LỜI CẢM ƠN Trong q trình học tập hồn thành luận án tiến sĩ, tác giả nhận đƣợc giúp đỡ, động viên gia đình, ngƣời thân dạy bảo thầy cô giáo Trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Viện khí - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình dạy bảo suốt khố học Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh TS Trần Văn Khiêm hƣớng dẫn giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn ngƣời thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp Trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Nam Định động viên, hỗ trợ giúp đỡ tác giả suốt khoá học i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc tác giả khác công bố Hà Nội, ngày THAY MẶT TẬP THỂ HƢỚNG DẪN tháng TÁC GIẢ TS Trần Văn Khiêm Trần Quang Huy ii năm MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình ảnh, hình vẽ, đồ thị vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu luận án Nội dung nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Những kết khoa học đạt đƣợc đóng góp luận án Chƣơng TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 1.1 Tổng quan phƣơng pháp gia công tia lửa điện 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Nguyên lý gia công 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nƣớc 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 11 KẾT LUẬN 16 Chƣơng NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÕN ĐIỆN CỰC VÀ CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG VỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 17 2.1 Sơ đồ mối quan hệ đại lƣợng q trình gia cơng tia lửa điện 17 2.2 Đại lƣợng đầu vào 18 2.2.1 Đại lƣợng hệ thống 18 2.2.2 Đại lƣợng điều chỉnh 25 2.3 Đại lƣợng trung gian 26 2.3.1 Tác động điện 28 2.3.2 Tác động nhiệt 29 2.3.3 Khe hở bề mặt chi tiết điện cực 30 2.4 Đại lƣợng đầu 30 2.4.1 Mòn điện cực 30 2.4.2 Chất lƣợng bề mặt biến đổi cấu trúc 33 iii 2.5 Ảnh hƣởng đại lƣợng đầu vào đến đại lƣợng trình đại lƣợng đầu 34 2.5.1 Ảnh hƣởng thông số công nghệ 34 2.5.2 Ảnh hƣởng số lƣợng tia lửa điện lần phát xung 35 2.5.3 Ảnh hƣởng thành phần dung dịch điện môi 36 2.5.4 Nghiên cứu điều khiển điện cực EDM 37 2.5.5 Nghiên cứu điều khiển dạng xung EDM 38 2.5.6 Nghiên cứu tối ƣu hóa thơng số cơng nghệ EDM 39 KẾT LUẬN 40 Chƣơng XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 41 3.1 Sơ đồ mơ hình thí nghiệm 41 3.2 Trang thiết bị vật liệu thí nghiệm 41 3.2.1 Trang thiết bị 41 3.2.2 Vật liệu 45 3.3 Khảo sát lựa chọn điện cực 46 3.3.1 Khảo sát khe hở độ nhám bề mặt với điện cực hợp kim nhôm 6061 47 3.3.2 Điều kiện thực nghiệm 47 3.3.3 Khảo sát khe hở bề mặt chi tiết điện cực 47 3.3.4 Khảo sát độ nhám bề mặt 50 3.3.5 Kết bàn luận 50 3.4 Khảo sát khe hở bề mặt chi tiết điện cực độ nhám bề mặt với điện cực đồng đỏ 51 3.4.1 Điều kiện thực nghiệm 51 3.4.2 Khảo sát khe hở bề mặt chi tiết điện cực 52 3.4.3 Khảo sát độ nhám bề mặt 53 3.4.4 Kết bàn luận 53 KẾT LUẬN 54 CHƢƠNG TỐI ƢU HÓA THEO CHỈ TIÊU GIẢM MÕN ĐIỆN CỰC VÀ TĂNG CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT 55 4.1 Phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi 56 4.1.1 Giới thiệu phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi 56 4.1.2 Các bƣớc tiến hành thực nghiệm 56 4.1.3 Cơ sở phƣơng pháp Taguchi 57 4.2 Thiết kế thực nghiệm Taguchi với điện cực đồng đỏ 60 4.2.1 Điều kiện thực nghiệm 60 4.2.2 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng thông số công nghệ đến khe hở bề mặt chi tiết điện cực xung với điện cực đồng đỏ 60 iv 4.2.3 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ 64 4.2.4 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng thơng số cơng nghệ đến độ mòn điện cực xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ 67 4.2.5 Tối ƣu hóa đa mục tiêu 69 4.2.6 Ảnh hƣởng mật độ dòng điện đến độ mòn điện cực độ nhám bề mặt chi tiết 74 4.2.7 Ảnh hƣởng hình dạng điện cực tới mòn điện cực 78 4.3 Thiết kế thực nghiệm Taguchi với điện cực đồng đỏ mạ crom 81 4.3.1 Điều kiện thực nghiệm 82 4.3.2 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng thông số công nghệ đến khe hở bề mặt chi tiết điện cực xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom 82 4.3.3 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom 85 4.3.4 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng thông số cơng nghệ đến độ mòn điện cực xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom 88 4.3.5 Tối ƣu hóa đa mục tiêu 90 KẾT LUẬN 94 KẾT LUẬN CHUNG 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 101 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Diễn giải nội dung Đơn vị ton Thời gian phát xung s toff Thời gian ngừng phát xung s U0 Điện áp lớn V Ue Điện áp ổn định V Id Cƣờng độ dòng phóng tia lửa điện A J Mật độ dòng điện  Khe hở bề mặt chi tiết điện cực TWR Lƣợng mòn điện cực MRR Năng suất bóc tách vật liệu Ra Độ nhám bề mặt S/N Signal to noise F Hệ số fisher DOF Bậc tự PMEDM Powder Mixed Electrical Discharge Ký hiệu A/cm2 mm g/giờ mm3/s m Machining vi DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1 Tiết diện tròn nhỏ điện cực dùng máy Erosimat C30 18 Bảng 2.2 Vật liệu làm điện cực 32 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật máy xung EDM EXPRESS 503 42 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật thiết bị đo SURFTEST SJ-210 43 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật cân phân tích MW-P Series 44 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật TESA CAPA μ SYSTEM IP54 45 Bảng 3.5 Thành phần thép C45 45 Bảng 3.6 Thành phần thép SKD11 45 Bảng 3.7 Thành phần đồng đỏ 46 Bảng 3.8 Thành phần hợp kim nhôm 6061 46 Bảng 3.9 Khe hở phụ thuộc cƣờng độ dòng điện 48 Bảng 3.10 Kích thƣớc điện cực vị trí trƣớc sau xung 49 Bảng 3.11 Bảng thông số Ra thay đổi cƣờng độ dòng điện xung 50 Bảng 3.12 Khe hở bề mặt chi tiết điện cực phụ thuộc cƣờng độ dòng điện 52 Bảng 3.13 Bảng thơng số Ra thay đổi cƣờng độ dòng điện xung 53 Bảng 4.1 Tỷ số S/N đặc trƣng 58 Bảng 4.2 Các hệ số cấp độ (mức) thí nghiệm 61 Bảng 4.3 Bậc tự ma trận thí nghiệm 61 Bảng 4.4 Kết theo thiết kế thực nghiệm Taguchi 61 Bảng 4.5 Bảng phân tích ANOVA trị số  62 Bảng 4.6 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng thông số đầu vào đến  62 Bảng 4.7 Các hệ số cấp độ chúng mơ hình thực nghiệm 65 Bảng 4.8 Kết theo thiết kế thực nghiệm Taguchi 65 Bảng 4.9 Ảnh hƣởng tham số đến độ nhám bề mặt 66 Bảng 4.10 Các hệ số cấp độ (mức) thí nghiệm 67 Bảng 4.11 Kết theo thiết kế thực nghiệm Taguchi 67 Bảng 4.12 Bảng phân tích S/N 68 Bảng 4.13 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng thông số đầu vào đến TWR 68 Bảng 4.14 Hệ số S/N cho mục tiêu chuẩn hóa 72 Bảng 4.15 Bảng hệ số sai lệch 0,i (k ) 72 Bảng 4.16 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey 73 Bảng 4.17 Cấp quan hệ Grey  0,i 74 vii Bảng 4.18 Mức độ ảnh hƣởng thông số đầu vào đến tỷ số S/N Grey 74 Bảng 4.19 Khối lƣợng điện cực phôi 76 Bảng 4.20 Mối quan hệ mòn mật độ dòng điện 76 Bảng 4.21 Mối quan hệ độ nhám bề mặt với mật độ dòng điện 77 Bảng 4.22 Diện tích cạnh hình tƣơng ứng 79 Bảng 4.23 Bảng quan hệ góc điện cực với lƣợng mòn điện cực 80 Bảng 4.24 Các hệ số cấp độ chúng mơ hình thực nghiệm 82 Bảng 4.25 Kết theo thiết kế thực nghiệm Taguchi 83 Bảng 4.26 Bảng phân tích ANOVA trị số  83 Bảng 4.27 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng thông số đầu vào đến  84 Bảng 4.28 Các hệ số cấp độ chúng mơ hình thực nghiệm 86 Bảng 4.29 Kết theo thiết kế thực nghiệm Taguchi 86 Bảng 4.30 Ảnh hƣởng tham số đến độ nhám bề mặt 87 Bảng 4.31 Các hệ số cấp độ (mức) thí nghiệm 88 Bảng 4.32 Kết theo thiết kế thực nghiệm Taguchi 89 Bảng 4.33 Bảng phân tích S/N 89 Bảng 4.34 Bảng phân tích mức độ ảnh hƣởng thông số đầu vào đến TWR 90 Bảng 4.35 Hệ số S/N cho mục tiêu chuẩn hóa 91 Bảng 4.36 Bảng hệ số sai lệch 0,i (k ) 91 Bảng 4.37 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey 92 Bảng 4.38 Cấp quan hệ Grey  0,i 93 Bảng 4.39 Mức độ ảnh hƣởng thông số đầu vào đến tỷ số S/N Grey 93 viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình Trang Hình 1.1 Cắt dây tia lửa điện Hình 1.2 Xung định hình Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện Hình 1.4 Thống kê phƣơng pháp gia công tia lửa điện 11 Hình 1.5 Mòn điện cực với hƣớng phun dung dịch điện mơi bên cạnh 12 Hình 1.6 Mòn điện cực với hƣớng phun dung dịch điện mơi 12 Hình 1.7 Chuyển động điện cực bám theo hình đa giác 13 Hình 1.8 Phƣơng pháp xung có nhựa bảo vệ 13 Hình 1.9 Điện cực sau xung với nhựa bảo vệ khơng có bảo vệ 13 Hình 1.10 Sơ đồ phóng điện 14 Hình 1.11 Mối liên hệ động học điện cực với phôi ) 14 Hình 1.12 Sơ đồ gá đặt phơi từ trƣờng 15 Hình 1.13 Sơ đồ q trình phoi 15 Hình 2.1 Sơ đồ mối quan hệ phụ thuộc trình gia cơng EDM 17 Hình 2.2 Chiều dài điện cực 19 Hình 2.3 Gia cơng lỗ cụt nhiều điện cực liên tiếp 20 Hình 2.4 Sự hình thành kênh dẫn điện 27 Hình 2.5 Sự phóng điện qua kênh dẫn điện 27 Hình 26 Sự phục hồi 28 Hình 2.7 Bề mặt chi tiết sau gia công tia lửa điện 29 Hình 2.8 Mơ hình bề mặt điện cực-chi tiết 29 Hình 2.9 Cặp nhấp nhơ bị ăn mòn tạo hố có hình dạng miệng núi lửa 30 Hình 2.10 Năng suất độ mòn trung bình điện cực hợp kim đồng – grafit trƣờng hợp gia công thô thép hợp kim Cr-Ni-Mo-V 31 Hình 2.11 Tỉ lệ độ mòn vật liệu làm điện cực 32 Hình 2.12 Đồ thị phụ thuộc mòn điện cực suất bóc tách vật liệu vào thời gian phát xung (a) thời gian ngừng phát xung (b) 33 Hình 2.13 Vùng ảnh hƣởng nhiệt bề mặt phôi 34 Hình 2.14 Ảnh hƣởng thời gian phát xung 35 Hình 2.15 Ảnh hƣởng cƣờng độ dòng điện 35 Hình 2.16 Quan hệ MRR với số phần chia điện cực 36 Hình 2.17 Ảnh hƣởng vật liệu chất điện môi đến chất lƣợng lớp bề mặt hiệu gia công EDM 36 ix Hình 2.18 Ảnh hƣởng rung động đến MRR, TWR Ra 37 Hình 2.19 Ảnh hƣởng dạng xung đến công suất gia công 38 Hình 2.20 Ảnh hƣởng phƣơng pháp điều khiển chuyển động điện cực đến thời gian gia công EDM 38 Hình 2.21 Sự phân bố nghiên cứu EDM 39 Hình 3.1 Sơ đồ mơ hình thí nghiệm 41 Hình 3.2 Máy xung EDM EXPRESS Đài Loan 42 Hình 3.3 Thiết bị đo SURFTEST SJ-210 Nhật 43 Hình 3.4 Cân phân tích MW-P Series 44 Hình 3.5 Panme TESA CAPA μ SYSTEM IP54 44 Hình 3.6 Hình dạng mẫu thí nghiệm 45 Hình 3.7 Cơng thức tính toán khe hở xung EDM 48 Hình 3.8 Đồ thị khoảng cách khe hở điện cực chi tiết xung phụ thuộc vào cƣờng độ dòng điện 48 Hình 3.9 Kích thƣớc điện cực trƣớc, sau xung 49 Hình 3.10 Độ tăng kích thƣớc điện cực 49 Hình 3.11 Đồ thị ảnh hƣởng cƣờng độ dòng điện xung đến độ nhám bề mặt chi tiết 50 Hình 3.12 Sự tăng kích thƣớc điện cực 51 Hình 3.13 Đồ thị khoảng cách khe hở điện cực chi tiết xung phụ thuộc vào cƣờng độ dòng điện 52 Hình 3.14 Đồ thị ảnh hƣởng cƣờng độ dòng điện xung đến độ nhám bề mặt chi tiết 53 Hình 4.1 Sơ đồ khối giải tốn tối ƣu xung tia lửa điện 55 Hình 4.2 Điện cực chi tiết sau xung 60 Hình 4.3 Giá trị thực nghiệm xung quanh đƣờng chuẩn 63 Hình 4.4 Mức độ ảnh hƣởng thông số 63 Hình 4.5 Ảnh đo khe hở bề mặt chi tiết điện cực xung với chế độ tối ƣu 64 Hình 4.6 Mức độ ảnh hƣởng thông số 69 Hình 4.7 Đồ thị cấp quan hệ Grey 73 Hình 4.8 Điện cực, chi tiết gia công trƣớc xung 75 Hình 4.9 Điện cực chi tiết gia công sau xung 75 Hình 4.10 Đồ thị mối quan hệ lƣợng mòn điện cực mật độ dòng điện 77 Hình 4.11 Đồ thị mối quan hệ độ nhám bề mặt với mật độ dòng điện 78 Hình 4.12 Hình dáng hình học điện cực 79 Hình 4.13 Điện cực đồng đỏ với hình dạng khác 79 x bề mặt Bảng 4.31 tổng hợp kết tính tốn với cơng thức tính tổng bình phƣơng nhƣ sau: Q  3(m j1  m)2  3(m j  m)2  3(m j  m)2 (4.42) Trong đó: m  (1 9)i  12,363 i 1 (4.43) m ji  (1 3) ( j )i i 1 (4.44) Kết phân tích (ANOVA) cho giá trị độ nhám bề mặt bảng 4.31 chứng tỏ cƣờng độ dòng điện Ie ảnh hƣởng nhiều đến độ nhám bề mặt với 79,01%, ảnh hƣởng thời gian ngừng phóng xung toff thời gian phóng xung ton 15,56% 5,42% Do cƣờng độ dòng điện Ie tham số ảnh hƣởng quan trọng đến độ nhám bề mặt Bảng 4.30 Ảnh hưởng tham số đến độ nhám bề mặt Hệ số Giá trị trung bình η cấp độ A (ton (µs)) B (toff (µs)) C (Ie (A)) Tổng bình phƣơng Phân bố -11,910 -11,813* -13,367 4,544 5,42% -10,857* -13,803 -12,45 13,044 15,56% -8,803* -12,170 -15,423 66,224 79,01% 83,812 100,00% Tổng * Cấp độ tối ƣu b) Kết bàn luận Giá trị η cấp độ cho tham số đƣợc rõ bảng 4.30 Theo nhƣ Taguchi giá trị lớn η cho khả tạo hình tốt hệ số nên đƣợc lựa chọn với cấp độ cao η Các điều kiện để cải thiện độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng q trình gia cơng xung định hình A2B1C1 nghĩa ton = 20µs, toff = 60µs Ie = 5A Ta thực lại thí nghiệm điều kiện ton = 20µs, toff = 60µs Ie = 5A thu đƣợc độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng Ra* = 2,167µm độ nhám bề mặt nhỏ trình thực thí nghiệm 87 Độ cứng chi tiết gia cơng tăng với lý q trình gia công phần lớp mạ crom bốc thẩm thấu vào bề mặt chi tiết gia công Điều làm tăng tính chống mòn độ cứng cho chi tiết gia cơng a) b) Hình 4.19 Chiều dày lớp trắng lớp cứng chi tiết sau xung a) Chi tiết sau xung với điện cực đồng đỏ mạ cromm b) Chi tiết sau xung với điện cực đồng đỏ Từ hình 4.19a thấy chi tiết sau xung với điện cực đồng đỏ mạ crom có chiều dày lớp trắng 150,4 µm chiều dày lớp tơi cứng 320 µm Kết tốt xung với điện cực đồng đỏ nhƣ hình 4.19b với chiều dày lớp trắng 224 µm chiều dày lớp tơi cứng 211,2 µm Bên cạnh độ dày lớp trắng xung với điện cực đồng đỏ mạ crom ổn định 4.3.4 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng thông số công nghệ đến độ mòn điện cực xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom a) Thiết kế thực nghiệm Taguchi + Các mức thí nghiệm: Bảng 4.31 Các hệ số cấp độ (mức) thí nghiệm Cấp độ Các hệ số 20 10 B (toff (µs)) 60 70 50 C (Ie (A)) 10 15 A (ton (µs)) + Bậc tự ma trận thí nghiệm: DOF = + Tỷ số S/N: 88 Khi tỷ số S/N lớn độ mòn điện cực nhỏ Các ảnh hƣởng cƣờng độ dòng điện đầu vào Ie, thời gian phóng xung ton, thời gian ngừng xung toff đến khe hở bề mặt chi tiết điện cực đƣợc khảo sát: i (mm)  10log10 (TWR2 ) (4.45) Ta có kết thí nghiệm sau: Bảng 4.32 Kết theo thiết kế thực nghiệm Taguchi Độ mòn điện cực TWR (g/giờ) Các hệ số TT i A (ton (µs)) B (toff (µs)) C (Ie (A)) Giá trị 1(5) 1(60) 1(5) 0,019 34,425 1(5) 2(70) 2(10) 0,022 33,152 1(5) 3(50) 3(15) 0,020 33,979 2(20) 1(60) 2(10) 0,031 30,173 2(20) 2(70) 3(15) 0,033 29,630 2(20) 3(50) 1(5) 0,029 30,752 3(10) 1(60) 3(15) 0,037 28,636 3(10) 2(70) 1(5) 0,034 29,370 3(10) 3(50) 2(10) 0,033 29,630 + Mức độ ảnh hƣởng thông số đến khe độ mòn điện cực TWR Phân tích S/N TWR đƣợc thể bảng 4.34 bảng 4.35 Kết bảng 4.34 cho thấy thời gian phát xung ảnh hƣởng mạnh nhất, sau đến cƣờng độ dòng điện thời gian ngừng phát xung ảnh hƣởng ba thông số Bảng 4.33 Bảng phân tích S/N Mức A B C 32,22 31,67 32,56 28,98 29,65 30,12 28.1 30,22 29,72  4,12 2,02 2,84 Thứ tự ảnh hƣởng 89 Bảng 4.34 Bảng phân tích mức độ ảnh hưởng thông số đầu vào đến TWR Mức A B C 0,0210 0,0212 0,0261 0,0347* 0,0289 0,0214 0,0292 0,0345* 0,0353*  0,0137 0,0133 0,0139 Thứ tự ảnh hƣởng Kết phân tích (ANOVA) cho giá trị độ mòn điện cực bảng 4.36 cho thấy thông số tối ƣu ton = 20 s, toff = 50 s Ie = 15A Mức độ ảnh hƣởng thông số A (ton), B (toff) C (Ie) đến độ mòn điện cực (TWR) thể bảng 4.36 Giá trị ton tăng từ đến 10 giây khe độ mòn điện cực tăng mạnh, nhiên tăng tiếp ton lên 20 A độ mòn giảm mạnh Khi tăng giá trị toff từ 50 đến 70 giây độ mòn tăng nhƣng mức độ tăng khơng nhiều Đối với Ie tăng dòng điện từ đến 10 A gần nhƣ khơng có thay đổi độ mòn nhƣng tăng từ 10 đến 15 A độ mòn điện cực tăng đáng kể b) Kết bàn luận Mức độ ảnh hƣởng cấp độ cho tham số đƣợc rõ bảng 4.35, 4.36 Theo nhƣ Taguchi giá trị lớn cho khả tạo hình tốt hệ số nên đƣợc lựa chọn với cấp độ cao Bộ thông số tối ƣu để độ mòn điện cực nhỏ trình gia cơng xung định hình A2B3C3 nghĩa ton = 20 µs, toff = 50 µs Ie = 15 A 4.3.5 Tối ƣu hóa đa mục tiêu Tiến hành tối ƣu hóa đồng thời mục tiêu khe hở bề mặt chi tiết điện cực, độ nhám bề mặt độ mòn điện cực theo phân tích Grey – Taguchi, ta có bảng 4.37 với S/N cho mục tiêu Trong nghiên cứu tỷ số S/N đƣợc chuẩn hóa theo kiểu “lớn tốt hơn” Do phƣơng trình (4.30) đƣợc sử dụng để chuẩn hóa liệu Sử dụng tỷ số S/N m = 9, n = cho tỷ số S/N chuẩn hóa bảng 4.37 Tỷ số S/N chuẩn hóa lớn cho chất lƣợng tốt 90 Bảng 4.35 Hệ số S/N cho mục tiêu chuẩn hóa S/N cho  A: B: C: ton [µs] toff [µs] Ie [A] Y (dB) 1 1 -6.651 2 3 TT S/N cho Ra  S/N cho TWR Y (dB) Ra Y (dB) TWR -6.717 2.167 34.425 0.019 -3.742 0.65 -13.487 4.724 33.152 0.022 -2.270 0.77 -15.520 5.970 33.979 0.020 2 -2.499 0.75 -11.293 3.669 30.173 0.031 -0.220 0.975 -16.193 6.451 29.630 0.033 -3.479 0.67 -7.959 2.5 30.752 0.029 3 -2.975 0.71 -14.559 5.345 28.636 0.037 -4.437 0.6 -11.725 3.857 29.370 0.034 3 -1.993 0.795 -13.813 4.905 29.630 0.033 0.465 Để xác định hệ số quan hệ Grey ta sử dụng kết S/N chuẩn hóa bảng 4.38 để xác định 0,i (k ) Kết 0,i (k ) đƣợc cho bảng Với  max    Bảng 4.36 Bảng hệ số sai lệch 0,i (k ) Hệ số quan hệ Grey, 0,i (k ) TT Khe hở (dB) Ra (dB) mòn (dB) 0.333 1.000 1.000 0.477 0.412 0.665 0.611 0.350 0.850 0.585 0.509 0.373 1.000 0.333 0.345 0.497 0.792 0.408 0.539 0.377 0.304 0.433 0.486 0.333 0.645 0.400 0.345 91 Thay vào phƣơng trình (4.33) xác định đƣợc  0,i (k ) , cấp quan hệ Grey đƣợc xác định trị số trung bình  0,i (k ) , thể bảng 4.39 Bảng 4.37 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey Cấp quan hệ Grey A: B: C: ton toff Ie TT  Xếp hạng 1 1 0.778 1 2 0.518 3 0.604 2 0.489 2 0.559 0.566 3 0.406 0.417 3 0.463 Hình 4.20 Đồ thị cấp quan hệ Grey Hệ số cấp quan hệ Grey lớn cho kết đầu tốt Hình 4.19 hệ số cấp quan hệ Grey lớn 0,778 Theo phƣơng trình (4.34) ta có cấp quan hệ Grey  0,i bảng 4.40 92 Bảng 4.38 Cấp quan hệ Grey  0,i Bảng cấp quan hệ Grey Ký hiệu Thông số A Cấp quan hệ Grey  0,i Max-min Xếp hạng 0.544 0.059 0.490 0.523 0.064 0.538 0.429 0.109 3 ton 0.558 0.498 B t0ff 0.587 C Ie 0.633 Bảng 4.39 Mức độ ảnh hưởng thông số đầu vào đến tỷ số S/N Grey Bình phƣơng trung bình Phần trăm Ký hiệu Thơng số Bậc tự Tổng bình phƣơng A Ie 0.0209 0.0104 75.460 B ton 0.0019 0.0010 7.016 C t0ff 0.0048 0.0024 17.525 0.0276 0.0138 100.000 Total Trên bảng 4.41 thấy Ie ảnh hƣởng lớn đến tỷ số S/N Grey với 75,46%, tiếp đến toff với 17,525% ton ảnh hƣởng với 7,016% Căn vào ảnh hƣởng thông số đến tỷ số S/N Grey xác định đƣợc trị số hợp lý đồng thời cho mục tiêu (, Ra, TWR) Giá trị tối ƣu kết đầu đƣợc xác định theo công thức 4.17:  A ,B ,C  T  ( A2  T )  ( B3  T )  (C3  T ) 3 Ta có kết dự báo nhƣ sau:  = 0,33 mm, Ra = 2,32 m, TWR = 0,024 g/giờ 93 KẾT LUẬN Đã xác định đƣợc thông số tối ƣu để khe hở bề mặt chi tiết điện cực nhỏ q trình gia cơng xung định hình điện cực đồng đỏ ton = 5µs, toff = 60µs Ie = 5A thu đƣợc khe hở bề mặt chi tiết điện cực Δ = 0,33mm Cũng với điện cực đồng đỏ, xác định đƣợc thông số tối ƣu để độ nhám bề mặt chi tiết gia công q trình gia cơng xung định hình nhỏ ton = 20µs, toff = 60µs Ie = 5A Thực nghiệm lại với thông số tối ƣu thu đƣợc độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng Ra* = 2,188µm Đã khảo sát ảnh hƣởng mật độ dòng điện hình dạng đến độ mòn điện cực, thấy mật độ dòng điện tăng độ nhám bề mặt tăng góc độ điện cực từ 600 đến dƣới 1200 tỷ lệ mòn điện cực so với mòn chi tiết cao, điện cực từ 1200 đến dƣới 1800 tỷ lệ giảm rõ rệt lƣợng mòn tiến đến ổn định Xác định đƣợc thông số tối ƣu để độ mòn điện cực nhỏ q trình gia cơng xung định hình với điện cực đồng đỏ ton = 20 µs, toff = 50 µs Ie = 15 A Với điện cực đồng đỏ mạ crom, điều kiện để cải thiện khe hở bề mặt chi tiết điện cực q trình gia cơng xung định hình ton = 20 µs, toff = 50 µs Ie = 15 A Thực lại thí nghiệm điều kiện ton = 20 µs, toff = 50 µs Ie = 15 A thu đƣợc khe hở bề mặt chi tiết điện cực Δ = 0,11 mm, khe hở bề mặt chi tiết điện cực nhỏ nhiều so với gia công điện cực đồng đỏ Các điều kiện để cải thiện độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng q trình gia cơng xung định hình điện cực đồng đỏ mạ crom ton = 20µs, toff = 60µs Ie = 5A Ta thực lại thí nghiệm điều kiện ton = 20µs, toff = 60µs Ie = 5A thu đƣợc độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng Ra* = 2,167µm, độ nhám đƣợc cải thiện so với sử dụng điện cực đồng đỏ Các kết tối ƣu đa mục tiêu với điện cực đồng đỏ cho  = 0,38 m, Ra = 2,75 m, TWR = 0,15 g/giờ Các kết đƣợc cải thiện đáng kể với điện cực đồng đỏ mạ crom  = 0,33 mm, Ra = 2,32 m, TWR = 0,024 g/giờ Ngoài ra, độ cứng chi tiết gia công tăng sử dụng điện cực đồng đỏ mạ crom với lý q trình gia cơng phần lớp mạ crom bốc thẩm thấu vào bề mặt chi tiết gia cơng Điều làm tăng tính chống mòn độ cứng cho chi tiết gia công 94 KẾT LUẬN CHUNG Với điện cực đồng đỏ, xác định đƣợc thông số tối ƣu để đạt đƣợc khe hở bề mặt chi tiết điện cực nhỏ nhất, độ nhám bề mặt nhỏ độ mòn nhỏ q trình gia cơng xung định hình  = 0,38 mm, Ra = 2,75 m, TWR = 0,15 g/giờ Các kết đƣợc cải thiện đáng kể với điện cực đồng đỏ mạ crom với  = 0,33 mm, Ra = 2,32 m, TWR = 0,024 g/giờ Đã khảo sát ảnh hƣởng mật độ dòng điện đến mòn điện cực độ nhám bề mặt thấy rằng: Khi tăng mật độ dòng điện tỷ lệ lƣợng mòn điện cực với lƣợng mòn chi tiết giảm độ nhám bề mặt tăng Nhƣ thấy độ mòn điện cực độ nhám bề mặt bị ảnh hƣởng q trình gia cơng kiểm sốt tốt đƣợc mật độ dòng điện Nếu khơng làm tăng độ mòn điện cực độ nhám bề mặt chi tiết Ngồi biên dạng điện cực có ảnh hƣơng nhiều đến mòn điện cực ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt Các kết khảo sát cho thấy góc độ điện cực từ 600 đến dƣới 1200 tỷ lệ mòn điện cực so với mòn chi tiết cao, điện cực từ 1200 đến dƣới 1800 tỷ lệ giảm rõ rệt lƣợng mòn tiến đến ổn định Trong trình xung mật độ dòng điện khơng nên dẫn đến mòn khơng tồn điện cực, đặc biệt góc rãnh có tập trung mật độ dòng điện xảy mòn lớn nhất, để khắc phục nên chọn hình dạng điện cực tránh góc nhọn, nên chọn góc điện cực từ 120 đến 180 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Hoài Ân (2005), Gia công tia lửa điện, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội TS Đinh Minh Diệm (2015), Các phƣơng pháp gia công đặc biệt, Nxb Khoa học kỹ thuật Nguyễn Trọng Hiếu, Vũ Quang Hà, Nguyễn Đắc trung (2011), Ảnh hƣởng thông số công nghệ đến suất gia công cắt dây tia lửa điện, Tạp chí Cơ khí Việt nam, Số 4 Tăng Huy, Nguyễn Đình Đại, Những yếu tố cơng nghệ ảnh hƣởng tới độ xác tạo hình gia cơng phƣơng pháp tia lửa điện, Tạp chí khí Việt nam, tr 58-60 Bành Tiến Long, Hoàng Vĩnh Sinh, Trần Thế Lục, Trần Xuân Thái (2003), Thiết kế chế tạo điều khiển máy xung EDM dựa vi điều khiển 8051, Tạp chí cơng nghệ, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy (2013), Nguyên lý gia công vật liệu, Nxb Khoa học Kỹ thuật Bành Tiến Long, Bùi Ngọc Tuyên (2013), Lý thuyết tạo hình bề mặt ứng dụng kỹ thuật khí, Nxb Giáo dục Việt Nam Nguyễn Hữu Phấn (2016), Nghiên cứu nâng cao hiệu gia công phƣơng pháp tia lửa điện biện pháp trộn bột Titan vào dung dịch điện môi, Luận án tiến sĩ, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Hoàng Vĩnh Sinh, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục (2003), Tối ƣu hoá trình xung tia lửa điện với hàm mục tiêu độ mòn tƣơng đối, Tạp chí khoa học & cơng nghệ, 10 10 Hoàng Vĩnh Sinh, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục (2003), Nghiên cứu phƣơng pháp ổn định trình xung tia lửa điện, Tạp chí khoa học& cơng nghệ, 10 11 Lê Văn Tạo (2018), Nghiên cứu đánh giá chất lƣợng bề mặt thép SKD61 chƣa phƣơng pháp xung tia lửa điện môi trƣờng dung dịch điện mơi có chứa bột Cacbít vonfram, Luận án tiến sĩ, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội 12 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 13 Ali Ozgedik (2006), An experimental investigation of tool wear inelectric discharge machining, Int J Adv Manuf Technol 27: 488–500 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 96 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 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 17 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 352 – 357 18 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 19 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 20 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.595 – 3104 21 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 22 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 5, pp 547–550 23 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 24 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 25 Ghiculescu D., Marinescu N.(2018), Experiments of ultrasonically aided microEDM on Ti with nanostructured superficial TiO layers, MATEC Web of Conferences 178, 03010 97 26 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 27 Ho K.H., Newman S.T (2003), State of the art electrical discharge machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture 43, pp.1287–150 28 Jahan P M (2009), Micro-EDM based multi-process machining of tungsten carbide, A thesis submitted, National university of Singpore 29 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 30 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– 1010 31 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 32 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 33 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, (1), pp 13-22 34 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 35 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 powdermixed dielectric, WSEAS Transactions on Applied & Theoretical Mechanics, 9, pp 161 36 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 37 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 38 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 98 39 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 40 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 41 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 cobaltbonded tungsten carbide, Int J Adv Manuf Technol 40, pp 95-104 42 Lakshmi M V., Chaitanya M L.(2015), Application of Taguchi based Grey Relational Analysis for Evaluating Optimal Parameters of Laser Micro Drilling Al7075/SiCp Metal Matrix Composite, International Journal of research In Mechanical engineering & technology, (2), pp 16-22 43 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 44 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 Ecomaterials processing and Design - ISEPD2014, pp 363-366 45 Marafona J D., Araujo A (2009), Influence of workpiece hardness on EDM performance, International Journal of Machine Tools & Manufacture 49, pp 744–748 46 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 47 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 21-5 48 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 49 Pandey P C., Shan H.S (1999), Modern Machining Process, Tata McGraw- Hill Publishing Company Ltd, pp 84-113 50 Pawade* M M., Banwait S S (2013), A Brief Review of Die Sinking Electrical Discharging Machining Process towards Automation, American Journal of Mechanical Engineering, 2013, Vol 1, No 2, 43-49 99 51 Roy, R (1910), A Primer on the Taguchi Method, New York : Van Nostrand Reinhold 52 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 53 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 54 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), pp 133-139 55 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 56 Tzeng Y F., Lee C Y (2001), Effects of Powder Characteristics on Electro discharge Machining Efficiency, Int J Adv Manuf Technol17, pp 586–592 57 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.1195–201 58 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 57-312 59 Y Ziada, P Koshy(2007), Rotating Curvilinear Tools for EDM of Polygonal Shapes with Sharp Corners, Ann CIRP 56(1), pp 221–224 60 Yin Qingfeng*, Wang Baorui(2014), Research of lower tool electrode wear in simultaneous EDM and ECM, Journal of Materials Processing Technology, pp 1759–1768 61 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 62 Xiaoshun Zhuang, Lenan Zhang, Jianyi Du, Zhiliang Wang, Jingyu Pei (2015), Geometric prediction of conic tool in micro-EDM milling with fixlength compensation using simulation, International Journal of Machine Tools & Manufacture Vol 89, pp 86-94 63 Reza Teimouri, Hamid Baseri (2012), Effects of magnetic field and rotary tool on EDM performance, Journal of Manufacturing Processes Vol 14, 316-322 100 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN PGS TS Hồng Vĩnh Sinh1a, TS Trần Văn Khiêm 2b, ThS Trần Quang Huy2c(2015), Khảo sát độ nhám bề mặt sản phẩm, khe hở kích thƣớc điện cực sau xung tia lửa điện điện cực nhơm, hội thảo khí tồn quốc, số 5, pp ThS Trần Quang Huy, PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh, TS Trần Văn Khiêm (2017), Khảo sát khe hở phóng xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ thép SKD11, tạp chí khí Việt Nam, số 10, pp 76-80 ThS Trần Quang Huy, PGS TS Hoàng Vĩnh Sinh, TS Trần Văn Khiêm (2018), Khảo sát độ nhám bề mặt chi tiết gia công xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ thép SKD11, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Trƣờng Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 47, pp 17-19 Tran Quang Huy, Hoang Vĩnh Sinh, Tran Van Khiem (2018), Research on Relative Wear and Roughness Follow the Current Density in EDM Die Sinking, International Journal Applied Mechanics and Materials, ISSN: 1662-7482, Vol 889, pp 102-106, doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.889.102, 2019, Trans Tech Publications, Switzerland 101 ... tài: Nghiên cứu mòn biên dạng điện cực chất lƣợng bề mặt gia công phƣơng pháp xung tia lửa điện làm đề tài luận án tiến sỹ Mục tiêu luận án Đánh giá đƣợc mòn biên dạng điện cực chất lƣợng bề mặt. .. tiết gia công phƣơng pháp xung tia lửa điện, tìm chế độ cơng nghệ tối ƣu để đạt lƣợng mòn điện cực, độ nhám bề mặt gia công nhỏ Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan phƣơng pháp xung tia lửa. .. vậy, hƣớng nghiên cứu mòn chất lƣợng gia công phƣơng pháp xung tia lửa điện chƣa đƣợc đề cập nghiên cứu sử dụng loại điện cực có vật liệu khác (điện cực nhôm, điện cực đồng đỏ điện cực đồng đỏ