Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG
SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ NĂNG
SUẤT GIA CÔNG TRONG GIA CÔNG CẮT DÂY TIA
LỬA ĐIỆN THÉP 9CrSi SAU KHI TÔI
LƢU ANH TÙNG Học viên: Lƣu Anh Tùng
Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn
THÁI NGUYÊN, 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

3
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LƢU ANH TÙNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG
SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ NĂNG
SUẤT GIA CÔNG TRONG GIA CÔNG CẮT DÂY TIA


PGS.TS Nguyễn Quốc Tuấn
HỌC VIÊN

Lƣu Ang Tùng
KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các
phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn.


người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm
đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn KS Hoàng Anh Toàn – Trung tâm thí nghiệm
- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ tận tình tác giả trong quá trình
thực hiện thí nghiệm.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy, cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp
– khoa Cơ khí - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để
tác giả hoàn thành Luận văn này.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai
sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà
khoa học và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả Lƣu Anh Tùng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

6

15
1.2 Các phương pháp gia công tia lửa điện
16
1.2.1 Phương pháp gia công xung định hình
16
1.2.2 Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện
16
1.2.3 Các phương pháp khác
16
1.3 Cơ sở của phương pháp gia công tia lửa điện
18
1.3.1 Bản chất vật lý
18
1.3.2 Cơ chế bóc tách vật liệu
23
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện
23
1.4.1 Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện
24
1.4.2 Dòng điện và bước của dòng điện
28
1.4.3 Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ
28
1.4.4 Ảnh hưởng của điện dung C
31
1.4.5 Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công
32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


40
1.10.1 Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi
40
1.10.2 Các loại chất điện môi
42
1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi
42
1.10.4 Các loại dòng chảy của chất điện môi
44
1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi
46
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
50
2.1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện
50
2.1.2.1 Ưu điểm
50
2.1.2.2 Nhược điểm
50
2.2 Độ chính xác khi gia công tia lửa điện
51

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

2.7.1 Các trục điều khiển và hệ tọa độ
59
2.7.2 Các chức năng “G”
60
CHƢƠNG III
THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ
THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ NĂNG
SUẤT GIA CÔNG TRONG GIA CÔNG CẮT DÂY TIA LỬA ĐIỆN
THÉP 90CrSi SAU KHI TÔI.

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 dụng cụ đo kiểm
74
3.2 Xây dựng hàm mục tiêu tối ưu hóa một số thông số công nghệ trong gia
công cắt dây tia lửa điện thép 9CrSi sau khi tôi.
75
3.2.1 Mô hình định tính quá trình cắt dây tia lửa điện.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

10 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Danh mục các mã G
Bảng 2.2 Danh mục các mã 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 9CrSi
Bảng 3.3 Chế độ nhiệt luyện thép 9CrSi
Bảng 3.4 Phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm T
on
, T
off
, U.

Hình 1.7. Mối quan hệ giữa θ và t
i
[1]
Hình 1.8. Mối quan hệ giữa Rmax và ti (với t
i
= t
d
+ t
e
). [1]
Hình 1.9- Ảnh hưởng của ti và t
0
đến năng suất gia công [1]
Hình 1.10- Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ
Hình 1.11. Quan hệ giữa η và ap [1]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

11
Hình 1.12. Ảnh hưởng của điện dung C [1]
Hình 1.13. ảnh hưởng của diện tích vùng gia công F [1]
Hình 1.14. Các thông số ảnh hưởng đến năng suất khi gia công EDM
Hình 1.15. Vùng ảnh hưởng nhiệt của bề mặt phôi
Hình 1.16. Hiện tượng hồ quang điện [1]
Hình 1.17. Hiện tượng ngắn mạch sụt áp [1]
Hình 1.18. Hiện tượng xung mạch hở [1]
Hình 1.19. Dòng chảy bên ngoài
Hình 1.20. Dòng chảy áp lực
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 3.11. Đồ thị quan hệ năng suất cắt phụ thuộc T
on
và T
off
khi U=45v
Hình 3.12. Đồ thị đường mức năng suất cắt phụ thuộc T
on
và T
0ff
khi U=45v
Hình 3.13. Tối ưu hóa theo đồng thời chỉ tiêu Nhám bề mặt và năng suất cắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

12 PHẦN MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
- Gia công bằng cắt dây tia lửa điện (gọi tắt là gia công cắt dây) là một trong
các phương pháp gia công tiên tiến được sử dụng khá rộng rãi. Phương pháp này
được dùng để gia công các khuôn mẫu, dụng cụ như khuôn đột, khuôn đùn, ép kim
loại, các loại cối định hình vv… . Phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi gia công
các lỗ nhỏ và sâu, các lỗ, rãnh có thành rất mỏng trên vật liệu khó gia công (thép
khổng rỉ, thép đã tôi…). Chính vì thế việc xác định chế độ cắt dây tối ưu khi gia
công các loại vật liệu khác nhau là vấn đề hết sức quan trọng và cần thiết.
- Trong gia công cắt dây, có rất nhiều các thông số công nghệ ảnh hưởng đến
chất lượng bề mặt, năng suất gia công, độ chính xác gia công. Chất lượng bề mặt và
vận tốc cắt là hai thông số quan trọng nhất [1]. Do vậy, có khá nhiều nghiên cứu tập

Dây: Dây đồng có đường kính 0,25mm.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
III. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
3.1. Ý nghĩa khoa học
Từ việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, đề
tài đã đưa ra hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa nhám bề mặt và năng suất cắt
với các thông số của quá trình gia công với thời gian phóng điện T
on
, thời gian ngắt
xung T
off
, hiệu điện thế phóng điện U khi gia công thép 9CrSi sau khi tôi. Từ đó đưa
ra cơ sở cho việc tối ưu hóa quá trình gia công cũng như tiền đề cho các nghiên cứu
khác.
Đề tài góp phần hoàn thiện việc lựa chọn các thông số tối ưu cho quá trình
gia công trên máy cắt dây nói chung và gia công thép 9CrSi sau khi tôi trên máy cắt
dây nói riêng.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Gia công tia lửa điện bằng cắt dây ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nhiều
nước trên thế giới. Vì vậy, đề tài này có ý nghĩa trong thực tiễn gia công các khuôn
dập, khuôn ép, cối dập thuốc….
IV. 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 trình bày nội dung như sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

14
Chƣơng 1. Tổng quan về gia công tia lửa điện


15
CHƢƠNG I
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 người Nga Lazarenko đã tìm ra phương 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 được 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 tượng
phóng điện có những phát triển lớn trong những năm gần đây và đã đưa ra thêm một
số phương pháp gia công dùng nguyên lý của phương pháp gia công tia lửa điện.
1.1. Đặc điểm của phƣơng pháp gia công tia lửa điện
Gia công tia lửa điện là phương pháp gia công bằng cách phóng điện ăn mòn
trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được 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 thường là những vật liệu cứng và đã qua nhiệt luyện như
thép đã tôi, các hợp kim cứng. Vật liệu điện cực thường là đồng, grafit…
- Vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu phôi đề phải có tính dẫn điện tốt.
- Môi trường gia công: Khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi
làm môi trường gia công. Đây là dung dịch không dẫn điện ở điều kiện làm việc
bình thường.
1.1.2. Khả năng công nghệ của phƣơng pháp gia công tia lửa điện.
Phương pháp gia công tia lửa điện có thể tạo được các mặt định hình là
đường thẳng, đường cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profin phức tạp,… với

- Phủ bằng tia lửa điện (EDD): Là phương 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
cương liên kết kim loại thường được làm theo phương pháp này. Điện áp xung được

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

17
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 được sử dụng để chế tạo bánh
mài có hình dạng đặc biệt.
- Gia công EDM trợ giúp của siêu âm (Ultrasonic Aided EDM): Là phương
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
phương pháp gia công trong đó vật liệu được 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 được quay với tốc độ lớn (tới 10.000 vg/ph). Điện cực sử
dụng trong MEDM có kích thước nhỏ và được chế tạo bằng các phương pháp gia
công tia lửa điện khác. Phương 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 phương pháp cắt dây sử dụng
điện cực Wolfram có đường kính dây nhỏ dưới 10 μm. Phương pháp này dùng để
gia công cắt dây các lỗ siêu nhỏ có kích thước 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 đường cong hoặc đường xuyến.
Trích đoạn Khe hở phóng điện Mô hình định tính quá trình cắt dây tia lửa điện. Các thông số đầu vào của thí nghiệm Ảnh hƣởng của các thông số gia công đến năng suất gia công. Tiến hành gia công thử kiểm nghiệm kết quả.