Luận văn Tối ưu hoá các thông số công nghệ trên máy cắt dây EDM khi gia công thép không gỉ

2 M99 Kết thúc chương trình con * Nhóm các lệnh dịch chuyển mã “G” - Định vị dịch chuyển nhanh G00- nội dung câu lệnh là: G00 X- Y- U- V-; hoặc Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 60 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên G00 Z- ; Trong đó các giá trị U và V có ý nghĩa khi cắt côn, còn trục Z cho phép điều chỉnh dây đồng thời chỉ 1 trục. Các giá trị toạ độ còn phụ thuộc vào việc sử dụng hệ toạ độ tuyệt đối (lệnh G90) hay hệ toạ độ tương đối (G91). - Nội suy đường thẳng G01: G01 thực hiện di chuyển để cắt theo đường thẳng tới vị trí toạ độ trong câu lệnh. Tốc độ dịch chuyển chạy dao phụ thuộc vào việc sử dụng lệnh chạy dao hằng số (G94) hay chạy dao servo (G95). nếu dùng lệnh G94 thì tốc độ chạy dao sẽ không đổi theo thông số F được đưa vào trong câu lệnh, nếu dùng lệnh G95 thì nó sẽ được đặt tự động để đạt được một tốc độ chạy dao Servo dựa trên các điều kiện phóng điện ăn mòn. Ngoài ra, việc chọn hệ toạ độ G90 và G91 sẽ quyết định tới đích của câu lệnh. - Nội suy vòng tròn G02 và G03: lệnh G02 dùng để dịch chuyển dây theo chiều cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ trên xuống, G03 dùng để dịch chuyển dây ngược chiều kim đồng hồ nhìn từ trên xuống. Câu lệnh có dạng: G02 X- Y- I- J- F-; hoặc G03 X- Y- I- J- F-; Trong đó I, J là toạ độ tâm đường tròn. Nếu cắt đủ cả vòng (3600) thì không cần nhập toạ độ X và Y mà chỉ cần nhập toạ độ tâm I và J là đủ. - Lệnh tạm dừng tại chỗ G04 (Dwell time): lệnh này có thể làm chậm và trì hoãn việc thực hiện lệnh đối với block tiếp theo bằng một thời gian cố định trong chương trình. Câu lệnh có dạng: G04 X-; hoặc G04 P-; Trong đó con số đứng sau X hoặc P là thời gian dừng gia công (đơn vị là ms nếu con số không có dấu chấm và là s nếu có dấu chấm). * Nhóm các lệnh dịch chuyển đường kính G41 hoặc G42: Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 61 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Như ta đã biết, phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện là dùng một dây dẫn để cắt một chi tiết kim loại bằng phương pháp phóng tia lửa điện. Phương pháp này để lại trên chi tiết 1 vết cắt. Do đó, quỹ đạo của tâm dây cắt sẽ không trùng với profin của chi tiết cần gia công. Mà profin của chi tiết gia công chỉ là một hình đồng dạng với quỹ đạo dây, cách quỹ đạo dây một khoảng bằng chiều rộng rãnh cắt. Để thuận lợi cho việc lập trình gia công, người ta sử dụng lệnh G41/G42 để thực hiện việc bù khoảng cách này. Khi đó người lập trình chỉ cần lập trình quỹ đạo dây trùng với profin của chi tiết, phần mềm điều khiển sẽ tự động bù khoảng cách phóng điện để gia công ra chi tiết có đúng profin cần thiết. Khoảng cách này sẽ phụ thuộc vào các thông số mà người lập trình đưa vào sẵn trước khi gia công. Dạng của câu lệnh là: G41 D-; G42 Đ-; G40; Trong đó, con số sau D là một mã số có giá trị từ 01, 02, ... đến 199. Mã số này tương ứng với các mức dịch chuyển đã được quy định sẵn. Ví dụ. D01 thì dây sẽ dịch chuyển một khoảng là 0,29mm Đ02 thì dây sẽ dịch chuyển một khoảng là 0,38mm G40 là lệnh mà khi được sử dụng thì tâm dây sẽ được chuyển động ngay trên quỹ đạo lập trình. G41 là sử dụng lệnh dịch chuyển đường kính dây bên trái, tức là dây sẽ dịch chuyển về bên trái của chi tiết gia công nhìn theo hướng di chuyển của dây. G42 sử dụng lệnh dịch chuyển đường kính dây bên phải, tức là dây sẽ dịch chuyển về bên phải của chi tiết gia công nhìn theo hướng di chuyển của dây. (xem Hình 2.5) Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 62 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.5- Các lệnh dịch chuyển đường kính dây G41/G42 Khi đặt giá trị âm cho giá trị chuyển dịch đường kính dây sự bù phải/trái sẽ bị đảo ngược, ví dụ là dùng G41 thì sẽ thành bù phải. * Các phép copy dịch chuyển Đây là một chức năng để tạo ra một quỹ đạo dây được dịch chuyển so với quỹ đạo dây cho trước của chương trình con bằng cách cho các lệnh chuyển vị toạ độ ở Bảng 2.3 sau: Lệnh dịch chuyển Tham số chuyển vị Địa chỉ Rotation Góc quay Q Scale Tỷ lệ (phóng to thu nhỏ) K Mirror Chiều đối xứng gương B Rotation repeat Góc quay, giá trị lặp lại Q, L + Rotation: hình cơ bản đã được lập trình trong chương trình con, khi xuất hiện lệnh này thì chương trình sẽ gia công theo chương trình con ở 1 góc có địa chỉ Q, tâm quay là vị trí ngay trước khi viết lệnh Rotation. Câu lệnh có dạng: Q- M98, O-; + Scale copy: trong copy phóng to thu nhỏ hình cơ bản cũng đã được lập trình sẵn theo chương trình con được phóng to thu nhỏ theo một tỷ lệ được quy định trong câu lệnh. Tâm phóng to thu nhỏ tại vị tí ngay trước lệnh copy. Câu lệnh có dạng: K- M98, O-; Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 63 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + Mirror copy: trong copy đối xứng gương, hình cơ bản đã được lập trình theo chương trình con được lấy đối xứng qua trục X (và U) hoặc Y (và V) hoặc cả X, Y (và U, V). Câu lệnh có dạng: B- M98, O-; + Ỏotation repeat copy: copy lặp lại là một chức năng để viết lệnh góc quay và giá trị số lần nhắc lại chương trình con. Góc quay được viết lệnh dưới chữ cái Q, số lần lặp lại được viết dưới chữ cái L. Câu lệnh có dạng: L- Q- M98, O-; * Các lệnh định vị tự động: G110, G111, G112, G113 + Lệnh tự động định vị mép phôi G110: với lệnh này, dây được định vị ở mặt phẳng mép phôi sẽ dò mặt phẳng này nhiều lần để xác định chính xác mặt phẳng mép phôi. Để đặt chiều di chuyển dây, viết lệnh địa chỉ X và Y có kèm theo sau là dấu “+” hoặc “-”. Ví dụ: G110 X+; dây dịch chuyển theo chiều X+ G110 Y-; dây dịch chuyển theo chiều Y- Trường hợp dấu “+” có thể bỏ qua. + Lệnh định vị tự động vị trí tâm lỗ G111: lệnh này thực hiện việc định vị dây vào đúng tâm lỗ. Điều này được thực hiện khi dò một tín hiệu ngắn mạch đi qua phôi và dây tương tự như dò mép tự động. Cách thể hiện lệnh như sau: G111 X- Y- F-; + Lệnh tự động định vị tâm rãnh G112: Để đặt chiều chuyển động cũng đặt tương tự như lệnh G110. Cách thể hiện câu lệnh như sau: G112 X+; hoặc G112 X-; G112 Y+; hoặc G112 Y-; + Lệnh dịch chuyển song song với bề mặt phôi G113: lệnh này được sử dụng khi yêu cầu cắt bằng cách làm một mặt cuối của phôi song song với một trục toạ độ. Sử dụng lệnh xác định mép tự động, nhận được 2 vị trí tương ứng của phôi, sau đó tính một góc của độ nghiêng mặt cuối để đặt độ trong “góc quay hình”. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 64 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên * Các chức năng M Các chức năng của mã M đã được giới thiệu cơ bản trong Bảng 2.2. Ở đây chỉ tập trung tìm hiểu các mã M cơ bản. + Chức năng tạm dừng chương trình M00: khi xuất hiện lệnh này trên màn hình điều khiển sẽ hiện lên dòng chữ “Program Stop”. Chương trình hoạt động trở lại khi nhấn phím Cycle Start. Trong lúc tác động của lệnh M00 thì sẽ đồng loạt ngắt dòng điện gia công, chạy dao dây, cấp nước và độ căng dây. + Chức năng tuỳ chọn M01: nếu chức năng này tác động đến chương trình thì sẽ có tính năng giống chức năng M00. Nếu ngắt điện tự động M00/M01 đang tác động trên màn hình chức năng hệ thống (F5) thì dòng điện cấp cho NC sẽ bị ngắt tự động. + Lệnh đặt lại chương trình M02: trong khi lệnh này tác động thì NC sẽ duy trì sự đặt lại và tự động ngắt toàn bộ dòng điện gia công, chạy dao đây, cấp nước và sự căng dây. Nếu sự ngắt tự động dòng điện M02/M03 đang tác động trên màn hình chức năng hệ thống (F5) thì dòng điện cấp cho NC sẽ tự động ngắt. + Lệnh kết thúc và trở về đầu chương trình M30: khi lệnh này tác động thì có tác dụng kết thúc chương trình gia công và trở về đầu chương trình. + Các chức năng điều khiển máy M40 M49, M80 M89: - Ngắt phóng điện M40: ngắt sự phóng điện và lượng chạy dao sẽ ở tốc độ chạy khô tự động. - Ngắt dòng điện gia công M41: dòng điện gia công bị ngắt. - Ngắt chạy dao dây M42: chạy dao dây bị ngắt. - Ngắt nước M43: ngắt sự cung cấp nước. - Đóng sự phóng điện M80: đóng sự phóng điện và lượng chạy dao sẽ ở tốc độ bình thường. - Đóng dòng điện gia công M81: dòng điện gia công được cung cấp. - Đóng chạy dao dây M82: - Đóng sự cấp nước M83: cung cấp nước trở lại * Các lênh cắt côn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 65 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + Lệnh xoá nghiêng dây G50: viết lệnh này khi gia công ở vị trí dây thẳng đứng. Phương thức này được sử dụng khi bắt đầu một block mới, được chọn vào thời điểmcó điện hoặc khi đặt máy. + Lệnh nghiêng dây trái G51: phương thức nghiêng dây trái được thực hiện khi có lệnh G51. Dây nghiêng sang trái về phía mặt trước và liên hệ với quỹ đạo trên mặt phẳng lập trình. Dẫn hướng trên chuyển động dọc theo cạnh bên trái về phía trước được liên hệ đến quỹ đạo trên mặt phẳng lập trình. + Lệnh nghiêng dây phải G52: phương thức nghiêng dây phải được thực hiện khi có lệnh g52. Dây nghiêng sang phải về phía mặt trước và liên hệ với quỹ đạo trên mặt phẳng lập trình. Dẫn hướng trên chuyển động dọc theo cạnh bên phải về phía trước được liên hệ đến quỹ đạo trên mặt phẳng lập trình. Các lệnh G50, G51 và G52 là các lệnh modal, các lệnh này được duy trì cho các câu lệnh sau nếu không có câu lệnh nào khác thay thế. + Lệnh nghiêng dây: biểu thị góc nghiêng dùng địa chỉ T, góc nghiêng T là góc so với chiều thẳng đứng của dây. Thông thường góc nghiêng T được thể hiện trong cùng câu lệnh với G51 hoặc G52. + Lệnh chiều dày tấm phôi: trong gia công cắt dây có 2 mặt phẳng được định nghĩa là mặt phẳng hình học và mặt phẳng phụ, khoảng cách giữa 2 mặt phẳng này là chiều dày của phôi. Nếu mặt phẳng hình học ở dưới mặt phẳng phụ thì chiều dày phôi mang dấu dương, nếu ngược lại thì phôi mang dấu âm. + Gia công côn có góc lượn: trong gia công côn tại các góc lượn sẽ có 2 trường hợp xảy ra như sau: - Góc lượn R là không đổi theo chiều cao phôi lệnh G60: khi sử dụng lệnh này, tại các góc lượn, chương trình sẽ gia công bán kính lượn là không đổi theo bán kính R đã được lập trình. câu lệnh như sau. G60 R-; Trong đó số sau R là bán kính góc lượn. - Góc lượn R thay đổi theo chiều cao phôi lệnh G61: khi sử dụng lệnh này, tại các góc lượn chương trình gia công sẽ gia công góc lượn tại mặt phẳng Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 66 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên hình học theo bán kính R đã được đưa vào theo chương trình, tại các mặt phẳng khác, bán kính lượn sẽ tự động thay đổi theo góc côn của lệnh G51 hoặc G52 trước đó. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 67 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Kết luận chương 2 - Cắt dây bằng tia lửa điện (EDM) là phương pháp chủ yếu đựơc sử dụng để chế tạo các lỗ định hình trong khuôn đột dập, các điện cực dùng cho gia công xung định hình, các dưỡng kiểm, các hình dáng 3D, các côngtua phức tạp,... - Khi gia công bằng cắt dây nói chung có ưu điểm là: độ chính xác cao, thao tác vận hành đơn giản. Tuy nhiên, chất lượng bề mặt và năng suất gia công phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố công nghệ. Vì vậy cần nghiên cứu và thiết lập những mối quan hệ cụ thể giữa các yếu tố đó với năng suất và chất lượng bề mặt khi gia công. - Ở nước ta, các công trình nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình gia công trên máy cắt dây còn ít, chưa theo kịp với sự phát triển của máy móc và nhu cầu sản xuất. Đây cũng chính là nguyên nhân để tác giả lựa chọn hướng đề tài này. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 68 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chương 3 THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG THÉP KHÔNG GỈ TRÊN MÁY CẮT DÂY EDM 3.1. Thép không gỉ 3.1.1. Sơ lược về thép không gỉ Thép không gỉ bao gồm một họ hợp kim trên cơ sở Fe mà tính chất chủ yếu của nó là bền ăn mòn trong các môi trường khác nhau. Tuy gọi là thép không gỉ, nhưng cần hiểu tương đối so với thép thường. Thực ra mỗi loại thép không gỉ chỉ có tính chống ăn mòn cao trong một số môi trường nhất định và ngay cả trong môi trường đó nó vẫn bị ăn mòn với tốc độ nhỏ và được coi là không gỉ. Có thể dựa vào tốc độ ăn mòn (chiều dầy lớp kim loại bị ăn mòn trong đơn vị thời gian- mm/năm) để đánh giá tính “không gỉ”, ví dụ: + Trong môi trường ăn mòn yếu (không khí, nước ngọt,…) có các mức sau: - Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 0,01 mm/năm thì thép được coi là hoàn toàn không gỉ; - Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 0,1 mm/năm thép được coi là không gỉ; - Nếu tốc độ ăn mòn lớn hơn 0,1 mm/năm thì thép bị coi là gỉ. + Trong môi trường ăn mòn mạnh (dung dịch axít, muối,…) có các mức sau: - Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 0,1 mm/năm được coi là chịu axít, muối tốt; - Nếu tốc độ ăn mòn không lớn hơn 1 mm/năm được coi là không gỉ (đạt yêu cầu; - Nếu tốc độ ăn mòn lớn hơn 1 mm/năm coi là bị gỉ. Tốc độ ăn mòn còn được đánh giá bằng mức độ giảm khối lượng trên đơn vị diện tích trong đơn vị thời gian (g/m2h). Trong trường hợp không có hiện tượng ăn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 69 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên mòn cục bộ, giữa hai đại lượng này có mối quan hệ như sau: 1 g/m2h = 0,1222 mm/năm. Crôm là nguyên tố hợp kim có vai trò quyết định đối với tính không gỉ của thép. Với lượng chứa không ít hơn 12%Cr, thép sẽ trở nên không gỉ trong môi trường ôxy hoá do tạo ra lớp màng thụ động trên bề mặt của nó. Còn một cách giải thích khác là khi ferit chứa không ít hơn 12%Cr, điện thế điện cực của nó tăng tương đương với điện thế của pha Xêmentit (hay Cacbit nói chung), nâng cao khả năng chống ăn mòn điện hoá một cách rõ rệt làm cho thép trở nên không gỉ. Khía cạnh chung của thép không gỉ là sự có mặt của ít nhất 11%Cr để cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn và ôxy hoá tuyệt vời, đây là đặc tính chung của các vật liệu này. Tuy vậy, thép không gỉ không phải là một loại vật liệu đơn, dễ xác định mà bao gồm một vài họ hợp kim, mỗi loại có tính chất riêng về cấu trúc tế vi, thành phần hợp kim và các khoảng thuộc tính. Sự khác nhau về thành phần trong mỗi họ có thể cho nhiều hợp kim khác nhau phù hợp với một phạm vi rộng các ứng dụng. Vì hiện có nhiều loại thép không gỉ, tính gia công của thép không gỉ thay đổi từ thấp đến rất cao, phụ thuộc vào lựa chọn cuối cùng của hợp kim. tuy nhiên các loại thép không gỉ được coi là khó gia công hơn các kim loại khác, như nhôm hay thép cacbon thấp. Các loại thép không gỉ được mô tả là có tính dính trong khi cắt, cho thấy xu hướng tạo ra các phoi dài dạng dây, các phoi này bị kẹt hay tạo ra lẹo dao. Điều này có thể dẫn đến giảm tuổi bền của dao và giảm chất lượng bề mặt. Các đặc tính chung này là do các thuộc tính sau đây: - Độ bền kéo cao - Độ bền uốn lớn và độ bền kéo lớn nhất - Độ dai lớn và rất mềm - Tốc độ tôi cao - Độ dẫn nhiệt thấp Mặc dù có các thuộc tính này, các loại thép không gỉ có thể được gia công ở dưới các điều kiện phù hợp. Nói chung, cần nhiều năng lượng để gia công thép Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 70 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên không gỉ hơn là thép Cacbon, tốc độ cắt thường phải thấp hơn, cần phải duy trì bước tiến dao dương (Positive feed), dao và đồ gá phải cứng vững, cần phải có cơ cấu bẻ phoi trên dao và cần phải quan tâm đến chế độ bội trơn làm nguội trong khi cắt. 3.1.2. Thép không gỉ AISI 304 Thép không gỉ AISI 304 (tương đương với mác 8Cr18Ni10 của Việt Nam) là loại điển hình nhất trong nhóm thép không gỉ Austenit. Đây là loại thép được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế vì những ưu điểm sau: - Tính chống ăn mòn cao, ổn định trong các môi trường như nước, trong dung dịch muối, trong một số axit (HNO3,...), có khả năng chịu nhiệt cao (900- 1000 oC) vì vậy chúng được dùng nhiều trong công nghiệp hoá dầu, thực phẩm, y tế,... - Tính dẻo cao ( =45-60%) dễ gia cán, dập, gò ở trạng thái nguội nên được dùng nhiều trong các thiết bị hoá học và đồ dùng gia đình. - Cơ tính đảm bảo, có khả năng chống mài mòn tốt nên thường được dùng làm dụng cụ đo kiểm, khuôn dập,... Bên cạnh đó nó có một số những nhược điếm: - Đắt tiền, do chứa nhiều Ni. - Khó gia công cắt gọt do dẻo quánh, phoi khó gãy, bề mặt gia công dễ bị biến cứng, dao nóng hơn và có xu hướng tạo ra lẹo dao nhiều hơn. Nói chung, đây là loại khó gia công trong số các loại thép không gỉ. - Bị ăn mòn trong một số trường hợp cụ thể như: ăn mòn theo biên giới hạt ở vùng ảnh hưởng nhiệt của môi hàn hoặc chi tiết phải thường xuyên làm việc ở nhiệt độ 400-800 o C, ăn mòn tập trung,... Vì những ưu và nhược điểm ở trên, nên trong nội dung đề tài luận văn tác giả đã sử dụng thép không gỉ AISI 304 làm vật liệu để nghiên cứu. 3.2. Thiết kế thí nghiệm Mục tiêu của việc xây dựng thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề măt và ảnh hưởng của chúng tới khe hở phóng điện nhằm mục tiêu tăng năng suất, tăng độ chính xác gia công. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 71 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.2.1. Các giả thiết của thí nghiệm Các thí ngiệm được thiết kế với những giả thiết sau đây: - Chất lượng chất dung môi và điều kiện dòng chảy chất điện môi trong tất cả các thí nghiệm là như nhau. - Tiết diện dây coi như không đổi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm. - Nhiệt độ môi trường gia công luôn luôn ổn định và bằng nhiệt độ trong phòng gia công. - Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công là ổn định và không đổi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm. 3.2.2. Điều kiện thực hiện thí nghiệm Tất cả các thí nghiệm đều được thực hiện tại trung tâm thí nghiệm của trường Đại Học KTCN Thái Nguyên, dưới những điều kiện cố định sau: 3.2.2.1. Thiết bị thí nghiệm Thiết bị sử dụng cho thí nghiệm là máy cắt dây có ký hiệu CW322S do hãng CHMER EDM - CHING HUNG MECHINERY & ELECTRIC INDUSTRIAL CO. LTD - TAIWAN sản xuất với các đặc tính kỹ thuật như sau (Bảng 3.1): Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 72 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật Giá trị Chiều rộng bàn máy (size of worktable surface) 530x320mm Kích thước phôi lớn nhất (max.size of workpiece) 650x420x150mm Khối lượng phôi lớn nhất (max.weight of workpiece) 250kg Hành trình trục X 300mm Hành trình trục Y 200mm Góc côn cắt được lớn nhất (max.cutting cone taper) 20 0 /80mm Đường kính dây điện cực (dia. of applied electrode wire) 0,1mm – 0,3mm Tốc độ của dây max (max wire feed rate) 300mm/s Hệ thống điều khiển trục ( axis drive system ) AC Secvo Dòng điện lớn nhất (max machining current) 25a Các thông số về điện (power supply of the machine, volt of power net) 3pha, 220v 10%, 13kva Kích thước toàn máy( machine dimension) 2380x1855x1830 Khối lượng máy ( machine weight) 1500kg Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 73 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 115 126 7 8 9 10 2 3 4 1 Hình 3.1- Máy cắt dây CW322S Trong đó: 1- Cụm điều chỉnh trên 2- Cụm điều chỉnh dưới 3- Block tạo lực căn dây 4- Cụm lô quấn dây 5- Bộ phận dẫn động lô quấn dây 6- Động cơ điều chỉnh bước dây 7- Khoá trục Z 8- Điều chỉnh chuyển động trục Z 9- Bánh xe dẫn hướng trên 10- Giới hạn biên độ trên 11- Giới hạn biên độ dưới 12- Bánh xe dẫn hướng dưới 3.2.2.2. Vật liệu gia công Thép không gỉ 304 (AISI). Độ cứng: 206HB Kích thước: 30x30x5 Thành phần hoá học: cho trong Bảng 3.2 Bảng 3.2- Thành phần hoá học các nguyên tố Mác thép Thành phần hoá học các nguyên tố, % C Cr Ni Mn Si P S 304 0,08 17-19 9-11 2 0,8 0,035 0,02 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 74 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.2.2.3. Các dụng cụ đo kiểm Kết quả các thí nghiệm được hiển thị trên máy tính điều khiển như thời gian cắt , chiều dài cắt. Các kết quả khác được thực hiện tại phòng thí nghiệm Dung sai - đo lường của Trường Cao đẳng Cơ Khí Luyện Kim, cụ thể là máy đo độ nhám SJ-201 (Mitutoyo). 3.3. Nhóm thí nghiệm 3.3.1. Mô hình định tính quá trình cắt dây tia lửa điện Quá trình gia công tia lửa điện được mô tả bao gồm các thông số đầu vào bao gồm các thông số về điện như dòng điện xung Ie, điện áp xung Ue, độ kéo dài xung ti, khoảng cách xung t0, ... và các thông tin về công nghệ về điện cực, về dung dịch chất điện môi, chương trình gia công và các loại nhiễu trong quá trình gia công. Đầu ra là các yếu tố như kích thước gia công, độ bóng bề mặt, năng suất gia công,.... cụ thể nó được mô hình hoá như trong Hình 3.2 sau: Hình 3.2- Mô hình quá trình gia công tia lửa điện Phương pháp bình phương nhỏ nhất là phương pháp cơ bản, có hiệu lực xử lý các số liệu thực nghiệm và xây dựng mô hình thống kê cho nhiều đối tượng nghiên cá c lo ại n h iễ u quá trình gia công cắt dây tia lửa điện dây điện cực chất điện môi chương trình gia công kích thước gia công độ nhám bề mặt, năng suất. cá c th ôn g s ố v ề đ iệ n U i, I e , t 0 , t i ,… Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 75 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên cứu thuộc các lĩnh vực khác nhau. Nghiệm của phương pháp này là mô hình toán học biểu diễn gần đúng quy luật thực. Hàm số biểu diễn không thể đi qua tất cả các điểm thực nghiệm, trong điều kiện cho phép phải làm trơn các nhiễu loạn. Để có được nhiều thông tin với số thí nghiệm ít nhất trong đề tài này tác giả đã chọn phương pháp thí nghiệm trực giao. 3.3.2. Các thông số đầu vào thí nghiệm Mục tiêu của thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của từng tham số riêng lẻ, ảnh hưởng kết hợp của một số tham số tiêu biểu đến năng suất và khe hở phóng điện trong gia công cắt dây tia lửa điện. Cụ thể là mỗi mẫu thí nghiệm được gia công trong một chế độ gia công (với các thông số điều khiển) nhất định, các thông số điều khiển sẽ được thay đổi trong khoảng điều chỉnh cho phép của thiết bị và được ghi chép và tính toán để từ đó đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố đó tới năng suất và khe hở phóng điện. Nhóm thí nghiệm này được thiết kế với 3 tham số có ảnh hưởng chủ yếu tới chất lượng bề mặt là điện áp phóng tia lửa điện Ui, độ kéo dài xung ti và khoảng cách xung t0. Các thông số về điện của các thí nghiệm: - Điện áp đánh tia lửa điện Ui đây là điện áp cần thiết để có thể dẫn đến phóng tia lửa điện điện áp đánh lửa Ui càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho phép khe hở phóng điện càng lớn: 70v Ui 90v - Độ kéo dài xung ti (on time): cũng theo các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình gia công cắt dây tia lửa điện thì trong cùng một bước xung chu kỳ tp cố định thì lượng hớt vật liệu Vw sẽ tăng khi độ kéo dài xung ti tăng. Tuy nhiên lượng hớt vật liệu Vw chỉ tăng tới một lượng nhất định sau đó Vw sẽ giảm cho dù có tăng ti: 0,1 s ti 0,7 s. - Khoảng cách xung t0 (off time): khi khoảng cách xung càng lớn thì lượng hớt vật liệu phôi càng nhỏ và ngược lại. Tuy nhiên, khoảng cách xung phải đủ lớn Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 76 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên để dung dịch chất điện môi có đủ thời gian thôi ion hoá cũng như dòng chảy chất điện môi có thời gian vận chuyển hết phoi gia công ra khỏi vùng gia công: 8 s t0 16 s. - Vật liệu gia công: vật liệu gia công cũng có những ảnh hưởng lớn tới năng suất và độ bóng bề mặt. Tuy nhiên, để đơn giản hoá bài toán tác giả đã chọn một loại vật liệu gia công thường dùng trong chế tạo máy để nghiên cứu đó là thép không gỉ 304 có chiều dày 5mm. - Điện cực và dòng chảy chất điện môi: để tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính có tác động lớn đến năng suất và độ bóng bề mặt trên máy cắt dây tia lửa điện, tác giả đã đặt ra điều kiện để các thí nghiệm được thực hiện ở cùng một điều kiện gia công. Đó là, cùng một loại điện cực có tên gọi là điện cực dây lõi đồng theo tiêu chuẩn DIN CuZn35 0,25mm và điều kiện dòng chảy là dòng chảy bên ngoài. Các điều kiện này cũng phù hợp với điều kiện thực tế tại hiện trường thí nghiệm. Theo qui hoạch thực nghiệm, ta chọn miền nghiên cứu thực nghiệm là: Uimax = 90 (V) timax = 0,7( s) t0max = 16 ( s) Uimin = 70 (V) timin= 0,1 ( s) t0min = 8 ( s) Các yếu tố xi thực nghiệm là: Mức trên : xi (t) = lnx imax Mức dưới : xi ( d) = lnx imin Mức cơ sở xi (0) = 1/2 (lnx i max + lnx i min) Khoảng biến thiên: i = 1/2( lnx i max - lnx i min) Bảng tính toán: Các yếu tố z1 z2 z3 Mức trên 90 0,7 16 Mức dưới 70 0,1 8 Mức cơ sở 80 0,4 12 Khoảng biến thiên 10 0,3 4 3.4. Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm xác định độ nhám bề mặt và năng suất gia công trong gia công cắt dây bằng tia lửa điện Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 77 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.4.1. Độ nhám bề mặt Ra 3.4.1.1. Mô hình toán học Như đã nêu ở trên, chế độ công nghệ có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt. Nghiên cứu sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đó, các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng mối quan hệ giữa độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt có quan hệ với chế độ cắt tuân theo qui luật hàm số mũ (phi tuyến). Ra = KRa. Ui x . ti y . t0 z Để xác định mô hình toán học về sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi cắt trên máy cắt dây CNC có giống như trên các thiết bị truyền thống hay không cần phải cắt thử nghiệm. Giả thiết mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và chế độ cắt tuân theo qui luật hàm số mũ. Có nghĩa là: Ra = KRa. Ui x . ti y . t0 z (3.1) Trong đó KRa là hằng số; x, y, z là số mũ tính đến sự ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt - xác định bằng thực nghiệm. Đây là một hàm phi tuyến, sử dụng phương pháp tuyến tính hóa hàm phi tuyến bằng cách lấy logarit 2 vế ta sẽ thu được phương trình mới. ln(Ra) = ln(KRa) + x.ln(Ui) + y.ln(ti) + z.ln(t0) (3.2) Đặt: y = ln(Ra); a0 = ln(KRa); a1 = x; a2 = y; a3 = z x1 = ln(Ui); x2 = ln(ti); x3 = ln(t0). Ta sẽ được phương trình mới: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 + a3x3 (3.3) Dạng tổng quát: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 +.........+ anxn. (3.4) Bài toán trở thành xác định hàm hồi quy thực nghiệm n biến số. Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu. Bố trí thí nghiệm sao cho có tính chất của ma trận trực giao cấp 1, chuyển các biến từ tự nhiên sang các biến mã hoá không thứ nguyên bằng cách gọi biến thực tế là Z j, j = k,1 , jZ zj jZ ta thu được: Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 78 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 ZZ Z jj0 j ; 2 ZZ Z jj j ; j 0 jj j Z ZZ x ; Zj = jZ xj = -1; Zj = jZ xj = +1, Zj = 0 j Z xj = 0 Với thực nghiệm có ba biến đầu vào, làm thí nghiệm với N=23=8 thí nghiệm tại các đỉnh đơn hình đều và ba thí nghiệm ở trung tâm, ta có bảng quy hoạch thực nghiệm sau: S TT Biến mã hoá Biến thực nghiệm x1 x2 x3 Ui(V) ti( s) t0( s) 1 -1 -1 -1 70 0,1 8 2 +1 -1 -1 90 0,1 8 3 -1 +1 -1 70 0,7 8 4 +1 +1 -1 90 0,7 8 5 -1 -1 +1 70 0.1 16 6 +1 -1 +1 90 0,1 16 7 -1 +1 +1 70 0,7 16 8 +1 +1 +1 90 0,7 16 9 0 0 0 80 0,4 12 10 0 0 0 80 0,4 12 11 0 0 0 80 0,4 12 3.4.1.2. Thực nghiệm đo nhám Với bài toán đặt ra trong điều kiện tác giả đã lặp lại thí nghiệm 3 lần và đo 3 giá trị, lấy giá trị trung bình. S TT Biến mã hoá Biến thực nghiệm Giá trị đo nhám x1 x2 x3 Ui(V) ti( s) t0( s) lần 1 lần 2 lần 3 Ra( m) 1 -1 -1 -1 70 0,1 8 2,14 2,35 3,13 2,54 2 +1 -1 -1 90 0,1 8 2,65 2,16 2,84 2,55 3 -1 +1 -1 70 0,7 8 2,95 2,07 2,66 2,56 4 +1 +1 -1 90 0,7 8 2,01 3,07 2,66 2,577 5 -1 -1 +1 70 0.1 16 2,74 2,23 2,94 2,637 6 +1 -1 +1 90 0,1 16 3,03 3,07 2,76 2,953 7 -1 +1 +1 70 0,7 16 3,03 2,98 3,23 3,08 8 +1 +1 +1 90 0,7 16 3,15 3,27 3,47 3,297 9 0 0 0 80 0,4 12 2,65 3,0 2,84 2,83 10 0 0 0 80 0,4 12 2,55 2,73 2,98 2,753 11 0 0 0 80 0,4 12 2,35 3,24 3,15 2,914 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 79 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.4.1.3. Tính các hệ số của phương trình hồi quy Áp dụng tính chất của quy hoạch trực giao cấp 1 ta tính các hệ số theo công thức (3.16) [6]. Ta có: a0 = N 1i i y N 1 = 8 1 (2,54+2,55+2,56+2,577+2,637+2,953+3,08+3,297) a0= 2,7743 a1 = N 1i i1i yx N 1 = 8 1 (-2,54+2,55-2,56+2,577-2,637+2,953-3,08+3,297) a1= 0,07 a2 = N 1i i2i yx N 1 = 8 1 (-2,54-2,55+2,56+2,577-2,637-2,953+3,08+3,297) a2= 0,1043 a3 = N 1i i3i yx N 1 = 8 1 (-2,04-2,05-2,06-2,077+2,137+2,953+3,08+3,297) a3= 0,2175 Thay vào phương trình (4.3) ta được: yˆ = 2,7743+ 0,07 x1 + 0,1043 x2 + 0,2175 x3 (3.5) 3.1.1.4. Kiểm định các tham số aj * Kiểm định aj =0 (có nghĩa) Ta có 3 thí nghiệm lặp lại ở tâm với kết quả như sau: 1 0 y =2,83; 2 0y = 2,753; 3 0 y = 2,914 0 y = 3 1 (2,83+ 2,753 + 2,914) = 2,832 Phương sai tái sinh s2ts 2 ts s = n 1i 0 i 0 0 )yy( 1n 1 2 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 80 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 ts s = 222 )832,2914,2()832,2753,2()832,283,2( 13 1 =0,0065 sts= 0065,0 = 0,0803 2 ai s = 2 ts s {c -1 }jj sai= 8 0803,0 N sts =0,0284 tai= ai i s a ta0 = ai 0 s a = 0284,0 2,7743 = 97,68 ta1 = ai 1 s a = 0284,0 0,07 = 2,46 ta2 = ai 2 s a = 0284,0 0,1043 = 3,67 ta3 = ai 3 s a = 0284,0 0,2175 = 7,66 Ta chọn mức độ có nghĩa = 0,05 cho các bảng thống kê. Với =0,05, bậc tự do n0 = 3 tra bảng Student ta được t =2,35. So sánh |tai| đều lớn hơn t nên mọi ai đều có nghĩa. Do đó các hệ số của phương trình hồi quy (3.5) đều có nghĩa. 3.1.1.5. Kiểm định sự phù hợp của mô hình Sau khi xây dựng được mô hình yˆ , ta tính phương sai dư. 2 n 1i ii 2 du )yˆy( )1k(n 1 s 2 8 1i ii 2 du )yˆy( )13(8 1 s 2 8 1 2 )ˆ( 4 1 i iidu yys Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 81 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên TT yi x1 x2 x3 a0 a1 a2 a3 i yˆ (yi- i yˆ ) 2 1 2,54 -1 -1 -1 2,7743 0,07 0,1043 0,2175 2,3825 0,0248 2 2,55 1 -1 -1 2,7743 0,07 0,1043 0,2175 2,5225 0,0008 3 2,56 -1 1 -1 2,7743 0,07 0,1043 0,2175 2,5910 0,0010 4 2,577 1 1 -1 2,7743 0,07 0,1043 0,2175 2,7310 0,0237 5 2,637 -1 -1 1 2,7743 0,07 0,1043 0,2175 2,8175 0,0326 6 2,953 1 -1 1 2,7743 0,07 0,1043 0,2175 2,9575 0,00002 7 3,08 -1 1 1 2,7743 0,07 0,1043 0,2175 3,0260 0,0029 8 3,297 1 1 1 2,7743 0,07 0,1043 0,2175 3,1660 0,0172 Ta có: 2 du s = 0,0257 > 2 ts s = 0,0065 9538,3 0065,0 0257,0ˆ 2 2 ts du s s F Với bậc tử m1 = n-(k+1) = 4 bậc mẫu n0 - 1 = 2 Chọn mức ý nghĩa = 0,05, tra bảng Fisher ta được f = 19,2 Fˆ < f . vậy mô hình là phù hợp. Chuyển về biến Zj từ yˆ = 2,7743+ 0,07 x1 + 0,1043 x2 + 0,2175 x3 với j 0 jj j Z ZZ x thay vào ta được: yˆ = 2,7743 + 0,07 10 80Z 1 + 0,1043 3,0 4,02Z + 0,2175 4 12Z 3 yˆ = 1,4227 + 0,007Z1 + 0,3477Z2 + 0,0543Z3 (3.6) a0 = ln(KRa) KRa = e a0 = e 1,4277 = 4,1691 thay vào ta được: Ra = 4,1691.Ui 0,007 .ti 0,3477 .t0 0,0543 ( m) (3.7) Là phương trình hồi quy thực nghiệm. 3.4.1.6. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với Ui và ti khi to = 8 ( s) 0257,00172,00029,000002,00326,00237,0001,00008,0248,0 4 12 du Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 82 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.4.2. Năng suất gia công V Năng suất gia công V(mm2/min): Năng suất gia công là diện tích cắt được trong một đơn vị thời gian. Trong các thí nghiệm, do chiều dày của các tấm phôi là như nhau nên thực tế có thể coi năng suất cắt là chiều dài vết cắt trên phôi trên một đơn vị thời gian (cả 2 yếu tố này đều được hiển thị trên màn hình máy tính trong quá trình gia công). V là năng suất cắt (mm2/min): đây là hàm mục tiêu, được tính bởi công thức: t S V (3.8) Trong đó - S là chiều dài cắt (do trong quá trình gia công đã lập trình nên tất cả các thí nghiệm có S bằng nhau, giá trị này được hiển thị trên màn hình điều khiển). - t là thời gian thực hiện 1 thí nghiệm được hiển thị trên màn hình điều khiển (máy tính tự động bật đồng hồ đếm thời gian khi bắt đầu có sự phóng tia lửa điện giữa điện cực và phôi). Đơn vị của t tính bằng phút. - là chiều dày phôi cắt ( = 5mm). 70 75 80 85 90 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 0.87 1.74 2.61 3.48 4.35 Dien ap danh lua Ui Ra(Ui,ti)=4.1691*Ui0.007*ti0.3477*80.0543 Do keo dai xung ti D o nh am R a D o n h a m R a Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 83 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.4.2.1. Mô hình toán học Như ta đã biết, trong các kết quả nghiên cứu trước đây, năng lượng tách phôi trong gia công cắt dây là: We = Ue.Ie.te (3.9) Mặt khác, năng lượng tách phôi lại tỷ lệ với năng suất cắt phôi trong quá trình cắt. Vì vậy giả sử năng suất cắt trong gia công cắt dây tia lửa điện có dạng như sau (với Ie = const). zy i x iV ttUKV 0 (3.10) Trong đó: KV là hằng số; x, y, z là các số mũ kể đến sự ảnh hưởng của các yếu tố Ui, ti, t0 đến năng suất cắt (xác định bằng thực nghiệm) Đây là một hàm phi tuyến, sử dụng phương pháp tuyến tính hoá hàm phi tuyến bằng cách lấy logarit hai vế ta sẽ thu được phương trình mới: ln(V) = ln(KV)+ xln(Ui)+ yln(ti) + zln(t0) Đặt: y = ln(V) a0= ln(KV); a1= x; a2= y; a3= z x1 = ln(Ui); x2 = ln(ti); x3 = ln(t0) Khi đó ta sẽ được phương trình mới: y = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x3 Dạng tổng quát: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 +.........+ anxn. Bài toán trở thành xác định hàm hồi qui thực nghiệm n biến số. Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu. Bố trí thí nghiệm sao cho có tính chất của ma trận trực giao cấp 1, chuyển các biến từ tự nhiên sang các biến mã hoá không thứ nguyên bằng cách gọi biến thực tế là Zj, j = k,1 , jZ Zj jZ ta thu được: 2 ZZ Z jj0 j ; 2 ZZ Z jj j ; j 0 jj j Z ZZ x ; Zj = jZ xj = -1; Zj = jZ xj = +1, Zj = 0 j Z xj = 0 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 84 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Với thực nghiệm có ba biến đầu vào, làm thí nghiệm với N=23= 8 thí nghiệm tại các đỉnh đơn hình đều và ba thí nghiệm ở trung tâm, ta có bảng quy hoạch thực nghiệm sau: S TT Biến mã hoá Biến thực nghiệm x1 x2 x3 Ui(v) ti( s) t0( s) 1 -1 -1 -1 70 0,1 8 2 +1 -1 -1 90 0,1 8 3 -1 +1 -1 70 0,7 8 4 +1 +1 -1 90 0,7 8 5 -1 -1 +1 70 0.1 16 6 +1 -1 +1 90 0,1 16 7 -1 +1 +1 70 0,7 16 8 +1 +1 +1 90 0,7 16 9 0 0 0 80 0,4 12 10 0 0 0 80 0,4 12 11 0 0 0 80 0,4 12 3.4.2.2. Thực nghiệm năng suất gia công Với bài toán đặt ra trong điều kiện tác giả đã lặp lại thí nghiệm 3 lần và đo 3 giá trị lấy giá trị trung bình, tổng chiều dài cắt s= 90,26mm (không đổi trên toàn bộ các thí nghiệm). Tiến hành gia công, ghi chép và tính toán ta có bảng sau: S TT Biến mã hoá Biến thực nghiệm Thời gian gia công t(mm) Năng suất V (mm 2 /min) x1 x2 x3 Ui(v) ti( s) t0( s) lần 1 lần 2 lần 3 TB 1 -1 -1 -1 70 0,1 8 33,18 34,21 34,1 33,83 13,34 2 +1 -1 -1 90 0,1 8 27,98 26,76 25,72 26,82 16,83 3 -1 +1 -1 70 0,7 8 32,12 31,23 30,28 31,21 14,46 4 +1 +1 -1 90 0,7 8 28,34 27,67 30,9 28,97 15,58 5 -1 -1 +1 70 0.1 16 26,78 25,92 25,39 26,03 17,34 6 +1 -1 +1 90 0,1 16 24,95 25,76 25,34 25,35 17,80 7 -1 +1 +1 70 0,7 16 26,89 28,54 26,23 27,22 16,58 8 +1 +1 +1 90 0,7 16 22,31 22,15 20,31 21,59 20,90 9 0 0 0 80 0,4 12 26,75 25,97 27,02 26,58 16,98 10 0 0 0 80 0,4 12 27,79 26,99 27,18 27,32 16,518 11 0 0 0 80 0,4 12 27,23 28,12 27,3 27,55 16,384 3.4.2.3.Tính các hệ số của phương trình hồi quy Theo phương pháp quy hoạch trực giao ta có: Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 85 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a0 = )9,2058,168,1734,1758,1546,1483,1634,13( 8 11 1 N i iy N a0 = 16,604 a1 = )9,2058,168,1734,1758,1546,1483,1634,13( 8 11 1 1 N i ii yx N a1 = 1,174 a2 = )9,2058,168,1734,1758,1546,1483,1634,13( 8 11 1 2 N i ii yx N a2 = 0,276 a3 = )9,2058,168,1734,1758,1546,1483,1634,13( 8 11 1 3 N i ii yx N a3 = 1,551 Vậy thay các giá trị a đã tính vào phương trình ở trên được: yˆ =16,604+ 1,174Z1 + 0,276Z2 + 1,551Z3 (3.11) 3.4.2.4. Kiểm định các tham số aj * Kiểm định aj =0 (có nghĩa) Ta có 3 thí nghiệm lặp lại ở tâm với kết quả như sau: 1 0 y =16,98; 2 0y =16,518; 3 0 y =16,384 0 y = 3 1 (16,98+16,518+16,384) = 16,627 Phương sai tái sinh s 2 ts 2 ts s = 2 1 00 0 )( 1 1 n i i yy n 2 ts s = 13 1 (16,98-16,627) 2 +(16,518-16,627) 2 +(16,384-16,627) 2 = 0,0978 sts= 0978,0 = 0,313 2 ai s = 2 ts s {C -1 }ii Sai= 8 313,0 N sts = 0,11 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 86 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tai= ai i s a ta0 = ai 0 s a = 11,0 16,604 = 150,9 ta1 = ai 1 s a = 11,0 1,174 = 10,7 ta2 = ai 2 s a = 11,0 0,276 = 2,5 ta3 = ai 3 s a = 11,0 1,551 = 14,1 Ta chọn mức độ có nghĩa = 0,05 cho các bảng thống kê. Với =0,05, bậc tự do n0 = 3 tra bảng Student ta được t =2,35. So sánh |tai| đều lớn hơn t nên mọi ai đều có nghĩa. Do đó các hệ số của phương trình hồi quy (4.11) đều có nghĩa. 3.4.2.5. Kiểm định sự phù hợp của mô hình Sau khi xây dựng được mô hình yˆ , ta tính phương sai dư. 2 n 1i ii 2 du )yˆy( )1k(n 1 s 2 8 1i ii 2 du )yˆy( )13(8 1 s 2 8 1 2 )ˆ( 4 1 i iidu yys TT yi x1 x2 x3 a0 a1 a2 a3 i yˆ (yi- i yˆ )2 1 13,34 -1 -1 -1 16,604 1,174 0,276 1,551 13,603 0,069 2 16,83 1 -1 -1 16,604 1,174 0,276 1,551 15,950 0,774 3 14,46 -1 1 -1 16,604 1,174 0,276 1,551 14,155 0,093 4 15,58 1 1 -1 16,604 1,174 0,276 1,551 16,503 0,851 5 17,34 -1 -1 1 16,604 1,174 0,276 1,551 16,705 0,403 6 17,80 1 -1 1 16,604 1,174 0,276 1,551 19,053 1,569 7 16,58 -1 1 1 16,604 1,174 0,276 1,551 17,258 0,459 8 20,90 1 1 1 16,604 1,174 0,276 1,551 19,605 1,677 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 87 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Ta có: 2 du s = 1,474> 2 ts s = 0,0978 07,15 0978,0 474,1ˆ 2 2 ts du s s F Với bậc tử m1 = n-(k+1) = 4, bậc mẫu n0 - 1 = 2 Chọn mức ý nghĩa = 0,05, tra bảng Fisher ta được F = 19,2 Fˆ < F . vậy mô hình là phù hợp. Chuyển về biến Zj Từ yˆ =16,604+ 1,174z1 + 0,276z2 + 1,551z3 Với j 0 jj j Z ZZ x thay vào ta được: yˆ = 16,604 + 1,174 10 80Z 1 + 0,276 3,0 4,02Z + 1,551 4 12Z 3 yˆ = 2,1917 + 0,1174Z1 + 0,9208Z2 + 0,3878Z3 (3.12) a0 = ln(KV) KV = e a0 = e 2,1917 = 8,95 thay vào ta được: V = 8,95.Ui 0,1174 .ti 0,9208 .t0 0,3878 (mm 2 /min) (3.13) Là phương trình hồi quy thực nghiệm. 3.4.2.6. Đồ thị biểu thi mối quan hệ giữa năng suất V với Ui và ti khi to=8( s) 474,1)677,1459,0569,1403,0851,0093,0774,0069,0( 4 12 du Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 88 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên N a n g s u a t V 70 75 80 85 90 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 8.16 16.32 24.48 32.64 Dien ap danh lua Ui V(Ui,ti)=8.95*Ui0.1174*ti0.9208*80.3878 Do keo dai xung ti N an g su at V Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 89 Chuyên ngành Công nghệ CTM Kết luận chương 3 Trong chương này tác giả đã tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số điện tới độ nhám bề mặt và năng suất gia công của phương pháp cắt dây bằng tia lửa điện khi gia công thép không gỉ 304, thực hiện trong điều kiện sản xuất thực tế tại trường Đại Học KTCN Thái Nguyên. Trong đó tập trung giải quyết được một số vấn đề sau: - Xây dựng được mô hình định tính của quá trình gia công bắt đầu từ các yếu tố đầu vào đến khi thực hiện và kết thúc quá trình. - Đã tiến hành thí nghiệm thành công và thu được kết quả đảm bảo độ tin cậy. - Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số công nghệ (Ui, ti, to) đến độ nhám bề mặt và năng suất gia công khi cắt thép không gỉ 304 trên máy cắt dây EDM. Cụ thể như sau: Ra = 4,1691.Ui 0,007 .ti 0,3477 .t0 0,0543 ( m) V = 8,95.Ui 0,1174 .ti 0,9208 .t0 0,3878 (mm 2 /min) . Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 90 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên KẾT LUẬN CHUNG Trong thời đại mà sự cạnh tranh ngày càng gay gắt đòi hỏi mọi công đoạn trong một dây chuyền sản xuất phải đảm bảo được các yêu cầu tối thiểu như độ chính xác, độ bền, năng suất, tính kinh tế cao,... Điều đó càng trở nên cần thiết hơn đối với những công đoạn, nguyên công gia công các loại vật liệu quý hiếm, các loại vật liệu khó gia công,... Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các công tác này đang ngày một hiệu quả hơn. Tuy nhiên, việc các thiết bị gia công càng phức tạp thì càng đòi hỏi phải có một chế độ gia công tối ưu hơn nhằm mục đích hạ giá thành sản phẩm. Cũng với mục đích đó, tác giả đã tập trung đi sâu nghiên cứu bản chất của quá trình gia công tia lửa điện, mô tả và đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới năng suất và chất lượng khi gia công cắt dây tia lửa điện. Thép không gỉ là thép có hàm lượng hợp kim cao, là loại vật liệu được ứng dụng nhiều, đặc biệt là trong công nghệ xe hơi, xây dựng, thực phẩm, hoá học, dầu khí, khuôn mẫu, bàn cán,... Việc gia công thép không gỉ bằng các phương pháp gia công truyền thống đòi hỏi chi phí lớn, năng suất và chất lượng gia công không cao đặc biệt là các bề mặt phức tạp. Khi gia công bằng tia lửa điện (EDM), do tính dẫn điện và nhiệt của thép không gỉ khác so với các vật liệu thông thường khác, nên làm cho năng suất và chất lượng gia công thay đổi. Vì vậy cần nghiên cứu thiết lập và tìm ra các giá trị công nghệ tối ưu nhằm đảm bảo năng suất và chất lượng (độ nhám bề mặt) khi gia công thép không gỉ trên máy cắt dây bằng tia lửa điện. Từ đó, đã phát triển và mô hình hoá quá trình gia công. Kết quả cụ thể là: 1. Đã xây dựng được một hệ thống đầy đủ từ các tham số công nghệ đơn cũng như kết hợp các yếu tố công nghệ khác nhau ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công (độ nhám) và năng suất gia công. Đề tài đã đưa ra những kết luận liên quan tới ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới năng suất và chất lượng bề mặt gia công, điều này là cơ sở để lựa chọn các chế độ gia công tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công. Trong đó có những kết luận như sau: Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 91 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Điện áp đánh lửa Ui: là yếu tố có ảnh hưởng lớn tới năng suất và chất lượng bề mặt gia công. Điều này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu về quá trình gia công tia lửa điện trước đây từng nghiên cứu. - Độ kéo dài xung ti: Đây cũng là một yếu tố có ảnh hưởng lớn trong quá trình gia công cắt dây tia lửa điện. Đặc biệt độ kéo dài xung ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng bề mặt gia công. Khi t i tăng đồng nghĩa với việc khe hở phóng điện tăng và chất lượng bề mặt giảm xuống do độ nhám cao. Điều này thể hiện rất rõ đối với trường hợp dòng điện xung nhỏ. - Khoảng cách xung t0: Đây là yếu tố có ảnh hưởng tỷ lệ nghịch với năng suất gia công. Điều này có thể giải thích rằng khi t0 tăng lên thì tỷ lệ giữa thời gian phóng điện và thời gian gia công giảm nên năng lượng tách phoi giảm dẫn đến năng suất gia công cũng giảm. Tuy nhiên, khoảng cách xung có ảnh hưởng rất ít tới chất lượng gia công. Thực tế cho thấy khi t0 nhỏ thường hay gây ra các lỗi trong quá trình gia công mà điển hình là không đủ thời gian cho chất điện môi thôi ion hoá dẫn đến các lỗi phóng hồ quang trong quá trình gia công. 2. Xây dựng thành công mô hình toán học về mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và năng suất gia công với các yếu tố công nghệ như điện áp đánh lửa U i, độ kéo dài xung ti, khoảng cách xung t0 trong khi gia thép không gỉ. 3. Từ mô hình toán học đó giúp người vận hành sử dụng máy có thể chọn ngay được chế độ gia công phù hợp đảm bảo chất lượng gia công và đạt năng suất cao nhất khi gia công thép không gỉ. * Một số kiến nghị: - Tiếp tục mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khác có ảnh hưởng hơn tới năng suất và chất lượng gia công (Ie, tp,..) đặc biệt là các yếu tố phi công nghệ như: ảnh hưởng của vật liệu, ảnh hưởng của dòng chảy chất điện môi,… - Các thí nghiệm được nghiên cứu ở luận văn chỉ thực hiện trong thời gian gia công ngắn nên chưa đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố tới độ mòn điện Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 92 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên cực. Cần tập trung nghiên cứu ảnh hưởng này nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình gia công có tính đến các ảnh hưởng của nhiễu trong quá trình gia công. - Cần nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình gia công khi thực hiện trên các vật kiệu khác. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 93 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS, TS. Vũ Hoài Ân (2007), Gia công tia lửa điện CNC, NXB Khoa học kỹ thuật. 2. PGS, TS. Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt, NXB Giáo dục. 3. Lê CôngDưỡng (1996), Vật liệu học, NXB Khoa học kỹ thuật. 4. GS, TSKH. Phan Quốc Khánh - TS. Trần Huệ Nương (2003), Quy hoạch tuyến tính, NXB Giáo dục. 5. Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ chính xác gia công bằng thực nghiệm, NXB khoa học và kỹ thuật. 6. PGS, TS. Bùi Minh Trí (2005), Xác suất thống kê và quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học và kỹ thuật. 7. B.N. Arzamaxov (2004), Vật liệu học, NXB Giáo dục. 8. Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC, NXB Khoa học và kỹ thuật. 9. Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng của quá trình cắt, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên. 10. Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật. 11. Trần Mao, Phạm Đình Sùng (1998), Vật liệu cơ khí, NXB Giáo dục. 12. Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang, Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, NXB Nông nghiệp. 13. Sách tra cứu vật liệu khó gia công (1981), NXB Khoa học kỹ thuật. 14. TS. Trần Hữu Đà, ThS. Nguyễn Thị Hoa (2001), Gia công hợp kim cứng bằng tia lửa điện, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên. 15. Nguyễn Quốc Dũng (2006), Nghiên cứu tính gia công của một số loại thép không gỉ dùng trong chế tạo máy, ứng dụng xác định chế độ cắt cho các loại vật liệu này, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 94 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16. Nguyễn Thị Hồng Sơn (2006), Tối ưu hoá quá trình gia công khuôn cò mổ vật liệu 5XHM bằng xung điện, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên. 17. Nguyễn Nam Sơn (2005), Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến năng suất và chất lượng trong gia công trên máy cắt dây tia lửa điện, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học bách khoa Hà Nội. 18. Tào Ngọc Minh (2007), Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếi tố công nghệ đến chất lượng bề mặt trên máy cắt dây tia lửa điện, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học bách khoa Hà Nội. 19. Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab và ứng dụng, NXB khoa học kỹ thuật. 20. Nguyễn Văn Hùng (2003), Nghiên cứu tối ưu hoá các thông số công nghệ của quá trình mài điện hoá bằng đá mài kim cương khi gia công hợp kim cứng, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội. 21. Operation Manual – CNC Wire cut EDM – Chmer EDM Ching Hung Mechinery and Electric Industrial Co, Ltd – Taiwan. 22. PC Pandey- HS Shan (2002), Modern Machining Processes, Tata McGraw- Hill Pulishing Company Limited. 23. Advanced Machining Processes (2004), McGraw- Hill, Mechanical Engineering Series. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 95 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên PHỤ LỤC 1. Thiết bị thí nghiệm Máy cắt dây CW322S tại trung tâm thí nghiệm Trường Đại học KTCN Thái Nguyên. Máy đo nhám SJ201 tại phòng Dung sai đo lường Trường Cao Đẳng Cơ khí Luyện kim Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 96 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2. Quá trình thực nghiệm 2.1. Bản vẽ chi tiết thí nghiệm 2.2. Chương trình gia công O0100 N100 G0 G21 G90 N102 G92 X0. Y10. I5. J0. N110 D1 N112 G41 G1 Y5.165 N114 X14. N116 G2 X14.165 Y5. J-.165 N118 G1 Y0. N120 G2 X14. Y-.165 I-.165 N122 G1 X12.1639 N124 G2 X-12.1639 I-12.1639 J.165 N126 G1 X-14. N128 G2 X-14.165 Y0. J.165 N130 G1 Y5. N132 G2 X-14. Y5.165 I.165 N134 G1 X0. N136 G40 Y10. N138 M50 N140 M30 % 2.3. Gia công thực nghiệm Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 97 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên T¸c gi¶ lµm thùc nghiÖm KTV §ç ThÕ Vinh hç trî lµm thùc nghiÖm BÓ chøa dung dÞch ®iÖn m«i (khi gia c«ng) Mµn h×nh hiÓn thÞ qu¸ tr×nh gia c«ng Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 98 Chuyên ngành Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên S¶n phÊm nhËn ®•îc sau gia c«ng 2.4. Thực nghiệm đo nhám Qu¸ tr×nh ®o ®é nh¸m KÕt qu¶ Ra ®•îc hiÓn thÞ