Kết luận chương 2

Chương 3

THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN

ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT TRÊN MÁY CẮT DÂY

3.1 Thiết kế thí nghiệm



Mục tiêu của thực nghiệm là xây dựng thí nghiệm nghiên cứu ảnh

hưởng của các thơng số cơng nghệ đến mục tiêu tăng độ chính xác gia công

trên cơ sở các tiêu chuẩn về chất lượng bề mặt gia cơng.

3.1.1 Các giả thiết của thí nghiệm



Thí nghiệm được xây dựng theo những giả thiết sau:

- Chất lượng chất dung mơi và điều kiện dòng chảy chất điện mơi 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 mơi trường gia cơng ln ln ổn định và bằng nhiệt độ

trong phòng gia cơng.

- Tổng hợp các nhiễu ảnh hưởng tới độ chính xác kích thước là ổn

định và khơng thay đổi trong suốt q trình thực hiện thí nghiệm.

3.1.2 Điều kiện thực hiện thí nghiệm.



Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm trường Đại học

Công nghiệp Hà Nội, dưới những điều kiện cố định sau:

3.1.2.1 Thiết bị thí nghiệm.



- Thiết bị để thực hiện thí nghiệm là máy cắt dây MITSUBISHI

MVS1200 do hãng MITSUBISHI sản xuất với những đặc tính như sau



Bảng 3.1 Các thơng số kỹ thuật của máy

Đặc tính kỹ thuật của máy



Giá trị



Chiều rộng bàn máy



530x320 mm



Kích thước phơi lớn nhất



450x320x200



Khối lượng phơi lớn nhất



250 kg



Hành trình trục X



400 mm



Hành trình trục Y



300 mm



Góc cơn cắt được lớn nhất



± 150/80 mm



Đường kính dây điện cực



0,1 ÷ 0,3 mm



Tốc độ lớn nhất của dây



300 mm/s



Hệ thống điều khiển trục



AC servo



Dòng điện lớn nhất



25 A



Các thơng số về điện



3 pha, 220 V ± 10%, 13 kVA



Kích thước tồn máy



2380x1855x1830



Khối lượng máy



1500 kg



3.1.2.2 Vật liệu gia cơng



Vật liệu thí nghiệm là thép SKD11. Đây là loại vật liệu có khả năng

giữ độ cứng và độ bền rất tốt khi nâng nhiệt, có ứng suất nén rất tốt, tính

chống mòn cao, được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo máy để làm các

khuôn dập, các chi tiết máy chịu va đập.



+ Độ cứng ở trạng thái thường (thép sống) từ 20 † 25 HRC.

+ Độ cứng ở trạng thái tôi cải thiện từ 35 † 38 HRC.

+ Độ cứng ở trạng thái nhiệt luyện từ 54 ÷ 56 HRC.

- Kích thước phơi 70 x 50 x 15.

Thành phần hóa học (bảng 3.2)

Bảng 3.2 Thành phần hóa học các nguyên tố

Thành phần hóa học các nguyên tố (%)



Mác

thé

p

SKD11



C



Si



Mn



Cr



Mo



V



P



S



0,37-0,43 0,90-1,2 0,3-0,5 4,8-6,6 1,2-1,5 0,9-1,1 <0,03 <0,03



3.1.2.3 Các thiết bị đo



Kết quả đo được thực hiện trên máy đo độ nhám của hãng Mitutoyo của Nhật

Bản

3.2 Nhóm thí nghiệm

3.2.1 Mơ hình định tính q trình cắt dây tia lửa điện



Quá trình cắt dây tia lửa điện được mô tả bao gồm các thông số đầu vào

là các thơng số về điện như dòng điện Ie, điện áp xung Ui, độ kéo dài xung ti,

khoảng cách xung t0 … và các thông số điện cực, về dung dịch điện mơi,

chương trình gia cơng và các loại nhiễu trong q trình gia cơng. Đầu ra là

các yếu tố như kích thước gia cơng, độ bóng bề mặt, năng suất gia cơng. Có

thể mơ hình hóa như sau



ELECTRODE PARAMETERS



ELECTRICAL PARAMETERS



Pulse of Time (Tof)

Wire Material Servo Feed (SF)

Wire Feed rate (WF)

Pulse on Time (Ton)



Wire Size

Wire Tension (WT)



Peak Current (IP)

Gap Voltage (VP)

Spark gap set voltage (SV)

WEDM

Performance Meseaures

(CR, SR, IG, DD)



Dielectric flow rate (WP)



Height

Material

Conductivity of dielectric (S)



NON ELECTRICAL PARAMETERS



WORK PIECE



Hình 3.2 Mơ hình hóa q trình gia cơng tia lửa điện

3.2.2 Các thơng số đầu vào của 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 thông số tiêu biểu đến độ nhám

trong gia công cắt dây tia lửa điện.

Có 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 này sẽ thay

đổi trong khoảng điều chỉnh cho phép của thiết bị thí nghiệm và được tập hợp

để tính tốn, từ đó đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố đó đến độ nhám.

Nhóm thí nghiệm này được thiết kế với 2 thơng số có ảnh hưởng lớn tới

độ nhám đó là: Tốc độ cắt FA và tốc độ chạy dây WS.

- Tốc độ chạy dây WS: Đây là tham số ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề

mặt chi tiết gia cơng trong q trình gia cơng. Trong thí nghiệm ta chọn và

điều chỉnh theo 3 mức có sẵn trên máy là: WS = 4, WS= 8, WS=12

- Tốc độ cắt FA: Đây là tham số có ảnh lớn đến khe hở phóng điện,

năng suất gia cơng, chất lượng bề mặt trong gia cơng tia lửa điện. Trong thí

nghiệm ta chọn và điều chỉnh FA theo 3 mức đó được mặc định sẵn trên máy

là các giá trị FA = 2mm/p, FA = 3mm/p, FA = 4mm/p,



- Vật liệu gia cơng: Vật liệu gia cơng có ảnh hưởng lớn độ chính xác gia

cơng,

năng suất cũng như chất lượng bề mặt gia công. Tuy nhiên, để đơn giản tác giả

chọn

vật liệu thường dùng trong chế tạo khuôn mẫu để nghiên cứu đó là SKD11 có

chiều dày là 25mm đã được mài phẳng.

- Điện cực và dòng chảy chất điện mơi:Ở đây tác giả giả thiết các thí

nghiệm được thực hiện ở cùng một điều kiện gia cơng. Đó là, cùng một loại

điện cực là Đồng có đường kính d = 0,25mm và được ngâm trong dung dịch

điện môi. Các điều kiện này phù hợp với điều kiện thực tế tại phòng thí

nghiệm.

Theo qui hoạch thực nghiệm, ta chọn miền nghiên cứu thực

nghiệm là: W S m i n = 4

WS max= 12

FA min = 2

FAmax = 4

Các yếu tố xi thực nghiệm là:

(t)

Mức trên : = lnx imax

( d)

xi

Mức dưới :

= lnx imin

xi

= 1/2 (lnx i max + lnx i min)

Mức cơ sở ix

(0)

Khoảng biến thiên: i = 1/2( lnx i max lnx i min) Bảng tính tốn:

Các yếu tố

Mức trên

Mức dưới

Mức cơ sở

Khoảng biến thiên



z1

12

4

8

4



z2

4

2

3

1



3.4.Nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm xác định độ nhám bề mặt trong

gia công cắt dây bằng tia lửa điện



3.4.1. Độ nhám bề mặt Ra

3.4.1.1.Mô hình tốn học

Như đã nêu ở trên, chế độ cơng 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. .WS y

Để xác định mơ hình tốn 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 khơng 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. .WS y



(3.1)



Tro ng đó KRa là hằng số; x, y, 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(FA) + y.ln(WS)

Đặt:



(3.2)



y = ln(Ra); a0 = ln(KRa); a1 = x; a2 = y;



x1 = ln(FA); x2 = ln(WS)

Ta sẽ được phương trình mới:

y = a0 + a1 x1 + a2 x2

Dạng tổng quát: y = a0 + a1 x1 + a2 x2 +.........+ anxn.



(3.3)

(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 hố khơng thứ



ngun bằng cách gọi biến thực tế là

Zj, j =



1, k , Z j



Zj ta thu



zj



Với thực nghiệm có 2 biến đầu vào, làm thí nghiệm với N=22= 4 thí nghiệm tại

các đỉnh đơn hình đều và ba thí nghiệm ở trung tâm, ta có bảng quy hoạch

thực nghiệm sau:

S

Biến mã hoá

Biến thực nghiệm

TT

x1

x2

FA(V)

WS

1

-1

-1

2

4

2

+1

-1

2

12

3

-1

+1

4

4

4

+1

+1

4

12

5

-1

-1

3

8

6

+1

-1

3

8

3.4.1.2. Thực nghiệm đo nhám

Với bài toán đặt ra trong điều kiện tác giả đã lặp lại thí nghiệm 2 lần và

đo 3 giá trị, lấy giá trị trung bình.

S

TT

1

2

3

4

5

6



Biến

hố

x1

-1

+1

-1

+1

0

0



mã

x2

-1

-1

+1

+1

0

0



Biến thực nghiệm

FA

WS

2

4

2

12

4

4

4

12

3

8

3

8



lần 1

2,14

2,65

2,95

2,01

2,74

3,03



Giá trị

lần 2

2,35

2,16

2,07

3,07

2,23

3,07



đo nhám

lần 3 Ra( m)

3,13

2,54

2,84

2,55

2,66

2,56

2,66

2,577

2,94

2,637

2,76

2,753



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 cơng thức (3.16) [6].

Ta có:

1/4 (2,54+2,55+2, 56+2,577)

a0= 2 , 5 5 7

N i1yi 1

1

=

a1 =

(-2,54+2,55-2,56+2,577)

Ni 1



4



a1= 0,027

N 2 yi 1

a2 = 1

(-2,54-2,55+2,56+2,577)

Ni

=

4

a2= 0,047

Thay vào phương trình (4.3) ta

được:

yˆ = 2,577+ 0,027 x1 + 0,047 x2

3.1.1.4. Kiểm định các tham số aj

* Kiểm định aj =0 (có nghĩa)

Ta có 2 thí nghiệm lặp lại ở tâm với kết quả như sau:

y1 =2,637;

0

y02 =

1

2,753;

(2,637+

2,753 ) = 2,695

y0 =

2



(3.5)



phương sai tái sinh s2ts

S2ts = ( yi0

S2ts =



y0 )2



(2,637 2,695)2 ( 2,753 2,695)2 = 0,006

sts= 0,006 = 0,080

2 2 -1

sai = s ts {c }jj

sts 0

,080 =0,04

sai=

N

4

a

tai= i

sai

a0



=

2,577



ta0 =



sai



= 64,425



0,04



= 0,675

ta1 a1 0,027

=



s=ai



0,04 = 1,175



a2

ta2 = 0,047

sai

=



0,04



Ta chọn mức độ có nghĩa = ,005 cho các bảng thống kê.

Với 0,05, bậc tự do n0 = 2 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 mơ hình

Sau khi xây dựng được mơ hình yˆ , ta tính phương sai dư.

TT



yi



X1



X2



a0



a1



a2



yˆ i



(yiyˆ)2



1

2

3

4



2,54

2,55

2,56

2,577



-1

1

-1

1



-1

-1

1

1



2,577

2,577

2,577

2,577



0,027

0,027

0,027

0,027



0,047

0,047

0,047

0,047



2,503

2,557

2,597

2,651



0,0014

0,00005

0,0015

0,0055



S2dư = 1/2 ( 0,0014 0,00005



0,0015



0,0055) = 0,004



Ta thấy S2dư > S2ts

F = S2dư / S2ts = 0,004/0,006 = 0,67

Với bậc tử m1 = n-(k+1) = 4 bậc mẫu n0 - 1 = 2

Chọn mức ý nghĩa p= 0,05, tra bảng Fisher ta được f = 19,2

F < f . vậy mơ hình là phù hợp.

Chuyển về biến Zj từ yˆ = 2,577+ 0,027 x1 + 0,047x2



với



xj



thay vào ta được:



yˆ = 2,577+ 0,027 + 0,047



= 2,752 + 0,027 x1 + 0,012x2

a0 = ln(KRa) Ra = e

a0

= 13,15 thay vào ta được:

=

e2,5777

(3.7)

Ra = 13,15.FA0,027. WS0,012

Là phương trình hồi quy thực nghiệm.

3.4.1.6. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với FA và WS )



(3.6)