Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ẢNH HƯỞNG CÁC SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN NĂNG SUẤT, TIÊU HAO DÂY CẮT TRÊN MÁY CẮT DÂY Học viên: Hoàng Anh Toàn Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Dự Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 2 GIỚI THIỆU 0.1. Vấn đề nghiên cứu Đã có nhiều nghiên cứu sử dụng nhằm nâng cao chất lượng, hiệu quả của máy cắt dây [1-21]. Các nghiên cứu thường tập trung đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng gia công, chẳng hạn: Ảnh hưởng điện áp servo, tốc độ dich chuyển điện cực đến sai số độ dày khi cắt lát với chiều dày cắt thay đổi [1]; ảnh hưởng của tốc độ cắt đến đến độ chính xác của biên dạng góc khi cắt trên máy cắt dây [2]. Một số nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng lực căng dây đến chất lượng và độ chính xác hình học của chi tiết khi gia công trên máy cắt dây [3]; Gần đây nhám bề mặt và năng suất [4-19-21] đã được các tác giả nghiên cứu với những ảnh hưởng của các thông số đầu vào như: thời gian phóng điện Ton, thời gian ngừng phóng điện Toff, tốc độ dây, cường độ dòng điện Ie [4]; Điện áp servo, thời gian phóng điện Ton, thời gian ngừng phóng điện Toff [21]. Sự phụ thuộc của chất lượng dây cắt vào điện áp, tốc độ dây, áp lực chất điện môi đã được khảo sát [5]. Nghiên cứu chất lượng bề mặt và vận tốc cắt [6], nghiên cứu tập trung vào xác định thông số tối ưu để nâng cao chất lượng bề mặt và vận tốc cắt [6-10], xác định chế độ cắt tối ưu cho các loại vật liệu khác nhau như chế độ tối ưu khi gia công hợp kim titan Ti6Al4V [6, 10], thép không gỉ AISI 420 [8], hợp kim Ti-44.5Al-2Cr-2Nb0.3B [9], ceramics [10], Inconel 718 [13], STD11 (hay X12M) [14] vv… Mỗi công trình nói trên thường được tiến hành cho một loại vật liệu gia công, trên một loại máy nhất định. Thực tế mỗi loại máy thường được xác lập các thông số công nghệ trong phạm vi khác nhau. Phòng thí nghiệm của trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp đã được đầu tư một máy cắt dây CNC CW-322S. Đến nay đã có một số luận văn cao học đã thực hiện trên máy này của trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp [19-21]. Các nghiên cứu này tập trung đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến nhám bề Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 3 mặt và năng suất cắt [19-21]; chiều rộng khe hở rãnh cắt [20]. Tuy vậy, vẫn chưa quan tâm đến tổn hao dụng cụ (dây cắt) một cách đồng thời với việc tối ưu về năng suất và nhám bề mặt. Thêm nữa, sai số biên dạng, hình dáng bề mặt được gia công cũng chưa được khảo sát. Đến nay, chưa có đề tài hay công trình khoa học nào được công bố đề cập đến vấn đề tái sử dụng dây đồng đã sử dụng cho cắt dây tia lửa điện. Một số máy được thiết kế sử dụng quay vòng dây cắt, nhưng lại sử dụng dây đặc chủng làm bằng Molipden. Đề tài này được thực hiện nhằm nghiên cứu đánh giá khả năng tái sử dụng dây đồng trên máy cắt dây. Năng suất và chất lượng gia công được chọn làm hai mục tiêu đánh giá đối chứng cho hai nhóm sản phẩm được gia công bằng dây mới và dây đã qua sử dụng. Các thông số công nghệ dùng cho dây tái sử dụng được tối ưu hóa đa mục tiêu nhằm khai thác tốt nhất khả năng sử dụng lại dây cắt. 0.2. Mục tiêu nghiên cứu Các mục tiêu cụ thể là:  Đánh giá khả năng sử dụng lại dây cắt;  So sánh năng suất, chất lượng sản phẩm cắt bằng dây mới với sản phẩm cắt bằng dây đã qua sử dụng;  Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất, nhám bề mặt, độ chính xác gia công khi sử dụng dây đã qua sử dụng. 0.3. Nội dung đề tài  Thí nghiệm sàng lọc để xác định các thông số công nghệ có ảnh hưởng lớn đến năng suất, độ chính xác gia công khi sử dụng đã qua sử dụng.  Mô hình hoá quan hệ giữa các thông số công nghệ với các hàm mục tiêu nói trên.  So sánh năng suất, chất lượng giữa dây mới và dây đã qua sử dụng.  Thí nghiệm, đánh giá gia công bằng dây đã qua sử dụng. Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 4 0.4. Kết quả chính đã đạt được Đề tài đã tiến hành các thí nghiệm sàng lọc để tìm ra bộ thông có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng đầu ra của sản phẩm. Các bộ thí nghiệm so sánh đối chứng đã được thiết kế và tiến hành thực hiện trên hai bộ mẫu sản phẩm có biên dạng cắt phức hợp. Các dữ liệu thí nghiệm đã được thu thập và phân tích so sánh bằng phép đánh giá t-test. Thông số công nghệ tối ưu cho dây cắt đã qua sử dụng 1 lần đã được tối ưu hóa bằng thực nghiệm. Dưới đây là các thành tựu chính mà nghiên cứu này đạt được: ♦ Nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm sàng lọc để tìm ra bộ thông số có ảnh hưởng lớn nhất đến sản phẩm chất lượng đầu ra là: Tốc độ cuốn dây (Vd), thời gian ngắt xung (Toff) và hiệu điện thế phóng điện (U). ♦ Xác định các thông số gia công hợp lý cho một máy cắt dây thực tế được xác định thông qua các thí nghiệm Box-Behnken. ♦ Độ chính xác kích thước, nhám bề mặt và năng suất khi cắt bằng dây đã qua sử dụng được phân tích và so sánh với các thông số tương ứng của sản phẩm cắt bằng dây mới thông qua kiểm nghiệm t (2 sample t-test). ♦ Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc về cơ khí lần thứ III. 0.5. Cấu trúc luận văn Luận văn được chia thành 4 chương với các nội dung chính như sau. Chương 1 trình bày tổng quan các nghiên cứu tương tự gần đây và cũng được giới thiệu tóm tắt nhằm nêu bật các kết quả đóng góp mới. Đồng thời trình bày các thông số cơ bản trên máy cắt dây mà ta nghiên cứu. Đối với mỗi loại máy cắt dây chúng ta đều phải nghiên cứu và tìm ra bộ thông số tối ưu nhất để phù hợp với máy đó do vậy trong chương 2 tác giả đã thiết kế và triển khai các thí nghiệm, đồng thời sử dụng các thiết bị thí nghiệm để khảo sát, đo nhám, thời gian, kích thước… Trong chương 3 trình bày các kết quả đã đạt được, đánh giá và so sánh về Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 5 nhám bề mặt, kích thước, thời gian cắt đối với dây đã qua sử dụng và dây mới. Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong chương 4. Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 6 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT DÂY 1.1. Tổng quan tài liệu Phương pháp WEDM được ứng dụng rộng rãi trong gia công. Để phương phương pháp gia công này đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao, thì ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng, hình dáng hình học của chi tiết gia công sẽ được các tác giả trình bày rõ những vấn đề nghiên cứu dưới đây. Chana Raksiri, Pornchai Chatchaikulsiri (2010) đề cập đến ảnh hưởng điện áp servo, tốc độ dich chuyển điện cực SF đến sai số độ dày khi gia công trên máy cắt dây. Từ kết quả hai thí nghiệm, sai số độ dày cắt được cải thiện và phụ thuộc vào sự thay đổi điện áp servo.Với giá trị servo điện áp càng nhỏ, sai số độ dày cắt càng bé. Ở nghiên cứu này, điện áp servo không thể thiết lập dưới 36 V [1]. Hình 1.1. Chi tiết cắt dạng bậc thang bằng máy cắt dây EDM Bài báo tác giả J.A. Sanchez, J.L. Rodil, A. Herrero, L.N. Lopez de Lacalle, A. Lamikiz (2006) đánh giá ảnh hưởng của tốc độ cắt đến đến độ chính xác của biên dạng góc khi cắt trên máy cắt dây. Các thí nghiệm đã đưa ra được tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn đến độ dày và góc của vật liệu gia Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 7 công. Kết quả cho thấy khi cắt góc sẽ xảy ra lỗi tạo ra bán kính r ở tại góc cần cắt [2] . Hình 1.2. Lỗi xảy ra khi cắt góc, hình ảnh lỗi ở góc 45 0 Trong gia công cơ khí truyền thống nói chung, có rất nhiều nguyên nhân gây ra sai số như dao, hệ thống công nghệ, đồ gá… Ở gia công EDM cũng nghiên cứu đến những nguyên nhân gây ra sai số. S. Sarkar, M. Sekh, S. Mitra, B. Bhattacharyya (2011) đã nghiên cứu đến ảnh hưởng lực căng dây đến chất lượng và độ chính xác hình học của chi tiết khi gia công trên máy cắt dây. Bài báo này cho thấy lực căng dây ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác kích thước, từ đó cho phép xác định lực căng phù hợp để giảm thiểu sai số kích thước là nhỏ nhất [3]. Hình 1.3. Ảnh hưởng của lực căng dây đến độ chính xác kích thước Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 8 1.2. Các thông số cơ bản trên máy cắt dây 1.2.1. Điện áp đánh tia lửa điện U 1.2.2 Độ kéo dài xung T on (on time) 1.2.3. Thời gian ngừng phóng điện ( Toff) 1.2.4. Tốc độ cuốn dây (Vd) 1.2.5. Thông số lực căng dây (WT) 1.2.6. Áp lực nước (WL) 1.2.7. Thông số trợ giúp thời gian phóng điện (T AN ) 1.2.8. Thông số trợ giúp thời gian ngừng phóng điện (T AFF ) 1.2.9. Khe hở phóng điện Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 9 Chương 2 THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI THÍ NGHIỆM 2.1. Thiết kế thí nghiệm 2.1.1. Các giả thiết của thí nghiệm 2.1.2. Điều kiện thí nghiệm 2.1.3. Thiết bị thí nghiệm 2.1.4. Vật liệu gia công 2.1.5. Thiết bị đo ♦ Kết quả thí nghiệm được hiển thị trên máy tính điều khiển máy cắt dây CW322S như thời gian cắt, chiều dài cắt, bước tiến dây. ♦ Kết quả đo kích thước được đo trên máy đo tọa độ 3 chiều C544 do Nhật Bản cung cấp, đây là máy đo được kích thước có độ chính xác rất cao cỡ 0,1 μm. Máy sử dụng đầu đo MH20i và cảm biến chạm TP-20 do hãng Renishaw – Anh Quốc sản xuất. ♦ Máy đo độ nhám SJ-201 của hãng Mitutoyo Trung tâm Thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp. ♦ Thiết bị kính hiển vi điện tử quét TESCAN (máy SEM). 2.2. Triển khai thí nghiệm 2.2.1. Mô hình định tính quá trình cắt dây tia lửa điện Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn 10 Sơ đồ quy trình 2.2.2. Các thông số đầu vào của thí nghiệm Thông số thí nghiệm đầu vào thí nghiệm với rất nhiều thông số như: T on : Thời gian phóng điện T off : Thời gian ngừng phóng điện T AN : Thông số trợ giúp thời gian phóng điện T AFF : Thông số trợ giúp thời gian ngừng phóng điện U : Điện áp secvo FR : Thông số điều chỉnh điều chỉnh tốc độ cắt Vd( WF) : Tốc độ dây WT : Thông số lực căng dây WL : Áp lực nước Thiết kế trên CAD/CAM Xuất dữ liệu Gia công chi tiết trên máy CW 322S Đo chi tiết trên máy CMM, đo nhám… Kết quả Chi tiết thực [...]... Hoàng Anh Toàn Sản phẩm đã cắt Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 20 Chuyên ngành: CN-CTM 3.2 Kết luận Trong chương này tác giả đã tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng hưởng của các thông số về điện đến độ nhám bề mặt, độ chính xác gia công và thời gian cắt, tiêu hao dây cắt và so sánh dây mới và dây đã qua sử dụng với các chỉ tiêu đầu ra trong gia công dây cắt tia lửa điện Tất cả các thí nghiệm thực hiện trong... tục mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố công nghệ đến độ chính xác kích thước cũng như độ chính xác công tua và các yếu tố phi công nghệ, như ảnh hưởng của dòng chảy chất điện môi, ảnh hưởng của độ mòn điện cực, ảnh hưởng của nhiệt độ…  Nghiên cứu ảnh hưởng của các lực phóng điện tới sai số biên dạng khi cắt góc  Nghiên cứu tích hợp rung động vào trong cắt dây tia lửa điện  Nghiên... mô tả quan hệ giữa hàm mục tiêu Ra và các thông số đầu vào Vd, Toff, U như sau: Ra = 2.06896 + 0.1896Vd – 0.08625Toff + 0.010825U Từ quan hệ giữa Ra với các thông số Vd, Toff, U, ta thấy Vd ảnh hưởng nhiều nhất đến độ nhám bề mặt Thời gian ngắt xung Toff có mức độ ảnh hưởng ít hơn còn hiệu điện thế phóng điện U ảnh hưởng ít nhất 3.1.2 Ảnh hưởng của các thông số gia công đến thời gian t t (phút) là... công nghệ như điện áp đánh lửa U, Tốc độ cuốn dây Vd, khoảng cách xung Toff khi gia công thép 9CrSi sau khi tôi ♦ Kết quả thực nghiệm đã tối ưu hóa đa mục tiêu tìm ra trị số các thông số (Toff, U, Vd) khi gia công đạt độ nhám Ra = (1.7÷2.5) m; thời gian t = (15÷19)phút trên dây cắt mới ♦ Với thông số tối ưu ở trên, tiến hành thí nghiệm cắt bằng dây mới và dây đã qua sử dụng đã cho thấy sản phẩm cắt. .. hiện trong điều kiện thực tế tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Các kết quả thu được như sau: ♦ Đã tìm ra bộ thông có ảnh hưởng lớn nhất đến sản phẩm chất lượng đầu ra; ♦ Đã xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (Vd, Toff, U) đến độ nhám bề mặt và thời gian gia công khi gia công thép 9CrSi sau khi tôi trên máy cắt dây và cụ thể như sau: Ra = 2.06896 + 0.1896Vd... bằng dây cũ là 14.78 (phút) Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 21 Chuyên ngành: CN-CTM - Nhám phẩm cắt bằng dây cũ kém hơn sản phẩm đo nhám dùng dây mới là 0.0555 (µm) Nhám trung bình trên 1 sản phẩm bằng dây mới 1.4443 (µm), bằng dây cũ là 1.5 (µm) - Kích thước sản phẩm cắt bằng dây cũ sai số không nhiều so với sản phẩm dùng dây mới Kích thước trung bình trên 1 sản phẩm bằng dây. .. bằng dây cũ là 9.9476 (mm) Tuy nhiên năng suất dây đã qua sử dụng đạt năng suất hơn dây mới Điều đó chứng tỏ sử dụng dây đã qua sử dụng giúp tiết kiệm được vật tư dẫn đến giảm giá thành và chủ động trong vật tư tiêu hao Chương 4 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ SUẤT 4.1 Kết luận chung ♦ Đề tài này đã xây dựng thành công mô hình toán học về mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và năng suất gia công với các thông số công. .. thấy Vd ảnh hưởng nhiều nhất đến độ nhám bề mặt Hiệu điện thế phóng điện U có mức độ ảnh hưởng ít hơn còn thời gian ngắt xung Toff ảnh hưởng ít nhất Người thực hiện: Hoàng Anh Toàn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 15 Chuyên ngành: CN-CTM 3.1.3 Ảnh hưởng của các thông số gia công đến kích thước gia công Lần lượt tiến hành các thí nghiệm, thu thập kết quả và ghi lại giá trị vào cột bổ sung của bảng thí nghiệm... mục tiêu tìm ra trị số các thông số (Vd, Toff, U) khi gia công đạt độ nhám Ra = (1.7÷2.5) m Thời gian t = (15÷19) phút là : Vd = 4m/min Toff = 12s U= 50v ♦ Với thông số tối ưu ở trên, tiến hành thí nghiệm cắt bằng dây mới và dây đã qua sử dụng thu được kết quả sau: - Thời gian cắt sản phẩm bằng dây cũ nhanh hơn thời gian dùng dây mới là 0.384 (phút).Thời gian cắt trung bình trên 1 sản phẩm bằng dây. .. Toàn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Chuyên ngành: CN-CTM 19 Hình 3.16 Đồ thị phân bố Nhám; nét đứt biểu diễn nhám bề mặt cắt bằng dây mới, nét liền biểu diễn nhám bề mặt cắt dây cũ 3.1.5.3 So sánh kích thước Hình 3.18 Đồ thị phân bố kích thước; nét liền biểu diễn cắt bằng dây mới, nét đứt biểu diễn cắt dây cũ 3.1.6 So sánh dây đã qua sử dụng và dây mới để gia công sản phẩm lỗ cối Sản phẩm chưa cắt Người