- 1 -
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
- Nhu cầu dùng vật liệu cứng, vật liệu siêu cứng, vật liệu có độ
bền cao không ngừng tăng.
- Gia công những vật liệu này bằng phương pháp gia công cắt
gọt thông thường là rất khó.
- Một số hình thức gia công mới ra đời: gia công bằng siêu âm,
bằng tia nước…
- Gia công tia lửa điện có nhiều ưu điểm:
+ Năng suất cao
+ Chất lượng bề mặt tốt
+ Khả năng gia công không phụ thuộc vào độ cứng của vật
liệu.
- Cơ tính của thép gió: Độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt, độ
cứng nóng cao
Việc gia công thép gió bằng các phương pháp gia công truyền
thống gặp nhiều khó khăn.
- Khi gia công bằng phương pháp cắt dây tia lửa điện, chất
lượng gia công thay đổi nhiều so với các vật liệu khác khi
được gia công với cùng một phương pháp.
- Đề tài “Tối ưu hóa chế độ cắt của phương pháp gia công cắt
dây tia lửa điện - ứng dụng gia công lòng khuôn trên của bộ
khuôn dập sản phẩm vòng đệm hãm 7 cánh trên máy cắt dây
CW – 322S” được chọn với các mục đích:
+ Xác định chế độ công nghệ hợp lý
- 2 -
+ Tối ưu hóa chế độ công nghệ.
2. Đối tượng, mục đích và phương pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Ba thông số công nghệ của phương pháp gia công cắt dây tia lửa

phóng điện ăn mòn trên cơ sở tác dụng nhiệt của xung điện được tạo ra
do sự phóng điện giữa hai điện cực [18].
1.1.1. Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia
lửa điện
1.1.2. Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia
lửa điện.
1.2. Các phương pháp gia công tia lửa điện
1.2.1. Phương pháp gia công xung định hình
1.2.2. Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện
1.2.3. Các phương pháp khác
- Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM)
- Phủ bằng tia lửa điện (EDD)
- Gia công EDM trợ giúp của siêu âm (Ultrasonic Aided EDM)
- Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding- AEDG)
- Gia công xung định hình siêu nhỏ (MEDM)
- Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM)
1.3. Cơ sở của phương pháp gia công tia lửa điện
1.3.1. Bản chất vật lý
Pha I: Pha đánh lửa [18]
Pha II: Sự hình thành kênh phóng điện [18]
Pha III: Sự nóng chảy và bốc hơi vật liệu [18]
1.3.2. Cơ chế bóc tách vật liệu
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện
1.4.1. Các đặc tính về điện
- 4 -
- Điện áp đánh tia lửa điện U
z
(V)
- Thời gian trễ đánh lửa t
d

1.8.4 Sự quá nhiệt của chất điện môi
1.9 Các yếu tố không điều khiển được
1.9.1 Nhiễu hệ thống
1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên
1.10 Dung dịch chất điện môi trong gia công tia lửa điện
- 5 -
1.10.1 Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi
1.10.2. Các loại chất điện môi
1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi
1.10.4 Các loại dòng chảy của chất điện môi
1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi

KẾT LUẬN CHƯƠNG I
- Phương pháp gia công tia lửa điện ra đời nhằm đáp ứng nhu
cầu cần sử dụng các vật liệu cứng, có cơ tính cao, độ bền mòn cao, các
vật liệu siêu cứng… Tuy nhiên việc gia công các vật liệu đó bằng các
phương pháp gia công truyền thống là rất khó khăn và đôi khi không
thực hiện được.
- Các thông số công nghệ được sử dụng trong gia công tia lửa
điện như: hiệu điện thế phóng tia lửa điện, dòng phóng tia lửa điện, tốc
độ di chuyển của điện cực, chất điện môi… có ảnh hưởng lớn và phức
tạp đến năng suất cắt và nhám bề mặt. Vì vậy cần tiến hành nghiên cứu
tìm ra ảnh hưởng của các yếu tố đó khi gia công ứng với mỗi loại vật
liệu, với mỗi máy gia công nhằm nâng cao hiệu quả trong việc khai
thác và sử dụng các thiết bị và đặc biệt là nâng cao năng suất và chất
lượng của quá trình gia công.

- 6 -
Chương 2
CHƯƠNG II

- Có độ giãn dài cao
- Có tính dẫn nhiệt tốt
2.3.2. Các loại dây điện cực
Đặc tính của dây điện cực bao gồm:
- Đường kính dây: Thường dùng loại dây có đường kính d =
0,1 ÷ 0,3mm.
- Vật liệu dây.
Đối với máy cắt dây CW – 322S, dây điện cực được sử dụng
là dây đồng, đường kính dây d = 0,1 ÷ 0,3mm, dây được sử dụng 1
lần.
2.4. Sự thoát phoi trong quá trình cắt dây
- Thổi chiều trục dưới áp lực (dòng chảy chiều trục)
- Dòng chảy tuần hoàn tự nhiên: sử dụng trong trường hợp
phôi được nhấn chìm trong chất điện môi.
2.5. Nhám bề mặt khi cắt dây trên máy cắt dây CW – 322S
2.6. Các thông số điều chỉnh trong quá trình gia công trên máy
cắt dây CW – 322S
2.6.1. Dòng phóng tia lửa điện I
e

- 8 -
Dòng phóng tia lửa điện I
e
có ảnh hưởng lớn nhất đến chất
lượng bề mặt và lượng hớt vật liệu (năng suất gia công). Dòng I
e
càng
mạnh thì lượng hớt vật liệu càng lớn và độ nhám bề mặt cũng càng lớn
(độ bóng càng nhỏ) [18].
Dòng phóng tia lửa điện I

- Chọn t
0
đủ nhỏ để có thể hớt được một lượng vật liệu phôi lớn.
- Chọn t
0
đủ lớn để tránh các lỗi của quá trình.
- 9 -
2.6.4. Điện áp đánh lửa U
z

Dùng điện áp đánh lửa U
z
để khởi đầu sự phóng tia lửa điện.
Cùng với bước của dòng điện, U
z
có ý nghĩa quyết định tới chiều rộng
khe hở phóng điện.
2.6.5. Khe hở phóng điện
2.6.6. Tốc độ dịch chuyển của dây điện cực
Tốc độ dịch chuyển của dây v
d
: Tốc độ di chuyển của dây v
d
là
vận tốc dây điện cực dịch chuyển dọc theo đường dẫn của dây, dây
được di chuyển liên tục [18]. Tốc độ di chuyển của dây điện cực trên
máy cắt dây CW -322S trong khoảng 1÷15 m/ph. Khi tốc độ lớn thì
quá trình gia công ổn định hơn, tốc độ cắt tăng nhẹ.
2.7. Lập trình gia công trên máy cắt dây CW – 322S
Lập trình gia công tia lửa điện trên máy cắt dây CW – 322S

cùng với một giá trị bằng số có hai chữ số. Đó là những số cố định đã
được mã hóa, chúng mang một ý nghĩa nhất định được trình bày trong
bảng 2.2. Nếu lệnh mã M được cho cùng một block dịch chuyển thì nó
sẽ có tác dụng sau khi hoàn thành dịch chuyển bù đường kính dây
hoặc đang có phương thức cắt côn thì nó cho phép viết lệnh M với một
block đơn. Tuy nhiên, việc cho liên tiếp các lệnh mã M của nhiều hơn
2 block là không thể được.
- 11 -
2.7.4. Các phép copy dịch chuyển
2.7.5. Các lệnh cắt côn
KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Trong chương II, tác giả đi sâu vào tìm hiểu cấu trúc của máy
cắt dây CW – 322S và các thông số điều chỉnh trong quá trình gia
công. Năng suất gia công và chất lượng bề mặt gia công phụ thuộc rất
nhiều vào các thông số này. Vì vậy cần tiến hành nghiên cứu và thiết
lập các mối quan hệ giữa các thông số đó với năng suất và chất lượng
của bề mặt gia công.

- 12 -
CHƯƠNG 3
TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT CỦA PHƯƠNG PHÁP CẮT DÂY
3.1. Tổng quan về tối ưu hóa và phương pháp bề mặt chỉ tiêu
3.1.1. Tổng quan về tối ưu hóa
a. Bài toán tối ưu tổng quát
b. Bài toán quy hoạch tuyến tính (QHTT)
c. Bài toán vận tải
d. Bài toán cái túi
3.1.2. Phương pháp bề mặt chỉ tiêu (Response Surface
Methodology – RSM) [20]
Nội dung chính của RSM là sử dụng một chuỗi thí nghiệm

, I
e
, v
d
…
Đầu ra: Năng suất gia công đạt cao nhất.
3.2.2. Các giả thiết và điều kiện thí nghiệm
Các giả thiết
Điều kiện thực hiện thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm: Máy cắt dây CW – 322S tại trung tâm thí
nghiệm của trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp.
- 14 -
Vật liệu gia công: Thép gió P18.
Các dụng cụ đo kiểm
3.2.3. Ứng dụng phương pháp RSM tối ưu hóa chế độ cắt khi
gia công lòng khuôn trên của bộ khuôn dập sản phẩm vòng đệm
hãm 7 cánh trên máy cắt dây CW – 322S
3.2.3.1. Các thông số đầu vào của thí nghiệm
Nhóm thí nghiệm này được thiết kế với 3 thông số có ảnh
hưởng tới lượng hớt vật liệu và nhám bề mặt đó là: điện áp phóng tia
lửa điện U
e
, dòng phóng tia lửa điện I
e
, tốc độ di chuyển của dây v
d
.
- 15 -
Bảng 3.6: Phạm vi khảo sát các biến thực nghiệm
Mức

lượng hớt vật liệu với các thông số U
e
, I
e,
v
d
có dạng sau:
)/(18),,(
3
phmmvIUfMRR
deeMRR
≥=
(*)
Với:







≤=
≤≤
≤≤
≤≤
mvIUfR
phmv
AIA
VUV
deeRaa

1
x
3
x
2
x
3

2
1
x

2
2
x

2
3
x

t
Vc Y
1
1
-1
-1
-1
1
1
1

1
1
1
39,5
4,4
17,63
6
1
1
-1
1
-1
1
-1
1
1
1
30,5
5,7
22,95
7 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 44,5 3,9 15,63
8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 33,4 5,2 20,95
9
1
-1,682
0
0
0
0
0

0
0
2,828
38,6
4,5
18,01
14
1
0
0
1,682
0
0
0
0
0
2,828
39,5
4,4
17,68
15 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38,6 4,5 18,05
16 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38,6 4,5 18,03
17
1
0
0
0
0
0
0

v
dStdOrder
RunOrder
PtType
Blocks
Ue
Ie
vd
1 1 12 1 1 -1 -1 -1
2 2 3 1 1 +1 -1 -1
3
3
11
1
1
-1
+1
-1
4
4
1
1
1
+1
+1
-1
5 5 5 1 1 -1 -1 +1

-1
1
0
+1,682
0
13 13 14 -1 1 0 0 -1,682
14 14 19 -1 1 0 0 +1,682
15
15
15
0
1
0
0
0
16
16
2
0
1
0
0
0
17 17 7 0 1 0 0 0
18 18 17 0 1 0 0 0
19
19
20
0
1

-1
1
-1
16,05
4
4
1
1
1
1
1
-1
21,36
5 5 5 1 1 -1 -1 1 17,63
6 6 16 1 1 1 -1 1 22,95
7
7
4
1
1
-1
1
1
15,63
8
8
18
1
1
1

0
0
0
18,05
16
16
2
0
1
0
0
0
18,03
17 17 7 0 1 0 0 0 18,00
18 18 17 0 1 0 0 0 18,23
19
19
20
0
1
0
0
0
18,02
20
20
10
0
1
0

0617,0
33
−=b

0000,0
12
=b

0000,0
13
=b

0000,0
23
=b
Đánh giá tính có nghĩa của các hệ số hồi quy:
t
0
=14947,87
t
1
=4995,32
t
2
=1878,73
t
3

.
Các giá trị t
12
, t
13
, t
23
nhỏ hơn giá trị t
bang
, do đó loại các hệ số b
12
, b
13
,
b
23
ra khỏi phương trình hồi quy. Phương trình hồi quy còn lại có
dạng:
2
3
2
2
2
1321
0617,07068,07637,01629,09982,06541,21111,18 xxxxxxy −++−−+=
(3.33)
Kiểm định sự phù hợp của phương trình hồi quy với thực nghiệm
theo các công thức 3.25 và 3.26:
Giá trị tính được của chuẩn F bằng:
18,2=

v
d
nhận thấy ảnh hưởng của I
e
là nhiều nhất, U
e
ảnh hưởng ít
hơn, còn v
d
hầu như không ảnh hưởng đến lượng hớt vật liệu MRR.
• Đồ thị bề mặt chỉ tiêu:
- 20 -

Hình 3.20. Đồ thị quan hệ lượng hớt vật liệu phụ thuộc I
e
và U
e
khi v
d
=2 m/ph.

Hình 3.21. Đồ thị đường mức lượng hớt vật liệu phụ thuộc U
e
và I
e
khi v
d
= 2 m/ph.
• Tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR với miền ràng buộc là
(**)

6040
(****)
Bảng 3.11: Kết quả thí nghiệm
STT
x
1

x
2

x
3

U
e

I
e

v
d

y
MRR
y
Ra

1
-1
-1

2
3
17,63
1,63
6
1
-1
1
60
2
3
22,95
2,46
7
-1
1
1
40
4
3
15,63
2,33
8 1 1 1 60 4 3 20,95 3,16
9
-1,682
0
0
33,182
3
2

14
0
0
1,682
50
3
3,682
17,68
1,92
15
0
0
0
50
3
2
18,05
2,29
16 0 0 0 50 3 2 18,03 2,27
17
0
0
0
50
3
2
18,00
2,29
18
0

0,00323250,21480,350620,3292,20866
0,00323250,2148-0,350620,3292,20866
xxxxy
xxxxy
Ra
Ra
−+−−−=−⇒
+++=










−=










−

i
λ
:
10000;41,0;04846,0
321
−=−=−=
λλλ

Các giá trị đặc trưng
i
λ
đều âm nên điểm cực trị là điểm cực đại.
Thay các giá trị này vào các phương trình hồi quy của lượng hớt vật
liệu và nhám bề mặt, được các giá trị tại điểm tối ưu:
9058,21=MRR
,
39,2=Ra

Vậy giá trị cực trị của lượng hớt vật liệu là MRR=21,5186 mm
3
/ph tại
)/(79,1);(2);(53,56 phmvAIVU
dee
===

Tính bằng máy:
Kết quả tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR với hàm ràng buộc là
Ra như trong hình 3.23.
Response Optimization
Parameters

số tối ưu có các xác lập: U
e
=56,5357V, I
e
= 2,0 A, v
d
=1,7883 m/ph,
lượng hớt vật liệu MRR = 21,86 mm
3
/ph.
Đồ thị tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR theo chỉ tiêu độ
nhám bề mặt Ra được trình bày trên các hình 3.25.
- 24 -

Hình 3.25: Đồ thị tối ưu hóa lượng hớt vật liệu MRR theo chỉ tiêu
nhám bề mặt Ra
Quan sát đồ thị trên hình 3.25, có thể lựa chọn các thông số cắt
để đồng thời đạt được chỉ tiêu về lượng hớt vật liệu và nhám bề mặt.
Khi đó, sẽ chọn thông số công nghệ tối ưu như sau: U
e
= 56,6 V, I
e
= 2
A, v
d
= 1,8 m/ph

- 25 -
KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Trong chương III, tác giả đã tập trung vào nghiên cứu ảnh

cắt dây và cụ thể như sau:
)/(0610,07079,00076,00819,02472,54988,03329,33
3222
phútmmvIUvIUMRR
deedee
−+++−−=
- Đã tối ưu hóa lượng hớt vật liệu với ràng buộc là Ra và tìm
ra các thông số (U
e
, I
e
, v
d
) để đạt năng suất gia công MRR= 21,8600
mm
3
/ph: U
e
= 56,5357 V, I
e
=2 A, v
d
= 1,7883 m/ph