Tài liệu 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

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TỚI ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG, KHI GIA CÔNG CẮT DÂY CÁC VẬT LIỆU KHÓ GIA CÔNG NGUYỄN TIẾN NGA THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin đƣợc cảm ơn Thầy giáo TS. Nguyễn Trọng Hiếu – Thầy đã hƣớng dẫn tôi về sự định hƣớng đề tài, cách tiếp cận và nghiên cứu đề tài, cách khai thác sử dụng tài liệu tham khảo cũng nhƣ sự chỉ bảo trong quá trình tôi làm luận văn. Tôi muốn bày tỏ lởi cảm ở các thày giáo công tác tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Cơ khí và Động lực - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn sử dụng các trang thiết bị thí nghiệm trong quá trình tôi làm luận văn. Tôi xin cảm ơn Ban Giám đốc, cán bộ công nhân viên công ty TNHH Quang Nam (Khu công nghiệp Phố nối A - Thị trấn Nhƣ Quỳnh - Hƣng Yên) đã tạo điều kiện để tôi đƣợc thực tế thăm quan các loại máy cắt dây, đồng thời công ty đã cung cấp đầy đủ các mẫu thí nghiệm có chất lƣợng tốt để tôi thực hiện luận văn. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình, các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và làm luận văn này. Tác giả Nguyễn Tiến Nga Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục 2 Danh mục các bảng biểu 6 Danh mục các đồ thị, hình vẽ Mở đầu 6 12 I. Tính cấp thiết của đề tài 12 II. Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu 14 III. Phƣơng pháp nghiên cứu IV. Phạm vi nghiên cứu V. Nội dung của đề tài 14 15 15 VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 15 17 1.1 Đặc điểm của phƣơng pháp gia công tia lửa điện 17 1.1.1 Các đặc điểm chính của phƣơng pháp gia công tia lửa điện 17 1.1.2 Khả năng công nghệ của phƣơng pháp gia công tia lửa điện 17 1.2 Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện 18 1.2.1 Phƣơng pháp gia công xung định hình 18 1.2.2 Phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện 18 1.2.3 Các phƣơng pháp khác 18 1.3 Cơ sở của phƣơng pháp gia công tia lửa điện 20 1.3.1 Bản chất vật lý 20 1.3.2 Cơ chế bóc tách vật liệu 25 1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình gia công tia lửa điện 26 1.4.1 Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện 26 1.4.2 Dòng điện và bƣớc của dòng điện 30 1.4.3 Ảnh hƣởng của khe hở phóng điện δ 30 1.4.4 Ảnh hƣởng của điện dung C 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 1.4.5 Ảnh hƣởng của diện tích vùng gia công 33 1.4.6 Ảnh hƣởng của sự ăn mòn điện cực 34 1.5 Lƣợng hớt vật liệu khi gia công tia lửa điện 34 1.6 Chất lƣợng bề mặt 35 1.6.1 Độ nhám bề mặt 36 1.6.2 Vết nứt tế vi và các ảnh hƣởng về nhiệt 36 1.7 Độ chính xác tạo hình khi gia công tia lửa điện 37 1.8 Các hiện tƣợng xấu khi gia công tia lửa điện 38 1.8.1 Hồ quang 38 1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp 39 1.8.3 Xung mạch hở, không có dòng điện 40 1.8.4 Sự quá nhiệt của chất điện môi 40 1.9 Các yếu tố không điều khiển đƣợc 40 1.9.1 Nhiễu hệ thống 41 1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên 41 1.10 Dung dịch chất điện môi trong gia công tia lửa điện 41 1.10.1 Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi 41 1.10.2 Các loại chất điện môi 43 1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 43 1.10.4 Các loại dòng chảy của chất điện môi 45 1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi 47 CHƢƠNG II: MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG 49 2.1 Sơ bộ về máy cắt dây tia lửa điện 49 2.1.1 Công dụng của máy cắt dây tia lửa điện 49 2.1.2 Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp gia công cắt dây tia lửa điện 50 2.1.2.1 Ƣu điểm 50 2.1.2.2 Nhƣợc điểm 50 2.2 Độ chính xác khi gia công tia lửa điện 51 2.3 Điện cực và vật liệu điện cực 54 2.3.1 Yêu cầu của vật liệu làm điện cực 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 2.3.2 Các loại dây điện cực 55 2.4 Sự thoát phoi trong cắt dây tia lửa điện 55 2.5 Nhám bề mặt khi cắt dây 56 2.6 Các thông số về điện trong điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 57 2.6.1 Dòng phóng tia lửa điện Ie và bƣớc của dòng điện 57 2.6.2 Độ kéo dài xung ti 57 2.6.3 Khoảng cách xung t0 57 2.6.4 Điện áp đánh lửa Ui 57 2.6.5 Khe hở phóng điện 57 2.7 Lập trình gia công trên máy cắt dây 58 2.7.1 Các trục điều khiển và hệ tọa độ 59 2.7.2 Các chức năng “G” 59 CHƢƠNG III: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC KÍCH THƢỚC 71 3.1 Thiết kế thí nghiệm 71 3.1.1 Các giả thiết của thí nghiệm 71 3.1.2 Điều kiện thực hiện thí nghiệm 71 3.1.2.1 Thiết bị thí nghiệm 71 3.1.2.2 Vật liệu gia công 73 3.1.2.3 Các thiết bị đo 74 3.2 Nhóm thí nghiệm 76 3.2.1 Mô hình định tính quá trình cắt dây tia lửa điện 76 3.2.2 Các thông số đầu vào của thí nghiệm 77 3.3 Khảo sát độ chính xác gia công 78 3.3.1 Phƣơng pháp đánh giá 79 3.3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng đơn của Ui; Ie; t0 79 3.3.2.1 Vật liệu ở trạng thái thƣờng 80 3.3.2.2 Vật liệu ở trạng thái tôi cải thiện 85 3.3.2.3 Vật liệu ở trạng thái nhiệt luyện 90 3.3.3 Mối quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc 94 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 3.3.3.1 Vật liệu ở trạng thái thƣờng 95 3.3.3.2 Vật liệu ở trạng thái tôi cải thiện 100 3.3.3.3 Vật liệu ở trạng thái nhiệt luyện 105 3.3.4 Nghiên cứu độ chính xác công tua 110 Kết luận chƣơng 3 113 Kết luận chung 114 Tài liệu tham khảo 116 Phụ lục 117 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Danh mục các mã G Bảng 2.2 Danh mục các mã lệnh M Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của máy cắt dây CW322S Bảng 3.2 Thành phần hóa học các nguyên tố mác thép SKD61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện Hình 1.2. Pha đánh lửa Hình 1.3. Sự hình thành kênh phóng điện Hình 1.4. Sự hình thành và bốc hơi vật liệu Hình 1.5. Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện. Hình 1.6. Mối quan hệ giữa Vw và ti [1] Hình 1.7. Mối quan hệ giữa θ và ti [1] Hình 1.8. Mối quan hệ giữa Rmax và ti (với ti = td + te). [1] Hình 1.9- Ảnh hƣởng của ti và t0 đến năng suất gia công [1] Hình 1.10- Ảnh hƣởng của khe hở phóng điện δ Hình 1.11. Quan hệ giữa η và ap [1] Hình 1.12. Ảnh hƣởng của điện dung C [1] Hình 1.13. ảnh hƣởng của diện tích vùng gia công F [1] Hình 1.14. Các thông số ảnh hƣởng đến năng suất khi gia công EDM Hình 1.15. Vùng ảnh hƣởng nhiệt của bề mặt phôi Hình 1.16. Hiện tƣợng hồ quang điện [1] Hình 1.17. Hiện tƣợng ngắn mạch sụt áp [1] Hình 1.18. Hiện tƣợng xung mạch hở [1] Hình 1.19. Dòng chảy bên ngoài Hình 1.20. Dòng chảy áp lực Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 Hình 2.1. Sơ đồ máy cắt dây tia lửa điện Hình 2.2. Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc. Hình 2.3. Các trƣờng hợp khó gia công đối với dòng chảy đồng trục Hình 2.4. Khe hở phóng điện trong gia công cắt dây tia lửa điện Hình 2.5. Các lệnh dịch chuyển đƣờng kính dây G41/G42 Hình 3.1.1 Máy cắt dây CW322S Hình 3.1.2 Ảnh máy đo tọa độ 3 chiều Beyond Crysta C544 Hình 3.2 Mô hình hóa quá trình gia công tia lửa điện Hình 3.3 Khe hở phóng điện δ Hình 3.3.2 Sơ đồ gia công mẫu thí nghiệm Hình 3.3.2.1.1 Ảnh hƣởng của điện áp phóng điện Ui đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.1.2 Ảnh hƣởng của điện áp phóng điện Ui đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.1.3 Ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.1.4 Ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.1.5 Ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng tia lửa điện t 0 đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.1.6 Ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng tia lửa điện t 0 đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.1.7 Ảnh hƣởng của điện áp phóng điện Ui đến chiều rộng rãnh cắt của lỗ hình tròn. Hình 3.3.2.1.8 Ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie đến chiều rộng rãnh cắt của lỗ hình tròn. Hình 3.3.2.1.9 Ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng tia lửa điện t o đến chiều rộng rãnh cắt của lỗ hình tròn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Hình 3.3.2.2.1 Ảnh hƣởng của điện áp phóng điện Ui đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.2.2 Ảnh hƣởng của điện áp phóng điện Ui đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.2.3 Ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.2.4 Ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.2.5 Ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng tia lửa điện t 0 đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.2.6 Ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng tia lửa điện t 0 đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.2.7 Ảnh hƣởng của điện áp phóng điện Ui đến chiều rộng rãnh cắt của lỗ hình tròn. Hình 3.3.2.2.8 Ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện đến chiều rộng rãnh cắt của lỗ hình tròn. Hình 3.3.2.2.9 Ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng tia lửa điện t o đến chiều rộng rãnh cắt của lỗ hình tròn. Hình 3.3.2.3.1 Ảnh hƣởng của điện áp phóng điện Ui đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.3.2 Ảnh hƣởng của điện áp phóng điện Ui đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.3.3 Ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.3.4 Ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.2.5 Ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng tia lửa điện t 0 đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Hình 3.3.2.2.6 Ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng tia lửa điện t 0 đến chiều rộng rãnh cắt, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật. Hình 3.3.2.3.7 Ảnh hƣởng của điện áp phóng điện Ui đến chiều rộng rãnh cắt của lỗ hình tròn. Hình 3.3.2.3.8 Ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện đến chiều rộng rãnh cắt của lỗ hình tròn. Hình 3.3.2.3.9 Ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng tia lửa điện t o đến chiều rộng rãnh cắt của lỗ hình tròn. Hình 3.3.3.1.1 Quan hệ giữa khe hở rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của điện áp đánh lửa Ui. Hình 3.3.3.1.2 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của điện áp đánh lửa Ui. Hình 3.3.3.1.3 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. Hình 3.3.3.1.4 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. Hình 3.3.3.1.5 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình cắt, dƣới ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng điện t 0 Hình 3.3.3.1.6 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều rộng lỗ hình cắt, dƣới ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng điện t 0 Hình 3.3.3.1.7 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt đến độ chính xác kích thƣớc của lỗ tròn, dƣới ảnh hƣởng điện áp đánh lửa Ui. Hình 3.3.3.1.8 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt đến độ chính xác kích thƣớc của lỗ tròn, dƣới ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. Hình 3.3.3.1.9 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc của lỗ tròn, dƣới ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng lửa điện t0. Hình 3.3.3.2.1 Quan hệ giữa khe hở rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của điện áp đánh lửa Ui. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 Hình 3.3.3.2.2 Quan hệ giữa khe hở rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của điện áp đánh lửa Ui. Hình 3.3.3.2.3 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. Hình 3.3.3.2.4 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. Hình 3.3.3.2.5 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình cắt, dƣới ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng điện t 0 Hình 3.3.3.2.6 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều rộng lỗ hình cắt, dƣới ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng điện t 0 Hình 3.3.3.2.7 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt đến độ chính xác kích thƣớc của lỗ tròn, dƣới ảnh hƣởng điện áp đánh lửa Ui. Hình 3.3.3.2.8 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt đến độ chính xác kích thƣớc của lỗ tròn, dƣới ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. Hình 3.3.3.2.9 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc của lỗ tròn, dƣới ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng lửa điện t0. Hình 3.3.3.3.1 Quan hệ giữa khe hở rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của điện áp đánh lửa Ui. Hình 3.3.3.3.2 Quan hệ giữa khe hở rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của điện áp đánh lửa Ui. Hình 3.3.3.3.3 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. Hình 3.3.3.3.4 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều rộng lỗ hình chữ nhật, dƣới ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. Hình 3.3.3.3.5 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều dài lỗ hình cắt, dƣới ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng điện t 0 Hình 3.3.3.3.6 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc, đo theo chiều rộng lỗ hình cắt, dƣới ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng điện t 0 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 Hình 3.3.3.3.7 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt đến độ chính xác kích thƣớc của lỗ tròn, dƣới ảnh hƣởng điện áp đánh lửa Ui. Hình 3.3.3.3.8 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt đến độ chính xác kích thƣớc của lỗ tròn, dƣới ảnh hƣởng của dòng phóng tia lửa điện Ie. Hình 3.3.3.3.9 Quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc của lỗ tròn, dƣới ảnh hƣởng của thời gian ngừng phóng lửa điện t0. Hình 3.3.4.1 Các hình dáng biên dạng gia công thƣờng gặp Hình 3.3.4.2 Ảnh hƣởng của lực điện trƣờng và lực phóng điện lên dây Hình 3.3.4.3 Hình dáng của dây trong vùng gia công Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 PHẦN MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng các sản phẩm cơ khí nhƣ tua bin máy phát điện, động cơ máy bay, dụng cụ, khuôn mẫu… không ngừng tăng lên. Trong những sản phẩm cơ khí đó chứa đựng những chi tiết có hình dáng hình học rất phức tạp và đƣợc làm từ những vật liệu cứng, lâu mòn và siêu cứng nhƣ là các vật liệu composit nền kim loại, gốm nguyên khối và gốm composit, almindes v.v… Việc gia công chúng bằng công nghệ cắt gọt thông thƣờng (Tiện; Phay; Mài v.v…) là vụ cùng khó khăn, đôi khi không thể gia công đƣợc. Thực tế này đòi hỏi cần phải phát triển các công nghệ gia công mới để gia công những vật liệu đó (phƣơng pháp gia công không truyền thống). Một trong những phƣơng pháp đó đƣợc tìm ra vào năm 1943 do hai vợ chồng ngƣời Nga Lazarenko là phƣơng pháp gia công tia lửa điện (EDM) và ngày nay một trong số các phƣơng pháp gia công tia lửa điện là phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện. Phƣơng pháp này đƣợc gọi là gia công WEDM (Wire Electrical Discharge Machine), đây là phƣơng pháp gia công đƣợc phát minh và sử dụng rộng dãi trên thế giới vào những năm 50 của thế kỷ XX nhƣng ít tự động hóa. Ngày nay nhờ sự phát triển của điều khiển số và công nghệ thông tin mà phƣơng pháp này đã đƣợc hiện đại hóa rất cao và đó trang bị điều khiển số CNC trên các máy WEDM. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là: - Có khả năng cắt hầu hết các loại vật liệu dẫn điện. - Độ chính xác cao (độ bóng Ra = 1,6 † 0,8 μm). - Chi tiết gia công có độ dầy lớn (có thể đạt tới 500 mm). - Gia công đƣợc những lỗ, rãnh định hình có kích thƣớc rất nhỏ. - Cắt đƣợc các hình dạng 3D đặc biệt. - Cắt các công tua phức tạp. Từ những năm 80 của thế kỷ XX đến nay, rất nhiều doanh nghiệp trong nƣớc đó trang bị các loại máy, thiết bị sử dụng công nghệ WEDM nhằm cải tiến phƣơng pháp gia công, nâng cao giá trị sản phẩm. Bên cạnh những kết quả đạt đƣợc về mặt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 công nghệ thì nói chung cũng gặp những khó khăn nhất định về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế khi sử dụng các máy và thiết bị này cũng chƣa cao bởi các nguyên nhân sau: - Việc chuyển giao công nghệ chƣa đầy đủ. - Đầu tƣ trang thiết bị không đồng bộ, thiết bị không rõ nguồn gốc. - Giá thành đầu tƣ lớn nên mức khấu hao cao. - Số lƣợng sản phẩm sản xuất trên máy thƣờng theo loạt vừa và nhỏ. - Chƣa chủ động đƣợc về bảo dƣỡng, bảo trễ máy… Vấn đề đặt ra là làm thế nào để nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng loại máy này? - Để nâng cao hiệu quả sử dụng loại máy này có nhiều cách nhƣng theo hƣớng công nghệ thì ta cần thiết lập chế độ công nghệ hợp lý để đạt đƣợc độ chính xác kích thƣớc cũng nhƣ năng suất gia công và chất lƣợng sản phẩm cao nhất. Điều này các doanh nghiệp trong nƣớc thƣờng xác định dựa theo tài liệu kèm theo máy hoặc theo kinh nghiệm. Do đó chƣa thấy ra đƣợc ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ chính xác, năng suất và chất lƣợng gia công. Vì vậy mà hiệu quả khai thác, sử dụng máy cũng hạn chế. - Chế độ công nghệ gia công trên máy cắt dây phụ thuộc rất nhiều thành phần hóa học của vật liệu chi tiết gia công cũng nhƣ tính dẫn điện và dẫn nhiệt. Do đó đối với những loại vật liệu chi tiết gia công khác nhau (có độ cứng khác nhau) sẽ có chế độ công nghệ gia công khác nhau. Các loại thép khó gia công nhƣ AISI304, SKD61, X12M. Các loại thép này đƣợc ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống, đặc biệt trong công nghiệp xe hơi, xây dựng, hóa học, dầu khí, chế tạo máy (khuôn mẫu, dụng cụ cắt, dụng cụ đo kiểm…). Các loại thép này có hàm lƣợng hợp kim cao, việc gia công những loại vật liệu này bằng các phƣơng pháp thông thƣờng đòi hỏi chi phí lớn, năng suất và chất lƣợng gia công không cao nhƣng sử dụng phƣơng cắt dây tia lửa điện thì rất hiệu quả. Vì tính dẫn điện và nhiệt của các loại vật liệu này khác nhau, nên độ chính xác, năng suất và chất lƣợng gia công khi gia công cắt dây bị thay đổi. Do vậy cần nghiên cứu tìm ra ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 15 độ chính xác, năng suất, chất lƣợng gia công (độ nhám bề mặt) các loại vật liệu này khi gia công cắt dây tia lửa điện. - Hiện nay trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về máy cắt dây nhƣ: Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số công nghệ ảnh hƣởng tới chất lƣợng bề mặt gia công trên máy cắt dây; Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số công nghệ tới năng suất và chất lƣợng trong gia công trên máy cắt dây tia lửa điện.vv… Nhƣng chƣa có công trình khoa học nào nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số công nghệ tới độ chính xác gia công khi gia công cắt dây, nhất là đối với gia công những vật liệu khó gia công. Vì thế đề tài “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” đƣợc lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích tìm ra các thông số ảnh hƣởng và mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đó tới quá trình gia công các loại vật liệu khi gia công là cần thiết, gúp phần nâng cao hiệu quả khai thác và sử dụng máy cắt dây, đồng thời cũng là cở sở để nghiên cứu cho các máy khác và các vật liệu khác. II. MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU - Tìm ra mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ chính đến độ chính xác kích thƣớc cũng nhƣ độ chính xác công tua khi gia công vật liệu khó gia công trên máy cắt dây. Thông qua đó có thể xác định đƣợc những điều kiện gia công tối ƣu nhất, nhằm đảm bảo độ chính xác về kích thƣớc cũng nhƣ độ chính xác về công tua của chi tiết gia công với thời gian gia công là ngắn nhất. III. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Dùng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm. - Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các chế độ công nghệ với độ chính xác kích thƣớc. - Thực nghiệm để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa các chế độ công nghệ với độ chính xác gia công thông qua việc xây dựng các đồ thị, các hàm toán học biểu diễn mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với chiều rộng khe hở rãnh cắt và mối quan hệ giữa chiều rộng khe hở rãnh cắt với độ chính xác kích thƣớc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16 IV. PHẠM VI NGHIÊN CỨU. - Vật liệu thí nghiệm: Thép hợp kim khó gia công SKD61. - Vật liệu điện cực làm bằng dây CuZn 0,25 mm. - Đối tƣợng gia công: các biên dạng là đƣờng thẳng và cung tròn. - Các thông số công nghệ nghiên cứu là: Điện áp ban đầu, cƣờng độ dòng điện trung bình, thời gian kéo dài phát xung, thời gian trễ đánh lửa khoảng cách xung, tốc độ tiến. - Đo độ chính xác (độ chính xác kích thƣớc và độ chính xác công tua) V. NỘI DUNG ĐỀ TÀI. - Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, kết luận chung và các phụ lục luận văn này có nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1. Tổng quan về gia công tia lửa điện - Nghiên cứu tổng quan về EDM. Chƣơng 2. Máy cắt dây và các thông số điều chỉnh trong quá trình gia công. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình cắt và các hiện tƣợng xảy ra trong quá trình cắt. - Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình cắt. Chƣơng 3. Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến độ chính xác kích thƣớc gia công các loại vật liệu có độ cứng cao. - Lập các ma trận thí nghiệm. - Các kết quả thí nghiệm. - Các kết luận. VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN Ý NGHĨA KHOA HỌC: - Bằng các nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn đƣa ra đƣợc các đồ thị biểu diễn mối quan hệ của các thông số công nghệ đến chiều rộng rãnh cắt và đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chiều rộng rãnh cắt với sai số kích Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 17 thƣớc. Từ đó đƣa ra chế độ cắt tốt nhất làm cơ sở cho việc tối ƣu hóa quá trình cắt cũng nhƣ cho nghiên cứu khác của quá trình cắt. Ý NGHĨA THỰC TIỄN: - Kết quả nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ƣu (Ui, Ie, t0) khi gia công trên máy cắt dây EDM –CNC, để cải thiện độ chính xác gia công có ý nghĩa thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng nhƣ trong sản xuất nhƣ sau: - Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ khi viết chƣơng trình gia công NC trong quá trình chuẩn bị sản xuất đƣợc hợp lý hơn, hiệu quả khai thác, sử dụng máy cắt dây EDM-CNC tốt hơn. Đây là một yếu tố có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của doanh nghiệp trong môi trƣờng sản xuất kinh doanh luôn phải đối mặt với sự cạnh tranh khốc liệt hiện nay trên thị trƣờng cũng nhƣ trong quá trình hội nhập. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 18 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN Năm 1943, thông qua việc nghiên cứu tuổi bền của các thiết bị đóng điện, hai vợ chồng ngƣời Nga Lazarenko đã tìm ra phƣơng pháp gia công bằng tia lửa điện. Họ sử dụng dòng tia lửa điện để làm một quá trình hớt đi một lớp kim loại mà không phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu đó. Khi các tia lửa điện phóng ra thì một lớp một lớp vật liệu trên bề mặt phôi sẽ bị hớt đi bởi một quá trình điện - nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại. Từ đó đến nay quá trình hớt vật liệu trong gia công tia lửa điện vẫn đƣợc coi là phức tạp liên đến khoảng cách khe hở phóng điện, đến thông tin về kênh plasma, về sự hình thành của cầu phóng điện giữa hai điện cực, sự ăn mòn của cả hai điện cực,… các nghiên cứu về hiện tƣợng phóng điện có những phát triển lớn trong những năm gần đây và đã đƣa ra thêm một số phƣơng pháp gia công dùng nguyên lý của phƣơng pháp gia công tia lửa điện. 1.1. Đặc điểm của phƣơng pháp gia công tia lửa điện Gia công tia lửa điện là phƣơng pháp gia công bằng cách phóng điện ăn mòn trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện đƣợc tạo ra do sự phóng điện giữa hai điện cực. 1.1.1. Các đặc điểm chính của phƣơng pháp gia công tia lửa điện - Điện cực (đóng vai trò là dụng cụ cắt): Có độ cứng thấp hơn nhiều so với vật liệu phôi. Vật liệu phôi thƣờng là những vật liệu cứng và đã qua nhiệt luyện nhƣ thép đã tôi, các hợp kim cứng. Vật liệu điện cực thƣờng là đồng, grafit… - Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi đề phải có tính dẫn điện tốt. - Môi trƣờng gia công: Khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi làm môi trƣờng gia công. Đây là dung dịch không dẫn điện ở điều kiện làm việc bình thƣờng. 1.1.2. Khả năng công nghệ của phƣơng pháp gia công tia lửa điện. Phƣơng pháp gia công tia lửa điện có thể tạo đƣợc các mặt định hình là đƣờng thẳng, đƣờng cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profin phức tạp,… với độ bóng tƣơng đối cao (Ra = 1,6 † 0,8 μm) và độ chính xác cao (IT5). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 19 1.2. Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện Ngày nay, trong gia công cơ khí trên thế giới có hai phƣơng pháp gia công tia lửa điện chủ yếu, đƣợc ứng dụng rộng rãi và đã có đóng góp đáng kể cho sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại đó là: phƣơng pháp gia công xung định hình và phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện WEDM. 1.2.1. Phƣơng pháp gia công xung định hình Đây là phƣơng pháp dùng các điện cực đã đƣợc tạo hình sẵn để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi. Phƣơng pháp này đƣợc dùng để chế tạo khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông… 1.2.2. Phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện Là phƣơng pháp dùng một dây dẫn điện có đƣờng kính nhỏ (0,1 - 0,3 mm) cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng định trƣớc để tạo thành một vết cắt trên phôi. Phƣơng pháp này thƣờng dùng để gia công các lỗ suốt có biên dạng phức tạp nhƣ các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các dƣỡng kiểm,… 1.2.3. Các phƣơng pháp khác: Ngoài hai phƣơng pháp gia công chủ yếu trên, ngày nay trên thế giới còn có một số phƣơng pháp gia công sử dụng nguyên lý gia công bằng cắt dây tia lửa điện nhƣ sau: - Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM): Là phƣơng pháp sử dụng một điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay. Sử dụng phƣơng pháp này để gia công các hình dáng phức tạp do không phải chể tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho điện cực cắt theo chƣơng trình gia công. - Phủ bằng tia lửa điện (EDD): Là phƣơng pháp sử dụng hiệu quả của sự ăn mòn tia lửa điện để phủ lên các bánh mài sau thời gian sử dụng nghiền cơ khí các vật liệu rắn. Trong quá trình này, bánh mài phải có tính dẫn điện, bánh mài kim cƣơng liên kết kim loại thƣờng đƣợc làm theo phƣơng pháp này. Điện áp xung đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 20 đặt vào giữa điện cực và bành mài, trong quá trình mài, tia lửa điện sinh ra sẽ bóc tách các cạnh sắc trên bánh mài. Quá trình này cũng đƣợc sử dụng để chế tạo bánh mài có hình dạng đặc biệt. - Gia công EDM trợ giúp của siêu âm (Ultrasonic Aided EDM): Là phƣơng pháp hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung điện cực dụng cụ với tần số rung bằng tần số siêu âm. Rung điện cực với tần số siêu âm giúp nâng cao khả năng công nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia công các lỗ nhỏ và siêu nhỏ. - Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding- AEDG): Là phƣơng pháp gia công trong đó vật liệu đƣợc bóc tách nhờ tác dụng kết hợp của ăn mòn tia lửa điện và ăn mòn cơ khí. - Gia công xung định hình siêu nhỏ (MEDM): Là một dạng xung định hình đặc biệt trong đó điện cực đƣợc quay với tốc độ lớn (tới 10.000 vg/ph). Điện cực sử dụng trong MEDM có kích thƣớc nhỏ và đƣợc chế tạo bằng các phƣơng pháp gia công tia lửa điện khác. Phƣơng pháp này dùng để gia công các lỗ siêu nhỏ với độ chính xác rất cao. - Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM): Là phƣơng pháp cắt dây sử dụng điện cực Tungsten, Wolfram có đƣờng kính dây nhỏ dƣới 10 μm. Phƣơng pháp này dùng để gia công cắt dây các lỗ siêu nhỏ có kích thƣớc từ 0,1 † 1 mm, các vật liệu khó gia công, các chi tiết có chiều dày mỏng,… hoặc dùng trong công nghệ chế tạo các chi tiết bán dẫn. - Gia công tia lửa điện theo kiểu đê chắn (Mole EDM): Là một quá trình gia công đặc biệt cho phép gia công các hốc, rãnh dạng đƣờng cong hoặc đƣờng xuyến. Hình dáng điện cực đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp này giống nhƣ một thanh dẫn có thể uốn cong và một hệ thống nhận dạng. Ngƣời ta sử dụng sóng siêu âm để nhận dạng các đƣờng hầm gia công trong chi tiết. - Xung định hình với 2 điện cực quay: Là phƣơng pháp sử dụng một điện cực quay để ăn mòn một phôi quay. Khi phối hợp chuyển động của điện cực và phôi sẽ tạo ra các hình dạng chi tiết khác nhau theo yêu cầu. Phƣơng pháp này là phƣơng pháp gia công siêu chính xác và độ bóng siêu cao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn