề mặt khuôn dập sau EDM.

a) Khuôn dập 53211 b) Khuôn dập RV125

Hình 2.6. X-ray lớp bề mặt khuôn dập sau EDM.

Kết quả cho thấy:

- Thành phần hoá học của lớp trung gian giống với thành phần hoá học của

lớp nền.

- Thành phần hoá học của lớp trắng có sự thay đổi đáng kể so với lớp nền:

Ngoài các nguyên tố chính (Fe, C, Cr, Mo, Si) còn xuất hiện thêm thành phần của

Cu (với điện cực Cu); Hàm lượng các bon ở lớp trắng tăng lên rất lớn (Khuôn dập

RV125: từ 0,4% lên 14,35%; Khuôn dập 53211: từ 0,4% lên 13,76%) (bảng 2.4 và

hình 2.5). Điều này là do trong quá trình xung năng lượng nhiệt của tia lửa điện đã

cracking dầu tạo ra các bon xâm nhập vào bề mặt gia công [60]. Việc tăng hàm

lượng các bon đã giúp nâng cao độ cứng, độ bền nhưng giảm độ dẻo và độ dai va

đập của bề mặt khuôn. Nguyên tố Cu xuất hiện trên bề mặt gia công sau EDM

(Khuôn dập RV125: 0,054÷0,28%; Khuôn dập 53211: 0,054÷0,32%) là do sự nóng

chảy và bay hơi của vật liệu điện cực di chuyển và bám dính lên bề mặt gia công.

Sự tăng hàm lượng của Cu có thể cải thiện độ bền mòn của lớp bề mặt. Phân tích X-

ray cho thấy sự xuất hiện của các loại các bít: Fe7C3, Fe3C, Mo3C7 ((hình 2.6).

43

Trong đó: Fe7C3 và Fe3C có tác dụng làm tăng độ cứng; Mo3C7 và V8C7 giúp nâng

cao độ bền mòn của bề mặt gia công. Kết quả phân tích cũng cho thấy hàm lượng

các nguyên tố Mn, Si, Va, Cr trong lớp vật liệu bề mặt bị giảm đi, điều này là do

hàm lượng Cu và C đã tăng lên [60].

2.1.4.3. Topography của bề mặt gia công

Topography bề mặt của khuôn dập sau EDM: Bề mặt là tập hợp của rất nhiều

vết lõm có kích thước khác nhau và phân bố ngẫu nhiên (hình 2.7).

a,d) Bề mặt khuôn b,e) Miệng các vết lõm c,f) Hạt vụn trên bề mặt

Hình 2.7. Topography bề mặt của khuôn dập sau EDM.

(a,b,c của khuôn dập RV125 và d,e,f của khuôn dập 53211)

Năng lượng của các tia lửa điện sinh ra trong các chu kỳ xung đã làm nóng

chảy và bay hơi vật liệu phôi, mỗi tia lửa hình thành sẽ tạo ra một vết lõm trên bề

mặt gia công, khối lượng kim loại tách ra có quan hệ tỷ lệ với đường kính và chiều

sâu của vết lõm. Các vết lõm đều có miệng được vê cong với bán kính cong (mũi

tên ở hình 2.7b,e), nguyên nhân là do tia lửa điện đã làm vật liệu phôi nóng chảy,

bay hơi cùng lúc đồng thời bị dung dịch điện môi vừa làm nguội nhanh, vừa chịu

tác dụng của lực căng bề mặt ngoài [60]. Bề mặt gia công còn xuất hiện rất nhiều

hạt nhỏ hình cầu bám chắc vào bề mặt gia công làm tăng độ nhám của bề mặt gia

công (hình 2.7c,f). Điều này là do vật liệu điện cực và phôi bị nóng chảy, bay hơi

và được làm nguội nhanh bởi dung dịch điện môi nên đã bám dính trên bề mặt gia

công. Độ nhám bề mặt gia công tương đương độ nhẵn cấp 4 (Khuôn dập RV125:

44

Rz = 27,0÷30,13µm; Khuôn dập 53211: Rz = 23,1÷26,3µm), với độ nhẵn như vậy

cần thiết phải có thêm các nguyên công gia công tinh bề mặt trước khi sử dụng.

Tóm lại: Lớp vật liệu bề mặt khuôn dập sau EDM hình thành 3 lớp. Lớp trắng

có chiều dày khá lớn tồn tại nhiều vết nứt tế vi, độ cứng thấp hơn lớp trung gian và

lớp nền nên đây là lớp có ảnh hưởng không tốt đến khả năng làm việc của khuôn. Với

thực tế khảo sát ở hai Công ty thì lượng dư gia công tinh bề mặt khuôn sau EDM là

50µm không những loại bỏ hoàn toàn chiều dày lớp trắng mà còn bóc đi lớp trung

gian có cơ tính tốt cho khả năng làm việc của bề mặt khuôn.

2.2. Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ bột đến quá trình gia công bằng EDM

2.2.1. Mục đích

Kết quả khảo sát ở mục 2.1 cho thấy rằng: Chất lượng bề mặt khuôn dập nóng

sau EDM sử dụng điện cực là Cu không cao.

Mặc dù những kết quả nghiên cứu với bột Ti sử dụng trong PMEDM còn ít và

chủ yếu tập trung vào hướng nâng cao cơ tính bề mặt gia công (phủ lớp hợp kim của

Ti lên bề mặt gia công) nhưng đã cho thấy đây là hướng khả quan và cần nghiên cứu

một cách toàn diện hơn. Mục đích của việc khảo sát là: Sơ bộ đánh giá hiệu quả sử

dụng bột Ti trộn vào dung dịch điện môi đến năng suất và chất lượng của quá trình

gia công bằng EDM, đồng thời định hướng cho việc lựa chọn trị số nồng độ bột Ti

thích hợp cho nghiên cứu tiếp theo.

- Năng suất và chất lượng bề mặt gia công được đánh giá bởi các chỉ tiêu: MRR,

TWR, Ra, chiều dày lớp ảnh hưởng nhiệt, độ cứng tế vi bề mặt, thành phần hóa học và

topography bề mặt. Sự xâm nhập của vật liệu bột trộn trong dung dịch điện môi và vật

liệu điện cực vào lớp bề mặt sau gia công cũng được phân tích và đánh giá.

- Xây dựng phương trình hồi quy mô tả các mối quan hệ giữa nồng độ bột Ti

với MRR, TWR, Ra và độ cứng tế vi lớp bề mặt. Các phương trình hồi quy được

xem xét ở các dạng khác nhau: Bậc nhất hoặc bậc hai hoặc hàm mũ (y=ax+b,

y=ax2+bx+c, y=a.e

bx) hoặc có thể hàm bậc cao (đối với trường hợp đặc biệt) để từ

đó tìm ra phương trình biểu diễn phù hợp. Xây dựng các đồ thị từ các phương trình

hồi quy làm cơ sở để chọn nồng độ bột hợp lý cho bước nghiên cứu tiếp theo.

45

2.2.2. Hệ thống thí nghiệm

1. Máy thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện trên máy xung CNC- AG40L của hãng Sodick,

Inc, USA tại trung tâm thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái

Nguyên (hình 1 Phần phụ lục). Các đặc tính kỹ thuật của máy:

- Hành trình X/Y/Z (mm): 400x300x270.

- Kích thước thùng máy (mm): 750x620x350.

- Mức điện môi (min~max, mm): 100~300.

- Khối lượng phôi tối đa (kg): 550.

- Khối lượng điện cực tối đa (kg): 50.

- Chất điện môi: Dầu.

2. Vật liệu phôi

Vật liệu phôi thí nghiệm là mác thép SKD61 (Tiêu chuẩn JIS – JAPAN), đây

là mác thép dùng để chế tạo khuôn dập RV125 và 53211 đã giới thiệu ở phần trên

(bảng 5,6 Phần phụ lục). Phôi có kích thước (45x26x10)mm, nhiệt luyện đạt độ

cứng HV = 560÷570, trước khi gia công tạo hình bằng EDM đã được gia công

chuẩn bị với độ nhám bề mặt Ra=2,5m.

3. Vật liệu điện cực

Với mục đích nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công bằng EDM,

hai loại vật liệu điện cực lựa chọn để thí nghiệm là Đồng đỏ (Cu) đại diện cho nhóm

vật liệu điện cực sử dụng trong gia công tinh và Graphit (Gr) đại diện cho nhóm vật

liệu điện cực sử dụng trong gia công thô, đây là hai loại vật liệu điện cực đang được

dùng phổ biến tại các cơ sở sản xuất ở nước ta (bảng 19÷22 Phần phụ lục).

Vật liệu điện cực Cu cho chất lượng bề mặt gia công cao, khả năng chống

phóng hồ quang tốt nhưng năng suất bóc tách vật liệu thấp. Vật liệu điện cực Gr có

độ bền cơ học thấp và rất dễ tạo hình (bằng gia công cắt gọt hoặc phương pháp ép

tạo hình), năng suất bóc tách vật liệu cao nhưng chất lượng bề mặt gia công thấp, độ

bền sử dụng kém (do ngấm dung dịch điện môi), khó tận dụng sau khi sử dụng và

khi gia công tạo hình điện cực gây bụi có hại cho sức khỏe. Đặc tính của Cu và Gr

cho ở bảng 2 Phần phụ lục.

46

Điện cực có đường kính 23mm, dài 35mm, lỗ sâu 20mm và được tạo ren M16

sâu 17mm. Độ nhám bề mặt điện cực Ra=1,25m. Lắp ghép bằng ren sẽ tạo điều kiện

thuận lợi cho việc đo, kiểm tra điện cực trong quá trình thí nghiệm (hình 2.8).

a) Điện cực b) Cán lắp điện cực

Hình 2.8. Hình dạng điện cực.

4. Phân cực điện cực

Những nghiên cứu về EDM đã cho thấy: loại vật liệu điện cực Gr cho hiệu

quả tốt hơn khi phân cực dương; loại vật liệu điện cực Cu trong một số trường hợp

phân cực dương cho hiệu quả tốt nhưng trong một số trường hợp khác thì phân cực

âm lại cho hiệu quả tốt hơn.

Luận án sẽ tiến hành nghiên cứu: với điện cực Gr phân cực dương; với điện

cực Cu trong hai trường hợp là phân cực âm và phân cực dương.

5. Bột trộn vào dung dịch điện môi

Ti là kim loại màu dẫn điện tốt, có khối lượng riêng nhẹ hơn 40% so với thép

và nặng hơn 60% so với nhôm. Ti và hợp kim của nó có độ bền mòn và mỏi tốt, độ

bền theo tỷ lệ khối lượng cao nên được sử dụng làm vật liệu phun phủ lên bề mặt

làm việc của dụng cụ cắt và các chi tiết máy để nâng cao khả năng làm việc của

chúng. Như vậy, việc lựa chọn bột Ti để thí nghiệm sẽ phù hợp với mục tiêu nghiên

cứu.

Bột Ti dùng để thí nghiệm được nhập khẩu từ nhà sản xuất Baoji First

Titanium Industry (Group) Co., Ltd. của Trung Quốc với hình dạng, kích thước và

đặc tính được thể hiện trên hình 2.9 và bảng 3 Phần phụ lục. Theo các kết quả

nghiên cứu về PMEDM đã công bố thì kích thước của các loại bột nói chung cần

lựa chọn theo mục tiêu nghiên cứu (như để nâng cao chất lượng bề mặt thì chọn

kích thước bột 36m; để nâng cao năng suất thì chọn kích thước bột 100m; để

nâng cao đồng thời năng suất và chất lượng bề mặt thì chọn kích thước bột

40÷50m). Kích thước bột Ti 45m được lựa chọn trong nghiên cứu này.

47

Hình 2.9. Bột Titan.

6. Dung dịch điện môi

Dung dịch điện môi chọn để thí nghiệm là dầu xung điện HD-1, đây là loại

dầu được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực gia công xung định hình ở nước ta hiện

nay (bảng 4 Phần phụ lục).

7. Thùng chứa dung dịch điện môi

Thùng chứa dung dịch điện môi phải đảm bảo cho bột phân bố đều và không

bị lắng đọng, thay đổi dung dịch điện môi thuận lợi và gá đặt phôi dễ dàng,... đây là

những điều kiện ảnh hưởng quyết định đến độ chính xác các kết quả thí nghiệm. Sơ

đồ thí nghiệm được thể hiện trên hình 2.10 (và hình 2 Phần phụ lục). Vỏ thùng làm

bằng thép CT3 dày 3mm, kích thước dài x rộng x cao = 330 x 180 x 320 (mm) với

dung tích 8,5 lít. Hai cánh khuấy (120) quay với tốc độ 100 vòng/phút để đảm bảo

cho bột Ti không bị lắng đọng trong suốt quá trình thí nghiệm. Bơm A303 với vòi

phun 8 để cấp dung dịch điện môi có trộn bột với lưu lượng ổn định 24 lít/phút

vào khe hở phóng điện và đẩy phoi ra khỏi vùng gia công. Nam châm vĩnh cửu có

nhiệm vụ hút phoi để nó không lẫn với bột Ti khi vào vùng gia công gây ảnh hưởng

không tốt đến quá trình phóng tia lửa điện.

1) Nam châm 2) Bơm 3) Vòi phun 4) Vỏ thùng chứa dung dịch điện môi

5) Phôi 6) Điện cực 7) Cơ cấu khuấy 8) Tấm cách điện

Hình 2.10. Sơ đồ thí nghiệm.

48

Hình 2.11 là hình ảnh về thùng chứa dung dịch điện môi đã được lắp lên máy

thí nghiệm.

Hình 2.11. Lắp thùng chứa dung dịch điện môi trên máy thí nghiệm.

8. Khe hở phóng điện

Việc lựa chọn kích thước khe hở phóng điện sẽ phụ thuộc vào điều kiện gia

công (thô hoặc tinh) và kích thước của bột. Thông thường kích thước khe hở phóng

điện trong EDM từ 100†500µm và kích thước chọn giảm đi khi gia công tinh. Với

điều kiện thí nghiệm gia công thô, kích thước bột Ti 45µm thì chọn kích thước khe

hở phóng điện là 300µm.

9. Thông số điện

Các thông số điện được lựa chọn dựa vào các kết quả nghiên cứu gần đây về

PMEDM với các vật liệu bột khác trong gia công thô. Cụ thể: Cường độ dòng điện

là 15A; thời gian phát xung là 50µs; thời gian ngừng phát xung là 85µs; điện áp là

150V; thời gian thực nghiệm là 15 phút.

10. Chỉ tiêu đánh giá

Ngoài các chỉ tiêu định lượng được sử dụng để đánh giá nêu ở bảng 2.5, sẽ

phân tích, đánh giá ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến chất lượng bề mặt thông qua

phân tích, đánh giá hình thái bề mặt, thành phần và cấu trúc lớp bề mặt gia công.

Bảng 2.5. Chỉ tiêu ảnh hưởng của nồng độ bột

Số

TN

Nồng độ bột

(g/l)

Chỉ tiêu đánh giá

MRR

(mm3/phút)

TWR

(mm3/phút)

Ra

(m)

Độ cứng tế vi

(HV)

1 0 - - - -

2 5 - - - -

3 10 - - - -

4 15 - - - -

5 20 - - - -

49

2.2.3. Thiết bị đo, kiểm tra

1. Cân điện tử

Năng suất bóc tách vật liệu và lượng mòn điện cực được xác định bằng cân

điện tử Vibra AJ- 203 (Hãng SHINKO - JAPAN) (hình 3 Phần phụ lục). Cân có thể

cân được khối lớn nhất là 200g với độ chính xác 0.001g.

2. Các thiết bị đo, kiểm tra khác

Các thiết bị đo kiểm tra khác đã được trình bày ở mục 2.1.3.2 gồm: Máy đo

độ nhám bề mặt gia công, máy đo độ cứng tế vi thang đo HV, máy phân tích các

pha (X-ray), máy hiển vi điện tử quét (SEM), máy quan sát cấu trúc mặt cắt

ngang lớp bề mặt, máy phân tích thành phần hóa học bề mặt (EDX).


2.2.4.1. Kết quả

Kết quả đo, kiểm tra MRR, TWR, Ra, độ cứng tế vi lớp bề mặt (HV) và

thành phần hóa học lớp bề mặt được thể hiện ở bảng 2.6 và 2.7.

Bảng 2.6. Kết quả thực nghiệm MRR, TWR, Ra và độ cứng tế vi lớp bề mặt

TT

Điện cực Chỉ tiêu

đánh giá

Nồng độ bột (g/l)

Vật liệu Phân

cực 0 5 10 15 20

1 Cu

+

MRR

(mm3/phút)

0,747 0,896 1,438 1,660 1,699

- 0,657 0,734 0,837 0,948 1,304

Gr + 30,08 93,91 136,20 150,67 174,26

2 Cu

+

Ra

(m)

6,03 4,73 4,38 4,30 4,01

- 4,22 3,74 3,15 2,97 2,54

Gr + 7,13 5,69 4,61 4,25 4,18

3 Cu + TWR

(mm3/phút)

1,040 0,710 0,623 0,691 0,754

- 1,298 0,934 0,776 0,623 0,462

4 Cu

+ Độ cứng

lớp trắng

(HV)

549,3 610,3 653,6 655,3 652,5

- 526,4 620,5 651,3 660,2 662,0

Gr + 502,0 602,8 624,3 650,9 653,7

5 Cu

+ Độ cứng

lớp trung

gian

(HV)

638,6 609,4 593,7 598.7 603.0

- 568,2 628,1 579,4 628,6 623,9

Gr + 591,0 596,0 575,6 620,5 598,2

50

Bảng 2.7. Kết quả thực nghiệm %C, Ti và Cu của lớp trắng

Điện cực Phân cực Nồng độ bột (g/l) %C %Ti %Cu

Cu

+

0 25,49 0,00 4,13

5 23,54 0,40 3,43

10 21,17 0,68 2,42

15 16,24 0,84 3,72

20 14,12 1,27 2,79

-

0 17,88 0,00 2,38

5 12,79 0,84 1,81

10 12,1 1,85 1,43

15 12,97 2,09 1,25

20 12,14 2,41 1,16

Gr +

0 36,99 0,00 -

5 32,72 0,18 -

10 29,43 0,28 -

15 21,46 0,31 -

20 17,48 0,38 -

2.2.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến năng suất và chất lượng bề mặt gia

công bằng PMEDM

1. Ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến năng suất bóc tách vật liệu (MRR)

a) Điện cực Gr b) Điện cực Cu

Hình 2.12. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ bột với MRR.

Hình 2.12 cho thấy: Bột Ti trộn vào dung dịch điện môi đã làm MRR tăng

so với gia công không có bột và khi tăng nồng độ bột thì MRR tăng theo. Nguyên

nhân là do khi bột Ti xuất hiện trong dung dịch điện môi đã tạo ra nhiều chuỗi

phóng tia lửa điện và tăng kích thước của dòng plasma [43]. Từ đó đã làm tăng số

51

lượng tia lửa điện và mở rộng vùng gia công trong một lần phát xung dẫn đến

MRR tăng. Bột Ti dẫn điện tốt có trong dung dịch điện môi đã làm giảm sự cách

điện của dung dịch điện môi từ đó làm giảm tiêu hao năng lượng đánh thủng dung

dịch điện môi [34]. Điều này làm tăng năng lượng gia công dẫn đến MRR tăng

theo. Khi nồng độ bột tăng sẽ làm số lượng các hạt bột xuất hiện trong khe hở

phóng tia lửa điện tăng dẫn đến số lượng tia lửa điện sinh ra trong một lần phát

xung cũng tăng lên và sự cách điện của dung dịch điện môi giảm dẫn đến MRR

tăng theo [34]. Tuy nhiên, nồng độ bột quá cao có thể xảy ra hiện tượng ngắn

mạch làm quá trình phóng điện không ổn định gây tiêu hao năng lượng gia công

dẫn đến năng suất bóc tách vật liệu giảm [70].

Quan hệ giữa nồng độ bột với MRR của Gr (hình 2.12a): Khi nồng độ bột

tăng từ 0÷5g/l thì đồ thị có độ dốc rất lớn tức MRR tăng rất mạnh (212,123%);

tiếp tục tăng nồng độ bột thì tốc độ tăng của MRR giảm; khi nồng độ bột là 20g/l

thì MRR tăng 474,1% so với không có bột.

Quan hệ giữa nồng độ bột với MRR của Cu (hình 2.12b): Ở nồng độ bột

20g/l cho MRRmax= 1.699mm3/phút (tăng 146,75% so với không có bột) với phân

cực điện cực dương và MRRmax=1.304mm3/phút (tăng 98,47% so với không có

bột) với phân cực điện cực âm; ảnh hưởng của việc tăng nồng độ bột đến MRR

trong khoảng từ 0÷10g/l khi phân cực điện cực dương mạnh hơn so với khi phân

cực điện cực cực âm. Tuy nhiên, khi nồng độ bột lớn hơn 10g/l thì ảnh hưởng của

nó đến MRR lại giảm khi phân cực điện cực dương nhưng lại tăng khi phân cực

điện cực âm.

MRR của Gr cao hơn rất nhiều so với của Cu, nguyên nhân có thể là do: Gr

có nhiệt độ nóng chảy cao hơn rất nhiều dẫn đến năng lượng nhiệt của các tia lửa

điện được sinh ra bởi vật liệu điện cực này rất lớn [84]. Khi không có bột trộn vào

dung dịch điện môi MRR của Gr lớn hơn 40 lần so với Cu phân cực dương và gấp

45,8 lần so với Cu phân cực âm. Bột Ti dẫn điện trộn vào dung dịch điện môi đã

làm MRR tăng rất mạnh. Khi có bột trộn vào dung dịch điện môi MRRmax của Gr

lớn hơn MRRmax của Cu phân cực dương 102,57 lần và 133,61 lần với Cu phân

cực âm. MRR của Cu phân cực dương cao hơn so với phân cực âm là do sự

52

chuyển đổi năng lượng trong suốt quá trình nạp năng lượng của phân cực điện cực

âm nhiều hơn so với phân cực điện cực dương dẫn đến làm giảm năng lượng gia

công của các tia lửa điện [35].

2. Ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến độ nhám bề mặt gia công (Ra)

Hình 2.13. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ bột với Ra.

Quan hệ giữa nồng độ bột với độ nhám bề mặt gia công (hình 2.13): Ra giảm

khá mạnh khi trộn bột Ti vào dung dịch điện môi và khi tăng nồng độ bột thì Ra

giảm. Nguyên nhân có thể là do: Năng lượng của các tia lửa điện giảm đã tạo ra các

vết lõm có đường kính và chiều sâu nhỏ hơn trên bề mặt gia công làm cho Ra giảm

theo. Kích thước khe hở phóng điện tăng đã tạo thuận lợi để dòng dung dịch điện

môi đẩy phoi ra khỏi vùng gia công, điều này làm giảm kích thước và số lượng các

hạt vụn bám trên bề mặt gia công [45]. Đồ thị của Ra có độ dốc lớn trong khoảng

0†10g/l nhưng độ dốc của đồ thị lại giảm khi nồng độ bột lớn hơn. Điều này là do

nồng độ bột cao có thể xuất hiện hiện tượng phóng điện liên tục tại một số vị trí nên

độ nhám bề mặt gia công tăng [45]. Bề mặt sau gia công EDM có Ra lớn nhất với

điện cực Gr và nhỏ nhất với Cu-. Nguyên nhân là do năng suất bóc tách vật liệu của

Gr và Cu+ cao hơn so với Cu- dẫn đến vết lõm trên bề mặt có đường kính và chiều

sâu lớn hơn nên Ra tăng theo [35]. Mức độ giảm của Ra với điện cực Gr và Cu+ lớn

hơn so với điện cực Cu-. Nguyên nhân có thể năng lượng tia lửa điện với điện cực

Gr và Cu+ cao hơn nên bột trong dung dịch điện môi sẽ có ảnh hưởng mạnh hơn.

53

Độ nhám bề mặt sau gia công EDM ở nồng độ 20g/l với điện cực Gr và Cu+ tương

đương độ nhám bề mặt sau gia công EDM không có bột với điện cực Cu-.

3. Ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến topography bề mặt gia công

Hình 2.14 cho thấy topography bề mặt gia công có đặc điểm tương tự như bề

mặt khuôn đã được khảo sát tại mục 2.1.4.3. Khi bột trộn vào dung dịch điện môi

thì số lượng vết lõm tăng lên nhưng đường kính và chiều sâu của chúng lại giảm so

với không trộn bột. Tăng nồng độ bột dẫn đến số lượng vết lõm tăng lên, đường

kính và chiều sâu vết lõm giảm theo. Điều này là do sự phân tán của năng lượng gia

công dẫn đến lượng vật liệu phôi bị nóng chảy và bay hơi bởi mỗi tia lửa điện giảm

[73]. Số lượng vết lõm trên bề mặt gia công với điện cực Cu nhiều hơn so với điện

cực Gr, nguyên nhân là do độ dẫn điện của Cu cao hơn đã làm tăng số lượng của tia

lửa điện [73]. Đường kính và chiều sâu của vết lõm khi gia công với Gr lớn hơn

nhiều so với gia công bằng Cu do năng suất bóc tách vật liệu của mỗi tia lửa điện

sinh ra bởi Gr cao hơn. Cu khi phân cực âm cho năng suất bóc tách vật liệu thấp

hơn khi phân cực dương nên cho kích thước đường kính và chiều sâu vết lõm nhỏ

hơn. Miệng và đáy của các vết lõm đều được vê cong (hình 2.15).

a) Cu- không bột b) Cu+ không bột c) Gr+ không bột

d) Cu- 10g/l e) Cu+ 10g/l f) Gr+ 10g/l

Hình 2.14. Topography bề mặt gia công.

54

a) Gr+ không bột b) Gr+ 5g/l c) Cu- không bột

d) Cu- 5g/l e) Cu+ không bột f) Cu+ 5g/l

Hình 2.15. Cấu trúc tế vi bề mặt gia công.

4. Ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến cấu trúc lớp bề mặt gia công

Hình 2.16. Cấu trúc lớp bề mặt sau EDM.

55

Cấu trúc của lớp bề mặt gia công cũng bao gồm 3 lớp như bề mặt khuôn dập

nóng (hình 2.16). Đặc điểm của lớp trung gian tương tự đặc điểm của lớp trung gian

khuôn dập khảo sát ở mục 2.1.4.1. Riêng lớp trắng được hình thành bởi sự kết hợp

của vật liệu phôi, vật liệu điện cực và vật liệu bột bị nóng chảy, bay hơi không được

dung dịch điện môi cuốn đi với C cracking từ dung dịch điện môi [28]. Lớp này có

chiều dày khá lớn và cũng tồn tại nhiều vết nứt tế vi.

Khi không có bột thì điện cực Gr tạo ra lớp trắng có chiều dày lớn hơn so với

Cu là do nó có năng lượng nhiệt tác dụng lên bề mặt cao hơn. Ảnh hưởng của bột

trong dung dịch điện môi đến sự hình thành lớp trắng với điện cực Gr lớn hơn nhiều

so với điện cực Cu: So với không có bột thì ở nồng độ 5g/l chiều dày tmax của lớp

biến trắng với điện cực Gr giảm hơn 50%, trong khi với điện cực Cu- giảm 10% và

với điện cực Cu+ giảm 5%. Cu phân cực âm cho chiều dày lớp trắng lớn hơn nhiều

so với phân cực dương. Nguyên nhân có thể là do sự bám dính của Cu và Ti lên bề

mặt gia công khi phân cực âm dễ dàng hơn [47]. Chiều dày lớp trắng giảm khi có

bột xuất hiện trong dung dịch điện môi và chiều dày lớp trắng giảm khi tăng nồng

độ bột, nguyên nhân ở đây là do năng lượng nhiệt tác động lên bề mặt phôi giảm

[92]. Lớp trắng trên bề mặt gia công phân bố đều hơn khi có bột trong dung dịch

điện môi do sự xuất hiện đồng đều của các tia lửa điện trên toàn bộ bề mặt gia công

[57]. Bên trong lớp trắng xuất hiện một vài lỗ rỗng và điều này có ảnh hưởng không

tốt đến khả năng làm việc sau này của lớp bề mặt gia công.

5. Ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến thành phần hóa học của lớp bề mặt gia

công

a) %C b) %Ti c) %Cu

Hình 2.17. Thành phần C, Ti, Cu trong lớp bề mặt gia công.

56

a) Điện cực Ti [61] b) Bột Titan (10g/l)

Hình 2.18. Sự phân bố Ti trong lớp bề mặt gia công.

Hình 2.19. X-ray bề mặt gia công với bột Ti (20g/l).

Kết quả (bảng 2.7 và hình 2.17a) cho thấy: %C trong bề mặt gia công tăng

lên rất lớn, đặc biệt là khi gia công với Gr. Điều này là do các bon được cracking từ

dầu và một phần Gr bị mòn đã xâm nhập vào bề mặt gia công [60]. Khi trộn bột vào

dung dịch điện môi lại làm %C trong lớp bề mặt giảm, nguyên nhân có thể là do

năng lượng của tia lửa điện giảm đã làm giảm cracking dầu và lượng mòn Gr [72].

Lớp bề mặt sau gia công xuất hiện nguyên tố Ti (hình 2.17b) là do bột Ti bị

các tia lửa điện làm nóng chảy và bay hơi đã xâm nhập vào bề mặt gia công. Nồng

độ bột tăng dẫn đến lượng Ti xâm nhập vào lớp bề mặt cũng tăng theo. Gia công

với điện cực Cu- có lượng Ti xâm nhập vào bề mặt gia công lớn nhất và đặc biệt là

phân bố đều hơn so với sử dụng điện cực Ti (hình 2.18).

57

Ngoài Ti trong lớp bề mặt cũng xuất hiện một lượng đáng kể vật liệu điện

cực Cu, gia công với điện cực Cu+ cho %Cu xâm nhập vào bề mặt gia công lớn hơn

so với với điện cực Cu- (hình 2.17c). Cơ chế xâm nhập đã được giải thích ở mục

2.1.3.2.

Hình 2.19 là tổ chức các pha của Fe và Cr với C có trong lớp bề mặt sau gia công.

6. Ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến lượng mòn điện cực (TWR)

Hình 2.20. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ bột với TWR của điện cực Cu.

Lượng mòn của điện cực Cu được chỉ ra trên hình 2.20. Lượng mòn điện cực

lớn nhất khi không có bột trong dung dịch điện môi là do các ion và điện tử được

hình thành có động lượng và năng lượng cao đã tác dụng vào bề mặt điện cực gây ra

xói mòn điện cực [58]. Cu+ có năng lượng gia công lớn hơn nên làm điện cực bị

mòn nhiều hơn so với Cu-. Khi trộn bột Ti trong dung dịch điện môi đã làm TWR

giảm. Điều này là do các hạt bột đi vào vùng khe hở phóng tia lửa điện cắt ngang

đường di chuyển của các ion và điện tử làm giảm động lượng của chúng khi tác

dụng lên bề mặt điện cực [70]. Mặt khác, sự xuất hiện của bột Ti cũng đã làm giảm

năng lượng của tia lửa điện khi tác dụng vào bề mặt điện cực dẫn đến TWR giảm

theo. TWR nhỏ nhất khi nồng độ bột 10g/l với phân cực điện cực dương và 20g/l

với phân cực điện cực âm là do trong điều kiện này các ion và điện tử sẽ bị cản trở

chuyển động lớn nhất nên năng lượng của chúng sẽ nhỏ nhất khi tác dụng lên bề

58

mặt điện cực. Với phân cực điện cực dương, khi nồng độ bột Ti lớn hơn 10g/l thì

TWR tăng ít, nguyên nhân là do bột Ti xuất hiện nồng độ cao có thể tạo điều kiện

cho một số điện tử và hạt bột cùng tác dụng lên bề mặt điện cực dẫn đến TWR tăng

[27]. Đồ thị trên hình 2.20 cũng cho thấy hiệu quả tác động của nồng độ bột trong

dung dịch điện môi đến việc giảm TWR khi phân cực điện cực âm tốt hơn so với

khi phân cực điện cực dương.

Điện cực Gr là loại vật liệu có khối lượng riêng nhỏ và hút ẩm mạnh, kết quả

cân đo điện cực này trong quá trình thí nghiệm không đủ độ tin cậy. Vì vậy, tác giả

bỏ qua việc xác định TWR với điện cực Gr. Tuy nhiên, với cơ chế mòn điện cực nói

chung như đã trình bày ở trên với điện cực Cu, đồng thời hàm lượng C trong lớp bề

mặt gia công giảm rất mạnh khi gia công có trộn bột thì có thể dự đoán rằng việc

trộn bột vào dung dịch điện môi cũng làm giảm lượng mòn điện cực Gr.

Hình 2.21 là topography bề mặt điện cực: Khi có bột số lượng vết lõm xuất

hiện trên bề mặt điện cực tăng lên nhưng đều hơn so với khi không có bột.

a) Gr+ không bột b) Cu+ không bột

c) Gr+ 10g/l d) Cu+ 10g/l

Hình 2.21. Topography bề mặt điện cực.

59

7. Ảnh hưởng của nồng độ bột Ti đến độ cứng tế vi của lớp bề mặt gia công

Hình 2.22. Biểu đồ quan hệ giữa nồng độ bột với độ cứng tế vi lớp bề mặt.

Đồ thị trên hình 2.22 cho thấy: Khi tăng nồng độ bột thì độ cứng tế vi lớp bề

mặt (lớp trắng) tăng; tăng nồng độ bột từ 0÷10g/l thì độ cứng tế vi lớp bề mặt tăng

mạnh sau đó tiếp tục tăng nồng độ bột thì độ cứng tế vi lớp bề mặt tăng nhưng

không nhiều; không dùng bột thì độ cứng tế vi lớp bề mặt HV = 502,0÷549,3 và ở

nồng độ bột 20% thì độ cứng tế vi lớp bề mặt HV = 652,5†662 (trong khi đó độ

cứng của lớp trung gian là HV = 598÷609,4 còn của lớp nền là HV = 490÷547. Như

vậy, lớp bề mặt (lớp trắng) từ là lớp có độ cứng thấp nhất trong 3 lớp khi không có

bột trở thành lớp có độ cứng cao nhất khi nồng độ bột Ti trộn vào dung dịch điện

môi lớn hơn 5%. Nguyên nhân được giải thích là do sự xâm nhập của bột Ti và các

bon từ dung dịch điện môi vào lớp trắng [28]. Nồng độ bột 10g/l trong các trường

hợp này có thể coi là nồng độ hợp lý.

Lớp trắng có độ cứng tế vi cao cùng với khả năng lưu giữ dầu bôi trơn trên bề

mặt do có cấu trúc xốp và nứt tế vi đã làm tăng khả năng làm việc cho các bề mặt

khuôn mẫu yêu cầu bôi trơn liên tục [28].

2.2.4.3. Phương trình hồi quy thực nghiệm

Phương pháp bình phương bé nhất được sử dụng để tìm ra các phương trình

hồi quy. Thông qua hệ số tương quan (R2) của các phương trình lựa chọn ra phương

trình biểu diễn gần đúng nhất các mối quan hệ. Độ chính xác mức độ phù hợp của dữ

liệu được kiểm tra bằng sai lệch giữa giá trị thực nghiệm với giá trị tính toán từ các

phương trình.

60

1. Với điện cực Cu phân cực dương

- Năng suất bóc tách vật liệu:

Các hàm số có thể biểu diễn phù hợp với quan hệ giữa nồng độ bột Ti và

MRR là: y1(x)=0,051x+0,794 với R2

= 0,9344; y2(x)= 0,0018x2 + 0,087x + 0,702

với R2

= 0,9759; y3(x)=0,842e0,041x

với R2

= 0,8486. Trong đó hàm phù hợp nhất là

y2(x) với MRRmax= 1,7302mm3/phút tại nồng độ bột 20g/l.

Hình 2.23. Quan hệ giữa nồng độ bột với MRR của Cu+.

- Độ nhám bề mặt gia công:

Các hàm số có thể biểu diễn phù hợp với quan hệ giữa nồng độ bột Ti và Ra

là: y1(x)= -0,0932x + 5,624 với R2

= 0,8339; y2(x) = 0,0065x2 - 0.223x + 5,9497143

với R2

= 0,9765; y3(x) = 5,616e-0,019x

với R2

= 0,8672 là các hàm hồi quy của Ra với

nồng độ bột Ti. Trong đó hàm phù hợp nhất là y2(x) với Ramin = 4,0329m tại nồng

độ bột 17,158g/l.

Hình 2.24. Quan hệ giữa nồng độ bột với Ra của Cu+.

Hàm phù hợp y2(x)


61

- Lượng mòn điện cực:


TWR là: y1(x)=0,0026x2–0,0655x + 1,0162 với R

2 = 0,9404; y2(x)=-0,000178x

3

+0,00802x2 –0,10323x +1,0416 với R

2 = 0,9983 và y3(x)=-7,466.10

-6x

4 + 0,00012x

3

+0,004366x2

- 0,0899x +1,04 với R2

= 1. Và y3(x) là hàm cho độ chính cao nhất với

TWRmin = 0,6221mm3/phút tại nồng độ bột 9,428g/l.

Hình 2.25. Quan hệ giữa nồng độ bột với TWR của Cu+.

- Độ cứng tế vi bề mặt gia công:


HV là: y1(x)=-0,4834x2+14,6965x+549,7485 với R

2 = 0,9916; y2(x)= 0,0088x

3-

0,7474x2+16,5885x+548,4285 với R

2 = 0,9937 và y3(x)=0,004x

4-0,1538x

3+

1,2423x2

+9,3266x+549,3 với R2

= 1. Hàm y3(x) là hàm hồi quy chính xác nhất với

HVmax= 658,761 tại nồng độ bột 12,52g/l.

Hình 2.26. Quan hệ giữa nồng độ bột với HV của Cu+.



62

Bảng 2.8. Kết quả sai lệch của y1,y2,y3 với giá trị thực nghiệm của Cu+

Nồng

độ

bột

(g/l)

Chỉ tiêu

Giá trị

thực nghiệm

MRR

tính

theo y1

Sai lệch

(%)

MRR

tính

toán

theo y2

Sai

lệch

(%)

MRR

tính

theo

y3

Sai lệch

(%)

0

MRR

(mm3/phút)

0,747 0,7944 -6,345 0,703 5,890 0,842 -12,744

5 1,096 1,0512 4,088 1,097 -0,082 1,034 5,593

10 1,438 1,308 9,040 1,399 2,684 1,271 11,592

15 1,660 1,5648 5,735 1,610 2,982 1,561 5,910

20 1,699 1,8216 -7,216 1,730 -1,836 1,918 -12,943

0

TWR

(mm3/phút)

1,040 1,016 2,288 1,042 -0,154 1,040 0,000

5 0,710 0,756 -6,408 0,704 0,901 0,710 0,000

10 0,623 0,629 -0,995 0,633 -1,541 0,623 0,000

15 0,691 0,637 7,771 0,695 -0,521 0,701 -1,447

20 0,754 0,780 -3,422 0,756 -0,212 0,754 0,000

0

Ra

(µm)

6,030 5,624 6,733 5,950 1,332 56,161 6,864

5 4,830 5,158 -6,791 4,995 -3,418 51,055 -5,704

10 4,380 4,692 -7,123 4,366 0,313 46,412 -5,963

15 4,210 4,226 -0,380 4,063 3,489 42,192 -0,219

20 4,010 3,760 6,234 4,086 -1,888 38,356 4,349

0

Độ cứng

(HV)

549,3 549,749 -0,082 548,429 0,159 549,3 0,00

5 610,3 611,146 -0,139 613,786 -0,571 610,3 0,00

10 653,6 648,371 0,8 648,371 0,800 653,6 0,00

15 655,3 661,426 -0,935 658,786 -0,532 655,3 0,00

20 652,5 650,309 0,336 651,629 0,134 652,5 0,00

2. Với điện cực Cu phân cực âm



MRR là: y1(x) = 0,032x + 0,6 với R2

= 0,9563; y2(x) = 0,001x2

+ 0,008x + 0,658 với

R2

= 0,9998; y3(x) = 0,632e0,034x

với R2

= 0,9869 là các hàm hồi quy của MRR với

nồng độ bột Ti. Trong đó, hàm hồi quy có độ chính xác cao là y2(x) với sai lệch lớn

nhất 0,553% và MRRmax = 1,302mm3/phút tại nồng độ bột 20g/l.

63

Hình 2.27. Quan hệ giữa nồng độ bột với MRR của Cu-.



là: y1(x) = -0,0826x+ 4,15 với R2

= 0,9768; y2(x) = 0,0014x2 – 0,1117x + 4,222 với

R2

= 0,9875; y3(x) = 4,197e-0,025x

với R2

= 0,9867. Và y2(x) với sai lệch lớn nhất

3,212% là hàm chính xác và Ramin = 2,57m tại nồng độ bột 20g/l.

Hình 2.28. Quan hệ giữa nồng độ bột với Ra của Cu-.

- Lượng mòn điện cực:


TWR là: y1(x) = -0,0396x+1,2152 với R2

= 0,9582; y2(x) = 0,0011x2 – 0,0631x +



64

1,2739 với R2

= 0,9876; y3(x) = 1,2622.e-0,049x

với R2

= 0,989. Và y3(x) là hàm

chính xác với sai lệch lớn nhất 3,451% và TWRmin = 0,470mm3/phút tại nồng độ bột

20g/l.

Hình 2.29. Quan hệ giữa nồng độ bột với TWR của Cu-.



HV là: y1(x)=-0,59x2

+ 18,018x + 532,4 với R2

= 0,975; y2(x)= 0,0374x3-

1,714x2+26,0733x+526,78 với R

2 = 0,9992 và y3(x)= - 0,00177x

4+0,1084x

3-2,5816x

2

+ 29,24x +526,4 với R2 = 1. Hàm y3(x) là hàm có độ chính xác cao và HVmax = 662,406

tại nồng độ bột 18,744g/l.

Hình 2.30. Quan hệ giữa nồng độ bột với HV của Cu-.



65

Bảng 2.9. Kết quả sai lệch của y1,y2,y3 với giá trị thực nghiệm của Cu-

Nồng

độ bột

(g/l)

Chỉ tiêu Giá trị

thực

nghiệm

Tính

theo y1

Sai

lệch

(%)

Tính theo

y2

Sai

lệch

(%)

Tính

theo y3

Sai

lệch

(%)

0

MRR

(mm3/phút)

0.657 0.6004 8.615 0.658 -0.213 0.633 3,668

5 0.734 0.761 -3.706 0.732 0.245 0.752 -2,493

10 0.867 0.922 -6.344 0.864 0.346 0.894 -3,126

15 1.048 1.082 -3.321 1.054 -0.553 1.063 -1,403

20 1.304 1.243 4.632 1.302 0.184 1.263 3,144

0

TWR

(mm3/phút)

1,298 1,215 6,379 1,274 1,857 1,262 2,750

5 0,934 1,017 -8,876 0,988 -5,728 0,986 -5,557

10 0,776 0,819 -5,49 0,76 2,075 0,770 0,760

15 0,623 0,620 0,433 0,591 5,152 0,602 3,451

20 0,462 0,422 8,658 0,481 -4,048 0,470 -1,688

0

Ra

(µm)

4,220 4,150 1,659 4,223 -0,069 4,198 0,524

5 3,740 3,737 0,08 3,701 1,053 3,706 0,904

10 3,150 3,324 -5,524 3,251 -3,210 3,272 -3,873

15 2,970 2,911 1,987 2,875 3,212 2,889 2,737

20 2,540 2,498 1,654 2,571 -1,217 2,550 -0,409

0

Độ cứng

(HV)

1,040 1,016 2,288 1,042 -0,154 1,040 0,000

5 0,710 0,756 -6,408 0,704 0,901 0,710 0,000

10 0,623 0,629 -0,995 0,633 -1,541 0,623 0,000

15 0,691 0,637 7,771 0,695 -0,521 0,701 -1,447

20 0,754 0,780 -3,422 0,756 -0,212 0,754 0,000

3. Với điện cực Gr phân cực dương



MRR là: y1(x)= 7,042x + 48,008 với R2

= 0,9267; y2(x)= -0,309x2+13,09x + 32,538

với R2 = 0,9906; y3(x)= 0,0111x

3-0,662x

2 +16,018x+29,871 với R² = 0,999. Hàm y3(x)

với sai lệch lớn nhất 0,009% là hàm chính xác và MRRmax = 174.0457mm3/phút tại

nồng độ bột 20g/l.

66

Hình 2.31. Quan hệ giữa nồng độ bột với MRR của Gr+.



là: y1(x) = -0,1468x + 6,64 với R2 = 0,8617; y2(x) = 0,009x

2 – 0,344x + 7,134 với R

2

= 0,9985; y3(x) = 6,643e-0,027x

với R2

= 0,9064 là các hàm hồi quy phù hợp. Trong

đó y2(x) với sai lệch lớn nhất 1,469% là chính xác và Ramin = 4,1327m tại nồng độ

bột 17,426g/l.

Hình 2.32. Quan hệ giữa nồng độ bột với Ra của Gr+.



HV là: y1(x)=-0,5454x2+17,9385x+509,168 với R

2 = 0,9682; y2(x)=0,037x

3-



67

1,655x2+25,893x + 503,618 với R

2 = 0,9881 và y3(x)=-0,0075x

4 + 0,3391x

3 -

5,3511x2+39,3816x+502 với R

2 = 1. Hàm y3(x) cho độ chính xác cao với HVmax =

662,032 tại nồng độ bột 18,05g/l.

Hình 2.33. Quan hệ giữa nồng độ bột với HV của Gr+.

Bảng 2.10. Kết quả sai lệch của y1,y2,y3 với giá trị thực nghiệm của Gr+

Nồng độ

bột (g/l) Chỉ tiêu

Giá trị

thực

nghiệm

Tính

theo

y1

Sai lệch

(%)

Tính

theo

y2

Sai

lệch

(%)

Tính

theo

y3

Sai lệch

(%)

0

MRR

(mm3/phút)

30,089 48,008 -59,555 32,538 -8,140 29,871 -0,007

5 93,918 83,218 11,392 90,253 3,901 94,787 0,009

10 136,203 118,429 13,050 132,499 2,719 134,899 -0,009

15 157,672 153,639 2,558 159,274 -1,016 158,541 0,005

20 174,263 188,849 -8,370 170,579 2,114 174,045 -0,001

0

Ra

(µm)

7,130 6,640 6,872 7,134 -0,060 6,644 6,822

5 5,690 5,906 -3,796 5,659 0,547 5,799 -1,914

10 4,610 5,172 -12,191 4,678 -1,469 5,062 -9,798

15 4,250 4,438 -4,424 4,191 1,391 4,418 -3,955

20 4,180 3,704 11,388 4,198 -0,438 3,856 7,742

0

Độ cứng

(HV)

502,0 509,169 -1,428 503,619 -0,322 502,0 0,00

5 602,8 585,226 2,915 596,326 1,074 602,8 0,00

10 624,3 634,011 -1,556 634,011 -1,556 624,3 0,00

15 650,9 655,526 -0,711 644,426 0,995 650,9 0,00

20 653,7 649,769 0,601 655,319 -0,248 653,7 0,00


68

Tóm lại: MRR của PMEDM sử dụng bột Ti lớn hơn so với gia công không

bột trộn trong dung dịch điện môi và MRR tăng khi tăng nồng độ bột Ti (tại 20g/l

đã làm MRR tăng 475,467% với Gr; 146,75% với Cu+ và 98,48% với Cu-).

TWR và Ra của PMEDM nhỏ hơn so với EDM. TWR và Ra đều giảm khi tăng nồng

độ bột Ti với lượng giảm lớn nhất lần lượt là: Cu+ có TWR40,09% và Ra33,5%

tại 10g/l; Cu- có TWR64,40%, Ra39,81% tại 10g/l; Gr+ có Ra41,34% tại 20g/l.

Độ cứng bề mặt gia công tăng lớn nhất là: tăng 19,3% khi Cu+ với 15g/l và tăng

25,8% khi Cu- với 20g/l; tăng 30,21% với Gr+ tại 20g/l.

Kết luận chƣơng 2

1. Kết quả khảo sát hai loại khuôn dập nóng (khuôn RV125 và khuôn 53211)

gia công tạo hình bề mặt bằng phương pháp tia lửa điện (EDM) (với điện cực Cu,

vật liệu khuôn là thép SKD61, dung dịch điện môi là dầu biến thế và các điều kiện

gia công đang sử dụng tại cơ sở sản xuất): Các thông số chất lượng bề mặt của hai

loại khuôn dập nóng sau EDM tương tự nhau và nói chung chất lượng bề mặt thấp,

không đáp ứng được yêu cầu làm việc của khuôn. Bề mặt khuôn sau EDM được gia

công tinh (bằng phương pháp đánh bóng) để lấy đi lớp trắng có chất lượng thấp trên

bề mặt.

2. Kết quả khảo sát gia công thép SKD61 (với hai loại vật liệu điện cực đại

diện cho gia công thô và tinh bằng EDM là Gr và Cu) cho thấy: Khi trộn bột Ti vào

dung dịch điện môi đã làm năng suất và chất lượng bề mặt gia công đều có sự cải

thiện đáng kể so với không dùng bột. Cụ thể:

- Năng suất bóc tách vật liệu (MRR) tăng nhiều nhất ở nồng độ bột 20g/l:

479,2% với điện cực Gr+; 127,4% với điện cực Cu+; 98,5% với điện cực Cu-.

- Lượng mòn điện cực (TWR) giảm nhiều nhất với điện cực Cu+ ở nồng độ

bột 10g/l: 40%.

- Lượng mòn điện cực (TWR) giảm nhiều nhất với điện cực Cu- ở nồng độ

bột 20g/l: 64,4%.

- Độ cứng (HV) lớp bề mặt (lớp trắng) tăng nhiều nhất ở nồng độ bột 20g/l:

30,2% với điện cực Gr+; 18,8% với điện cực Cu+; 25,8% với điện cực Cu-.

- Độ nhám bề mặt (Ra) giảm nhiều nhất ở nồng độ bột 20g/l: 41,4% với điện

cực Gr+; 33,5% với điện cực Cu+; 39,8% với điện cực Cu-.

69

- Trong lớp trắng xuất hiện các nguyên tố Ti và Cu với hàm lượng khá cao

trong khi hàm lượng C lại giảm mạnh.

- Topography của bề mặt gia công bằng phẳng hơn; chiều dày lớp trắng giảm

(đặc biệt với điện cực Gr+); độ cứng của lớp trắng tăng (cao nhất trong ba lớp).

3. Các phương trình hồi quy và đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ

bột Ti với các chỉ tiêu đánh giá năng suất và chất lượng bề mặt gia công đã được

xây dựng làm cơ sở để chọn nồng độ bột cho các nghiên cứu tiếp theo.

70

Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU

TỐ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG BẰNG TIA

LỬA ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT TITAN VÀO DUNG DỊCH ĐIỆN MÔI

Kết quả khảo sát ở Chương 2 đã cho thấy triển vọng của hướng nghiên cứu

nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công bằng EDM có trộn bột Ti vào

dung dịch điện môi. Tuy nhiên, quá trình gia công bằng PMEDM là quá trình rất

phức tạp, chịu ảnh hưởng đồng thời của rất nhiều thông số với mức độ ảnh hưởng

khác nhau (như nồng độ bột, các thông số điện, vật liệu điện cực, vật liệu gia

công,...), các thông số đó không những tác động trực tiếp đến chỉ tiêu đánh giá mà

còn tương tác với nhau qua đó ảnh hưởng đến chỉ tiêu đánh giá. Để nâng cao năng

suất và chất lượng bề mặt gia công bằng EDM có trộn bột Ti vào dung dịch điện

môi cần phải xác định các thông số ảnh hưởng chính để từ đó đưa vào quy hoạch

thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng đến chỉ tiêu đánh giá.

3.1. Thiết kế thí nghiệm

3.1.1. Lựa chọn phương pháp thiết kế thí nghiệm

Một thiết kế thí nghiệm tốt là thiết kế chỉ ra được các thông số chính ảnh

hưởng đến các kết quả đầu ra với số lượng các thí nghiệm hợp lý, các mức của mỗi

thông số được thiết lập cụ thể. Trong khi các thiết kế thí nghiệm truyền thống

thường yêu cầu lựa chọn các mức của một thông số có bước giống nhau (1) để dễ

dàng trong việc lựa chọn bảng quy hoạch thực nghiệm. PMEDM là biện pháp công

nghệ mới, số lượng các thông số công nghệ lớn, vì vậy nếu sử dụng phương pháp

thiết kế thí nghiệm truyền thống có thể dẫn đến kết quả bài toán có độ chính xác

thấp. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố cho thấy phương pháp Taguchi đã

được ứng dụng hiệu quả để tối ưu hóa trong PMEDM do số lượng thí nghiệm rất ít,

số lượng các thông số đầu vào với các mức được khảo sát lớn, thông số đầu vào có

thể không cần định lượng và trị số các mức có thể lựa chọn tùy ý. Ngoài ra, những

kết quả nhận được từ phương pháp này có độ chính xác cao do đã loại bỏ được ảnh

hưởng của các thông số không điều khiển được (nhiễu). Trên cơ sở đó tác giả đã lựa

chọn phương pháp Taguchi để thiết kế thí nghiệm với sơ đồ như hình 3.1.

71

Hình 3.1. Sơ đồ thí nghiệm trong PMEDM.

Trên sơ đồ hình 3.1:

Z: Thông số đầu vào (các biến độc lập, điều khiển và kiểm tra được).

X: Nhiễu (các biến không điều khiển được).

Y: Chỉ tiêu đánh giá (MRR, TWR và chất lượng bề mặt gia công).

3.1.2. Lựa chọn các thông số đầu vào

1. Điều kiện của thông số đầu vào

Để nhận được kết quả các thí nghiệm chính xác và đầy đủ thì các thông số

đầu vào phải thỏa mãn các yêu cầu: Các biến độc lập và điều chỉnh được.

2. Phương pháp nhận dạng thông số vào

Thông số đầu vào có thể nhận dạng bằng các phương pháp:

- Tập hợp thông tin từ các công trình thực nghiệm đã công bố.

- Với các lĩnh vực chưa rõ ràng và thiếu tài liệu khoa học cần tiến hành khảo

sát sơ bộ bằng thực nghiệm hoặc khảo sát ý kiến của các chuyên gia.

- Bằng phân tích nguyên nhân và ảnh hưởng của các thông số đến kết quả

nghiên cứu.

3. Chọn thông số vào

Khi xác định số lượng thông số vào và mức của nó thì chi phí thực nghiệm

cũng phải được xem xét khi thiết kế thí nghiệm. Do thông tin từ các nghiên cứu về

PMEDM sử dụng bột Ti rất ít nên tác giả sẽ lựa chọn các thông số công nghệ với

các mức dựa trên cơ sở kết quả khảo sát ở Chương 2 và tham khảo kết quả các

nghiên cứu gần đây về PMEDM với các loại bột khác.

Y

72

a. Thông số bột:

- Vật liệu bột: Ti.

- Kích thước bột: 45µm.

- Nồng độ bột: Kết quả nghiên cứu ở Chương 2 cho thấy với nồng độ bột Ti

bằng 10g/l và 20g/l có ảnh hưởng rất tích cực đến năng suất và chất lượng bề mặt

gia công vì vậy nồng độ này sẽ được chọn để nghiên cứu.

Bột Ti sản xuất bởi hãng Baoji First Titanium Industry (Group) Co., Ltd. của

Trung Quốc.

b. Vật liệu điện cực: Cu và Gr.

c. Vật liệu phôi: Các mác thép SKD61, SKD11, SKT4 được sử dụng chủ yếu

để làm khuôn với phương pháp EDM thường dùng để gia công tạo hình bề mặt

khuôn. Để thuận lợi cho việc ứng dụng kết quả của đề tài vào thực tiễn sản xuất tác

giả lựa chọn 3 mác thép này để nghiên cứu. Công dụng và đặc trưng của vật liệu

phôi được giới thiệu ở bảng 5÷14 Phần phụ lục.

d. Thông số điện:

- Cường độ dòng điện: I = (4, 6, 8)A.

- Điện áp: U = 150V.

- Khe hở phóng điện: Kích thước khe hở phóng điện chọn (phù hợp với kích

thước bột) là 200µm.

- Thời gian phát xung: ton= (5, 10, 20)s.

- Thời gian ngừng phát xung: tof = (38, 57, 85) s.

- Phân cực: Âm (-) và dương (+).

e. Thời gian gia công: 20 phút/1 thí nghiệm.

4. Chỉ tiêu đánh giá

Các chỉ tiêu để đánh giá năng suất và chất lượng bề mặt gia công của PMEDM

gồm: MRR, TWR, Ra, độ cứng tế vi lớp bề mặt và các thông số đánh giá chất lượng

lớp bề mặt (cấu trúc, tổ chức tế vi, thành phần hóa học và topography bề mặt gia công).

5. Nhiễu trong PMEDM

Nhiễu trong PMEDM gồm: Thời gian gia công thực tế, tuổi bền dung dịch

điện môi, sự phân bố đồng đều và di chuyển của các hạt bột, tuổi bền của bột, sự

thay đổi thông số điều khiển, sự lắng đọng của bột,...

73

3.1.3. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm

1. Khái quát về phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi là công cụ thiết kế ma trận thí nghiệm đơn giản, ứng

dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và cho hiệu quả cao. Các ma trận thí nghiệm

được thiết kế dựa vào các ma trận trực giao cố định. Các thông số công nghệ đưa

vào ma trận thí nghiệm với số lượng lớn (3÷50) và các mức có thể khác nhau (cả trị

số và số lượng) [77]. Thay vì phải kiểm tra tất cả các sự kết hợp của chúng, Taguchi

tiến hành kiểm tra các cặp của các kết hợp. Điều này cho phép xác định được ảnh

hưởng của hầu hết các thông số đến giá trị trung bình của kết quả đầu ra với số

lượng thí nghiệm nhỏ nhất, thời gian và chi phí ít nhất. Đồng thời xác định được các

thông số ảnh hưởng mạnh nhất đến các kết quả đầu ra, từ đó đưa ra những thử

nghiệm tiếp theo và loại bỏ những thông số có ảnh hưởng không đáng kể (ảnh

hưởng yếu).

Các bảng của Taguchi có thể được tạo ra bằng tay (các bảng nhỏ) hoặc bằng

các thuật toán xác định (các bảng lớn). Các bảng này có thể tìm thấy trong các tài

liệu tham khảo hoặc trực tuyến. Việc lựa chọn các bảng được dựa theo số lượng các

thông số khảo sát và các mức thay đổi của chúng. Phân tích phương sai (ANOVA)

dựa vào dữ liệu từ các ma trận thí nghiệm của Taguchi có thể được sử dụng để lựa

chọn các giá trị thông số mới để tối ưu hóa các kết quả đầu ra. Dữ liệu từ các bảng

có thể được phân tích bằng biểu đồ, hình ảnh, ANOVA và hệ số kiểm tra Fisher (F).

Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có thể xử lí các thông số với các mức rời rạc và kết

quả nhận được chỉ là tương đối. Ngoài ra, ma trận trực giao của Taguchi không

kiểm tra tất cả các sự kết hợp giữa các thông số và chỉ cho hiệu quả cao với các đối

tượng nghiên cứu ở giai đoạn đầu. Các bảng ma trận thí nghiệm cố định nên không

phù hợp với các công nghệ có thông số thay đổi liên tục như nghiên cứu mô phỏng.

2. Các bước thiết kế ma trận thí nghiệm

- Thiết lập mối quan hệ giữa các đối tượng nghiên cứu.

- Lựa chọn các thông số cần thiết để khảo sát.

- Xác định các thông số.

- Lựa chọn các mức cho các thông số.

- Tính số bậc tự do cần thiết cho thiết kế thí nghiệm.

74

- Lựa chọn bảng tiêu chuẩn (bảng OA).

- Gán các thông số và mức của nó vào các cột.

- Tiến hành thí nghiệm.

- Phân tích kết quả.

- Kiểm chứng kết quả thí nghiệm.

3. Quy hoạch thực nghiệm

a. Mức của các thông số: Mức của các thông số cho ở bảng 3.1.

Bảng 3.1. Mức của các thông số vào

TT Yếu tố Kí hiệu Mức của yếu tố

Mức 1 Mức 2 Mức 3

1 Vật liệu phôi A SKD61 SKD11 SKT4

2 Vật liệu điện cực B Cu Cu* Gr

3 Sự phân cực điện cực C - + -*

4 Thời gian phát xung (ton) (s) D 5 10 20

5 Cường độ dòng điện (I) (A) E 8 4 6

6 Thời gian ngừng phát xung (tof) (s) F 38 57 85

7 Nồng độ bột Ti (g/l) G 0 10 20

( Trong bảng trên: * - là biến lặp).

b. Sự tương tác giữa các thông số:

Việc lựa chọn sự tương tác giữa các thông số trong nghiên cứu phụ thuộc

vào sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các thông số đến kết quả nghiên cứu. Trên cơ sở

các kết quả nghiên cứu đã được công bố, tác giả chọn các tương tác:

- AxB: Vật liệu phôi tương tác với vật liệu điện cực.

- AxG: Vật liệu phôi tương tác với nồng độ bột.

- BxG: Vật liệu điện cực tương tác với nồng độ bột.

c. Bậc tự do của ma trận thí nghiệm (dof):

Số lượng thí nghiệm trong ma trận thí nghiệm sẽ được lựa chọn dựa vào bậc

tự do của nó. Bậc tự do của ma trận thí nghiệm được xác định bằng tổng bậc tự do

của các thông số vào với bậc tự do các tương tác (bảng 3.2) [77]:

- Bậc tự do của một thông số: 1 Kdof với K là số mức của thông số.

- Bậc tự do của sự tương tác giữa các thông số: 11)( BA KKBAdof

với KA, KB là số mức của A, B.

75

Bảng 3.2. Bậc tự do của ma trận thí nghiệm

Hệ số A B C D E F G AxB AxG BxG Tổng

dof 2 1 1 2 2 2 2 2x1=2 2x2=4 1x2=2 20

Như vậy bậc tự do của ma trận thí nghiệm là 20 và bảng ma trận thí nghiệm

của Taguchi (thường được gọi là dãy OA) được lựa chọn phải chọn lớn hơn 20 và

dãy OA‟s phù hợp nhất là L27 với bậc tự do là 26. Việc thêm 6 bậc tự do dùng để đo

lỗi ngẫu nhiên [77].

d. Ma trận thí nghiệm:

Do số lượng các mức của các thông số không giống nhau nên ma trận thí

nghiệm cần phải được cải tiến để phù hợp:

- Thông số giả định: Sử dụng thông số giả định để hợp lý hóa 2 mức của các

thông số vào, trong dãy OA có 3 mức nên mức 3 sẽ được thực hiện bằng cách lặp

lại một trong hai mức của thông số vào. Về nguyên tắc ta có thể chọn bất kì mức

nào trong hai mức của thông số vào để thực hiện việc lặp. Trong thực tế, mức được

chọn là mức có thể đảm bảo yêu cầu đầu ra của thí nghiệm, hiệu quả kinh tế cao và

thử nghiệm thuận lợi [77].

- Ma trận thí nghiệm: Lựa chọn bảng OA sẽ quyết định đến hiệu quả của ứng

dụng phương pháp Taguchi. Bảng Taguchi L27 sẽ được sử dụng với sơ đồ gán các

thông số như ở hình 3.2 [77]. Thông số A được gán với cột 1, thông số B được gán

với cột 2, G với cột 5, C với cột 9, D với cột 10, E với cột 12 và F với cột 13 (bảng

3.3). Ma trận thí nghiệm cho ở bảng 3.4.

Hình 3.2. Tương tác giữa các thông số vào [77].

76

Bảng 3.3. Thiết kế thí nghiệm L27 [77]

Số TNo A B C D E F G

1 1 1 1 1 1 1 1

2 1 1 2 2 2 2 2

3 1 1 3 3 3 3 3

4 1 2 2 2 3 3 1

5 1 2 3 3 1 1 2

6 1 2 1 1 2 2 3

7 1 3 3 3 2 2 1

8 1 3 1 1 3 3 2

9 1 3 2 2 1 1 3

10 2 1 2 3 2 3 1

11 2 1 3 1 3 1 2

12 2 1 1 2 1 2 3

13 2 2 3 1 1 2 1

14 2 2 1 2 2 3 2

15 2 2 2 3 3 1 3

16 2 3 1 2 3 1 1

17 2 3 2 3 1 2 2

18 2 3 3 1 2 3 3

19 3 1 3 2 3 2 1

20 3 1 1 3 1 3 2

21 3 1 2 1 2 1 3

22 3 2 1 3 2 1 1

23 3 2 2 1 3 2 2

24 3 2 3 2 1 3 3

25 3 3 2 1 1 3 1

26 3 3 3 2 2 1 2

27 3 3 1 3 3 2 3

77

Bảng 3.4. Ma trận thí nghiệm

Số

TNo

A B C D E F G

Vật liệu

phôi

Vật liệu

điện cực

Sự phân

cực

ton

(s)

I

(A)

tof

(s)

Nồng độ

bột (g/l)

1 SKD61 Cu - 5 8 38 0

2 SKD61 Cu + 10 4 57 10

3 SKD61 Cu -* 20 6 85 20

4 SKD61 Cu* + 10 6 85 0

5 SKD61 Cu* -* 20 8 38 10

6 SKD61 Cu* - 5 4 57 20

7 SKD61 Gr -* 20 4 57 0

8 SKD61 Gr - 5 6 85 10

9 SKD61 Gr + 10 8 38 20

10 SKD11 Cu + 20 4 85 0

11 SKD11 Cu -* 5 6 38 10

12 SKD11 Cu - 10 8 57 20

13 SKD11 Cu* -* 5 8 57 0

14 SKD11 Cu* - 10 4 85 10

15 SKD11 Cu* + 20 6 38 20

16 SKD11 Gr - 10 6 38 0

17 SKD11 Gr + 20 8 57 10

18 SKD11 Gr -* 5 4 85 20

19 SKT4 Cu -* 10 6 57 0

20 SKT4 Cu - 20 8 85 10

21 SKT4 Cu + 5 4 38 20

22 SKT4 Cu* - 20 4 38 0

23 SKT4 Cu* + 5 6 57 10

24 SKT4 Cu* -* 10 8 85 20

25 SKT4 Gr + 5 8 85 0

26 SKT4 Gr -* 10 4 38 10

27 SKT4 Gr - 20 6 57 20

( Trong bảng trên: * - là biến lặp).

e. Phân tích kết quả thí nghiệm:

. Tỷ số S/N: Thí nghiệm có giá trị tỷ số S/N cao nhất sẽ cho kết quả tối ưu

ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhất. Tỷ số S/N dùng để xác định mức cho kết quả đầu ra

tối ưu. Tỷ số S/N của các kết quả đầu ra được xác định như sau [77]:

- Cao hơn là tốt hơn:

(S/N)HB = -10log(MSDHB) (3.1)

Trong đó: HB 21

1 1MSD

r

r

i iy

78

MSDHB: Sai lệch bình phương trung bình.

R: Số lần kiểm tra trong một thí nghiệm (số lần lặp).

yi: Các giá trị của thí nghiệm.

- Giá trị tiêu chuẩn là tốt nhất:

(S/N)NB = -10log(MSDNB) (3.2)

Trong đó: 2

1

0NBr

1 MSD

r

i

i yy

MSDNB: Sai lệch bình phương trung bình.

y0: Giá trị tiêu chuẩn hoặc giá trị mục tiêu.

- Thấp hơn là tốt hơn:

(S/N)LB = -10log(MSDLB) (3.3)

Trong đó:

r

i

iy1

2

LBr

1 MSD

MSDLB: Sai lệch bình phương trung bình.

r

i

iy1

2 : Tổng bình phương tất cả kết quả của mỗi thí nghiệm.

Trong nghiên cứu này tỷ số S/N của các kết quả đầu ra theo bảng 3.5.

Bảng 3.5. Tỷ số S/N của các đặc trưng

TT Đặc trưng cho kết quả Kiểu đặc trưng Đơn vị

1 MRR Cao hơn là tốt hơn mm3/phút

2 TWR Thấp hơn là tốt hơn mm3/phút

3 Độ cứng (HV) Cao hơn là tốt hơn HV

4 Độ nhám bề mặt (Ra) Thấp hơn là tốt hơn µm

. Giá trị hệ số fisher (F): Thông số có giá trị F lớn hơn dẫn đến nó sẽ có

ảnh hưởng mạnh hơn đến kết quả đầu ra. F được xác định theo công thức [77]:

Lđđ

đk

MS

MSF (3.4)

Trong đó:

MSđk: Cho điều kiện.

MSLđk: Lỗi điều kiện.

. Phân tích phương sai:

- Tổng các bình phương (SS): Đo độ lệch của dữ liệu thí nghiệm từ trị số

trung bình của dữ liệu. SST xác định theo công thức [77]:

79

N

i

iT TySS1

2

(3.5)

Trong đó:

N: Số lượng giá trị được kiểm tra.

T : Giá trị trung bình các kết quả kiểm tra yi của đối tượng thứ i.

- Tổng bình phương của hệ số A (SSA): SSA xác định theo công thức [77]:

N

T

n

ASS

kN

i Ai

iA

2

1

22

(3.6)

Trong đó:

Ai: Giá trị tại mức i của thí nghiệm.

T: Tổng các giá trị kiểm tra.

T : Trị số trung bình của các kết quả khảo sát.

nAi : Số kết quả khảo sát ở điều kiện Ai.

- Tổng bình phương các lỗi (SSe): Là phân bố bình phương của các giá trị

khảo sát từ giá trị trung bình của trạng thái A.

A Aik n2

e i j

j 1 i 1

SS (y A )

(3.7)

- Tổng bình phương của các tương tác (SSAxB):

i

c 2 2

iAxB A B

i 1 (AxB)

(AxB) TSS SS SS

n N

(3.8)

- Tổng bình phương cho các hệ số ở trạng thái lặp:

Giả sử có A1 và trạng thái thể hiện việc lặp lại là A1**

thì ta có:

1 1 2

2** 2 2

1 1 2AxB **

A A A

A A A TSS

n n n N

(3.9)

1 1

2**

1 1

e **

A A

A ASS

n n

(3.10)

i

22c

iAxB A B e

i 1 (A B)

A B TSS SS SS SS

n N

(3.11)

,

A B A e ASS SS V .v (3.12)

- Phần trăm phân bố sự ảnh hưởng của thông số A: '

A

T

SSP .100(%)

SS (3.13)

80

. Tối ưu hóa kết quả đầu ra:

Giá trị tối ưu (µ) được ước tính bởi các thông số có ảnh hưởng mạnh và được

xác định theo công thức [77]:

2 3 3A ,B ,C 2 3 3T (A T) (B T) (C T) (3.14)

Trong đó:

T : Trị số trung bình của đặc trưng khảo sát.

2A ,

3B ,3C : Trị số trung bình tại các mức A2, B3, C3.

. Khoảng phân bố của trị số tối ưu:

- Khoảng phân bố của các mẫu CICE xác định bởi công thức:

eCE (1,f ) e

eff

1 1CI F .V .

n R

(3.15)

- Khoảng phân bố chỉ cho một nhóm mẫu CIPOP xác định bởi công thức:

e(1,f ) e

POP

eff

F VCI

n

(3.16)

Trong đó:

fe: Hệ số F ở một mức tin cậy (1-) với dof = 1 và dof của lỗi fe.

Ve: Giá trị thay đổi của lỗi.

eff

Nn

1 dof

(3.17)

Trong đó:

dof: Bậc tự do tổng của các thông số có ảnh hưởng mạnh.

N: Tổng số lượng kết quả thí nghiệm khảo sát.

R: Số lần lặp của 1 kết quả.

3.2. Điều kiện thí nghiệm

Các điều kiện để tiến hành thí nghiệm gồm: Máy thí nghiệm, thùng chứa

dung dịch điện môi, loại dung dịch điện môi, thiết bị đo kiểm tra đã được trình bày

ở mục 2.2.2.

3.3. Kết quả và thảo luận

3.3.1. Kết quả thí nghiệm

Các kết quả thực nghiệm về MRR, TWR, Ra và độ cứng tế vi lớp bề mặt

(HV) thể hiện ở các bảng 15÷18 Phần phụ lục. Phần mềm Minitab 16 được sử dụng

để phân tích dữ liệu theo quy hoạch thực nghiệm của Taguchi (hình 3.3). Kết quả

xử lý số liệu thể hiện ở bảng 3.6.

81

Hình 3.3. Thiết kế thí nghiệm Taguchi.

Bảng 3.6. Giá trị trung bình và tỷ số S/N của các chỉ tiêu

TT MRR S/N WT R S/N aR S/N HV S/N

1 10,487 20,385 1,950 -5,878 3,35 -10,50 506,70 54,033

2 8,169 17,650 2,011 -6,859 3,21 -10,15 658,96 56,348

3 3,152 9,859 1,495 -3,572 2,56 -8,16 581,60 55,271

4 10,239 20,186 4,426 -12,922 3,55 -11,00 496,68 53,848

5 14,304 22,957 4,364 -12,806 3,61 -11,14 828,92 58,298

6 0,089 -25,225 0,054 24,565 1,45 -3,27 629,84 55,940

7 37,466 31,465 11,499 -21,216 4,78 -13,60 544,58 54,709

8 23,575 27,376 9,935 -19,951 3,24 -10,20 748,42 57,466

9 38,843 31,637 19,626 -25,857 4,35 -12,78 626,18 55,912

10 18,882 25,511 2,010 -61,877 4,16 -12,38 509,72 54,124

11 3,857 11,538 1,179 -14,855 2,05 -6,24 679,54 56,334

12 14,496 22,263 3,560 -11,032 3,20 -10,10 664,20 56,435

13 10,608 20,505 2,250 -7,341 3,35 -10,51 546,02 54,701

14 0,320 -11,922 0,132 16,988 2,04 -6,21 679,20 56,543

15 23,577 26,797 1,495 -3,831 4,57 -13,20 655,18 56,291

16 23,885 25,272 7,439 -17,677 4,57 -13,20 469,82 53,419

17 59,669 35,498 14,073 -22,980 4,45 -12,97 907,64 59,123

18 17,159 24,683 5,491 -14,818 2,74 -8,77 683,52 56,686

19 1,252 1,623 0,587 43,491 2,55 -8,12 530,72 54,477

20 20,745 26,306 5,078 -14,114 4,31 -12,70 624,58 55,781

21 4,374 12,707 2,902 -9,298 2,46 -7,86 631,68 55,933

22 0,198 -14,342 0,277 10,402 2,26 -7,09 468,04 53,353

23 6,782 16,544 4,715 -13,492 2,89 -9,23 544,38 54,695

24 19,682 25,866 4,413 -12,923 3,50 -10,89 613,84 55,721

25 10,649 20,526 4,537 -13,135 3,23 -10,19 445,44 52,908

26 25,970 28,281 9,041 -19,202 3,24 -10,20 681,22 56,623

27 54,360 34,705 14,581 -23,350 5,65 -15,05 832,66 58,290

82

3.3.2. Kiểm tra độ tin cậy của dữ liệu

Trước khi phân tích ảnh hưởng của các thông số vào đến các chỉ tiêu đầu ra,

dữ liệu phải được kiểm tra độ sai lệch và mức độ phù hợp của chúng. Kết quả kiểm

tra dữ liệu được thể hiện ở các hình 9÷16 Phần phụ lục.

- Các hình (9÷16)a cho thấy các điểm dữ liệu phân bố theo một đường thẳng,

có giá trị ngoại lai nhưng không đáng kể. Điều này chứng tỏ dữ liệu phân bố bình

thường và không có bất kì sự sai lệch nào trong dữ liệu.

- Sự phân bố ngẫu nhiên các số dữ liệu trên hai phía của mặt 0 ở các hình

(9÷16)b cho thấy kết quả khảo sát phân bố khá tập trung quanh đường 0 và rất ít

điểm ở xa. Điều này thể hiện dữ liệu có độ chính xác cao.

- Các hình (9†16)c là sơ đồ thăm dò những đặc điểm chung của dữ liệu bao

gồm các loại phân bố giá trị. Phần nhô cao của các thanh phân bố trên hình chỉ ra độ

sai lệch của các kết quả. Sự thay đổi của biểu đồ phụ thuộc vào số lượng các khoảng

để nhóm dữ liệu. Khoảng cách giữa các thanh phân bố chỉ ra những giá trị ngoại lai

của các kết quả xuất hiện trong các giá trị thực nghiệm và sơ đồ dữ liệu không thể

hiện bất kì một xu hướng phân bố chuẩn nào. Vì vậy, các giá trị của dữ liệu được

khảo sát theo mô hình thiết kế thí nghiệm của Taguchi là phù hợp.

- Các hình (9†16)d là sơ đồ phân bố các dữ liệu khảo sát theo thứ tự thí

nghiệm để tìm ra lỗi không ngẫu nhiên. Kết quả cho thấy các giá trị dự đoán được

phân bố trong miền khảo sát với phạm vi lỗi nhỏ cho phép.

3.3.3. Phân tích kết quả

3.3.3.1. Năng suất bóc tách vật liệu (MRR)

1. Ảnh hưởng của các thông số đến MRR

a. Mức độ ảnh hưởng của các thông số:

ANOVA của MRR với khoảng tin cậy 90% được thể hiện trong bảng 3.7 và

3.8. Kết quả ở bảng 3.7 cho thấy vật liệu điện cực (F=148,24), thời gian phát xung

(F=27,98), cường độ dòng điện (F=9,94), tương tác giữa vật liệu gia công với nồng

độ bột Ti (F=7,68), thời gian phát xung (F=6,45), nồng độ bột Ti (F=6,24), sự phân

cực điện cực (F=5,7) và tương tác giữa vật liệu điện cực với nồng độ bột Ti

(F=4,03) là những thông số ảnh hưởng mạnh đến MRR. Vật liệu phôi và tương tác

giữa vật liệu phôi với vật liệu điện cực có ảnh hưởng yếu đến MRR. Vật liệu điện

83

cực là thông số ảnh hưởng mạnh nhất đến MRR và vật liệu phôi có ảnh hưởng nhỏ

nhất (bảng 3.8).

Bảng 3.7. ANOVA trị số MRR

TT Thông số dof SS V F Fbảng P(%)

1 Vật liệu phôi(A) 2 55,45 27,73 1,01 3,463 -

2 Vật liệu điện cực(B) 1 3142,51 3142,51 148,24 3,776 49,31

3 Phân cực điện cực(C) 1 120,78 120,78 5,7 3,776 1,61

4 Thời gian phát xung(D) 2 1186,1 593,05 27,98 3,463 18,58

5 Cường độ dòng điện(E) 2 421,26 210,63 9,94 3,463 6,50

6 Thời gian ngừng phát xung(F) 2 273,41 136,71 6,45 3,463 4,17

7 Nồng độ bột(G) 2 164,49 82,25 6,24 3,463 2,45

8 Tương tác AxB 2 21,39 10,70 0,50 3,463 -

9 Tương tác AxG 4 651,34 162,84 7,68 3,18 10,21

10 Tương tác BxG 2 170,79 85,4 4,03 3,463 2,55

11 Lỗi 6 127,2 21,20 - - -

12 Tổng 26 6334,72 - - - -

13 Lỗi tổng 11 204,04 18,55 - - -

Bảng 3.8. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến MRR

Mức

Thông số thí nghiệm

A B C D E F G

1 16,258 9,512 15,45 9,731 12,514 16,166 13,741

2 19,161 32,397 20,131 15,873 16,742 21,432 18,155

3 16,001 - - 25,817 22,165 13,822 19,526

Delta 3,160 22,886 4,487 16,086 9,651 7,610 5,785

Thứ tự ảnh hưởng 7 1 6 2 3 4 5

84

b. Đặc điểm ảnh hưởng:

Ảnh hưởng của các thông số và sự tương tác của chúng đến MRR được chỉ

ra trên hình 3.4 và 3.5.

Hình 3.4. Ảnh hưởng của các thông số vào đến MRR.

Hình 3.5. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến MRR.


- Vật liệu gia công khác nhau sẽ có MRR khác nhau (hình 3.4a). Nguyên

nhân là do sự khác nhau về nhiệt độ nóng chảy và bay hơi của các vật liệu gia công.

85

Vật liệu có nhiệt độ nóng chảy và bay hơi càng cao sẽ có MRR càng giảm và ngược

lại. MRRmax khi gia công thép SKD11 và MRRmin khi gia công thép SKT4. MRR

với 3 loại thép của điện cực Cu và Gr thay đổi không nhiều (hình 3.5c). MRRmax với

điện cực Cu và Gr khi gia công thép SKD11, MRRmin với điện cực Cu khi gia công

thép SKD61 và điện cực Gr khi gia công thép SKT4. Nồng độ bột trong dung dịch

ảnh hưởng khác nhau đến MRR: MRRmin với thép SKT4 và MRRmax với thép

SKD61 khi nồng độ bột 0g/l; MRRmax với thép SKD11, MRRmin với thép SKD61

khi nồng độ bột 10g/l; MRRmin với thép SKD61 và MRRmax với thép SKT4 khi

nồng độ bột 20g/l (hình 3.5e).

- Ảnh hưởng của vật liệu điện cực và sự phân cực điện cực đến MRR (hình

3.4b,c): Gr cho MRR lớn hơn rất nhiều so với Cu (240,6%) và phân cực điện cực

dương có MRR lớn hơn so với phân cực điện cực âm (29,04%). Vật liệu điện cực

có ảnh hưởng mạnh nhất đến MRR trong gia công thép SKD61 (hình 3.5a). Khi gia

công thép SKD11 và SKT4 thì ảnh hưởng của vật liệu điện cực đến MRR tương đối

giống nhau. Cả Cu và Gr đều cho MRRmax với nồng độ bột 20g/l và nhỏ nhất với

0g/l, ảnh hưởng của vật liệu điện cực đến MRR mạnh hơn khi có bột trộn vào dung

dịch điện môi và mạnh nhất với nồng độ bột 10g/l (hình 3.5f).

- Thời gian phát xung tăng 5†20µs làm MRR tăng theo (hình 3.4d). Nguyên

nhân là do năng lượng tia lửa điện tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện xung và thời

gian phát xung [23]. Khi thời gian phát xung quá ngắn dẫn đến phoi không kịp đưa

ra khỏi khe hở phóng điện và dung dịch điện môi cũng không được phục hồi hoàn

toàn [34]. Điều này sẽ làm các tia lửa điện hình thành không ổn định, xuất hiện

nhiều chu kỳ bất thường và tia lửa điện tập trung tại một số vị trí gây ảnh hưởng

không tốt đến năng suất và chất lượng quá trình gia công. Tuy nhiên, thời gian phát

xung quá dài lại làm số lượng điện tử và ion sinh ra lớn dẫn đến năng lượng xung bị

phân tán làm MRR giảm [84].

- MRR tăng mạnh khi cường độ dòng điện tăng từ 4÷8A (hình 3.4e). Điều

này là do cường độ dòng điện tăng đã làm năng lượng của các tia lửa điện khi gia

công tăng lên, dẫn đến khối lượng vật liệu phôi bị nóng chảy và bay hơi khi gia

công tăng theo [27]. MRRmax khi cường độ dòng điện là 8A.

86

- Thời gian ngừng phát xung có ảnh hưởng rất khác nhau đến MRR (hình

3.4. Thời gian ngừng phát xung tăng trong khoảng từ 38÷57µs làm MRR tăng lên

nhưng lại giảm đáng kể khi thời gian ngừng xung tăng từ 57÷85µs. Thời gian ngừng

phát xung là khoảng thời gian để dung dịch điện môi hồi phục lại sự cách điện sau

mỗi lần phát xung, vì vậy khi khoảng thời gian này ngắn sẽ làm xuất hiện hiện

tượng ngắn mạch và phóng hồ quang gây ảnh hưởng không tốt đến MRR [79]. Tuy

nhiên, thời gian này quá dài sẽ làm thời gian gia công tổng thể tăng dẫn đến MRR

giảm.

- Bột Ti trộn vào dung dịch điện môi làm tăng MRR (hình 3.4g): Nồng độ

bột tăng từ 0÷10g/l làm MRR tăng mạnh; nồng độ bột tăng 10÷20g/l vẫn làm MRR

tăng, tuy nhiên tốc độ tăng của MRR giảm (điều này đã được giải thích ở mục

2.2.4). So với không có bột MRR tăng 32,1% tại nồng độ bột 10g/l và tăng lớn nhất

là 42,1% ở nồng độ bột 20g/l. Tăng nồng độ bột thì MRR khi gia công thép SKD61

tăng lên nhưng MRR khi gia công thép SKT4 lại giảm xuống (hình 3.5b). Nồng độ

bột có ảnh hưởng mạnh nhất đên MRR khi gia công thép SKD11, MRR tăng khi

nồng độ bột tăng từ 0÷10g/l và giảm khi tăng nồng độ bột từ 10÷20g/l. Nồng độ bột

ảnh hưởng không đáng kể đến MRR với điện cực Cu nhưng lại làm MRR với điện

cực Gr tăng mạnh khi nồng độ bột tăng, đặc biệt trong khoảng nồng độ từ 0÷10g/l

(hình 3.5d).

2. Tối ưu hóa MRR

a. Điều kiện tối ưu:

Đặc trưng tỷ số S/N của MRR là “cao hơn thì tốt hơn” được xác định bởi

công thức (3.1). Bảng 3.9 và 3.10 chỉ ra các kết quả ANOVA trị số S/N của MRR

với khoảng tin cậy 90%. So sánh trị số F tính toán của các thông số với Fbảng cho

thấy: vật liệu điện cực (F=16,394), cường độ dòng điện (F=5,618), tương tác giữa

vật liệu phôi và nồng độ bột (AxG) (F=4,877) là những thông số có ảnh hưởng

mạnh đến tỷ số S/N của MRR (bảng 3.9). Các thông số còn lại có ảnh hưởng yếu

đến tỷ số S/N của MRR. Vật liệu điện cực là thông số có ảnh hưởng mạnh nhất và

thời gian ngừng phát xung có ảnh hưởng yếu nhất đến tỷ số S/N của MRR (bảng

3.10).

87

Bảng 3.9. ANOVA trị số tỷ số S/N của MRR


1 Vật liệu phôi(A) 2 50,58 25,29 0,27 3,463 -


3 Phân cực điện cực(C) 1 325,22 325,22 3,43 3,776 -

4 Thời gian phát xung(D) 2 270,72 135,36 1,43 3,463 -


6 Thời gian ngừng phát xung(F) 2 10,84 5,42 0,06 3,463 -

7 Nồng độ bột(G) 2 29,66 14,83 0,16 3,463 -

8 Tương tác AxB 2 42,36 21,18 0,22 3,463 -

9 Tương tác AxG 4 1849,07 462,27 4,88 3,18 31,63

10 Tương tác BxG 2 24,16 12,08 0,13 3,463 -

11 Lỗi 6 568,75 94,79 - - -

12 Tổng 26 5790,36 - - - -

13 Lỗi tổng 19 1322,29 69,59 - - -

Bảng 3.10. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của MRR

Mức


A B C D E F G

1 17,366 12,734 15,644 14,338 9,868 18,359 16,793

2 20,016 28,827 23,007 17,873 19,323 17,226 19,359

3 16,913 - - 22,084 25,105 18,711 18,144

Delta 3,103 16,093 7,363 7,746 15,237 1,485 2,566

Mức ảnh hưởng 5 1 4 3 2 7 6

88

Hình 3.6. Ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của MRR.

Hình 3.7. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến tỷ số S/N của MRR.

Hình 3.6 cho thấy: Vật liệu gia công thép SKD11 (A2), vật liệu điện cực Gr

(B2), phân cực điện cực dương (C2), thời gian phát xung 20s (D3), cường độ dòng

điện 8A (E3), thời gian ngừng phát xung 85s (F3) và nồng độ bột 10g/l (G2) là

những mức cho tỷ số S/N lớn nhất (các điểm khoanh tròn). Điều này sẽ làm cho kết

quả tối ưu bị ảnh hưởng bởi nhiễu ít nhất và trị số tối ưu bị thay đổi nhỏ nhất. Hình

89

3.7 cho thấy các tương tác: Thép SKD61 với điện cực Gr (A1xB2), thép SKD11 với

nồng độ bột Ti 20g/l (A2xG3) và điện cực Gr với nồng độ bột Ti 20g/l (B2xG3) là

những cặp tương tác cho trị số của tỷ số S/N lớn nhất dẫn đến có ảnh hưởng tốt đến

trị số tối ưu của MRR (các điểm khoanh tròn). Như vậy, trị số tối ưu của MRR sẽ

được xác định bởi các thông số: SKD11, Gr+, ton=20s, I=8A, tof=85s, 10g/l.

b. Giá trị MRR tối ưu:

Trị số tối ưu MRR được xác định bởi các mức của các thông số có ảnh hưởng

mạnh đến S/N của MRR theo công thức (3.14):

2 3 2 3toiuuB ,E ,A G 2 3 2 3MRR B E A G 2.T

Trong đó:

2B : MRR của vật liệu điện cực Gr, 2 32.397B mm3/phút (bảng 3.10).

3E : MRR với cường độ dòng điện 8A, 3 22.165E mm3/phút (bảng 3.10).

2 3A G : MRR với tương tác thép SKD11 và nồng độ bột 20g/l.

2 3 2 3 2 3

3 3 3

I A G II A G III A G3i 1 i 1 i 1

2 3

MRR MRR MRR

A G 18,41mm /9

phút

T : Trị số trung bình của MRR.

27 27 27

I II III

i 1 3i 1 i 1

MRR MRR MRR

T 17,1481

mm / phút

Thay số: MRR toiuu = 32,397 + 22,165 + 18,41 - 2. 17,14 = 38,692mm3/phút

- Khoảng phân bố giá trị trung bình của MRR :

+ Khoảng phân bố: fe = 6 (bảng 3.9); F0.1(1,6) = 5,98 (tra bảng Phần phụ lục

của tài liệu [77]); Ve= 21,2 (bảng 3.9); N = 27x3 = 81; R=3.

Theo công thức (3.17): eff

B,E,A G

N 27x3n 10,125

1 DOF 1 1 2 4

Theo công thức (3.15): 3

CE

1 1CI 5,98.21,2. 7,4

10,mm / p

12h

5út

3

90

Thay số: 31,292mm3/phút ≤ MRR toiuu≤46,092mm

3/phút

+ Khoảng tin cậy phổ biến:

Theo công thức (3.16): P

3

PO

5,98x21,2CI 3,54

10,mm h

12út

5/ p

Thay số: 35,152 mm3/phút ≤ MRR toiuu≤42,232mm

3/phút

- Thực nghiệm kiểm chứng được tiến hành với phôi SKD11, Gr, phân cực

điện cực dương, ton= 20µs, cường độ dòng điện 8A, tof= 85µs và nồng độ bột 10g/l.

Kết quả MRR = 45,734mm3/phút và sự sai lệch giữa kết quả tính toán và kết quả

thực nghiệm chỉ là 18,2%. Điều này chứng tỏ mô hình tính toán hoàn toàn có thể dự

đoán chính xác được MRR.

Tóm lại: Vật liệu điện cực là thông số có ảnh hưởng mạnh nhất đến MRR và

chiếm 49,31% tổng lượng ảnh hưởng. Các thông số: Thời gian phát xung, sự phân

cực điện cực, cường độ dòng điện, thời gian ngừng phát xung, nồng độ bột, tương

tác giữa vật liệu phôi với nồng độ bột và tương tác giữa vật liệu điện cực với nồng

độ bột đều có ảnh hưởng mạnh đến MRR với thứ tự phần trăm ảnh hưởng lần lượt

là: 18,58%, 1,61%, 6,5%, 4,17%, 2,48%, 10,21% và 2,55%. Bột Ti trộn trong dung

dịch điện môi đã làm MRR tăng mạnh và lớn nhất là 42,1% với nồng độ 20g/l. Trị

số MRR tối ưu với độ tin cậy 90% được xác định khi gia công thép SKD11, điện

cực Gr, phân cực điện cực dương, thời gian phát xung 20µs, cường độ dòng điện

8A, thời gian ngừng phát xung 85µs và nồng độ bột 10g/l. Kết quả MRRtoiuu =

38,6927,4mm3/phút.

3.3.3.2. Lượng mòn điện cực (TWR)

1. Ảnh hưởng của các thông số đến TWR


ANOVA giá trị trung bình của lượng mòn điện cực (TWR ) được thể hiện

trong bảng 3.11 với khoảng tin cậy 90%. Từ kết quả ANOVA cho thấy: Tất cả các

thông số và sự tương tác được khảo sát đều có ảnh hưởng mạnh đến TWR. Vật liệu

điện cực có mức độ ảnh hưởng lớn nhất, tiếp theo lần lượt là cường độ dòng điện và

nồng độ bột,... và thấp nhất là sự phân cực điện cực (bảng 3.12).

91

Bảng 3.11. ANOVA trị số TWR


1 Vật liệu phôi(A) 2 17,476 8,738 9,33 3,463 2,63





6 Thời gian ngừng phát xung(F) 2 14,496 7,248 7,74 3,463 2,24

7 Nồng độ bột(G) 2 22,19 17,983 19,19 3,463 3,42

8 Tương tác AxB 2 27,626 13,183 14,07 3,463 4,26

9 Tương tác AxG 4 37,514 9,378 10,01 3,18 5,75

10 Tương tác BxG 2 25,174 21,618 23,07 3,463 3,81

11 Lỗi 6 5,481 0,937 - - -

12 Tổng 26 648,238 - - - -

13 Lỗi tổng 6 5,481 0,910 - - -

Bảng 3.12. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến TWR

Mức


A B C D E F G

1 6,151 2,383 4,629 3,668 3,713 5,364 5,958

2 4,181 10,691 6,199 5,693 5,095 5,926 3,886

3 5,126 - - 6,097 6,65 4,168 5,614

Delta 1,970 8,308 1,57 2,429 2,937 1,757 2,072


92


Hình 3.8. Ảnh hưởng của các thông số vào đến TWR.

Hình 3.9. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến TWR.

Ảnh hưởng của các thông số và sự tương tác của chúng đến TWR được chỉ

ra trên hình 3.8 và 3.9. Kết quả cho thấy:

93

- Lượng mòn của điện cực là khác nhau khi gia công các loại thép khác nhau

(hình 3.8a). Nguyên nhân là do sự khác nhau về năng lượng nhiệt cần thiết để làm

nóng chảy và bay hơi của mỗi loại vật liệu gia công là khác nhau và vật liệu gia

công cần năng lượng càng lớn thì càng làm TWR tăng [14]. TWRmax với điện cực

Gr gia công thép SKD61 và điện cực Cu gia công thép SKT4 (hình 3.9c). Cả điện

cực Cu và Gr đều có TWR nhỏ nhất khi gia công thép SKD11. TWRmax khi gia

công thép SKD61 và TWRmin khi gia công thép SKT4 khi không có bột (hình 3.9e).

Ở nồng độ bột 10g/l và 20g/l đều cho TWR nhỏ nhất khi gia công thép SKD11 và

lớn nhất khi gia công thép SKT4.

- Lượng mòn của điện cực Cu nhỏ hơn rất nhiều so với điện cực Gr (hình

3.8b). Vật liệu Cu có khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện cao hơn vật liệu Gr dẫn đến

khả năng hình thành tia lửa điện dễ dàng hơn nên năng lượng của các tia lửa điện

cũng thấp hơn [62], kết quả là lượng vật liệu Cu bị nóng chảy và bay hơi trong quá

trình xung nhỏ hơn so với Gr [62]. Lượng mòn của điện cực Cu nhỏ hơn so với của

Gr xấp xỉ 4,48 lần. Trong 3 loại vật liệu gia công thì thép SKD61 ảnh hưởng mạnh

nhất đến sự thay đổi của TWR (hình 3.9a). Ảnh hưởng của thép SKD11 và SKT4

đến sự thay đổi của TWR tương đối giống nhau. Vật liệu điện cực có ảnh hưởng

mạnh đến sự thay đổi của TWR khi trộn bột vào dung dịch điện môi (hình 3.9f).

Ảnh hưởng lớn nhất xảy ra trong trường hợp gia công với nồng độ bột 20g/l.

- Phân cực điện cực âm sẽ cho TWR nhỏ hơn so với phân cực điện cực

dương (hình 3.8c). Nguyên nhân có là do phân cực dương có số lượng và năng

lượng của các điện tử va chạm vào bề mặt điện cực lớn hơn so với các ion dương

[35]. Sự phân cực điện cực âm sẽ cho TWR nhỏ hơn so với phân cực điện cực

dương khoảng 1,34 lần.

- Thời gian phát xung tăng sẽ làm TWR tăng theo (hình 3.8d). Nguyên nhân

do sự tăng năng lượng của các tia lửa điện dẫn đến lượng vật liệu điện cực bị nóng

chảy và bay hơi tăng lên. Thời gian phát xung tăng từ 5÷10µs làm TWR tăng mạnh

nhưng mức độ tăng của TWR lại giảm khi tiếp tục tăng thời gian phát xung. Thời

gian phát xung ngắn làm giảm thời gian ion hóa dung môi, điều này tạo ra quá trình

gia công không ổn định và làm giảm sự tác động của các điện tử và ion lên bề mặt

94

điện cực [79]. Khi thời gian phát xung quá dài dẫn đến năng lượng sẽ bị phân tán

cho nhiều điện tử, ion và làm giảm năng lượng bắn phá của chúng nên TWR giảm.

- Cường độ dòng điện tăng làm TWR tăng theo (hình 3.8e). Năng lượng của

các tia lửa điện tăng khi cường độ dòng điện tăng nên khi cường độ dòng điện tăng

sẽ làm TWR tăng theo.

- Ảnh hưởng của thời gian ngừng phát xung đến TWR là rất khác nhau (hình

3.8f). Thời gian ngừng xung ngắn có thể làm của dung dịch điện môi phục hồi

không hoàn toàn dẫn đến quá trình gia công không ổn định, sự phóng tia lửa điện

chỉ xảy ra trong thời gian rất ngắn và điều này sẽ làm TWR giảm [79]. Khi thời gian

ngừng phát xung càng lớn càng làm giảm thời gian phát xung nên làm giảm số

lượng điện tử và ion tác dụng lên bề mặt điện cực dẫn đến TWR giảm. TWR lớn

nhất với thời gian ngừng phát xung là 57µs và nhỏ nhất với thời gian ngừng phát

xung là 85µs.

- Khi tăng nồng độ bột từ 0÷10g/l thì TWR giảm nhưng tiếp tục tăng nồng độ

bột thì TWR lại tăng (hình 3.8g). Nguyên nhân của sự thay đổi TWR theo nồng độ

bột đã được giải thích ở mục 2.2.4. So với không có bột thì TWR giảm 53,33% ở

nồng độ bột 10g/l và giảm 6,13% ở nồng độ bột 20g/l. Khi gia công thép SKT4 thì

TWR của điện cực tăng khi tăng nồng độ của bột (hình 3.9b). Ảnh hưởng của nồng

độ bột đến TWR khi gia công thép SKD11 và SKD61 là trái ngược nhau. Ở nồng độ

bột 10g/l sẽ cho TWR nhỏ nhất với thép SKD61 và lớn nhất với SKD11. Trộn bột

vào dung dịch điện môi làm TWR của điện cực Cu thay đổi không đáng kể, ngược

lại TWR của điện cực Gr tăng rất mạnh (hình 3.9d). Xét trong ảnh hưởng tương tác

giữa các thông số thì TWR của cả điện cực Cu và Gr đều nhỏ nhất khi nồng độ bột

0g/l, TWR lớn nhất với điện cực Gr ở nồng độ bột 20g/l và với điện cực Cu ở nồng

độ bột 10g/l.

2. Tối ưu hóa TWR


Tỷ số S/N của TWR được đặc trưng bởi “nhỏ hơn thì tốt hơn” xác định bằng

công thức (3.3). Kết quả ANOVA với khoảng tin cậy 90% cho thấy: Vật liệu điện

cực (F=25,48), cường độ dòng điện (F=4,71) và sự tương tác của vật liệu gia công

với nồng độ bột (F=3,51) là thông số có ảnh hưởng mạnh đến tỷ số S/N của TWR

95

(bảng 3.13). Các thông số còn lại có ảnh hưởng không đáng kể đến tỷ số S/N của

TWR. Vật liệu điện cực là thông số ảnh hưởng mạnh nhất, thời gian ngừng phát

xung là thông số có ảnh hưởng yếu nhất đến tỷ số S/N của TWR (bảng 3.14).

Bảng 3.13. ANOVA trị sô tỷ số S/N của TWR


1 Vật liệu phôi(A) 2 29,64 14,84 0,41 3,463 -



4 Thời gian phát xung(D) 2 77,88 38,94 0,63 3,463 -



7 Nồng độ bột(G) 2 33,03 16,97 0,28 3,463 -

8 Tương tác AxB 2 45,16 22,58 0,37 3,463 -

9 Tương tác AxG 4 864,34 216,08 3,51 3,18 22,63

10 Tương tác BxG 2 19,7 9,85 0,16 3,463 -

11 Lỗi 6 369,04 61,51 - - -

12 Tổng 26 3775,2 - - - -

13 Lỗi tổng 19 763,7 40,19 - - -

Bảng 3.14. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của TWR

Mức Thông số thí nghiệm

A B C D E F G

1 -9,389 -3,636 -7,170 -6,760 -2,847 -9,514 -10,434

2 -7,597 -19,799 -12,729 -9,460 -10,215 -8,595 -7,733

3 -10,084 - - -10,850 -14,008 -8,960 -8,902

Delta 2,487 16,163 5,559 4,091 11,16 0,919 2,701

Mức ảnh hưởng 6 1 3 4 2 7 5

96

Hình 3.10. Ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của TWR.

Hình 3.11. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến tỷ số S/N của TWR.

Thép SKD11, điện cực Cu, phân cực điện cực âm, thời gian phát xung 5s,

cường độ dòng điện 4A, thời gian ngừng phát xung 57s và nồng độ bột Ti 10g/l có

ảnh hưởng rất tích cực đến tỷ số S/N của TWR (các điểm khoanh tròn trên hình

3.10). Tương tác giữa thép SKD11 với vật liệu điện cực Cu, giữa thép SKT4 với

97

nồng độ bột 10g/l, giữa vật liệu điện cực Cu với nồng độ bột 20g/l là những cặp

tương tác có ảnh hưởng mạnh đến tỷ số S/N của TWR (các điểm khoanh tròn trên

hình 3.11). Đây là những mức của các thông số công nghệ cho kết quả tối ưu ít bị

ảnh hưởng bởi nhiễu nhất. Mức của các thông số công nghệ cho TWR tối ưu:

SKD11, Cu-, ton=10s, I=4A, tof=57s , 10g/l.

b. Giá trị WT R tối ưu:

Trị số tối ưu của TWR được xác định theo công thức (3.14) ở các mức: vật

liệu điện cực Cu (B1), cường độ dòng điện 3A (E1) và tương tác thép SKT4 với

nồng độ bột Ti 0g/l (A3xG1).

1 1 3 1toiuuB ,E ,A G 1 1 3 1TWR B E A G 2.T

Trong đó:

1B : TWR của vật liệu điện cực Cu, 1 2.383B mm3/phút (bảng 3.14).

1E : TWR với cường độ dòng điện 8A,

1 3,713E mm3/phút(bảng 3.14).

3 1A G : TWR với tương tác thép SKT4 và nồng độ bột 20g/l.

3 1 3 1 3 1

3 3 3

I A G II A G III A G3i 1 i 1 i 1

3 1

TWR TWR TWR

A G phú7, 0mm /9

t3

T : Trị số trung bình của TWR thực nghiệm.

27 27 27

I II III3i 1 i 1 i 1

TWR TWR TWR

T 5,152mm / phut81

Thay số: TWR toiuu = 2,383 + 3,713 + 7,30 - 2.5,152 =3,092 mm3/phút

- Khoảng phân bố giá trị trung bình của TWR:

+ Khoảng phân bố: fe = 6 (bảng 3.13); F0.1(1,6) = 5,98 (tra bảng Phần phụ lục

của tài liệu [77]); Ve= 0,93 (bảng 3.13); N= 27x3 = 81; R=3.

Theo công thức (3.17):

eff

B,E,A G

N 27x3n 10,125

1 DOF 1 1 2 4

Theo công thức (3.15): 3

CE

1 1CI 5,98.0,93. 2,4

10,mm / p

12h

5út

3

Thay số: 0,69mm3/phút ≤ TWR toiuu ≤ 5,492mm

3/phút

+ Khoảng phân bố phổ biến:

98

Theo công thức (3.16): P

3

PO

5,98x0,93CI 0,55

10,mm h

12út

5/ p

Thay số: 2,542mm3/phút ≤ TWR toiuu ≤ 3,642mm

3/phút

- Thực nghiệm kiểm chứng: Tiến hành với phôi SKD11, điện cưc Cu, phân

cực điện cực dương, ton= 10µs, cường độ dòng điện 4A, tof=57µs và nồng độ bột

10g/l. Kết quả TWR = 2,93mm3/phút với sự sai lệch giữa kết quả tính toán và kết

quả thực nghiệm là 4,1%.

Tóm lại: Các thông số được khảo sát đều ảnh hưởng mạnh đến TWR và vật

liệu điện cực ảnh hưởng mạnh nhất (chiếm 63,75% tổng ảnh hưởng). So với Gr thì

Cu là vật liệu điện cực có độ bền mòn cao hơn và TWR ít thay đổi hơn khi gia công

các loại thép khác nhau. Thép SKD11 và điện cực Cu là cặp vật liệu cho TWR nhỏ

nhất, điều này có nghĩa là điện cực Cu phù hợp với gia công tinh thép SKD61vì sẽ

đảm bảo độ chính xác gia công cao. Vật liệu điện cực, cường độ dòng điện và tương

tác giữa vật liệu gia công với nồng độ bột có ảnh ảnh hưởng mạnh đến tỷ số S/N.

Trị số TWR tối ưu là 3,0922,4mm3/phút với thép SKD11, điện cực Cu, phân cực

điện cực âm, thời gian phát xung 5µs, dòng điện 4A, thời gian ngừng phát xung

57µs và nồng độ bột 10g/l. Thực nghiệm kiểm chứng cho thấy mô hình tính toán có

thể dự đoán chính xác được TWR.

3.3.3.3. Độ nhám bề mặt gia công (Ra)

1. Ảnh hưởng của các thông số đến Ra


ANOVA giá trị trung bình của nhám bề mặt ( aR ) được thể hiện ở bảng 3.15

với khoảng tin cậy 90%. Từ kết quả ANOVA cho thấy: Vật liệu điện cực (F=37,36),

sự phân cực điện cực (F=6,55), thời gian phát xung (F=24,67), cường độ dòng điện

(F=9,79) và tương tác giữa vật liệu phôi với nồng độ bột Ti (F=9,47) là những thông

số ảnh hưởng mạnh nhất đến đến Ra. Các thông số và tương tác còn lại có ảnh

hưởng không đáng kể đến Ra. Bảng 3.16 thể hiện thứ tự mức ảnh hưởng của các

thông số đến sự thay đổi trị số Ra. Vật liệu điện cực có mức độ ảnh hưởng lớn nhất,

tiếp theo lần lượt là cường độ dòng điện và thời gian phát xung,... và thấp nhất là

vật liệu phôi.

99

Bảng 3.15. ANOVA trị số aR


1 Vật liệu phôi(A) 2 0,0788 0,04 0,26 3,463 -






7 Nồng độ bột(G) 2 0,4236 0,21 1,4 3,463 -

8 Tương tác AxB 2 0,2445 0,12 0,81 3,463 -

9 Tương tác AxG 4 57,276 1,43 9,47 3,18 22,62

10 Tương tác BxG 2 0,4514 0,23 1,49 3,463 -

11 Lỗi 6 0,9069 0,15 - - -

12 Tổng 26 25,16 - - - -

13 Lỗi tổng 16 23,774 0,15 - - -

Bảng 3.16. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến aR

Mức


A B C D E F G

1 3,344 3,059 3,324 3,153 2,927 3,482 3,537

2 3,459 4,029 3,498 3,341 3,513 3,520 3,178

3 3,344 - - 3,653 3,706 3,144 3,431

Delta 0,115 0,970 0,174 0,050 0,779 0,376 0,359


100


Hình 3.12 và 3.13 cho thấy ảnh hưởng của các thông số đến trị số trung bình

của nhám bề mặt gia công.

Hình 3.12. Ảnh hưởng của các thông số vào đến Ra.

Hình 3.13. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến Ra.


- Vật liệu phôi thay đổi làm Ra thay đổi không đáng kể (hình 3.12a). Bề mặt

thép SKD11 sau gia công có Ramax, gia công thép SKD61 và SKT4 cho Ra xấp xỉ

101

bằng nhau, điều này là do năng suất bóc tách thép SKD11 lớn hơn dẫn đến kích

thước đường kính và chiều sâu vết lõm trên bề mặt gia công của thép này lớn làm Ra

tăng theo. Trị số Ra thay đổi không lớn khi vật liệu gia công thay đổi và trái ngược

nhau, khi gia công thép SKD11 nhận được Ramax với điện cực Cu và Rmin với điện cực

Gr, ngược lại khi gia công thép SKD61 sẽ cho Ramin với điện cực Cu và Rmax với điện

cực Gr (hình 3.13c). Khi không có bột thì gia công thép SKT4 cho Ramin, gia công

thép SKD61 và SKT4 cho Ramax xấp xỉ bằng nhau (hình 3.13e). Ở Nồng độ bột

10g/l gia công thép SKD11 cho Ramin, gia công thép SKT4 cho Ramax. Ở nồng độ bột

20g/l gia công thép SKT4 cho Ramax và gia công thép SKD61 cho Ramin.

- Hình 3.12b,c cho thấy: Trị số Ra khi gia công với điện cực Gr lớn hơn nhiều

so với khi gia công với điện cực Cu, phân cực điện cực dương cho Ra lớn hơn so với

phân cực điện cực âm (nguyên nhân đã được chỉ ra ở mục 2.2.4). Trị số Ra khi gia

công với điện cực Gr lớn hơn so với khi gia công với điện cực Cu khoảng 31,7% và

phân cực điện cực âm sẽ cho Ra giảm 5,2% so với phân cực dương. Ảnh hưởng của

vật liệu điện cực đến Ra mạnh nhất và khá giống nhau trong gia công thép SKD61

và thép SKT4 (hình 3.13a), ảnh hưởng này yếu hơn với thép SKD11. Vật liệu điện

cực ảnh hưởng đến Ra mạnh nhất khi nồng độ bột là 20g/l và yếu nhất khi nồng độ

bột là 10g/l (hình 3.13f ).

- Trị số Ra tăng khi thời gian phát xung tăng lên (hình 3.12d). Nguyên nhân

là do năng suất bóc vật liệu tăng dẫn đến Ra tăng theo và Ra lớn nhất với thời gian

phát xung 20µs.

- Cường độ dòng điện tăng làm tăng trị số Ra của bề mặt gia công (hình

3.12e). Nguyên nhân là do năng lượng của tia lửa điện tăng khi cường độ dòng điện

tăng dẫn đến MRR tăng và Ra cũng tăng theo.

- Thời gian ngừng phát xung 38s và 85s sẽ cho trị số nhám bề mặt nhỏ

hơn (hình 3.12f). Điều này có thể là do năng lượng gia công giảm nên kích thước

các vết lõm trên bề mặt giảm theo [79]. Độ nhám bề mặt lớn nhất với thời gian

ngừng phát xung 57s và nhỏ nhất với thời gian ngừng phát xung 85s.

- Trộn bột vào dung dịch điện môi làm giảm Ra (hình 3.12g). Nguyên nhân

dẫn đến sự thay đổi của Ra đã được giải thích ở mục 2.2.4. Ramax khi không có bột

trong dung dịch điện môi và Ramin với nồng độ bột 10g/l. So với không có bột, Ra

102

khi có bột giảm 11,3% ở nồng độ bột 10g/l và 3,08% ở nồng độ bột 20g/l. Khi nồng

độ bột tăng thì Ra tăng lên với thép SKT4 và Ra giảm xuống với thép SKD61 (hình

3.13b). Khi nồng độ bột tăng từ 0÷10g/l thì Ra của thép SKD11 giảm mạnh và nếu tiếp

tục tăng nồng độ bột thì Ra chỉ tăng nhẹ (nhưng vẫn nhỏ hơn so với khi không có bột).

Ra của bề mặt được gia công bằng điện cực Cu giảm khi nồng độ bột tăng từ 0÷20g/l,

Ra của bề mặt gia công bằng điện cực Gr giảm mạnh khi nồng độ bột tăng từ 0÷10g/l

và tăng mạnh khi tiếp tục tăng nồng độ bột (hình 3.13d).

2. Tối ưu hóa Ra


Tỷ số S/N của Ra có đặc trưng “nhỏ hơn thì tốt hơn” và được xác định theo

công thức (3.3). Kết quả ANOVA tỷ số S/N của Ra với khoảng tin cậy 90% ở bảng

3.17 cho thấy: Vật liệu điện cực (F=55,47), sự phân cực điện cực (F=15,1), thời

gian phát xung (F=35,72), cường độ dòng điện (F=20,97) và tương tác giữa vật liệu

gia công với nồng độ bột (F=18,12) là những thông số có ảnh hưởng mạnh đến tỷ số

S/N của Ra. Các thông số còn lại ảnh hưởng yếu đến tỷ số S/N của Ra. Vật liệu điện

cực là thông số ảnh hưởng lớn nhất, thời gian ngừng phát xung là thông số ảnh

hưởng yếu nhất đến tỷ số S/N của Ra (bảng 3.18).

Bảng 3.17. ANOVA trị số tỷ số S/N của Ra

TT Thông số dof SS V F Fbảng P

1 Vật liệu phôi(A) 2 0,48 0,24 0,35 3,463 -






7 Nồng độ bột(G) 2 3,721 1,86 2,73 3,463 -

8 Tương tác AxB 2 1,642 0,82 1,21 3,463 -

9 Tương tác AxG 4 49,359 12,34 18,12 3,18 26,31

10 Tương tác BxG 2 2,114 1,06 1,55 3,463 -

11 Lỗi 6 4,086 0,68 - - -

12 Tổng 26 186,858 - - - -

13 Lỗi tổng 16 12,406 0,78 - - -

103

Bảng 3.18. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của Ra


A B C D E F G

1 -10,398 -9,376 -9,776 -8.531 -8,837 -10,247 -10,733

2 -10,090 -11,885 -11,085 -10.296 -10,490 -10,334 -9,895

3 -10,149 - - -11.810 -11,310 -10,056 -10,009

Delta 0,308 2,509 0,397 3.279 2,473 0,278 0,838


Hình 3.14. Ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của Ra.

Hình 3.15. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến tỷ số S/N của Ra.

104

Các thông số: Vật liệu thép SKT4 (A3), vật liệu điện cực Cu (B1), phân cực

điện cực âm (C1), thời gian phát xung 5s (D1), cường độ dòng điện 4A (E1), thời

gian ngừng phát xung 85s (F3) và nồng độ bột 10g/l (G2) có ảnh hưởng rất tích cực

đến tỷ số S/N của Ra (các điểm khoanh tròn trên hình 3.14). Đây là những mức của

các thông số công nghệ được khảo sát có Ra ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhất và trị số

tối ưu của Ra ít bị thay đổi nhất. Các tương tác: Thép SKT4 với vật liệu điện cực Cu

(A3xB1), thép SKD61 với nồng độ bột 20g/l (A1xG3), vật liệu điện cực Cu với nồng

độ bột 20g/l (B1xG3) là những cặp tương tác có ảnh hưởng mạnh đến tỷ số S/N của Ra

(các điểm khoanh tròn trên hình 3.15). Trị số tối ưu của Ra được xác định bởi mức

của các thông số công nghệ: SKD61, Cu-, ton=5s, I=4A, tof=57s, 0g/l.

b. Giá trị tối ưu aR :

Trị số tối ưu của Ra được xác định theo công thức (3.14) tại các mức: Vật liệu

điện cực Cu (B1), phân cực điện cực âm (C1), thời gian phát xung 5s (D1), cường độ

dòng điện 4A (E1) và tương tác giữa thép SKD61 với nồng độ bột 20g/l (A1xG3).

1 1 1 1 1 3a toiuuB ,C ,D ,E ,A G 1 1 1 1 1 3R B C D E A G 4.T

Trong đó:

1B : aR với vật liệu điện cực Cu, 1 3,059B m (bảng 3.16).

1C : aR với phân cực điện cực âm, 1 3,324C m (bảng 3.16).

1D : aR với thời gian phát xung 5s, 1 3,153D m (bảng 3.16).

1E : aR với cường độ dòng điện 8A, 1 2,927E m (bảng 3.16).

1 3A G : aR với tương tác thép SKD61 và nồng độ bột 20g/l.

1 3 1 3 1 3

3 3 3

aI A G aII A G aIII A Gi 1 i 1 i 1

1 3

R R R

A G 2,79

m87

T : Trị số trung bình của Ra.

27 27 27

aI aII aIII

i 1 i 1 i 1

R R R

T 3,3881

m

Thay số: R atoiuu = 3,059 + 3,324 + 3,153+2,927 + 2,787 - 4.3,38 = 1,73 µm

- Khoảng phân bố giá trị trung bình của aR :

105

+ Khoảng phân bố: Hệ số của lỗi fe = 6 (bảng 3.15); F0.1(1,6) = 5,98 (tra bảng

Phần phụ lục của tài liệu [77]); Ve= 0,15 (bảng 3.15); R=3; N= 27x3 = 81.


B,C,D,E,A G

N 27x3n 7,4

1 DOF 1 1 1 2 2 4

Theo công thức (2.15): CE

1 1CI 5,98.0,15. 0,65 m

7,4 3

Thay số: 1,08m ≤ aR toiuu≤2,38m


Theo công thức (3.16): POP

5,98x0,15CI 0,35 m

7,4

Thay số: 1,38m ≤ aR toiuu≤2,08m

- Thực nghiệm kiểm chứng với các thông số: Thép SKD61, điện cực Cu,

phân cực điện cực âm, ton=5µs, 4A, tof=85µs và nồng độ bột 10g/l cho kết quả Ra =

1,47µm có độ chính xác tốt và sự sai lệch giữa kết quả tính toán và kết quả thực

nghiệm là 1,5%.

Tóm lại: Vật liệu điện cực là thông số ảnh hưởng mạnh nhất đến Ra và chiếm

21,8% tổng ảnh hưởng. Các thông số thời gian phát xung, cường độ dòng điện, sự

phân cực điện cực và tương tác giữa vật liệu gia công với nồng độ bột cũng ảnh

hưởng mạnh đến Ra với mức ảnh hưởng lần lượt là 29,35%, 11,76%, 3,35% và

22,6%. Độ nhám bề mặt giảm đáng kể khi trộn bột vào dung dịch điện môi và thép

SKT4 gia công bằng điện cực Cu trong dung dịch điện có trộn bột nồng độ 20g/l sẽ

cho Ra nhỏ nhất. Trị số atoiuuR =1,730,65µm với độ tin cậy 90% được xác định bởi

các thông số công nghệ: Thép SKD61, điện cực Cu, phân cực điện cực âm, thời

gian phát xung 5µs, cường độ dòng điện 4A, thời gian ngừng phát xung 85µs và

nồng độ bột 10g/l. Kiểm chứng thực nghiệm cho thấy mô hình tính toán hoàn toàn

có thể dự đoán chính xác được Ra.

3.3.3.4. Độ cứng tế vi lớp bề mặt (HV)

1. Ảnh hưởng của các thông số đến HV


Phân tích ANOVA giá trị trung bình của độ cứng tế vi lớp trắng ( HV ) được

thể hiện ở bảng 3.19 với khoảng tin cậy 90%. Kết quả ANOVA cho thấy: Vật liệu

106

điện cực (F=8,9), thời gian phát xung (F=4,81), nồng độ bột (F=46,4), tương tác

giữa vật liệu phôi với nồng độ bột (F=4,31) và tương tác giữa vật liệu điện cực với

nồng độ bột (F=4,52) là những thông số ảnh hưởng mạnh đến HV. Các thông số và

tương tác còn lại ảnh hưởng yếu đến HV. Bảng 3.20 chỉ ra mức độ ảnh hưởng của

từng thông số đến sự thay đổi trị số HV. Nồng độ bột có mức độ ảnh hưởng lớn

nhất và mức độ ảnh hưởng thấp nhất là sự phân cực của điện cực.

Bảng 3.19. ANOVA trị số HV


1 Vật liệu phôi(A) 2 10015 5007,5 2,27 3,463 -

2 Vật liệu điện cực(B) 1 19614 19614,0 8,90 3,776 4,69

3 Phân cực điện cực(C) 1 2423 2423,0 1,10 3,776 -

4 Thời gian phát xung(D) 2 21183 10591,5 4,81 3,463 5,59

5 Cường độ dòng điện(E) 2 4805 2402,5 1,09 3,463 -

6 Thời gian ngừng phát xung(F) 2 12990 6495,0 2,95 3,463 -

7 Nồng độ bột(G) 2 204407 102203,5 46,40 3,463 57,86

8 Tương tác AxB 2 3967 1983,5 0,90 3,463 -

9 Tương tác AxG 4 37981 9495,25 4,31 3,180 10,61

10 Tương tác BxG 2 19930 9965 4,52 3,463 5,23

11 Lỗi 6 13217 2202,833 - - -

12 Tổng 26 350531 - - - -

13 Lỗi tổng 15 47417 3161,13 - - -

Bảng 3.20. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến HV


A B C D E F G

1 643,9 602,8 628,5 601,7 609,6 616,4 502,0

2 624,7 659,9 608,4 602,3 615,4 651,0 705,9

3 597,0 - - 661,4 640,8 598,1 657,6

Delta 46,9 57,2 20,1 59,7 30,8 52,9 209,9


107


Hình 3.16. Ảnh hưởng của các thông số vào đến HV.

Hình 3.17. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến HV.

Hình 3.16 và 3.17 chỉ ra ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến trị số

trung bình của độ cứng tế vi lớp bề mặt gia công ( HV ):

- Vật liệu phôi khác nhau sẽ cho HV của lớp bề mặt sau EDM khác nhau

(hình 3.16a). Nguyên nhân có thể là do thành phần hóa học của các thép khác nhau

108

đã làm tổ chức, pha hình thành trên lớp bề mặt gia công (dưới tác dụng nhiệt rất cao

của các tia lửa điện) có cơ lý tính khác nhau. Ngoài ra, vật liệu khác nhau cũng có

thể làm cơ chế hấp thụ Ti từ bột, Cu từ điện cực Cu, C từ dung dịch điện môi và Gr

từ điện cực Gr cũng khác nhau. Điều này có thể làm thay đổi đáng kể độ cứng tế vi

của lớp trắng. HV của lớp trắng lớn nhất với thép SKD11 và nhỏ nhất với thép

SKT4. Trị số HV khi gia công với điện cực Cu nhỏ hơn so với điện cực Gr (hình

3.17c). Thép SKD11 sẽ cho độ cứng bề mặt cao nhất trong cả hai trường hợp vật

liệu điện cực. Điện cực Gr cho độ cứng lớp bề mặt thép SKD61 nhỏ nhất và điện

cực Cu cho độ cứng lớp bề mặt thép SKT4 nhỏ nhất. Khi không có bột lớp bề mặt

thép SKD61 có độ cứng tế vi cao nhất (hình 3.17e). HVmax của lớp bề mặt thép

SKD11với nồng độ bột 10g/l và của lớp bề mặt thép SKT4 với nồng độ bột 20g/l.

- Bề mặt gia công bằng điện cực Gr có độ cứng tế vi lớn hơn so với điện cực

Cu (hình 3.16b). Nguyên nhân là khi gia công bằng điện cực Gr sẽ làm môi trường

gia công rất giàu nguyên tố C sinh ra từ dầu bị cracking và điện cực bị mòn. Điều

này dẫn đến lượng C xâm nhập vào bề mặt lớn hơn. Mặt khác, năng suất bóc tách

vật liệu của điện cực Gr cao hơn nhiều so với điện cực Cu đã chứng tỏ năng lượng

các tia lửa điện được tạo ra bởi loại điện cực này lớn hơn dẫn đến lượng C bị

cracking từ dung dịch điện môi, lượng Ti từ bột bị nóng chảy và bay hơi xâm nhập

vào bề mặt lớn hơn. Và đây là nguyên nhân dẫn đến sự tăng lên của HV. Bề mặt gia

công bằng điện cực Gr cho HV lớn hơn so với điện cực Cu là 9,4%. HV của lớp bề

mặt SKD11 và SKD61 gia công bằng điện cực Cu tương đối bằng nhau nhưng lại

khác nhiều với điện cực Gr (hình 3.17a). HV của lớp bề mặt thép SKD61 thay đổi

không lớn với cả hai loại điện cực. Ảnh hưởng của vật liệu điện cực đến độ cứng tế

vi lớp bề mặt gia công khi không có bột và khi có bột là trái ngược nhau (hình

3.17f). Bột trộn trong dung dịch sẽ cho độ cứng của lớp bề mặt gia công bằng điện

cực Gr cao hơn so với điện cực Cu và ngược lại với không có bột trong dung dịch

điện môi.

- Sự phân cực ảnh hưởng đến độ cứng tế vi lớp bề mặt không lớn (hình

3.16c). MRR và TWR khi phân cực âm đều nhỏ hơn phân cực dương nhưng độ

cứng tế vi lớp bề mặt gia công với điện cực phân cực âm lại cao hơn. Nguyên

109

nhân có thể là do lượng C, Ti xâm nhập vào bề mặt lớn hơn. Phân cực điện cực âm

sẽ cho HV cao hơn so với phân cực điện cực dương khoảng 3,3%.

- Thời gian phát xung trong khoảng từ 5÷10s có ảnh hưởng rất ít đến HV

nhưng khi tiếp tục tăng thời gian phát xung thì lại làm độ cứng lớp bề mặt gia

công tăng lên rất mạnh (hình 3.16d). Nguyên nhân là do thời gian phát xung ngắn

nên năng lượng xung thấp dẫn đến lượng C (bị cracking từ dung dịch điện môi và

mòn điện cực), Ti (bị nóng chảy và bay hơi) ít dẫn đến lượng xâm nhập vào lớp bề

mặt giảm theo và ngược lại.

- Cường độ dòng điện ảnh hưởng không nhiều đến độ cứng tế vi lớp bề mặt

gia công (hình 3.16e). Nguyên nhân là do sự thay đổi năng lượng của các tia lửa

điện chưa đủ mạnh nên lượng C (bị cracking từ dung dịch điện môi và mòn điện

cực), Ti (bị nóng chảy và bay hơi) ít dẫn đến lượng xâm nhập vào lớp bề mặt ít.

- Thời gian ngừng phát xung ngắn nhất (38s) hoặc dài nhất (85s) sẽ cho

giá trị độ cứng tế vi lớp bề mặt nhỏ hơn (hình 3.16f). Điều này có thể là do lượng

dung dịch điện môi bị ion hóa, lượng mòn điện cực và lượng bột Ti bị tác động

bởi năng lượng nhiệt giảm dẫn đến lượng C và Ti xâm nhập vào lớp bề mặt giảm.

Độ cứng lớp bề mặt lớn nhất với thời gian ngừng phát xung là 57s và nhỏ nhất

với thời gian ngừng phát xung là 85s.

- Nồng độ bột Ti ảnh hưởng rất mạnh độ cứng lớp bề mặt gia công (hình

3.16g). Nguyên nhân là do sự xâm nhập của C và Ti vào lớp bề mặt gia công. Cơ

chế xâm nhập của C và Ti vào lớp bề mặt gia công đã được giải thích ở mục 2.2.4.

HV của lớp bề mặt gia công nhỏ nhất khi không có bột trong dung dịch điện môi và

lớn nhất với nồng độ bột 10g/l. Bột xuất hiện trong dung dịch điện môi làm HV của

lớp bề mặt gia công tăng lên đáng kể. So với không có bột trong dung dịch điện môi

thì khi có bột Ti làm HV của lớp bề mặt gia công tăng 41,81% ở nồng độ bột 10g/l

và 31,05% ở nồng độ bột 20g/l. Nồng độ bột Ti tăng đã làm độ cứng của lớp bề mặt

thép SKT4 tăng theo (hình 3.17b). Độ cứng lớp bề mặt thép SKD11 và SKD61 tăng

lên đáng kể khi có bột Ti trộn trong dung dịch điện môi và độ cứng lớn nhất ở nồng

độ 10g/l. Trộn bột trong dung dịch điện môi đã làm độ cứng tế vi lớp bề mặt gia

110

công tăng lên với cả điện cực Cu và Gr (hình 3.17d). Độ cứng lớp bề mặt gia công

lớn nhất với nồng độ bột 10g/l.

2. Tối ưu hóa HV


Tỷ số S/N của HV có đặc trưng giống như tỷ số S/N của MRR “lớn hơn thì

tốt hơn” và được xác định theo công thức (3.1). ANOVA tỷ số S/N của HV với

khoảng tin cậy 90% cho thấy: Vật liệu điện cực (F=6,71), thời gian phát xung

(F=3,56), nồng độ bột (F=50,82), tương tác giữa vật liệu gia công với nồng độ bột

(F=3,44) và tương tác giữa vật liệu điện cực và nồng độ bột (F=4,51) là những

thông số có ảnh hưởng mạnh đến tỷ số S/N của HV (bảng 3.21). Các thông số còn

lại có ảnh hưởng yếu đến tỷ số S/N của HV. Nồng độ bột Ti là thông số có ảnh

hưởng lớn nhất, cường độ dòng điện là thông số có ảnh hưởng yếu nhất đến tỷ số

S/N của HV (bảng 3.22).

Bảng 3.21. ANOVA trị số tỷ số S/N của HV


1 Vật liệu phôi(A) 2 2,010 1,005 2,47 3,463 -




5 Cường độ dòng điện(E) 2 0,556 0,278 0,68 3,463 -


7 Nồng độ bột(G) 2 41,368 20,684 50,82 3,463 63,54

8 Tương tác AxB 2 2,388 1,194 2,93 3,463 -

9 Tương tác AxG 4 5,598 1,3995 3,44 3,180 8,40

10 Tương tác BxG 2 3,675 1,8375 4,51 3,463 5,16

11 Lỗi 6 2,442 0,407 - - -

12 Tổng 26 64,564 - - - -

13 Lỗi tổng 15 10,390 0,69 - - -

111

Bảng 3.22. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của HV


A B C D E F G

1 55,96 55,45 55,78 55,41 55,58 55,58 53,95

2 55,76 56,13 55,47 55,48 55,57 56,08 56,80

3 55,31 - - 56,14 55,88 55,37 56,28

Delta 0,65 0,67 0,32 0,73 0,31 0,71 2,85


Hình 3.18. Ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của HV.

Hình 3.19. Ảnh hưởng của tương tác giữa các thông số vào đến tỷ số S/N của HV.

112

Thép SKD11 (A2), vật liệu điện cực Gr (B2), phân cực điện cực âm (C1), thời

gian phát xung 20s (D3), cường độ dòng điện 8A (E3), thời gian ngừng phát xung

57s (F2) và nồng độ bột Ti 10g/l (G2) có ảnh hưởng rất tích cực đến tỷ số S/N của

HV (các điểm khoanh tròn trên hình 3.18). Các sự tương tác: Thép SKD11 với vật

liệu điện cực Gr (A2xB2), thép SKD61 với nồng độ bột 10g/l (A1xG2), vật liệu điện

cực Gr với nồng độ bột 10g/l (B2xG2) là những cặp tương tác có ảnh hưởng mạnh

đến tỷ số S/N của HV (các điểm khoanh tròn trên hình 3.19). Như vậy, trị số độ

cứng tế vi của lớp trắng sẽ được xác định với các điều kiện: SKD11, Gr-, ton=20s,

I=8A, tof=57s, 10g/l.

b. Giá trị HV tối ưu:

Trị số tối ưu HV xác định theo công thức (3.14) bởi các mức của các thông

số: Vật liệu điện cực Gr (B2), thời gian phát xung 20s (D3), nồng độ bột 10g/l (G2),

tương tác giữa thép SKD61 với nồng độ bột 10g/l (A1xG2) và tương tác giữa điện cực

Gr với nồng độ bột 10g/l (B2xG2).

2 3 2 1 2 2 2toiuuB ,D ,G ,A G ,B G 2 3 2 1 2 2 2HV B D G A G B G 4.T

Trong đó:

2B : HV với vật liệu điện cực Gr, 2 659,9B HV (bảng 3.20).

3D : HV với thời gian phát xung 20s, 3 661,4D HV (bảng 3.20).

2G : HV với nồng độ bột 10g/l, 2 705,9G HV (bảng 3.20).

1 2A G : HV với tương tác thép SKD61 và nồng độ bột 10g/l.

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

3 3 3 3 3

I A G II A G III A G IV A G V A Gi 1 i 1 i 1 i 1 i 1

1 2

H HV HV HV HV

A G 645,433HV15

113

2 2B G : Trị số trung bình HV với tương tác điện cực Gr với nồng độ bột 10g/l.

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

3 3 3 3 3

I B G II B G III B G IV B G V B Gi 1 i 1 i 1 i 1 i 1

2 2

HV HV HV HV HV

B G 679,03HV15

T : Trị số trung bình của HV.

27 27 27 27 27

I II III IV V

i 1 i 1 i 1 i 1 i 1

HV HV HV HV HV

T 621,825HV135

Thay số: toiuuHV = 659.9 + 661,4 + 705,9 +645,433+679,03 - 4.621,825 =

864,363HV

- Khoảng phân bố giá trị trung bình của HV:

+ Khoảng phân bố: Hệ số của lỗi fe = 6 (bảng 3.19); F0.1(1,6) = 5,98 (tra bảng

Phần phụ lục của tài liệu [77]); Ve= 2202,833 (bảng 3.19); N= 27x5 = 135; R=5.


B,D,G,A G,B G

N 27x5n 11,25

1 DOF 1 1 2 2 4 2

Theo công thức (3.15): CE

1 1CI 5,98.2202,833. 61,68HV

11,25 5

Thay số: 802,68HV ≤ HV toiuu≤ 926,04HV


Theo công thức (3.16): POP

5,98x2202,833CI 34,22HV

11,25

Thay số: 830,14HV ≤ HV toiuu≤ 898,58HV

- Thực nghiệm kiểm chứng: Với các thông số được xác định thông qua tính

toán: thép SKD11, điện cực Gr, phân cực điện cực dương, ton=20µs, cường độ dòng

điên 8A, tof=57µs và nồng độ bột 10g/l. Kết quả HV = 917,87 và sự sai lệch giữa

kết quả tính toán và thực nghiệm là 5,8%.

114

Tóm lại: Nồng độ bột Ti là thông số có ảnh hưởng mạnh nhất đến độ cứng tế

vi lớp trắng và chiếm 57,86% tổng ảnh hưởng. Các thông số: Vật liệu điện cực, thời

gian phát xung, tương tác giữa vật liệu điện cực với nồng độ bột và tương tác giữa

vật liệu phôi với nồng độ bột có ảnh hưởng mạnh đến HV. Bột Ti đã làm độ cứng tế

vi lớp bề mặt tăng lên rất lớn (so với không có bột) với lượng tăng lớn nhất là

41,81% ở nồng độ bột 10g/l. Trị số tối ưu của lớp trắng là HV = 864,36361,68HV

với độ tin cậy 90% và các điều kiện: gia công: thép SKD11, điện cực Gr, phân cực

điện cực âm, thời gian phát xung 20µs, cường độ dòng điện 8A, thời gian ngừng

phát xung 57µs và nồng độ bột 10g/l. Thực nghiệm kiểm chứng cho thấy mô hình

tính toán hoàn toàn có thể dự đoán chính xác được độ cứng tế vi lớp bề mặt.

3.3.3.5. Chất lượng lớp bề mặt gia công

1. Topography bề mặt gia công

Hình 3.20 cho thấy bề mặt gia công được cải thiện đáng kể khi trộn bột Ti

vào dung dịch điện môi: Số lượng các vết lõm tăng lên nhưng đường kính và chiều

sâu giảm xuống (Ra giảm); các vết lõm phân bố đều hơn; đường kính và chiều sâu

vết lõm nhỏ nhất với nồng độ bột 10g/l và tăng lên một lượng nhỏ với nồng độ bột

20g/l. Xuất hiện các vết nứt tế vi và các hạt vụn bám dính trên bề mặt (hình 3.21 và

3.22). Số lượng các vết nứt tế vi và các hạt vụn giảm khi có bột trộn vào dung dịch

điện môi. Khi phân cực âm thì vết nứt tế vi nhiều hơn so với khi phân cực âm. Kích

thước vết nứt lớn nhất nhận được khi gia công với cường độ dòng điện 8A, không

có bột và điện cực Gr phân cực âm. Kích thước của các vết nứt tăng khi cường độ

dòng điện tăng. Những nguyên nhân cải thiện topography bề mặt khi trộn bột vào

dung dịch điện môi đã được giải thích ở mục 2.2.4.

115

Hình 3.20. Topography bề mặt gia công.

a) Gr+, 0g/l, 8A, ton=5s, tof =85s b) Gr-, 20g/l, 6A, ton=20s, tof =57s

Hình 3.21. Hạt vụn trên bề mặt gia công.

116

a) Cu-,0g/l,4A,ton=20s,tof =38s,SKT4 b) Cu-,20g/l,8A,ton=10s,tof =57s,SKT4

c) Cu-,20g/l,6A,ton=20s,tof =85s,SKD61 d) Cu-,20g/l,4A,ton=10s,tof =85s,SKD61

Hình 3.22. Nứt tế vi trên bề mặt gia công.

2. Cấu trúc và thành phần hóa hóa học của lớp bề mặt gia công

a) Cu-, 8A, ton=20s, tof =85s, SKD61

b) Cu-, 8A, ton=5s, tof =57s, SKD11

c) Cu-, 8A, ton=20s, tof =85s, SKT4

Hình 3.23. Cấu trúc lớp bề mặt sau EDM.

117

a) Cu-, 20g/l, 6A, ton=20s, tof =85s b) Gr-, 10g/l, 6A, ton=5s, tof =85s

Hình 3.24. Cấu trúc lớp bề mặt thép SKD61 sau PMEDM.


Hình 3.25. Cấu trúc lớp bề mặt thép SKD11 sau PMEDM.


Hình 3.26. Cấu trúc lớp bề mặt thép SKT4 sau PMEDM.

Lớp bề mặt sau gia công bằng EDM khi không có bột và khi có bột Ti trộn

vào dung dịch điện môi có cấu trúc tương tự kết quả khảo sát ở Chương 2 (hình

3.23†3.26). Cơ chế xâm nhập của C và Ti vào lớp trắng đã được chỉ ra tại các mục

2.1.3 và 2.2.4. Lớp trung gian là lớp chỉ có sự thay đổi tổ chức pha do nhiệt của các

tia lửa điện gây ra. Khi trộn bột vào dung dịch điện môi thì độ dày của lớp trắng

đồng đều hơn, độ dày tăng lên với điện cực Cu nhưng lại giảm mạnh với điện cực

Gr (hình 3.23÷3.26).

118

3. Tổ chức pha của lớp bề mặt

a) Bề mặt phôi

b) Cu-, 20g/l, 6A, ton20s,

Hình 3.27. X-ray lớp bề mặt thép SKD61.

Quan sát tổ chức tế vi lớp trắng đã cho thấy: Lớp trắng thuộc bề mặt sau

EDM gồm các pha mactenxit và thuộc bề mặt sau PMEDM gồm các pha mactenxit

và các hạt cacbit (nhỏ, tròn). Hình 3.27 là kết quả X-ray bề mặt thép SKD61 sau

PMEDM: Xuất hiện tổ chức của các pha F5C3, Cr23C6, FeCu4 và Cr2Fe14C trong lớp

bề mặt. Trong đó, F5C3 sẽ làm tăng độ cứng bề mặt, Cr23C6 và Cr2Fe14C sẽ làm tăng

độ bền mòn của lớp bề mặt và FeCu4 là hợp chất có độ bền mòn tốt và ảnh hưởng

có lợi cho độ cứng lớp bề mặt. Phân tích X-ray lớp bề mặt đã không chỉ ra được tổ

chức các bít của Ti xuất hiện trên lớp trắng nhưng với điều kiện ở nhiệt độ cao do

tia lửa điện sinh ra nên có thể dự đoán Ti kết hợp với các nguyên tố trong thép để

119

tạo ra các hợp kim có độ cứng và độ bền mòn cao như: TiC, Ti-35V-15Cr, Ti-

40Mo, Ti-30Mo, Ti-15Mo,...

Tóm lại: Chất lượng bề mặt gia công bằng EDM sử dụng bột Ti đã được

nâng cao đáng kể so với không sử dụng bột: Nứt tế vi có số lượng và kích thước

nhỏ hơn, chiều dày lớp trắng đồng đều hơn và đặc biệt là giảm mạnh với điện cực

Gr, topography bề mặt tốt hơn.

3.4. Tối ƣu hóa đa mục tiêu

Phương pháp Taguchi được ứng dụng để giải bài toán tối ưu hóa chỉ duy nhất

một kết quả đầu ra. Tuy nhiên, một thuật toán tối ưu mạnh thì phải giải quyết được

đồng thời càng nhiều mối quan hệ đầu ra càng tốt [71]. Một số nghiên cứu gần đây

đã tối ưu hóa thành công đồng thời nhiều kết quả đầu ra của EDM và PMEDM bằng

sự kết hợp giữa phân tích quan hệ xám (GRA) với phương pháp Taguchi [30].

Trong phân tích kết hợp Taguchi - GRA, một cấp quan hệ xám thu được sử dụng để

đánh giá đồng thời các kết quả đầu ra. Điều này đã biến bài toán tối ưu hóa nhiều

đặc tính phức tạp thành tối ưu hóa cấp quan hệ xám duy nhất. Trong nghiên cứu

này, sự kết hợp giữa phương pháp Taguchi và GRA được sử dụng để tối ưu hóa

thương lượng đồng thời 4 kết quả đầu ra của PMEDM: MRR, TWR, Ra và độ cứng

tế vi lớp bề mặt (HV).

3.4.1. Các bước tiến hành

Bước 1: Tiền xử lý dữ liệu

Ở bước này các tỷ số S/N của các kết quả đầu ra được chuyển đổi thành một

chuỗi so sánh và các đại lượng không thứ nguyên. Các kết quả thí nghiệm được

chuẩn hóa trong khoảng (0†1). Dữ liệu sẽ được chuyển sang dữ liệu gốc để so sánh.

- Nếu giá trị mục tiêu của dữ liệu gốc là “lớn hơn thì tốt hơn” thì dữ liệu ban

đầu được chuẩn hóa theo (3.18):

0 0*

0 0

(k) min (k)(k)

(k) min (k)

i ii

i i

x xx

max x x

(3.18)

Trong đó:

*(k)ix : Dữ liệu sau khi xử lý.

120

0 (k)ix : Dữ liệu gốc của dữ liệu.

0(k)imax x : Trị số lớn nhất của 0 (k)ix .

0min (k)ix : Trị số nhỏ nhất của 0 (k)ix .

i = 1,2,...,m với m là tổng số thí nghiệm.

k = 1,2,...n với n là tổng số đặc trưng được khảo sát.

- Nếu giá trị mục tiêu của dữ liệu gốc là “nhỏ hơn thì tốt hơn” thì dữ liệu ban

đầu được chuẩn hóa theo (3.19):

0 0*

0 0

(k) (k)(k)

(k) min (k)

i ii

i i

max x xx

max x x

(3.19)

- Nếu giá trị mục tiêu của dữ liệu gốc là “giá trị tiêu chuẩn là tốt nhất:” thì dữ

liệu ban đầu được chuẩn hóa theo (3.20):

0

*

0 0

(k)(k)

max. (k) OB;OB min (k)

i

i

i i

x OBx

max x x

(3.20)

Trong đó: OB là giá trị tiêu chuẩn

Bước 2: Xác định hệ số quan hệ xám (GRC)

Hệ số này được xác định để miêu tả mối quan hệ giữa kết quả lý tưởng (tốt

nhất) với các tỷ số S/N chuẩn hóa thực nghiệm. Hệ số quan hệ xám tính theo công

thức:

min max0,

0, max

.(k)

(k) .i

i

0,0 (k) 1i (3.21)

Trong đó:

0 (k)i : Độ sai lệch của dãy tham chiếu 0

* (k)x với dãy *(k)i

x .

* *

0 0(k) (k) (k)i ix x : Trị tuyệt đối hiệu của *

0 (k)x và *(k)ix .

min 0min.min (k)i

max 0max.max (k)i

: Hệ số phân biệt, [0,1], nghiên cứu thực nghiệm chọn =0,5.

121

i = 1,2,...,m với m là tổng số thí nghiệm.

k = 1,2,...n với n là tổng số đặc trưng được khảo sát.

Bước 3: Xác định cấp quan hệ xám

Cấp quan hệ xám là một trọng số tổng của các hệ số quan hệ xám. Các kết

quả đầu ra được đánh giá tổng thể bởi cấp quan hệ xám xác định theo công thức:

0, 0,i

1

W . (k)n

i k

k

(3.22)

Với Wk là trọng số của các đặc trưng thứ k và 1

W 1.n

k

k

Việc lựa chọn Wk

phụ thuộc vào mức độ quan tâm của các đặc trưng đối với từng bài toán tối ưu cụ

thể. Thông thường trị số Wk là giá trị trung bình trong các nghiên cứu [87]. Trong

nghiên cứu này chọn Wk = 0,25.

Bước 4: Tối ưu hóa cấp quan hệ xám

Trị số tối ưu của cấp quan hệ xám là chỉ số của các kết quả đầu ra và những

thông số ảnh hưởng mạnh được sử dụng để tính toán. Cấp quan hệ xám tối ưu

( toiuu ) được xác định theo công thức:

1

q

toiuu m i mi

(3.23)

Trong đó:

m : Giá trị trung bình của cấp quan hệ xám.

i : Giá trị trung bình của cấp quan hệ xám ở trạng thái tối ưu.

q: Số lượng các thông số ảnh hưởng mạnh đến các kết quả đầu ra.


3.4.2.1. Kết hợp Taguchi và GRA

1. Kết nối Taguchi với GRA

Tỷ số S/N của MRR, TWR, Ra và HV được cho ở bảng 3.6. Trong nghiên

cứu này, tỷ số S/N của các đặc trưng sẽ được chuẩn hóa theo kiểu “lớn hơn thì tốt

hơn”. Do vậy phương trình (3.18) sẽ được sử dụng để chuẩn hóa dữ liệu. Sử dụng kết

122

quả tỷ số S/N ở bảng 3.22 và m = 27, n = 4 sẽ cho tỷ số S/N chuẩn hóa ở bảng

3.23. Tỷ số S/N chuẩn hóa lớn hơn sẽ cho chất lượng tốt hơn.

Bảng 3.23. Hệ số của các thông số đầu ra chuẩn hóa

TN

Thông số TN Hệ số

các thông số đầu ra chuẩn hóa

A B C D E F G

MRR TWR Ra HV

Trị số tham chiếu

1,000 1,000 1,000 1,000

1 SKD61 Cu - 5 8 38 0 0,751 0,396 0,386 0,181

2 SKD61 Cu + 10 4 57 10 0,706 0,376 0,416 0,553

3 SKD61 Cu -* 20 6 85 20 0,577 0,442 0,584 0,380

4 SKD61 Cu* + 10 6 85 0 0,747 0,256 0,343 0,151

5 SKD61 Cu* -* 20 8 38 10 0,793 0,258 0,331 0,867

6 SKD61 Cu* - 5 4 57 20 0,000 1,000 1,000 0,487

7 SKD61 Gr -* 20 4 57 0 0,933 0,092 0,123 0,289

8 SKD61 Gr - 5 6 85 10 0,866 0,117 0,411 0,733

9 SKD61 Gr + 10 8 38 20 0,936 0,000 0,192 0,483

10 SKD11 Cu + 20 4 85 0 0,835 0,390 0,226 0,195

11 SKD11 Cu -* 5 6 38 10 0,605 0,483 0,747 0,551

12 SKD11 Cu - 10 8 57 20 0,782 0,294 0,420 0,567

13 SKD11 Cu* -* 5 8 57 0 0,753 0,367 0,385 0,288

14 SKD11 Cu* - 10 4 85 10 0,219 0,849 0,750 0,584

15 SKD11 Cu* + 20 6 38 20 0,856 0,436 0,157 0,544

16 SKD11 Gr - 10 6 38 0 0,831 0,162 0,157 0,082

17 SKD11 Gr + 20 8 57 10 1,000 0,057 0,176 1,000

18 SKD11 Gr -* 5 4 85 20 0,821 0,218 0,533 0,607

19 SKT4 Cu -* 10 6 57 0 0,442 0,599 0,588 0,252

20 SKT4 Cu - 20 8 85 10 0,848 0,232 0,199 0,462

21 SKT4 Cu + 5 4 38 20 0,624 0,328 0,610 0,486

22 SKT4 Cu* - 20 4 38 0 0,179 0,719 0,675 0,071

23 SKT4 Cu* + 5 6 57 10 0,687 0,245 0,494 0,287

24 SKT4 Cu* -* 10 8 85 20 0,841 0,256 0,353 0,452

25 SKT4 Gr + 5 8 85 0 0,753 0,252 0,412 0,000

26 SKT4 Gr -* 10 4 38 10 0,881 0,132 0,411 0,597

27 SKT4 Gr - 20 6 57 20 0,986 0,0497 0,000 0,865

123

2. Hệ số quan hệ xám

Sử dụng kết quả S/N chuẩn hóa ở bảng 3.23 để xác định 0 (k)i . Kết quả

0 (k)i được cho trong bảng 3.24.

Khảo sát kết quả ở bảng 3.23 cho thấy:

max 06 09 25 27(1) (2) (4) (3) 1,0000

min 17 06 06 17(1) (2) (4) (3) 0,0000

Thay các giá trị vào phương trình (3.21) sẽ xác định được 0, (k)i , kết quả ghi

ở bảng 3.25. Cấp quan hệ xám được xác định bằng trị số trung bình của 0, (k)i .

Bảng 3.24. Độ sai lệch của dãy tham chiếu 0 (k)i

TN

Thông số TN 0i(k)

A B C D E F G MRR TWR Ra HV

0i(1) 0i(2) 0i(3) 0i(4)

1 SKD61 Cu - 5 8 38 0 0,248 0,603 0,613 0,818

2 SKD61 Cu + 10 4 57 10 0,293 0,623 0,584 0,446

3 SKD61 Cu -* 20 6 85 20 0,422 0,558 0,4151 0,619

4 SKD61 Cu* + 10 6 85 0 0,252 0,743 0,656 0,848

5 SKD61 Cu* -* 20 8 38 10 0,206 0,741 0,668 0,132

6 SKD61 Cu* - 5 4 57 20 1,000 0,000 0,000 0,512

7 SKD61 Gr -* 20 4 57 0 0,066 0,908 0,876 0,710

8 SKD61 Gr - 5 6 85 10 0,133 0,882 0,588 0,266

9 SKD61 Gr + 10 8 38 20 0,063 1,000 0,807 0,516

10 SKD11 Cu + 20 4 85 0 0,164 0,609 0,773 0,804

11 SKD11 Cu -* 5 6 38 10 0,394 0,516 0,252 0,448

12 SKD11 Cu - 10 8 57 20 0,218 0,706 0,579 0,432

13 SKD11 Cu* -* 5 8 57 0 0,246 0,632 0,614 0,711

14 SKD11 Cu* - 10 4 85 10 0,780 0,150 0,249 0,415

15 SKD11 Cu* + 20 6 38 20 0,143 0,563 0,843 0,455

16 SKD11 Gr - 10 6 38 0 0,168 0,837 0,843 0,917

17 SKD11 Gr + 20 8 57 10 0,000 0,942 0,823 0,000

18 SKD11 Gr -* 5 4 85 20 0,178 0,781 0,466 0,392

19 SKT4 Cu -* 10 6 57 0 0,557 0,400 0,4117 0,747

20 SKT4 Cu - 20 8 85 10 0,151 0,767 0,800 0,537

21 SKT4 Cu + 5 4 38 20 0,375 0,671 0,389 0,513

22 SKT4 Cu* - 20 4 38 0 0,820 0,280 0,324 0,928

23 SKT4 Cu* + 5 6 57 10 0,312 0,754 0,505 0,712

24 SKT4 Cu* -* 10 8 85 20 0,158 0,743 0,646 0,547

25 SKT4 Gr + 5 8 85 0 0,246 0,747 0,587 1,000

26 SKT4 Gr -* 10 4 38 10 0,118 0,868 0,588 0,402

27 SKT4 Gr - 20 6 57 20 0,013 0,950 1,000 0,134

124

Bảng 3.25. Hệ số quan hệ xám 0, (k)i

TN Hệ số quan hệ xám

0, (k)i

Thứ hạng

0, (k)i MRR TWR Ra HV

1 0,667 0,453 0,448 0,379 0,487 23

2 0,629 0,445 0,461 0,528 0,516 14

3 0,542 0,472 0,546 0,446 0,501 18

4 0,664 0,402 0,432 0,370 0,467 25

5 0,707 0,402 0,428 0,790 0,582 5

6 0,333 1,000 1,000 0,494 0,706 1

7 0,882 0,355 0,363 0,413 0,503 17

8 0,788 0,361 0,459 0,652 0,565 6

9 0,887 0,333 0,382 0,491 0,523 12

10 0,752 0,450 0,392 0,383 0,494 19

11 0,558 0,491 0,664 0,527 0,560 7

12 0,696 0,414 0,463 0,536 0,527 11

13 0,669 0,441 0,448 0,412 0,493 22

14 0,390 0,768 0,667 0,546 0,593 4

15 0,777 0,470 0,372 0,523 0,535 10

16 0,748 0,373 0,372 0,352 0,461 27

17 1,000 0,346 0,377 1,000 0,681 2

18 0,737 0,390 0,517 0,560 0,551 8

19 0,472 0,555 0,548 0,400 0,494 20

20 0,767 0,394 0,384 0,481 0,507 16

21 0,571 0,426 0,562 0,493 0,513 15

22 0,378 0,640 0,606 0,350 0,493 21

23 0,615 0,398 0,497 0,412 0,480 24

24 0,759 0,402 0,436 0,477 0,518 13

25 0,669 0,400 0,459 0,333 0,465 26

26 0,807 0,365 0,459 0,554 0,546 9

27 0,974 0,344 0,333 0,788 0,610 3

3. Phân tích quan hệ xám

Hình 3.28. Quan hệ xám.

125

Hệ số cấp độ quan hệ xám lớn hơn sẽ cho kết quả đầu ra tốt hơn [87]. Hình

3.28 chỉ ra cấp quan hệ xám cho MRR và HV là lớn nhất, TWR và Ra là nhỏ nhất.

Trị số cấp độ quan hệ xám lớn nhất tại thí nghiệm 6 với giá trị 0,7068. Có 4 trong số

27 thí nghiệm sẽ cho các kết quả đầu ra tốt nhất là: 6, 14, 17 và 27.

Bảng 3.26. ANOVA trị số hệ số cấp độ quan hệ xám

TT Thông số dof SS V F Fbảng

P

(%)

1 Vật liệu phôi(A) 2 0,0046 0,0023 0,77 - -

2 Vật liệu điện cực(B) 1 0,0022 0,0022 0,74 - -

3 Phân cực điện cực(C) 1 0,0022 0,0022 0,74 - -

4 Thời gian phát xung(D) 2 0,0039 0,002 0,65 - -

5 Cường độ dòng điện(E) 2 0,0032 0,0016 0,54 - -

6 Thời gian ngừng phát xung(F) 2 0,008 0,004 1,34 - -

7 Nồng độ bột(G) 2 0,0313 0,0157 5,25 3,463 0,04

8 Tương tác AxB 2 0,0031 0,0016 0,52 - -

9 Tương tác AxG 4 0,013 0,0033 1,33 - -

10 Tương tác BxG 2 0,0049 0,0025 0,82 - -

11 Lỗi 6 0,0179 0,003 - - -

12 Tổng 26 0,0947 - - - -

Tuy nhiên, sự liên hệ quan trọng giữa của từng thông số công nghệ trong số

các thông số được khảo sát đến các kết quả đầu ra vẫn rất cần được biết đến. Điều

này sẽ tạo ra sự kết hợp của các thông số công nghệ tối ưu có thể chính xác hơn.

ANOVA kết quả hệ số quan hệ xám bằng Minitab 17 để đánh giá ảnh hưởng của

các thông số công nghệ đến các kết quả đầu ra của quá trình gia công bằng PMEDM

(MRRmax, TWRmin, Ramin, HVmax). Kết quả ANOVA giá trị cấp độ quan hệ với

khoảng tin cậy 90% ở bảng 3.26 chỉ ra thông số có ảnh hưởng mạnh đến các

MRRmax, TWRmin, Ramin và HVmax là nồng độ bột(G). Từ bảng 3.27 xác định được

mức độ ảnh hưởng của các thông số đến cấp độ quan hệ xám: Nồng độ bột có ảnh

hưởng mạnh nhất và nhỏ nhất là vật liệu điện cực.

126

Bảng 3.27. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến hệ số cấp độ quan hệ xám


A B C D E F G

1 0,544 0,526 0,539 0,536 0,546 0,522 0,484

2 0,539 0,545 0,519 0,516 0,519 0,557 0,559

3 0,514 - - 0,545 0,531 0,518 0,554

Delta 0,029 0,019 0,019 0,029 0,026 0,038 0,074


Hệ số cấp độ xám trung bình: 0,5327

4. Tối ưu hóa cấp quan hệ xám

Tỷ số S/N của GRG được đặc trưng “lớn hơn thì tốt hơn” và được xác định

theo công thức (3.1). ANOVA tỷ số S/N của GRG với khoảng tin cậy 90% cho

thấy: Vật liệu điện cực (F=16,88), phân cực điện cực (F=5,54), nồng độ bột

(F=24,06) là những thông số có ảnh hưởng mạnh đến tỷ số S/N của GRG (bảng

3.28). Các thông số còn lại có ảnh hưởng yếu đến tỷ số S/N của GRG. Nồng độ bột

Ti là thông số có ảnh hưởng lớn nhất, thời gian ngừng phát xung là thông số có ảnh

hưởng yếu nhất đến tỷ số S/N của GRG (bảng 3.29). Sự kết hợp tốt nhất của các

thông số là: SKD11, Cu-, ton=5s, I=4A, tof=57s và 10g/l (các điểm khoanh tròn

trên hình 3.29).

Bảng 3.28. ANOVA trị số tỷ số S/N của GRG


1 Vật liệu phôi(A) 2 0.732 0.366 2.5 3.463 -

2 Vật liệu điện cực(B) 1 1.809 1.8089 16.88 3.776 15.78

3 Phân cực điện cực(C) 1 0.593 0.539 5.54 3.776 5.17

4 Thời gian phát xung(D) 2 0.72 0.36 3.36 3.463 6.28

5 Cường độ dòng điện(E) 2 0.439 0.22 2.05 3.463 -

6 Thời gian ngừng phát xung(F) 2 0.001 0.0005 0.00 3.463 -

7 Nồng độ bột(G) 2 5.066 2.033 24.06 3.463 44.20

8 Tương tác AxB 2 0.121 0.06 0.57 3.463 -

9 Tương tác AxG 4 1.089 0.544 2.54 3.180 -

10 Tương tác BxG 2 0.254 0.127 1.19 3.463 -

11 Lỗi 6 0.643 0.107 - - -

12 Tổng 26 11.460 - - - -

13 Lỗi tổng 19 2.636 0.138 - - -

127

Bảng 3.29. Mức độ ảnh hưởng của các thông số vào đến tỷ số S/N của GRG


A B C D E F G

1 -6.285 -6.311 -6.389 -6.276 -6.319 -6.502 -7.092

2 -6.510 - 6.860 -6.703 -6.536 -6.544 -6.492 -6.084

3 6.685 - -6.669 -6.618 -6.487 -6.304

Delta 0.40 0.549 0.314 0.393 0.300 0.015 1.009


Hình 3.29. Ảnh hưởng của thông số vào đến tỷ số S/N của cấp quan hệ xám.

Cấp quan hệ xám tối ưu( toiuu ) được xác định theo công thức:

3

1 toiuu m i mi

= 0,5327 + (0,5593 – 0,5327) + (0,545 – 0,5327) +

(0,539 – 0,5327) = 0,578

3.4.2.2. Kết quả tối ưu

Căn cứ vào ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của GRG sẽ xác định

được trị số hợp lý của đồng thời cho cả 4 kết quả (MRR, TWR, Ra, HV) trong

PMEDM với bột Ti. Giá trị tối ưu của các kết quả đầu ra MRR, TWR, Ra và HV

được xác định bởi công thức (3.14):

(MRR, TWR, Ra, HV)tối ưu = 1B + 1C + 2G -2. Y

128

Từ kết quả thí nghiệm thay vào công thức (3.24) ta có kết quả dự báo như

sau: MRR = 7,865mm3/phút, TWR=2,104mm

3/phút, Ra= 2,34m và HV = 637,213.

3.4.2.3. Thực nghiệm kiểm chứng

Bảng 3.30. Kết quả thực nghiệm

Đặc trưng gia công

Thông số tối ưu

Tính toán Thực nghiệm % Sai

lệch A2, B1, C1, D1, E1,

F2, G2

A2, B1, C1, D1,

E1, F2, G2

MRR (mm3/phút) 7,865 8,184 4,05

TWR (mm3/phút) 2,104 1,930 -7,40

Ra (µm) 2,340 2,410 2,90

Độ cứng tế vi (HV) 637,213 726,700 14,04

Hệ số cấp độ xám 0,578 0.691 -

Để đánh giá độ chính xác của việc tính toán ta tiến hành thực nghiệm kiểm

chứng với số lần lặp là 2. Thông số công nghệ để thực nghiệm kiểm chứng là: thép

SKD11, điện cực Cu-, ton=5s, I = 4A, tof= 57s, nồng độ bột 10g/l. Kết quả thực

nghiệm cho ở bảng 3.30. Kết quả cho thấy: Sự khác nhau giữa trị số tính toán thực

nghiệm của các đặc trưng tối ưu bằng GRA so với trị số của thực nghiệm là không

quá lớn (lớn nhất 14.04%) nên phương pháp tính toán hoàn toàn có thể được sử

dụng để dự báo chính xác đồng thời các đặc trưng MRR, TWR, Ra và HV. Hệ số

cấp độ xám của kết quả thực nghiệm là lớn nhất và nhỏ nhất là hệ số theo ma trận

thí nghiệm đã chứng tỏ rằng năng suất bóc tách, lượng mòn điện cực và chất lượng

bề mặt gia công được cải thiện đáng kể. Công thức tính toán và trị số tối ưu được

thực nghiệm kiểm chứng đảm bảo độ chính xác và cho chất lượng tốt.

a) A2,B2,C1,D1,E2,F1,G1

b) Điều kiện tối ưu

Hình 3.30. Topography bề mặt thép SKD11.

129

a) A2,B1,C1,D1,E2,F1,G1 b) Điều kiện tối ưu

Hình 3.31. Nứt tế vi trên bề mặt thép SKD11.

a) A2,B1,C1,D1,E2,F1,G1 b) Điều kiện tối ưu

Hình 3.32. Topography bề mặt điện cực Cu-.

Hình 3.30 và 3.31 là topography bề mặt gia công ở điều kiện không bột và

điều kiện tối ưu: Bề mặt gia công sau EDM có bột trong dung dịch điện môi có các

vết lõm có số lượng lớn hơn nhưng nó có kích thước và chiều sâu giảm, xuất hiện

rất ít các vết nứt tế vi. Điều này hoàn toàn phù hợp với các kết quả nhận được ở

phần trên. Hình 3.32 là topography của bề mặt điện cực Gr ở điều kiện gia công

không bột và điều kiện tối ưu: Bề mặt điện cực là tập hợp của rất nhiều các vết lõm,

Topography của bề mặt điện cực trong điều kiện tối ưu có số lượng các vết lõm

tăng, kích thước và chiều sâu giảm vết lõm giảm. Điều này giúp làm tuổi bền của

điện cực.

Tóm lại: Phân tích quan hệ xám sử dụng để tối ưu hóa đồng thời các đặc tính

chất lượng của PMEDM (MRR, TWR, Ra, HV) được chuyển đổi thành một đặc tính

duy nhất được gọi là cấp độ quan hệ xám. Sử dụng GRA, tối ưu hóa các đặc điểm

đã chuyển đổi thành đặc trưng duy nhất được gọi là lớp quan hệ xám. Kết quả tối ưu

đồng thời các kết quả đầu ra trong PMEDM: SKD11, Cu-, ton=5s, I=4A, tof=57s

và 10g/l. Trị số hệ số cấp độ xám lớn hơn và chất lượng bề mặt cao hơn thu được ở

130

điều kiện tối ưu. Điều này chứng tỏ năng suất và chất lượng của PMEDM được cải

thiện rõ rệt bằng sự kết hợp của GRA và Taguchi.


1. Sử dụng phương pháp Taguchi để thiết kế thí nghiệm cho phép chọn số

lượng thông số để khảo sát là nhiều nhất nhưng số thí nghiệm lại ít nhất. Phương

pháp này phù hợp với nghiên cứu về gia công bằng tia lửa điện có bột trộn vào dung

dịch điện môi (PMEDM) khi các thông số ảnh hưởng có số lượng rất nhiều với mức

độ ảnh hưởng và tính chất khác nhau.

2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến năng suất và chất

lượng bề mặt gia công khi gia công bằng tia lửa điện (EDM) có trộn bột Ti vào

dung dịch điện môi:

- Vật liệu gia công có ảnh hưởng mạnh đến lượng mòn điện cực (TWR)

nhưng ảnh hưởng không đáng kể đến năng suất bóc tách vật liệu (MRR), độ nhám

bề mặt gia công (Ra), độ cứng tế vi lớp bề mặt (HV); TWR lớn nhất khi gia công

thép SKD61 và nhỏ nhất khi gia công thép SKD11; MRR, Ra, HV lớn nhất khi gia

công thép SKD11 và nhỏ nhất khi gia công thép SKT4.

- Vật liệu điện cực là thông số có ảnh hưởng mạnh đến cả 4 chỉ tiêu đầu ra.

MRR, Ra, HV và TWR đều có giá trị lớn nhất với điện cực Gr và nhỏ nhất với điện

cực Cu.

- Sự phân cực điện cực có ảnh hưởng mạnh đến MRR, TWR và Ra nhưng

ảnh hưởng không đáng kể đến HV. Phân cực điện cực dương cho MRR lớn nhất,

phân cực điện cực âm cho HV lớn nhất, TWR và Ra nhỏ nhất.

- Thời gian phát xung có ảnh hưởng mạnh và tỷ lệ thuận với cả 4 chỉ tiêu

MRR, TWR, Ra, HV.

- Cường độ dòng điện có ảnh hưởng mạnh đến MRR, TWR và Ra nhưng ảnh

hưởng yếu đến HV. Khi cường độ dòng điện tăng từ 4÷8A thì MRR, TWR, Ra và

HV tăng theo.

- Thời gian ngừng phát xung có ảnh hưởng mạnh đến MRR, TWR và ảnh

hưởng không đáng kể đến Ra và HV. Trị số của các đặc trưng nhận được lớn nhất

khi thời gian phát xung 57s.

131

- Nồng độ bột có ảnh hưởng mạnh đến MRR, TWR và mạnh nhất là với HV

nhưng lại ảnh hưởng không đáng kể đến Ra. Khi nồng độ bột tăng thì MRR, HV

tăng và TWR, Ra giảm.

- Tương tác (AxG) có ảnh hưởng mạnh đến cả 4 chỉ tiêu: MRR, TWR, Ra,

HV. Các tương tác (AxB), (BxG) theo thứ tự lần lượt chỉ ảnh hưởng mạnh đến

TWR và HV.

3. Hiệu quả nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công EDM bằng

biện pháp trộn bột Ti vào dung dịch điện môi:

- Năng suất bóc vật liệu MRR tăng, lượng mòn điện cực TWR giảm.

- Độ nhám bề mặt gia công Ra giảm, độ cứng HV lớp trắng tăng mạnh và

cứng hơn nhiều so với lớp trung gian và lớp nền.

- Chiều dày của lớp trắng đồng đều hơn, ít vết nứt hơn. Đặc biệt, chiều dày

của lớp trắng khi gia công bằng điện cực Gr đã giảm rất mạnh.

- Topography bề mặt tốt hơn.

- Cơ tính của lớp bề mặt gia công được nâng cao do có một số nguyên tố

(Cu, C, Ti) từ điện cực, dung dịch điện môi và bột xâm nhập vào.

4. Sử dụng phương pháp Taguchi để tối ưu hóa đơn mục tiêu và phương

pháp Taguchi-GRA để tối ưu đa mục tiêu đã cho phép tối ưu hóa PMEDM toàn

diện hơn và cho hiệu quả tốt hơn. Kết quả tối ưu cho thấy khi trộn bột Ti vào

dung dịch điện môi với nồng độ 10g/l sẽ cho năng suất và chất lượng bề mặt gia

công EDM cao nhất.

132

Chƣơng 4. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THỰC TIỄN SẢN

XUẤT CHẾ TẠO KHUÔN DẬP NÓNG PHÔI BÁT PHỐT XE MÁY

4.1. Mục đích

Kết quả nghiên cứu được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất để chế tạo một sản

phẩm cụ thể qua đó đánh giá kết quả nghiên cứu và triển vọng ứng dụng kết quả

nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất.

4.2. Sản phẩm ứng dụng

Sản phẩm ứng dụng kết quả nghiên cứu để thử nghiệm là sản phẩm đã được

chọn để nghiên cứu khảo sát ở chương 2, đó là loại khuôn dập nóng bát phốt xe máy

(khuôn 53211) đang được sản xuất và sử dụng tại Công ty Cổ phần Cơ khí Phổ Yên

– Thái Nguyên (hình 4.1). Phương pháp được Công ty sử dụng để gia công tạo hình

bề mặt khuôn là phương pháp xung định hình sau khi khuôn đã được nhiệt luyện đạt

độ cứng yêu cầu.

Hình 4.1. Khuôn dập nóng phôi bát phốt xe máy.

4.3. Các chỉ tiêu đánh giá

Chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá bao gồm: Thời gian xung định hình bề

mặt khuôn; độ nhám Ra bề mặt khuôn sau xung định hình và tuổi bền của khuôn

(xác định thông qua số lượng sản phẩm dập/1 khuôn).

4.4. Một số thông tin về khuôn 53211

4.4.1. Điều kiện làm việc

Khuôn 53211 dùng để dập nóng phôi thép SC3435, đây là loại thép có độ

bền cơ học, độ cứng cao và độ bền nhiệt lớn. Khi làm việc bề mặt khuôn luôn tiếp

xúc với phôi ở điều kiện nhiệt độ rất cao (11000C) nên nhiệt độ bề mặt khuôn

thường khoảng 300÷3500C. Vì vậy, vật liệu làm khuôn phải chịu được tải trọng tĩnh

133

và va đập lớn. Đặc biệt, lớp bề mặt khuôn luôn đòi hỏi có độ cứng cao 48÷52HRC,

độ bền lớn để có thể chịu được ma sát và mài mòn ở nhiệt độ và áp lực cao. Trong

quá trình làm việc bề mặt khuôn thường xuyên được làm mát và bôi trơn bằng dầu.

4.4.2. Vật liệu chế tạo khuôn

Khuôn dập 53211 làm bằng thép SKD61. Vật liệu SKD61 phải đảm bảo độ

bền, độ cứng nóng và chịu mài mòn ở nhiệt độ cao (bảng 4.1 và 4.2).

Bảng 4.1. Độ cứng nóng của thép SKD61 [16]

Nhiệt độ(0C) 400 500 550 600 650

HRC 54 56 54 49 47

Bảng 4.2. Chiều sâu lớp được tăng bền bề mặt thép SKD61 [16]

Nhiệt độ

(0C)

Thời gian

(giờ)

Chiều sâu

(mm)

525 10 0.125

525 20 0.180

525 40 0.250

525 60 0.300

4.4.3. Dạng hỏng của khuôn

Khuôn dập 53211 bị hỏng chủ yếu là do mòn (dính và mài mòn) và biến

dạng dẻo. Trong đó, ảnh hưởng của mòn không thể loại bỏ và là nguyên nhân dẫn

đến 70% sai hỏng của khuôn [16]. Khảo sát tại Công ty cũng cho thấy mòn là dạng

hỏng ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi thọ của khuôn dập 53211. Lượng mòn cho phép

của khuôn đang áp dụng ở Công ty là 0,3mm tương đương số lượng 5000 sản

phẩm dập/1 khuôn.

134

a) Bề mặt sản phẩm khuôn b) Bản vẽ bề mặt

Hình 4.2. Hình dạng bề mặt khuôn dập nóng phôi bát phốt xe máy.

4.5. Chế tạo bề mặt khuôn dập 53211

4.5.1. Chế tạo đối chứng bằng phương pháp EDM ở Công ty

Bản vẽ chế tạo khuôn dập 53211 cho ở hình 4.3. Phương pháp được Công ty Cổ

phần Cơ khí Phổ Yên lựa chọn để tạo hình bề mặt khuôn là xung định hình với hình

dạng điện cực được cho ở bảng 4.3 và hình 4.4. Số lượng khuôn chế tạo để dùng làm

đối chứng là 2 cái.

Ø75 +0.210+0.250

41 +

0.1

0

Ø15 ±0.113

.5 ±

0.2

A

0.0

5

0.05 A

Ø13.5 ±0.2

C3

C2

Ø30.5 0-0.2

Ø27 +0.2 0

Ø40 0-0.2

5 0 -0

.1

9 0 -0

.1

Ø22.5 +0.2 0

R0.5

R1

6.7

0 -0.2

R3.5

R1

R3

R5

Hình 4.3. Bản vẽ chế tạo khuôn dập.

K

Ø17.7

Ø27.82

Ø29.25

Ø31.41

Ø39.38

Ø40.78

15

14

.14

10

.92

10

.26

Ø41.85

14

.412

.78

R0.7

R4.15

R1.9

R4.15

K

TL 4:1

Hình 4.4. Bản vẽ chế tạo điện cực xung.

135

Thiết bị gia công, thông số công nghệ và điều kiện gia công bề mặt khuôn

dập ở Công ty cho ở bảng 4.3.

Bảng 4.3. Các điều kiện gia công bề mặt khuôn bằng EDM

Thiết bị và thông số

công nghệ

Đơn vị khảo sát

Cơ khí Phổ Yên

Máy xung NC-850 của Trung Quốc

Dung dịch điện môi Dầu biến thế HD-1

I (A) 4,0

tof (s) 100

tof (s) 3

Điện cực Vật liệu Cu

Phân cực +

Vật liệu phôi SKD61, nhiệt luyện HV = 560÷570

Thời gian gia công 1h43‟27”

Điện áp khe hở (V) 150

Sau khi gia công xung, lớp bề mặt khuôn có chất lượng thấp (độ nhám bề

mặt Ra2,67µm, độ cứng tế vi thấp và chứa nhiều vết nứt tế vi …) chưa đáp ứng

được yêu cầu làm việc nên đã bổ sung nguyên công đánh bóng với lượng dư đánh

bóng là 0,05mm. Độ bóng bề mặt khuôn sau đánh bóng đạt Ra0,63µm.

4.5.2. Chế tạo khuôn thử nghiệm bằng PMEDM theo các thông số lấy từ kết quả

nghiên cứu

Bề mặt khuôn chế tạo thử trên thiết bị gia công của Công ty với các thông số

công nghệ và điều kiện gia công lấy từ kết quả nghiên cứu (bảng 4.4). Hình dạng

điện cực thể hiện ở hình 4.5. Số lượng khuôn chế tạo thử là 2 cái.

Hình 4.5. Điện cực xung. Hình 4.6. Khuôn dập 53211 chế tạo thử.

136

Bảng 4.4. Các điều kiện gia công bề mặt khuôn bằng PMEDM

Cường độ dòng điện xung (A) 4

Thời gian phát xung (µs) 5

Thời gian ngừng phát xung (µs) 57

Vật liệu điện cực Cu

Phân cực điện cực -

Vật liệu phôi SKD61, nhiệt luyện HV = 560 ÷ 570

Thời gian gia công 1h09‟02‟‟

Điện áp khe hở (V) 150

Dung dịch điện môi Dầu biến thế HD-1

Nồng độ bột (g/l) 10

Độ nhám bề mặt khuôn sau khi gia công Ra1,17µm. Với độ bóng lớp bề mặt

yêu cầu Ra0,63µm thì vẫn cần có nguyên công đánh bóng nhưng với lượng dư rất nhỏ

khoảng 5÷8µm là bề mặt khuôn đã đạt yêu cầu (hình 4.6).

4.6. Kết quả thử nghiệm và thảo luận

4.6.1. Tuổi bền của khuôn

Khuôn được lắp vào bệ máy như hình 4.7. Chất lượng của khuôn được đánh

giá qua độ bền dựa vào số lượng sản phẩm dập. Sau một khoảng thời gian làm việc

khuôn bị mòn (hình 4.9). Việc kiểm tra được tiến hành khi số lượng sản phẩm đạt 5000

chiếc tương ứng với tuổi bền của loại khuôn được Công ty chế tạo. Dụng cụ được sử

dụng để đo kiểm tra là thước cặp 150 loại 1/50, vị trí đo tại kích thước bề mặt khuôn

40-0,2. Kết quả kiểm tra ở bảng 4.5 và 4.6 cho thấy tuổi bền của khuôn thử nghiệm

tăng lên đáng kể (1000 sản phẩm tương đương 20%) so với khuôn đối chứng.

Bảng 4.5. Kết quả kiểm tra mòn kích thước lòng khuôn sau khi làm việc

TT

Số lượng

sản phẩm

(cái)

Khuôn dập

53211

Kích thước

ban đầu

(mm)

Kích thước sau gia công mòn(mm)

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5

1 5000 Đối chứng 1 39,92 40,34 40,3 40,32 40,34 40,36

2 5000 Đối chứng 2 39,98 40,36 40,28 40,3 40,34 40,38

3 5000 Mẫu thử 1 39,86 40,22 40,18 40,16 40,18 40,18

4 5000 Mẫu thử 2 39,84 40,2 40,18 40,18 40,16 40,24

5 6000 Mẫu thử 1 39,86 40,3 40,24 40,26 40,26 40,28

6 6000 Mẫu thử 2 39,84 40,36 40,32 40,32 40,28 40,36

137

Bảng 4.6. Lượng mòn trung bình của kích thước lòng khuôn sau khi làm việc

TT Khuôn dập

53211

Kết quả đo lượng mòn trung bình (mm)

Lần 1 Lần 2

Số lượng sản phẩm dập

(cái)

Lượng

mòn

Số lượng sản phẩm dập

(cái)

Lượng

mòn

1 Đối chứng 1 5000 0,42 - -

2 Đối chứng 2 5000 0,37 - -

3 Mẫu thử 1 5000 0,32 6000 0,39

4 Mẫu thử 2 5000 0,38 6000 0,49

Hình 4.7. Lắp ráp khuôn dập trên bệ máy dập.

a) Phôi bát phốt xe máy b) Loạt sản phẩm dập

Hình 4.8. Sản phẩm thử nghiệm.

Hình 4.9. Bề mặt khuôn 53211sau khi dập.

138

4.6.2. Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Để đánh giá hiệu quả kinh tế- kỹ thuật cần so sánh các chỉ tiêu đạt được khi

gia công thử (bằng PMEDM) và gia công đối chứng (bằng EDM), các chỉ tiêu đạt

được cho ở bảng 4.7.

Bảng 4.7. Một số chỉ tiêu đạt được khi gia công bề mặt khuôn

bằng PMEDM và EDM

Phương pháp PMEDM EDM

Chỉ tiêu so sánh Xung định

hình

Đánh

bóng

Xung định

hình

Đánh

bóng

Thời gian gia công 1h09‟02” - 1h43‟ -

Ra (µm) 1,17 0,59 2,67 0,63

Lượng dư đánh bóng (µm) - 5÷8 - 50

Kích thước lòng

khuôn (mm) sau

khi dập:

5000 sản phẩm - 40,19 - 40,33

6000 sản phẩm - 40,29 - -

Bảng 4.7 cho thấy: Thời gian gia công xung bề mặt khuôn giảm; độ nhám bề

mặt Ra giảm ( 1,5m); lượng dư để lại cho nguyên công đánh bóng giảm (40m)

nên thời gian gia công đánh bóng bề mặt khuôn giảm.


1. Kết quả nghiên cứu về gia công bằng tia lửa điện có bột trộn vào dung dịch

điện môi (PMEDM) với bột Ti được ứng dụng để chế tạo thử khuôn dập nóng phôi

bát phốt xe máy. Khuôn đối chứng chế tạo bằng phương pháp EDM theo các điều

kiện đang sử dụng ở cơ sở sản xuất.

2. Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật gia công tạo hình bề mặt khuôn bằng

PMEDM (so với EDM) qua các chỉ tiêu:

- Thời gian gia công xung: Giảm 33, 97%.

- Độ nhám bề mặt gia công Ra: Giảm 86,71%.

- Lượng dư của nguyên công đánh bóng: Giảm 40m.

- Tuổi thọ của khuôn dập tăng lên 20%.

139

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

KẾT LUẬN CHUNG

Những kết quả nghiên cứu mới đạt được của Luận án:

1. Biện pháp trộn bột Titan vào dung dịch điện môi đã nâng cao năng suất và

chất lượng bề mặt gia công của phương pháp gia công bằng tia lửa điện (EDM). Kết

quả so sánh khi gia công thép SKD61 bằng EDM sử dụng bột Titan với không sử

dụng bột cho thấy:

- Năng suất bóc tách vật liệu (MRR) tăng lớn nhất 475,47%

- Lượng mòn điện cực (TWR) giảm lớn nhất 64,40%.

- Độ nhám bề mặt gia công (Ra) giảm lớn nhất 41,34%.

- Độ cứng lớp bề mặt gia công (HV) tăng lớn nhất 30,21%.

- Số lượng và kích thước của các nứt tế vi trên bề mặt gia công nhỏ hơn. Số

lượng các vết lõm tăng lên nhưng đường kính và chiều sâu giảm xuống, các vết lõm

phân bố đều hơn. Chiều dày lớp trắng đồng đều hơn và đặc biệt là giảm mạnh với

điện cực Gr.

- Cơ tính của lớp bề mặt được nâng cao do: Các nguyên tố Cu (từ điện cực),

Ti (từ bột) xâm nhập vào lớp trắng với hàm lượng tương đối lớn (nhưng chưa chỉ rõ

được tổ chức của cacbit Titan); hàm lượng C trong lớp trắng giảm xuống (giảm lớn

nhất với điện cực Gr là 52,7%).

- Với điện cực Gr: Năng suất và chất lượng lớp bề mặt gia công tăng lên,

lượng mòn điện cực giảm xuống đã mở ra triển vọng sử dụng loại điện cực này

trong gia công tinh bằng EDM.

2. Về ảnh hưởng của các thông số đến các chỉ tiêu năng suất và chất lượng bề

mặt gia công bằng EDM sử dụng bột Titan:

- Năng suất bóc tách vật liệu MRR bị ảnh hưởng mạnh bởi vật liệu điện cực,

thời gian phát xung, cường độ dòng điện, sự phân cực điện cực, thời gian ngừng

phát xung và nồng độ bột.

- Tất cả các thông số được khảo sát đều có ảnh hưởng mạnh đến lượng mòn

điện cực TWR.

- Độ nhám bề mặt gia công Ra bị ảnh hưởng mạnh bởi vật liệu điện cực, sự

phân cực điện cực, thời gian phát xung và cường độ dòng điện.

140

- Độ cứng tế vi bề mặt gia công (HV) bị ảnh hưởng mạnh bởi vật liệu điện

cực, thời gian phát xung và nồng độ bột.

3. Kết quả tối ưu đơn mục tiêu bằng phương pháp Taguchi:

- Năng suất bóc tách vật liệu MRRtoiuu=38,6927,4mm3/phút với bộ thông số

tối ưu là: thép SKD11, điện cực Gr+, ton=20µs, tof=85µs, I=8A và nồng độ bột 10g/l.

- Lượng mòn điện cực TWRtoiuu=3,0922,4mm3/phút với bộ thông số tối ưu

là: thép SKD11, điện cực Cu-, ton=5µs, tof=57µs, I=4A và nồng độ bột 10g/l.

- Độ nhám bề mặt gia công Ratoiuu= 1,73 0,65µm với bộ thông số tối ưu là:

thép SKD61, điện cực Cu-, ton=5µs, tof=85µs, I=4A và nồng độ bột 10g/l.

- Độ cứng lớp bề mặt gia công HVtoiuu=864,36361,68HV với bộ thông số

tối ưu là: thép SKD11, điện cực Gr-, ton=20µs, tof=57µs, I=8A và nồng độ bột 10g/l.

4. Kết quả tối ưu thương lượng đa mục tiêu bằng phương pháp Taguchi -

GRA:

- Cả 4 chỉ tiêu (MRR, TWR, Ra và HV) đều chịu ảnh hưởng mạnh bởi vật

liệu điện cực, sự phân cực điện cực và nồng độ bột.

- Trị số tối ưu: MRRtoiuu = 7,865mm3/phút, TWRtoiuu =2,104mm

3/phút, Ratoiuu

= 2,34s, HVtoiuu = 637,213 với bộ thông số tối ưu là thép SKD11, điện cực Cu-,

ton=5s, I = 4A, tof= 57s và nồng độ bột 10g/l.

5. Kết quả nghiên cứu đã được sử dụng để chế tạo và thử nghiệm kiểm

chứng với sản phẩm là khuôn dập nóng phôi bát phốt xe máy tại Công ty Cổ phần

Cơ khí Phổ Yên – Thái Nguyên, bước đầu cho phép khẳng định hiệu quả nghiên

cứu và khả năng ứng dụng vào thực tiễn sản xuất.

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

1. Nghiên cứu về PMEDM với bột Titan mới chỉ cho các kết quả ban đầu,

cần tiếp tục nghiên cứu một cách toàn diện hơn các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất

và chất lượng bề mặt gia công như: đặc tính bột (vật liệu, kích thước, độ dẫn điện,

độ bền của bột,...), điện áp, vật liệu và lưu lượng dung dịch điện môi, tốc độ khuấy,

hình dạng và kích thước điện cực, tích hợp rung động ...

2. Nghiên cứu mô hình hóa, tối ưu hóa và mở rộng ứng dụng PMEDM với

một số vật liệu khó gia công như: hợp kim cứng, vật liệu compozit, đặc biệt trong

141

gia công thô và gia công kích thước siêu nhỏ cũng là hướng tiếp tục cần được

nghiên cứu.

3. Gia công bằng PMEDM sử dụng bột Ti đã tạo ra lớp bề mặt có độ cứng

cao, chiều dày lớp trắng đều và lớn 5÷24m, công nghệ tương đối đơn giản và thực

hiện ngay trong quá trình gia công. Cần nghiên cứu triển vọng ứng dụng phương

pháp này thay thế công nghệ phun phủ, thấm, hóa nhiệt luyện,... lớp bề mặt.

4. Việc thiết kế, chế tạo các hệ thống thiết bị khuấy bột, lọc phoi để lắp đặt

vào máy EDM công nghiệp là rất phức tạp nên cần được tiếp tục quan tâm nghiên

cứu.

142

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

* Tạp chí trong nƣớc

1. Bành Tiến Long, Ngô Cường, Nguyễn Hữu Phấn, Phạm Việt Hùng (2014),

“Nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt gia công của phương pháp gia công bằng

tia lửa điện”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học công nghiệp Hà Nội, 25, tr.

24-28.

2. Bành Tiến Long, Ngô Cường, Nguyễn Hữu Phấn (2014), “Khảo sát chất lượng bề

mặt khuôn dập cò mổ động cơ RV125 được gia công bằng phương pháp xung

điện”, Tạp chí khoa học công nghệ Đại học Thái Nguyên, tập 118, 04, tr. 152-157.

3. Bành Tiến Long, Ngô Cường, Nguyễn Hữu Phấn (2015), “Khảo sát ảnh hưởng của

nồng độ bột Titan trộn trong dung dịch điện môi đến năng suất gia công và nhám bề

mặt thép SKD61 sau gia công tia lửa điện với điện cực đồng phần cực ngược”, Tạp chí

Phát triển Khoa học & Công nghệ Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Tập 18,

Số K3, tr. 43-52.

4. Bành Tiến Long, Ngô Cường, Nguyễn Hữu Phấn, Dương Minh Toán (2015), “Ảnh

hưởng của nồng độ bột Titan đến năng suất bóc tách và độ nhám bề mặt thép H13

trong gia công tia lửa điện với điện cực graphit”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học

Đà Nẵng, 3, tr. 48-53.

5. Bành Tiến Long, Ngô Cường, Nguyễn Hữu Phấn, Nguyễn Văn Minh (2015),

“Ảnh hưởng của bột Titan trộn trong dung dịch điện môi đến chất lượng bề mặt

thép SKD61 trong gia công bằng tia lửa điện”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại

học Đà Nẵng, 5, tr. 56-58.

6. Bành Tiến Long, Ngô Cường, Nguyễn Hữu Phấn, Trần Quốc Hùng (2015),

“Phân tích lớp bề mặt thép SKD61 sau EDM trong dung dịch điện môi có trộn bột

titan với điện cực phân cực thuận”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học công

nghiệp Hà Nội, 8, tr. 44-48.

7. Bành Tiến Long, Ngô Cường, Nguyễn Hữu Phấn, Nguyễn Quốc Tuấn (2016),

“Tối ưu hóa nhấp nhô bề mặt thép làm khuôn sau gia công bằng tia lửa điện với

dung dịch điện môi có trộn bột Titan”, Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ

Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Tập 19, Số K2, tr. 114-120.

143

8. Bành Tiến Long, Ngô Cường, Nguyễn Hữu Phấn (2016), “Tool wear rate

optimization in PMEDM using Titanium powder by Taguchi method for die steels”,

Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí

Minh. (Chấp nhận đăng)

* Tạp chí quốc tế

9. Long B. T., Cuong N., Phan N. H., Man N. D., Janmanee P. (2014), “Effects of

Titanium Powder Concentrations during EDM Machining Efficiency Of Steel

SKD61 Using Copper Electrode”, International Journal of Advance Foundation

And Research In Science & Engineering (IJAFRSE), 1, pp. 9 -18.

10. Long B. T., Cuong N., Phan N. H. (2014), “Experimental Investigations of Hot

Forging Die Surface Layer of Skd61 Steel in Die Sinking Electrical Discharge

Machining”, Journal of Materials Science and Engineering B 4, 8, pp. 226-231.

11. Long B. T., Cuong N., Phan N. H., Vijaykumar S. J. (2015), “Surface

Improvement of SKD61 Die Steel Material after Electrical Discharge Machining

with Graphite Electrode”, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research,

2015, 7(6), pp. 157-173, Scopus.

12. Long B. T., Cuong N., Phan N. H., Man N. D., Janmanee P. (2015), “Enhanced

Material Removal Rate and Surface Quality of H13 Steel in Electrical Discharge

Machining With Graphite Electrode in Rough Machining”, International Journal of

Scientific Engineering and Technology, 4(2), pp. 104-109.

13. Long B. T., Cuong N., Phan N. H., Man N. D., Janmanee P. (2015),

“Machining Properties Evaluation of Copper and Graphite Electrodes in PMEDM

of SKD61 Steel in Rough Machining”, International Journal of Engineering and

Advanced Technology (IJEAT), 4, pp. 193-202.

14. Long B. T., Cuong N., Phan N. H. (2015), “Effects of Electrode Polarity on

SKD61 Steel Surface Properties in Powder Mixed Electrical Discharge Machining”,

International Journal of Science and Research (IJSR), 4, pp.1862-1866.

15. Long B. T., Phan N. H., Cuong N., Vijaykumar S. J. (2016), "Optimization of

PMEDM process parameter for maximizing material removal rate by Taguchi's

method", International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 83, pp. 5-

8, SCIE.

144

16. Long B. T., Phan N. H., Cuong N., Toan N. D. (2016), "Surface quality

analysis of die steels in powder mixed electrical discharge machining using titanium

powder in fine machining", Advances in Mechanical Engineering, 8(6), pp. 1–13,

SCIE.

17. Phan N. H., Long B. T., Cuong N., Toan N. D. (2016), “Multi-Characteristic

Optimization of PMEDM Process Using Taguchi Method and Grey Relational

Analysis for Die Steel Materials”, Journal of Engineering Manufacture, SCI.

(Second revised)

145

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Vũ Hoài Ân (2005), Gia công tia lửa điện, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.

2. Phạm Hùng Dũng (2008), Tối ưu hóa các thông số công nghệ trên máy cắt

dây EDM khi gia công thép không gỉ, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại

học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.

3. Nguyễn Trọng Hiếu, Vũ Quang Hà, Nguyễn Đắc trung (2011), Ảnh hưởng

của các thông số công nghệ đến năng suất khi gia công bằng cắt dây tia lửa

điện, Tạp chí Cơ khí Việt nam, Số 4.

4. Tăng Huy, Nguyễn Đình Đại, Những yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới độ

chính xác tạo hình khi gia công bằng phương pháp tia lửa điện, Tạp chí cơ

khí Việt nam, tr. 58-60.

5. Bành Tiến Long, Hoàng Vĩnh Sinh, Trần Thế Lục, Trần Xuân Thái (2003),

Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển máy xung EDM dựa trên vi điều khiển

8051, Tạp chí công nghệ, 2.

6. Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy (2013), Nguyên lý gia công vật

liệu, Nxb Khoa học và Kỹ thuật.

7. Bành Tiến Long, Bùi Ngọc Tuyên (2013), Lý thuyết tạo hình bề mặt và ứng

dụng trong kỹ thuật cơ khí, Nxb Giáo dục Việt Nam.

8. Nguyễn Tiến Nga (2009), 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, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp, Đại

học Thái Nguyên.

9. Hoàng Vĩnh Sinh, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục (2003), Tối ưu hoá quá

trình xung tia lửa điện với hàm mục tiêu là độ mòn tương đối, Tạp chí khoa

học & công nghệ, 10.

10. Hoàng Vĩnh Sinh, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục (2003), Nghiên cứu

phương pháp ổn định quá trình xung tia lửa điện, Tạp chí khoa học & công

nghệ, 10.

11. Nguyễn Nam Sơn (2005), Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ

đến năng suất và chất lượng trong gia công trên máy cắt dây tia lửa điện,

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

146

12. Phan Quang Thế (2002), Nghiên cứu khả năng làm việc của dụng cụ thép gió

phủ dùng cắt thép các bon trung bình, Luận án tiến sĩ, ĐH Bách khoa Hà

Nội.

Tiếng Anh

13. Abbas G. N. M., Solomon D. G., Bahari M. F. (2007), A review on current

research trends in electrical discharge machining (EDM), International

Journal of Machine Tools & Manufacture 47, pp. 1214–1228.

14. Amin A. K. M. N., Sarder A.K. (2002), Influence of Work and Tool

Materials on Parameters of Electrical Discharge Machining (EDM), IIUM

Engineering Journal, 3(1), pp. 17-23.

15. Amorim F. L., Stedile L. J., Torres R. D., Soares P. C., Laurindo C. A. H.

(2014), Performance and Surface Integrity of Ti6Al4V After Sinking EDM

with Special Graphite Electrodes, Journal of Materials Engineering and

Performance, 23, pp. 1480-1488.

16. Altan T., Deshpande M. (2011), Selection of die materials and surface

treatments for increasing die life in hot and warm forring, 644-FIA Tech

Conference, pp. 1-23.

17. Babu S., Ribeiro D., Shivpuri R. (1999), Material and Surface Engineering

For Precision Forging Dies, Precision Forging Consortium Ohio Aerospace

Institute and National Center for Manufacturing Sciences.

18. Bajaja R., Tiwarib A. T., Dixit A. R. (2015), Current trends in electric

discharge machining using micro and nano powder materials- A Review,

Materials Today: Proceedings 2, pp. 3302 – 3307.

19. Banwait S. S., Pawade M. M. (2013), A Brief Review of Die Sinking

Electrical Discharging Machining Process towards Automation, American

Journal of Mechanical Engineering, 1(2), pp. 43-49.

20. Bhattacharya A., Batish A., Kumar N. (2013), Surface characterization and

material migration during surface modification of die steels with silicon,

graphite and tungsten powder in EDM process, Journal of Mechanical

Science and Technology 27, pp.133-140.

21. Bhattacharya A., Batish A., Singh G., Singla V. K. (2011), Optimal

parameter settings for rough and finish machining of die steels in powder-

mixed EDM, Int J Adv Manuf Technol, 61 (5), pp. 537-548.

147

22. Bleys P., Kruth J. P., Lauwers B., Schacht B., Balasubramanian V., Froyen

L., Humbeeck J. (2006), Surface and sub-surface quality of steel after EDM,

Advanced engineering materials, 8, pp.15-25.

23. Daneshmand S., Kahrizi E. F., Abedi E., Abdolhosseini M. M. (2013),

Influence of Machining Parameters on Electro Discharge Machining of NiTi

Shape Memory Alloys, Int. J. Electrochem, 8, pp.3095 – 3104.

24. Daniel G., Niculae-Ion M., Sergiu N., Daniela G., George K (2010),

The effect of polarity studied by finite element method atultrasonic aided

micro-electrodischarge machining, Nonconventional Technologies Review, 4,

pp. 23-28.

25. Furutani K., Saneto A., Takezawa H., Mohri N., Miyake H. (2001),

Accretion of titanium carbide by electrical discharge machining with powder

suspended in working fluid, Precision Engineering, 25, pp.138–144.

26. Furutani K., Shimizu Y. (2003), Experimental analysis of deposition process

of lubricant surface by EDM with molybdenum disulphide powder

suspended in working oil, Proceedings of the American Society for Precision

Engineering 30, pp. 547–550.

27. Furutani K., Sato H., Suzuki M. (2009), Influence of electrical conditions on

performance of electrical discharge machining with powder suspended in

working oil for titanium carbide deposition process, Int J Adv Manuf

Technol, 40 (11), pp. 1093-1101.

28. Furutani K., Shiraki K. (2002), Deposition of lubricant layer during finishing

process by electrical discharge machining with molybdenum disulphide

powder suspended in working fluid, JSME/ASME International Conference

on Materials and Processing, pp. 468–473.

29. Garg R. K., Ojha K. (2011), Parametric Optimization of PMEDM Process

with Nickel Micro Powder Suspended Dielectric and Varying Triangular

Shapes Electrodes on EN-19 Steel, Journal of Engineering and Aplied

Sciences, 6, pp. 152-156.

30. Ghiculescu. D., Marinescu N., Nanu. S. (2014), Innovative

solutions for performances increase at micro-electrical discharge machining

aided by Ultrasonics, Nonconventional Technologies Review, Vol. 18 (4), p.

19-25.

https://www.researchgate.net/researcher/76222639_Daniel_Ghiculescu

https://www.researchgate.net/researcher/82163318_Niculae-Ion_Marinescu

https://www.researchgate.net/researcher/78021402_Sergiu_Nanu

https://www.researchgate.net/researcher/2054426278_Daniela_Ghiculescu

148

31. Goto A., Akiyoshi M., Ochiai H., Watanabe M. (2004), Development of

Micro Spark Coating, International Congress of the aeronautical sciences–

ICASI, pp. 1-7.

32. Guu Y. H., Hocheng H., Chou C.Y., Deng C.S. (2003), Effect of electrical

discharge machining on surface characteristics and machining damage of

AISI D2 tool steel, Materials Science and Engineering, A358, pp.37-43.

33. Harmanpreet, Manpreet S., Bipendeep (2014), Optimization of EDM

process parameters using taguchi method: A review, International Journal of

Research in Engineering and Technology, 4(4), pp. 625-634.

34. Ho K.H., Newman S.T. (2003), State of the art electrical discharge

machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture 43,

pp.1287–1300.

35. Jahan P. M. (2009), Micro-EDM based multi-process machining of tungsten

carbide, A thesis submitted, National university of Singpore.

36. Janmanee P., Muttamara A. (2012), Surface modification of tungsten

carbide by electrical discharge coating (EDC) using a titanium powder

suspension, Aplied Surface Science 258, pp. 7255- 7265.

37. Jeswani M. L. (1981), Effect of the addition of graphite powder to kerosene

used as the dielectric fluid in electrical discharge machining, Wear 70, pp.

133 - 139.

38. Jung J. H., Kwon W.T. (2010), Optimization of EDM process for multiple

performance characteristics using Taguchi method and Grey relational

analysis, Journal of Mechanical Science and Technology, 24(5), pp. 1083–

1090.

39. Kansal H. K., Singh S., Kumar P. (2007), Technology and research

developments in powder mixed electric discharge machining (PMEDM), J

Mater Process Technol 184, pp. 32-41.

40. Kansal H. K., Singh S., Kumar P. (2006), Performance parameters

optimization (multi-characteristics) of powder mixed electric discharge

machining (PMEDM) through Taguchi's method and utility, Indian Journal

of Engineering and Materials Sciences, pp.209-216.

149

41. Kansal H. K., Singhz S., Kumara P. (2006), Performance Parameters

Optimization. Of Powder Mixed Electric-Discharge Machining (PMEDM)

By Taguchi Method, West Indian Journal of Engineering, 29 (1), pp. 81-94.

42. Kansal H. K., Singh S., Kumar P.(2005), Application of Taguchi method for

optimization of powder mixed electric discharge machining, International

Journal of Management and Manufacturing Technology 7, pp. 329–341.

43. Kansal H. K., Singh S., Kumar P. (2007), Effect of Silicon Powder Mixed

EDM on Machining Rate of AISI D2 Die Steel, Journal of Manufacturing

Processes, 9 (1), pp. 13-22.

44. Kao J. Y., Tsao C.C., Wang S.S., Hsu C.Y. (2009), Optimization of the

EDM Parameters on Machining Ti–6Al–4V With Multiple Quality

Characteristics, The International Journal of Advanced Manufacturing

Technology 47, pp. 395-402.

45. Khandar S. S., Popat M.A. (2009), Experimental Investigations of EDM to

optimize Material Removal Rate & Surface Roughness through Taguchi‟s

Technique of Design of Experiments, Second International Conference on

Emerging Trends in Engineering and Technology, pp. 476-482.

46. Khedkar, Nitin K., Singh T. P., Vijaykumar S. J. (2014), Material migration

and surface improvement of OHNS die steel material by EDM method using

tungsten powder-mixed dielectric, WSEAS Transactions on Applied &

Theoretical Mechanics, 9, pp. 161.

47. Klocke F., Lung D., Antonoglou G., Thomaidis D. (2004), The effects of

powder suspended dielectrics on the thermal influenced zone by

electrodischarge machining with small discharge energies, Journal of

Materials Processing Technology 149, pp. 191–197.

48. Kobayashi K., Magara T., Ozaki Y., Yatomi T. (1992), The present and

future developments of electrical discharge machining, In proceeding of 2nd

international conference on Die and Mould technology Singapore, pp. 35-47.

49. Kolahan F., Bironro M. (2008), Modeling and Optimization of Process

Parameters in PMEDM by Genetic Algorithm, Proceedings of World

Academy of Science: Engineering & Technolog, 48, pp. 1311

150

50. Koshy G., Philip P. K., Geddam A. (1983), Hardening of surface layers

using electric discharge techniques, Proceedings of the 11th AIMTDR

Conference, pp. 315-319.

51. Kruth J. P., Stevens L., Froyen L., Lauwers B. (1995), Study on the white

layer of a surface machined by die sinking electro discharge machining,

Annals of the CIRP 44 (1), pp. 169–172.

52. Kuldeep O., Garg R. K., Singh K. K. (2011), Experimental Investigation and

Modeling of PMEDM Process with Chromium Powder Suspended

Dielectric, International Journal of Aplied Science and Engineering, 6 (2),

pp. 65-81.

53. Kumar A., Maheshwari S., Sharma C., Beri N. (2010), Research

Developments in Additives Mixed Electrical Discharge Machining (AEDM):

A State of Art Review, Materials and Manufacturing Processes, 25 (10), pp.

1166-1180.

54. Kumar A., Maheshwari S., Sharma C., Beri N. (2010), Effect of Aluminium

Powder Characteristics in Additive Electric Discharge Machining of Nickel

Based Super Alloy Inconel 718, 2nd International Conference on Production

and Industrial Engineering, pp. 25-28.

55. Kumar R., Sharma P. K., Singh A. (2014), A review on evaluate the life of

the die materials, International Journal of Advanced Technology in

Engineering and Science, 2(5), pp. 318-324.

56. Kumar S., Singh R., Singh T.P., Sethi B.L. (2009), Surface modification by

electrical discharge machining: A review, Journal of Materials Processing

Technology 209, pp. 3675–3687.

57. Kumara S., Batra U. (2012), Surface modification of die steel materials

by EDM method using tungsten powder-mixed dielectric, Journal of

Manufacturing Processes 14, pp. 35–40.

58. Kung K. Y., Horng J. T. and Chiang K. T. (2009), Material removal rate and

electrode wear ratio study on the powder mixed electrical discharge

machining of cobalt-bonded tungsten carbide, Int J Adv Manuf Technol 40,

pp. 95-104.

59. Lakshmi M. V., Chaitanya M. L.(2015), Application of Taguchi based Grey

Relational Analysis for Evaluating Optimal Parameters of Laser Micro-

151

Drilling Al7075/SiCp Metal Matrix Composite, International Journal of

research In Mechanical engineering & technology, 5 (2), pp. 16-22.

60. Lee L. C., Lim L. C., Naryanan V., Venkatesh V. C. (1987), Quantification

of surface damage of tool steels after EDM, International Journal of

Machinery Tools &Manufacture, 28, pp. 359–372.

61. Long B. T., Cuong N., Phan N. H. (2014), “Study on surface material layer

quality of SKD61 die sink in Electrical discharge machining using titanium

electrode in oil dielectric fluid”, The 15th International Symposium on Eco-

materials processing and Design - ISEPD2014, pp. 363-366.

62. Lin Y. C., Yan B. H., Huang F. Y. (2001), Surface modification of Al–Zn–

Mg aluminum alloy using the combined process of EDM with USM, Journal

of Materials Pro-cessing Technology 115, pp. 359-366.

63. Lonardo P. M., Bruzzone A. (1999), Effect on flushing and Electrode

Materials on Die Sinking EDM, CIRP Annals – Manufacturing Technology,

48(1) , pp. 123–126.

64. Marashi H., Davoud M. J., Ahmed A. D. S., Mohd H. (2016), State of the art

in powder mixed dielectric for EDM applications, Precision Engineering,

http://dx.doi.org/10.1016/j.precisioneng.2016.05.010.

65. Marafona J. D., Araujo A. (2009), Influence of workpiece hardness on EDM

performance, International Journal of Machine Tools & Manufacture 49, pp.

744–748.

66. Mohri N., Saito N., Higashi M. , Kinoshita N. (1991), A New Process of

Finish Machining on Free Surface by EDM Methods, Annals of the CIRP,

40 (1), pp. 207–210.

67. Mohri N., Saito N., Suzuki M., Kakawashi T., Kobayashi K. (1988), Surface

modification by EDM-An innovation in EDM with semi-conductive electrodes,

Proceedings of the winter annual meeting of the ASME, 34, pp. 21-30.

68. Molinetti A., Amorim F. L., Soares P. C., Czelusniak T. (2015), Surface

modification of AISI H13 tool steel with silicon or manganese powders

mixed to the dielectric in electrical discharge machining process, Int J Adv

Manuf Technol, pp. 1-12.

152

69. Nadpara V. J., Choudhary A. (2014), Optimization of EDM Process

Parameters Using Taguchi Method with Graphite Electrode, International

Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), 7(2), pp. 48-51.

70. Okada A., Uno Y., Hirao K. (2000), Formation of hard layer by EDM with

carbon powder mixed fluid using titanium electrode, Proceedings of the

International Conference on Progress of Machining Technology, pp. 464–

469.

71. Özerkan E., ÇoĞun C. (2005), Effect of powder mixed dielectric on

machining performance in electric discharge machining, Gazi University

Journal of Science, 18, pp. 1035-1050.

72. Pandey P. C., Shan H.S. (1999), Modern Machining Process, Tata

McGraw- Hill Publishing Company Ltd, pp. 84-113.

73. Pecas P., Henriques E. (2003), Influence of silicon powder-mixed dielectric

on con-ventional electrical discharge machining, International Journal of

Machine Tools & Manufacture 43, pp. 1465–1471.

74. Pervejjahan M. (2009), Micro - EDM – base multi – process machining of

tungsten carbide, Doctor thesis, National university of Singapore. .

75. Prihandana G. S, Mahardika M., Hamdi M., Mitsui K. (2009), The current

methods for improving electrical discharge machining processes, Recent Pat

Mech Eng 2, pp. 61-68.

76. Raghuman I. (1994), Investigation into EDM using powder mixed dielectric,

Masters thesis, National university of Singapore.

77. Roy, R. (1990), A Primer on the Taguchi Method, New York : Van

Nostrand Reinhold.

78. Sanghani C. R., Achary G. D. (2014), A Review of Research on

Improvement and Optimization of Performance Measures for Electrical

Discharge Machining, Int. Journal of Engineering Research and

Applications, 4(1), pp.433-450.

79. Schumacher B. M. (2004), After 60 years of EDM the discharge process

remains still disputed, J Mater Process Technol, 149, pp. 376-381.

80. Shabgard M., Seyedzavvar M., Oliae S. N. B. (2011), Influence of Input

Parameters on the Characteristics of the EDM Process, Journal of

Mechanical Engineering, 57(9), pp. 689-696.

153

81. Sharma R., Singh J. (2014), Effect of Powder Mixed Electrical Discharge

Machining (PMEDM) on Difficult-to-machine Materials – a Systematic

Literature Review, J. Manuf. Sci. Prod., 14(4), pp. 233 – 255.

82. Sharma S., Kumar A., Beri N. (2011), Study of tool wear rate during powder

mixed EDM of Hastelloy steel, International Journal of Advanced

Engineering Technology, 2 (2), pp. 133-139.

83. Singh S., Kansal H.K., Kumar P. (2005), Parametric optimization of powder

mixed electrical discharge machining by response surface methodology,

Journal of Materials Processing Technology 169, pp. 427–436.

84. Singh S., Maheshwari S., Pandey P.C. (2004), Some investigations into the

electrical discharge machining of hardened tool steel using different

electrode materials, Journal of materials Processing Technology, Vol.149,

pp. 272-277.

85. Singh H., Singh A. (2012), Effect of Pulse On/Pulse Off Time On

Machining Of AISI D3 Die Steel Using Copper And Brass Electrode In

EDM, International Journal of Engineering and Science, Vol. 1, pp. 19-22

86. Singh P., Kumar A., Beri N., Kumar V. (2010), Some experimental

investigation on Aluminum powder mixed EDM on machining performance

of hastelloy steel, International Journal of Advanced Engineering

Technology, 1, pp. 28-45.

87. Singh S. (2012), Optimization of machining characteristics in electric

discharge machining of 6061Al/Al2O3p/20P composites by grey relational

analysis, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,

63, pp. 1191–1202.

88. Sreenivasulu R., Rao S. (2012), Application of Gray Relational Analysis for

Surface Roughness and Roundness Error in Drilling of Al 6061 alloy,

International Journal of Lean Thinkin, 3(2), pp. 67-78.

89. Talla G., Gangopadhayay S., Biswas C. K. (2016), State of the art in

powder-mixed electric discharge machining: A review, Part B: Journal of

Engineering Manufacture, 10.1177/0954405416634265.

90. Tzeng Y. F., Lee C. Y. (2001), Effects of Powder Characteristics on Electro

discharge Machining Efficiency, Int J Adv Manuf Technol17, pp. 586–592

http://pib.sagepub.com/search?author1=Gangadharudu+Talla&sortspec=date&submit=Submit

http://pib.sagepub.com/search?author1=S+Gangopadhayay&sortspec=date&submit=Submit

http://pib.sagepub.com/search?author1=CK+Biswas&sortspec=date&submit=Submit

154

91. Tzeng Y. F, Chen F. C. (2007), Multi-objective optimisation of high-speed

electrical discharge machining process using a Taguchi fuzzy-based a

Proach, Materials and Design 28, pp.1159–1168.

92. Uno Y., Okada A. (1997), Surface generation mechanism in electrical

discharge machining with silicon powder mixed fluid, Int. J. Elec. 2, pp.13-

18.

93. Uno Y., Okada A., Hayashi Y., Tabuchi Y. (1998), Surface integrity in

EDM of aluminum bronze with nickel powder mixed fluid, J. Jpn. Soc. Elec.

Mach. Eng 32, pp. 24-31.

94. Uno Y., Okada A., Cetin S. (2001), Surface Modification of EDMed Surface

with Powder Mixed Fluid, 2nd International Conference on Design and

Production of Dies and Molds.

95. Unses E., Cogun C. (2015), Improvement of Electric Discharge Machining

(EDM) Performance of Ti-6Al-4V Alloy with Added Graphite Powder to

Dielectric, Journal of Mechanical Engineering 61, pp. 409-418.

96. Wang C. H., Lin Y. C., Yan B.H., Huang, F.Y. (2001), Effect of

characteristics of added powder on electric discharge machining, J. Jpn. Inst.

Light Met. 42, pp.2597-2604.

97. Wong Y. S., Lim L. C., Rahuman I., Tee W.M. (1998), Nearmirror-finish

phenomenon in EDM using powder-mixed dielectric, Journal of Materials

Processing Technology 79, pp.30–40.

98. Wu K. L., Yan B. H., Huang F. Y., Chen S. C. (2005), Improvement of

surface finish on SKD steel using electro-discharge machining with

aluminum and surfactant added dielectric, International Journal of Machine

Tools & Manufacture 45, pp.1195–1201.

99. Yan B. H., Chen S. L. (1994), Characteristics of SKD11 by complex

process of electric discharge machining using liquid suspended with

aluminum powder, J. Jpn. Inst. Light Met., Vol 58(9), pp.1067-1072.

100. Yan B. H., Lin Y. C., Huang F. Y. (2002), Surface modificationof Al–Zn–

Mg alloy by combined electrical discharge machining withball burnish

machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture 42, pp.

925–934.

155

101. Yan B. H., Lin Y. C., Huang F. Y., Wang C. H. (2001), Surface

Modification of SKD61 during EDM with Metal Powder in the Dielectric,

Materials transactions, Vol.42, pp.2597 – 2604.

102. Yan B. H., Chen S. L. (1993), Effects of dielectric with suspended

aluminium powder on EDM, Journal of the Chinese society of mechanical

engineers 14, pp. 307-312.

103. Yang X., Yang K., Liu Y., Wang L. (2016), Study on Characteristic of

Multi-spark EDM Method by Using Capacity Coupling, Procedia CIRP 42,

pp. 40 – 45.

104. Zhang Y., Liu Y., Shen Y., Ji R., Cai B., Li H., Wang F.(2012), A Review

of the Current Understanding and Technology of Powder Mixed Electrical

Discharge Machining (PMEDM), 2012 IEEE International Conference on

Mechatronics and Automation, pp. 2240 - 2247.

105. Zhang Y., Liu Y., Ji R., Cai B. (2011), Study of the recast layer of a surface

machined by sinking electrical discharge machining using water-in-oil

emulsion as dielectric, Appl. Surf. Sci, 257 (14), pp. 5989–5997.

106. Zhang Q. H., Zhang J. H., Deng J. X., Qin Y., Niu Z. W. (2002), Ultrasonic

vibration electrical discharge machining in gas, J. Mater. Process. Technol

129, pp. 135-138.

107. Zhao W. S., Meng Q. G., Wang Z. L. (2002), The application of research on

powder mixed EDM in rough machining, Journal of Materials Processing

Technology, Vol. 129, pp. 30–33.

108. Zhao F., Lu Z., Wang H., Qian Z. (2005), Research on effecting mechanism

of particles in powder-mixed EDM, Dalian Ligong Daxue Xuebao 45, pp.

668-671.

109. Zhen Li., Yanzhen Z,, Yonghong L, Yang S., Renjie J., Chao Z. (2014),

Investigation on the influence of the dielectrics on the material removal

characteristics of EDM, Journal of Materials Processing Technology, Vol

214, pp. 1052-1061.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212827116004662




http://ieeexplore.ieee.org/xpl/mostRecentIssue.jsp?punumber=6264153

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/mostRecentIssue.jsp?punumber=6264153

156

PHỤ LỤC

Bảng 1. Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu biến thế (Electrol)

TT Chỉ tiêu kĩ thuật Chỉ số

1 Tỷ trọng ở 200C (max) (kg/l) 0,89

2 Nhiệt độ cháy cốc kín (min) (

0C) 140

3 Nhiệt độ đông đặc (max) (0C) -30

4 Điện áp đánh thủng (min) (KV) 45

5 Độ nhớt động học ở 400C (max) (cST) 16,5

6 Hệ số tổn thất điện môi (max) 0,005

Bảng 2. Đặc tính kỹ thuật của vật liệu điện cực

TT Đặc tính kỹ thuật Cu Gr (HK-2)

1 Thành phần hóa học (%) 99.78 99,99

2 Điện trở suất (µ.m) 9 14

3 Nhiệt độ nóng chảy (oC) 1083 3675

4 Khối lượng riêng (g/Cm3) 8,96

1,811

5 Độ cứng tế vi (HB) 100 10

6 Kích thước hạt (µm) - 7

Bảng 3. Đặc trưng của bột Ti

Đặc trưng Đơn vị Bột Ti

Kích thước µm 45

Nồng độ mol g/mol 59,89

Hòa tan trong dung môi - Không hòa tan

Nhiệt độ nóng chảy 0C 1700

Trọng lượng riêng g/cm3

4,51

Độ dẫn nhiệt ở 200C

cal/s-cm-

0C 0,041

Bảng 4. Đặc trưng của dầu biến thế (HD-1)

Dung môi HD-1 Đặc tính

Màu Như nước

Độ nhớt động học ở 400C (cSt) 2,25

Tỉ trọng ở 150C (kg/l) 0,773

Điểm chớp cháy hở (0C) 108

Điểm rót chảy (0C) - 27

Aromatics (%m) < 0.0

157

Bảng 5. Độ cứng của thép SKD61, SKD11, SKT4

sử dụng trong sản xuất chế tạo khuôn và trong thí nghiệm của Luận án

Mác thép

(Tiêu

chuẩn JIS)

Công dụng

Độ cứng

(HRC)

Ra

(m)

Kích thước phôi

(mm)

SKD61

Sử dụng phổ biến để chế tạo các loại

khuôn dập nóng, khuôn đúc, khuôn ép với

kích thước nhỏ hoặc trung bình.

50÷52

2,5 45x26x10 SKD11

Thuộc nhóm thép hợp kim cao, chậm gỉ,

độ bền nhiệt và độ bền cơ học cao. Thép

này dùng phổ biến để chế tạo những chi

tiết chính xác, chịu tải va đập lớn, chịu

mài mòn và chịu ăn mòn hoá học: khuôn

dập nguội, dao cắt thép nguội,...

58÷60

SKT4

Thuộc nhóm thép làm khuôn dập nóng cỡ

lớn, hàm lượng niken cao nên khả năng

chịu va đập tốt. Thường được dùng để chế

tạo các khuôn rèn, khuôn máy búa,...

36÷38

Bảng 6. Ký hiệu tương đương thép SKD61 của các nước

Tiêu chuẩn GB/Grade UNS OCT AISI DIN JIS

Kí hiệu 4Cr5MoSiV1 T20813 4X5O1C H13 12344 SKD61

Bảng 7. Thành phần của hóa học của thép SKD61

Tỷ lệ các nguyên tố, %

C Mn Si W Cr Mo V P S Ni Co

0,38 0,4 1,00 - 5,15 1,4 0,8 0,03 0,01 - -

Bảng 8. Các tính chất cơ, lí của thép SKD61

Nhiệt độ

0C

Khối lượng

riêng

kg/dm3

Nhiệt dung

riêng

J/kg.K

Điện trở suất

Ohm.mm2/m

Môđul đàn

hồi

N/mm2

Độ dẫn

nhiệt

W/m.K

20 7,80 460 0,52 215.103

24,30

500 7,64 550 0,86 176.103 27,70

600 7,6 590 0,96 165.103 27,50

Nhiệt độ hóa lỏng: 14540C

158

Bảng 9. Ký hiệu tương đương thép SKD11 của các nước

Tiêu chuẩn TCVN OCT SAE JIS

Kí hiệu 160 Cr12 Mo X12M D2 SKD11

Bảng 10. Thành phần hoá học và tính chất cơ, lý của thép SKD11


C Mn Si Cr Va Mo Ni

1,451,65 0,150,40 0,150,35 11,012,5 0,150,30 0,400,60 0,35

Bảng 11. Các tính chất cơ, lí của thép SKD11

Nhiệt độ

0C

Khối lượng riêng

kg/dm3

Nhiệt dung riêng

J/kg.K


Ohm.mm2/m

Môđul đàn

hồi N/mm2

Độ dẫn nhiệt

W/m.K

20 7,70 460 0.65 193.103

40,9.103

200 7,65 - - 188.103 50,4.10

3

400 7,60 - - 173.103 55,2.10

3

Nhiệt độ hóa lỏng: 1370-14000C

Bảng 12. Ký hiệu tương đương thép SKT4 của các nước

Tiêu

chuẩn 4659 TOCT 5950 ASTM A681 JIS G4404 DIN 17350 NF A35-590 GB/T1299

Kí hiệu BH224/5 5XHM T61206 / L6 SKT4 55NiCrMoV6 55NiCrMoX7 CrWMn

Bảng 13. Thành phần hoá học và tính chất cơ, lý của thép SKT4.


C Mn Si Cr Va Mo Ni

0.50-0.60 0.60-0.90 0.10-0.40 0.80-1.20 0.05-0.15 0.35-0.55 1.50-1.80

Bảng 14. Các tính chất cơ, lí của thép SKT4

Nhiệt độ

0C

Khối lượng

riêng

kg/dm3

Nhiệt dung

riêng

J/kg.K


Ohm.mm2/m

Môđul đàn hồi

N/mm2

Độ dẫn

nhiệt

W/m.K

20 7,80 460 0,30 215.103

36,0

500 7,64 550 0,71 176.103 36,8

600 7,60 590 0,84 165.103 36,0

Nhiệt độ hóa lỏng: 1450-15100C

159

Bảng 15. Năng suất bóc tách vật liệu (MRR)

TN0

I II III

Khối lượng phôi

(g) MRR

(mm3/phút)


(g) MRR

(mm3/phút)


(g) MRR

(mm3/phút) Trước Sau Trước Sau Trước Sau

1 93,431 91,863 10,038 94,725 93,122 10,262 94,261 92,518 11,159

2 93,696 92,293 5,988 94,892 92,867 8,643 93,71 91,396 9,876

3 93,996 93,488 3,252 94,299 93,867 2,766 96,016 95,479 3,438

4 94,851 93,323 9,782 93,763 92,168 10,211 93,77 92,095 10,723

5 94,001 92,059 12,433 94,228 91,997 14,283 93,728 91,198 16,197

6 94,877 94,84 0,158 93,618 93,609 0,036 89,319 89,302 0,073

7 93,178 88,074 38,442 94,451 88,578 37,599 94,392 88,713 36,357

8 95,084 90,067 21,413 93,977 88,448 23,598 92,666 86,641 25,715

9 83,278 80,259 38,656 91,61 88,172 44,02 93,465 90,821 33,854

10 81,688 77,359 18,476 82,278 77,689 19,586 82,231 77,877 18,583

11 81,898 80,892 4,294 81,722 80,779 4,025 77,849 77,087 3,252

12 82,229 80,578 9,609 81,598 78,879 17,407 82,367 79,794 16,472

13 82,178 80,543 10,467 82,322 80,699 10,391 81,95 80,237 10,967

14 81,729 81,702 0,173 82,603 82,492 0,355 81,876 81,741 0,432

15 76,507 73,872 16,869 82,28 78,102 26,748 81,533 77,298 27,113

16 82,288 81,138 12,271 82,463 77,763 30,09 81,986 77,41 29,296

17 80,17 70,954 59,001 82,464 77,578 62,561 79,57 70,597 57,446

18 81,858 77,857 17,076 81,736 77,814 16,739 81,927 77,789 17,661

19 93,414 93,109 1,302 90,13 89,896 0,999 89,789 89,448 1,455

20 89,278 86,247 19,405 88,681 85,408 20,954 91,344 87,927 21,876

21 93,271 92,333 4,003 91,366 90,205 4,955 90,824 89,848 4,163

22 90,659 90,634 0,16 89,763 89,714 0,209 89,641 89,588 0,226

23 88,597 87,631 6,184 88,9 87,861 6,652 89,285 88,112 7,51

24 93,436 90,26 20,333 89,505 86,57 18,79 90,277 87,165 19,923

25 88,99 87,241 11,197 88,191 86,544 10,544 91,175 89,581 10,205

26 90,784 84,47 26,079 90,465 84,578 25,126 88,774 82,517 26,705

27 88,668 75,9 54,494 93,413 84,964 54,091 89,476 80,964 54,494

* Thời gian gia công: 20 phút/thí nghiệm

160

Bảng 16. Lượng mòn điện cực (TWR)

TN0

I II III

Điện cực

(g) TWR

(mm3/phút)

Điện cực

(g) TWR

(mm3/phút)

Điện cực

(g) TWR

(mm3/phút) Trước Sau Trước Sau Trước Sau

1 122,681 122,365 1,767 125,38 125,065 1,762 123,391 122,976 2,321

2 122,463 122,264 0,742 124,252 123,524 2,714 122,611 121,92 2,576

3 127,21 126,957 1,415 127,098 126,866 1,298 125,817 125,5 1,773

4 123,476 122,708 4,295 120,516 119,723 4,435 121,573 120,76 4,547

5 122,246 121,508 4,128 123,524 122,702 4,597 122,312 121,531 4,368

6 126,957 126,934 0,086 126,866 126,858 0,028 124,836 124,823 0,048

7 27,021 26,57 11,897 25,595 25,082 11,502 27,118 26,623 11,099

8 26,881 26,256 9,342 26,688 26,002 10,254 25,539 24,856 10,209

9 26,093 25,657 19,552 26,267 25,832 19,507 24,746 24,304 19,821

10 122,027 121,618 1,525 124,418 123,806 2,282 127,352 126,756 2,222

11 123,455 123,104 1,309 126,734 126,405 1,227 124,575 124,306 1,003

12 113,952 113,278 3,427 123,363 122,71 3,652 114,475 113,831 3,602

13 121,618 121,346 1,521 123,806 123,405 2,243 123,034 122,5 2,987

14 123,104 123,09 0,078 126,405 126,362 0,12 125,714 125,643 0,199

15 122,702 122,531 0,956 123,09 122,816 1,532 125,301 124,944 1,997

16 26,315 26,181 5,007 26,799 26,442 8,004 25,974 25,559 9,305

17 26,092 25,433 14,776 25,793 25,471 14,439 25,923 25,633 13,004

18 26,422 26,017 6,054 27,557 27,197 5,381 26,792 26,455 5,037

19 126,09 125,947 0,533 124,987 124,871 0,433 124,01 123,797 0,794

20 122,117 121,197 5,145 126,169 125,272 5,017 125,153 124,246 5,073

21 123,596 122,915 2,539 126,67 125,795 3,262 124,435 123,656 2,905

22 123,288 123,268 0,112 124,406 124,318 0,328 125,071 124,966 0,391

23 125,947 125,187 4,251 125,153 124,29 4,827 124,935 124,029 5,067

24 122,915 122,209 3,949 125,795 124,93 4,838 123,047 122,251 4,452

25 25,421 25,219 4,529 26,309 26,109 4,484 25,763 25,558 4,596

26 26,549 25,819 10,56 26,361 25,854 7,578 25,618 25,017 8,984

27 27,238 26,443 11,883 26,098 25,395 15,762 26,607 25,889 16,099

* Thời gian gia công: 20 phút/thí nghiệm

161

Bảng 17. Độ nhám bề mặt gia công (Ra)

TT Phôi Điện

cực

Phân

cực

ton

(µs)

I

(A)

tof

(µs)

Nồng

độ

bột

(g/l)

Ra(m)

Ra-I Ra-II Ra-III

1 SKD61 Cu - 5 8 38 0 3,56 3,12 3,36

2 SKD61 Cu + 10 4 57 10 2,96 3,30 3,38

3 SKD61 Cu -* 20 6 85 20 2,46 2,61 2,60

4 SKD61 Cu* + 10 6 85 0 3,72 3,55 3,37

5 SKD61 Cu* -* 20 8 38 10 3,55 3,64 3,63

6 SKD61 Cu* - 5 4 57 20 1,43 1,33 1,60

7 SKD61 Gr -* 20 4 57 0 4,60 4,86 4,89

8 SKD61 Gr - 5 6 85 10 3,24 3,29 3,18

9 SKD61 Gr + 10 8 38 20 4,29 4,42 4,35

10 SKD11 Cu + 20 4 85 0 4,27 4,08 4,12

11 SKD11 Cu -* 5 6 38 10 2,11 2,17 1,86

12 SKD11 Cu - 10 8 57 20 3,03 3,26 3,30

13 SKD11 Cu* -* 5 8 57 0 3,33 3,36 3,37

14 SKD11 Cu* - 10 4 85 10 1,92 1,96 2,24

15 SKD11 Cu* + 20 6 38 20 4,37 4,69 4,65

16 SKD11 Gr - 10 6 38 0 4,65 4,69 4,37

17 SKD11 Gr + 20 8 57 10 4,36 4,45 4,54

18 SKD11 Gr -* 5 4 85 20 2,70 2,81 2,72

19 SKT4 Cu -* 10 6 57 0 2,45 2,58 2,61

20 SKT4 Cu - 20 8 85 10 4,33 4,53 4,08

21 SKT4 Cu + 5 4 38 20 2,36 2,75 2,28

22 SKT4 Cu* - 20 4 38 0 2,09 2,44 2,24

23 SKT4 Cu* + 5 6 57 10 2,72 2,88 3,07

24 SKT4 Cu* -* 10 8 85 20 3,65 3,32 3,53

25 SKT4 Gr + 5 8 85 0 3,25 3,15 3,30

26 SKT4 Gr -* 10 4 38 10 3,30 3,23 3,18

27 SKT4 Gr - 20 6 57 20 5,55 5,96 5,45

162

Bảng 18. Độ cứng lớp trắng của bề mặt gia công (HV)

TT HV-I HV-II HV-III HV-IV HV-V

1 523,8 452,7 541,9 532,7 482,4

2 680,9 660,2 670,8 680,9 602

3 580,9 541,9 613 580,9 591,3

4 541,7 500,3 432,1 502,3 507,0

5 846,6 741,7 932,7 813,3 810,3

6 641,7 673 626,8 641,7 566

7 551,2 532,7 541,9 572,8 524,3

8 756,8 756,8 713 788,4 727,1

9 612,5 634,2 598,7 612,5 673,0

10 485,7 524,3 541,7 506,6 490,3

11 602 532,7 804,9 685,8 772,3

12 647,9 660,2 665,8 647,9 699,2

13 560,9 513 515,1 541,9 599,2

14 685,8 741,8 602,3 741,8 624,3

15 660,7 602 664,9 706,6 641,7

16 438,9 467,2 491,3 480,9 470,8

17 905,8 977,7 870 938,1 846,6

18 685,8 713 672,8 660,2 685,8

19 547,9 515,1 547,9 544,3 498,4

20 560,9 570,8 727,1 591,3 672,8

21 660,2 591,3 660,2 685,8 560,9

22 460,9 523,8 438,9 474,7 441,9

23 532,7 523,8 523,6 580,9 560,9

24 570,8 610 624,3 591,3 672,8

25 404,5 453,7 497,7 418,3 453,0

26 727,1 699,2 685,8 613,2 680,8

27 891,1 803,2 724,4 953 791,6

* Đo bằng thang đo HV với 5 vị trí như hình 8 Phần phụ lục

163

164

165

166

167

Hình 1. Máy xung CNC- AG40L.

a) Cánh khuấy b) Động cơ khuấy c) Bơm dung môi d) Nam châm vĩnh cửu

Hình 2. Thiết bị trong bình khuấy.

168

Hình 3. Cân chính xác.

Hình 4. Máy đo độ nhám bề mặt SJ301.

169

Hình 5. Máy kiểm tra độ cứng lớp phủ.

Hình 6. Thực nghiệm.

170

Hình 7. Máy dập thử nghiệm.

Hình 8. Vị trí đo độ cứng lớp bề mặt.

171

210-1-2

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Standardized Residual

Pe

rce

nt

Normal Probability Plot(response is Means)

a) So sánh với phân bố chuẩn

6050403020100

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l

Versus Fits(response is Means)

b) Sự phân bố số dư

210-1-2

7

6

5

4

3

2

1

0


Fre

qu

en

cy

Histogram(response is Means)

c) Tần suất xuất hiện

2624222018161412108642

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l

Versus Order(response is Means)

d) Số dư của các thí nghiệm

Hình 9. Đồ thị số dư cho MRR .

210-1-2

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1


Pe

rce

nt

Normal Probability Plot(response is SN ratios)


403020100-10-20

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l

Versus Fits(response is SN ratios)


2.01.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5

6

5

4

3

2

1

0


Fre

qu

en

cy

Histogram(response is SN ratios)


2624222018161412108642

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l

Versus Order(response is SN ratios)


Hình 10. Đồ thị số dư cho tỷ số S/N của MRR.

172

2. Kiểm tra độ tin cậy của dữ liệu khảo sát

3210-1-2-3

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1


Pe

rce

nt



20151050

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l



210-1-2

7

6

5

4

3

2

1

0


Fre

qu

en

cy



2624222018161412108642

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l



Hình 11. Đồ thị số dư cho WT R .

210-1-2

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1


Pe

rce

nt



20100-10-20-30

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l


a) Sự phân bố số dư

2.01.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0


Fre

qu

en

cy



2624222018161412108642

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l



Hình 12. Đồ thị số dư cho tỷ số S/N của TWR.

173

3210-1-2-3

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1


Pe

rce

nt



54321

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l



210-1-2

6

5

4

3

2

1

0


Fre

qu

en

cy



2624222018161412108642

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l



Hình 13. Đồ thị số dư cho aR .

3210-1-2-3

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1


Pe

rce

nt



-5.0-7.5-10.0-12.5-15.0

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l



1.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5-2.0

6

5

4

3

2

1

0


Fre

qu

en

cy



2624222018161412108642

2

1

0

-1

-2

Observation Order

Sta

nd

ard

ize

d R

esid

ua

l



Hình 14. Đồ thị số dư tỷ số S/N của Ra.

174

100500-50-100

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Residual

Pe

rce

nt



900800700600500

100

50

0

-50

-100

Fitted Value

Re

sid

ua

l



80400-40-80

12

10

8

6

4

2

0

Residual

Fre

qu

en

cy



2624222018161412108642

100

50

0

-50

-100

Observation Order

Re

sid

ua

l



Hình 15. Sơ đồ số dư cho giá trị HV .

1.00.50.0-0.5-1.0-1.5

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Residual

Pe

rce

nt



59585756555453

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

Fitted Value

Re

sid

ua

l



1.20.60.0-0.6-1.2

14

12

10

8

6

4

2

0

Residual

Fre

qu

en

cy



2624222018161412108642

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

Observation Order

Re

sid

ua

l



Hình 16. Sơ đồ số dư cho tỷ số S/N của HV.

Documents

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 0 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN … AN 3-8-2016.pdfViệt Nam, Viện cơ khí Việt Nam đã nhiệt tình hợp tác và giúp đỡ tôi trong hỗ