Luận án Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ tối ưu khi gia công xung tia lửa điện bằng điện cực đồng

hiệu suất tổng thể cho mỗi phương án thay thế được tính như sau: , 1,2,..., ; 0 1 + + − = =   + i i i i i S P i n P S S (2.34) Giá trị chỉ mục càng lớn thì càng được ưu tiên hơn. Bước 9. Xếp hạng theo Deng’s, trị số Pi lớn hơn sẽ cho giải pháp Ai chất lượng tốt. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Từ nội dung chương 2 có thể kết luận: 1. Đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết ảnh hưởng của cường độ dòng điện (I); điện áp khe hở phóng điện (U); thời gian phóng điện (Ton); thời gian ngừng phóng điện (Toff) 38 đến độ cứng tế vi bề mặt (HV); chiều dày lớp trắng (WLT); nhám bề mặt (Ra); mòn điện cực (TWR); năng suất bóc tách vật liệu (MRR). 2. Đã nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu Taguchi và phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu Taguchi - AHP - Deng’s. 3. Cơ sở lý thuyết trên là các căn cứ để nghiên cứu thực nghiệm trong chương 3 và chương 4. 39 CHƯƠNG 3: TRANG THIẾT BỊ VÀ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG VÀ ĐỘ MÒN ĐIỆN CỰC 3.1 Trang thiết bị phục vụ thực nghiệm Xuất phát từ điều kiện thực tế trong nước và sự cần thiết cho khu vực sản xuất nên mô hình nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện cụ thể như sau: 3.1.1 Máy Xung điện Máy xung điện dùng trong thực nghiệm là máy CNC 3 trục CM323C (hình 3.1) có các thông số kỹ thuật như sau: - Kích thước máy 1200 x 1350 x 2250 mm; - Chuyển động tạo hình điều khiển CNC 3 trục X; Y; Z; - Dòng điện lớn nhất 50 A, công suất 4 KVA; - Năng suất gia công lớn nhất 350 mm3/phút; - Độ nhám bề mặt gia công nhỏ nhất có thể đạt Ra = 0.45 µm. - Phạm vi điều chỉnh U; I; Ton; Toff: + U = 30 - 100 V (điện áp khe hở theo khuyến cáo của nhà sản xuất máy nên chọn từ 30 - 90 V); + I = 1 - 50 A (cường độ dòng điện theo khuyến cáo của nhà sản xuất máy nên chọn từ 1 - 10 A); + Ton; Toff = 3 - 2400 µs (thời gian phóng điện theo khuyến cáo của nhà sản xuất máy nên chọn từ 9 - 150 µs; thời gian dừng phóng điện nên chọn từ 9 - 75 µs). - Kích thước bàn máy 500 x 350 mm, dịch chuyển X = 300 mm, dịch chuyển Y = 200mm, dịch chuyển Z = 300 mm; - Trọng lượng điện cực lớn nhất 60 kg, trọng lượng chi tiết gia công lớn nhất 500 kg; - Hãng sản xuất máy: Ching Hung Machinery & Electric Industrial, Co., LTD. (Đài Loan, sản xuất năm 2008). - Dung dịch điện môi D323. 40 3.1.2 Vật liệu và phôi thí nghiệm CheHaron và cộng sự (năm 2001) đã kiểm tra hiệu suất của điện cực đồng và than chì trên EDM bằng thép công cụ XW42 và chứng minh rằng đồng mang lại tốc độ loại bỏ vật liệu cao hơn (MRR), với độ mài mòn giảm trong khi than chì mang lại chất lượng gia công tốt hơn [82]. Singh và cộng sự (năm 2004) đã phân tích gia công thép công cụ En-31 bằng các vật liệu điện cực khác nhau như đồng, than chì, đồng - vonfram và nhôm, nghiên cứu cho thấy đồng là vật liệu điện cực tốt dựa trên mức độ hoàn thiện bề mặt tối ưu, năng suất bóc tách vật liệu (MRR) và tốc độ mòn điện cực (TWR) [81]. Từ những kết luận trên, đồng nguyên chất (copper) đường kính 16mm được lựa chọn là vật liệu điện cực dùng trong các thí nghiệm ở đề tài nghiên cứu này (hình 3.2a) (đồng đỏ copper, độ tinh khiết 99,99% do Nhật Bản sản xuất, được nhập khẩu bởi công ty AZ Việt Nam). SKD11 là vật liệu phổ biến được sử dụng rộng rãi trong chế tạo khuôn mẫu, khuôn dập nguội, các chi tiết chịu mài mòn, có hàm lượng các bon và crom cao, có khả năng chịu mài mòn cao trong môi trường làm việc có nhiệt độ thông thường, có độ thấm tôi tốt [5, 14]. SKD11 được sử dụng với phương pháp EDM để tạo hình bề mặt khuôn. Trong đề tài nghiên cứu này, vật liệu SKD11 đã xử lý nhiệt đạt độ cứng 58 - 62 HRC được chọn để thực nghiệm gia công xung EDM, kích thước 20 x 20 x 20 mm (hình Hình 3.1 Máy xung điện CNC 3 trục CM323C 41 3.2b), có thành phần hóa học như bảng 3.1 (thép SKD11 do hãng Daido Nhật Bản sản xuất, nhập khẩu bởi công ty Vision Việt nam). 3.1.3 Thiết bị đo 3.1.3.1 Cân điện tử AJ 203 Cân điện tử AJ 203 (Do hãng Shinko Denshi Co. LTD - sản xuất tại Nhật) (hình 3.3), khối lượng lớn nhất mà cân có thể cân được là 200g, độ chính xác 0,001g. Mác thép Thành phần hoá học (%) C Si Mn Ni Cr Mo W V Cu P S SKD11 1.4 ~ 1.6 0.4 max 0.6 max 0.5 max 11.0 ~ 13.0 0.8 ~ 1.2 0.2 ~ 0.5 ≤ 0.25 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 Hình 3.2.a Điện cực xung; 3.2.b Chi tiết xung Bảng 3.1 Thành phần hóa học thép SKD11 Hình 3.3 Cân điện tử AJ 203 a) Điện cực xung b) Chi tiết xung 42 3.1.3.2 Máy đo độ nhám Máy đo độ nhám Surftest SV - 2100 do hãng Mitutoyo của Nhật sản xuất (hình 3.4). 3.1.3.3 Máy đo độ cứng tế vi HV Máy đo độ cứng tế vi Micro - Hardness Tester (model Indenta Met 1106) của hãng Buehler, Mỹ sản xuất (hình 3.5). Hình 3.4 Máy đo độ nhám SV - 2100 Hình 3.5 Máy đo độ cứng HV IndentaMet 43 3.1.3.4 Kính hiển vi quang học Leica-DM750 Chiều dày lớp trắng được đo trên kính hiển vi quang học Leica - DM750 (hình 3.6), do Singapore sản xuất. 3.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thông số công nghệ đến một số chỉ tiêu chất lượng 3.2.1 Thí nghiệm khảo sát 1 Khảo sát ảnh hưởng của thông số công nghệ đến nhám bề mặt của chi tiết gia công: a. Trang thiết bị và phôi dùng trong thực nghiệm khảo sát 1 Thí nghiệm đã được thực hiện trên máy xung điện CM323C của CHMER EDM, tại Trung tâm đào tạo Kỹ thuật HaUI - Foxconn thuộc trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (thông số chi tiết máy xung ở mục 3.1.1). Vật liệu gia công là thép SKD11 đã xử lý nhiệt đạt độ cứng 58 đến 62 HRC. Điện cực đồng (Copper) có đường kính 16.0 mm được dùng làm điện cực xung, độ nhám các điện cực giống nhau có Ra = 0.2 µm (hình 3.2). b. Chế độ công nghệ thí nghiệm khảo sát 1 Dựa trên khuyến cáo của nhà sản xuất máy xung điện (các mức của các thông số lựa chọn ở vùng gia công tinh), lựa chọn các thông số đầu vào độc lập, điều chỉnh được và ảnh hưởng mạnh đến nhám bề mặt, dựa trên các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. Các thông số công nghệ khi thực nghiệm khảo sát 1 gồm: cường độ dòng điện I; điện áp khe hở U; thời gian phóng điện Ton và các mức giá trị thể hiện trong Hình 3.6 Kính hiển vi quang học Leica - DM750 44 bảng 3.2. Ba biến đầu vào với 8 thí nghiệm ứng với giá trị lớn nhất và nhỏ nhất; 3 thí nghiệm theo giá trị giữa của các thông số U; I; Ton, tổng cộng 11 thí nghiệm, các mức thể hiện trong bảng 3.3. Độ nhám bề mặt chi tiết sau khi gia công xong được đo trên máy đo độ nhám SV- 2100 (hình 3.4). c. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm Để phân tích kết quả thí nghiệm, ứng dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM). RSM là tập hợp các kỹ thuật toán học và thống kê hữu ích để phân tích các vấn đề trong đó một số biến độc lập ảnh hưởng đến một biến phụ thuộc hoặc phản hồi và mục tiêu là tối ưu hóa đáp ứng này. Trong nhiều điều kiện thí nghiệm, có thể biểu diễn các yếu tố độc lập ở dạng định lượng. Trong khảo sát này, RSM đã được áp dụng để phát triển các mô hình toán học dưới dạng nhiều phương trình hồi quy cho đặc tính chất lượng trong EDM. Khi áp dụng phương pháp đáp ứng bề mặt, biến phụ thuộc được xem như một bề mặt mà mô hình toán học được trang bị. Đối với việc phát triển các phương trình hồi quy liên quan đến các đặc tính chất lượng khác nhau của EDM, bề mặt đáp ứng bậc hai đã được giả định là: Thông số đầu vào Đơn vị Mức -1 0 1 Điện áp đánh lửa (U) V 40 50 60 Cường độ dòng điện (I) A 1 2 3 Thời gian phóng tia lửa điện (Ton) µs 9 18 25 TT Biến mã hóa Biến thực nghiệm Ra (µm) X1 X2 X3 U (V) I (A) Ton (µs) 1 -1 -1 -1 40 1 9 0.485 2 0 0 0 50 2 18 0.985 3 +1 +1 +1 60 3 25 1.242 4 +1 -1 +1 60 1 25 0.390 5 -1 +1 +1 40 3 25 1.393 6 -1 -1 +1 40 1 25 0.540 7 +1 -1 -1 60 1 9 0.407 8 -1 +1 -1 40 3 9 0.893 9 0 0 0 50 2 18 0.957 10 0 0 0 50 2 18 0.985 11 +1 +1 -1 60 3 9 0.845 Bảng 3.2 Các thông số đầu vào thí nghiệm khảo sát 1 Bảng 3.3 Bảng các yếu tố đầu vào thí nghiệm khảo sát 1 và kết quả đo độ nhám 45 k k k 2 0 i i ii i ij i j i=1 i=1 i,j=1, i j Y=b + b x + b x + b x x     (3.1) Trong đó Y là đáp ứng tương ứng Ra (nhám bề mặt, đơn vị tính là µm) được tạo bởi các biến thông số công nghệ khác nhau của EDM), xi (1, 2, , k) là các biến đầu vào (xi là các mức mã hóa của k biến định lượng các thông số công nghệ), 2x i and xixj lần lượt là các bình phương và tương tác của các biến đầu vào. Các hệ số hồi quy chưa biết cần tính toán là b0, b1, b2, .., bij. d. Kết quả phân tích phương sai (ANOVA) nhám bề mặt (Ra) Ảnh hưởng của các tham số gia công (I, Ton và U) đến đáp ứng đầu ra Ra được đánh giá bằng cách tiến hành thí nghiệm. Phần mềm Minitab 18 đã được sử dụng để tìm mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và Ra đáp ứng. Mô hình bậc hai được xem xét để phân tích trong nghiên cứu này. Bảng 3.4 thể hiện các hệ số hồi quy trong các đơn vị được mã hóa và ý nghĩa của nó trong mô hình. Các cột trong bảng tương ứng với các biến, giá trị của các hệ số (Coef.) và sai số chuẩn của hệ số (SE Coef), giá trị thống kê T và giá trị P để quyết định loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng yếu. Với độ tin cậy 95 %, giá trị P phải nhỏ hơn 0,05. Dòng đánh dấu * có P vượt quá 0.05, nên sẽ bị loại bỏ. Bảng 3.5 sau khi loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng yếu (P > 0.05), các giá trị của R2 = 99.93 %, R2adj = 99.83 %. Mô hình rút gọn có R2 thấp hơn so với mô hình bậc hai đầy đủ (99,94 %) và giá trị R2adj là 99,81 %, thể hiện ý nghĩa của mối quan hệ giữa phản ứng và các biến đầu vào của mô hình phù hợp sau khi loại bỏ là U*I. Thông số Coef SE Coef T P Hằng số 0.961057 0.008476 113.388 0.000 U -0.053375 0.005175 -10.314 0.002 I 0.318875 0.005175 61.616 0.000 Ton 0.116875 0.005175 22.584 0.000 U*U -0.186682 0.009931 -18.798 0.000 U*I 0.003625 0.005175 0.700 0.534* U*Ton -0.021875 0.005175 -4.227 0.024 I*Ton 0.107375 0.005175 20.748 0.000 S = 0.0146378 R2 = 99.94 % R2adj = 99.81 % Bảng 3.4 Hệ số hồi quy ước tính cho Ra 46 ANOVA được sử dụng để kiểm tra tính đầy đủ của mô hình bậc hai, bao gồm kiểm tra mức độ quan trọng của mô hình hồi quy, hệ số mô hình và kiểm tra mức độ không phù hợp. Bảng 3.6 tóm tắt ANOVA của mô hình bao gồm hai nguồn đó là hồi quy và sai số dư. Trong bảng DF - bậc tự do; Seq SS - lỗi tổng bình phương tuần tự; Adj SS - lỗi tổng bình phương điều chỉnh; Adj MS - lỗi bình phương trung bình; F - hệ số fisher; P - mức ý nghĩa. Giá trị P = 0.699 của sự không phù hợp > 0.05 chỉ ra rằng có sự thiếu sót về mặt thống kê của sự không phù hợp với mức độ tin cậy 95 %. Tuy nhiên, giá trị P của mô hình hồi quy và tất cả các số hạng tuyến tính và bình phương của nó có giá trị P là 0,000, do đó chúng có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 95 % như vậy mô hình thể hiện đầy đủ độ tin cậy. Thông số Coef SE Coef T P Hằng số 0.96106 0.007918 121.379 0.000 U -0.05338 0.004835 -11.04 0.000 I 0.31888 0.004835 65.958 0.000 Ton 0.11688 0.004835 24.175 0.000 U*U -0.18668 0.009277 -20.123 0.000 U*Ton -0.02187 0.004835 -4.525 0.011 I*Ton 0.10737 0.004835 22.21 0.000 S = 0.0136740 R2 = 99.93 % R2adj = 99.83 % Nguồn DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Hồi quy 6 1.12999 1.12999 0.188331 1007.23 0.000 Tuyến tính 3 0.95821 0.94552 0.315173 1685.61 0.000 U 1 0.02279 0.02279 0.022791 121.89 0.000 I 1 0.81345 0.81345 0.81345 4350.49 0.000 Ton 1 0.12197 0.10928 0.109278 584.44 0.000 U*U 1 0.07571 0.07571 0.075714 404.93 0.000 U*Ton 1 0.00383 0.00383 0.003828 20.47 0.011 I*Ton 1 0.09224 0.09224 0.092235 493.29 0.000 Lỗi dư 4 0.00064 0.00064 0.000214 - - Không phù hợp 2 0.00023 0.00023 0.000112 0.43 0.699 Lỗi thuần túy 2 0.00052 0.00052 0.000261 - - Tổng 10 1.13073 - - - - Thông số Hằng số U I Ton U*U U*Ton I*Ton Hệ số -4.10131 0.18599 0.09070 0.00143 -0.00186 -2.7343 0.01342 Bảng 3.5 Hệ số hồi quy ước tính cho Ra (sau khi loại bỏ P > 0.05) Bảng 3.6 ANOVA cho Ra Bảng 3.7 Hệ số hồi quy ước tính cho Ra 47 Phân tích đa thức hồi quy được thực hiện cho dữ liệu để thu được mô hình bề mặt đáp ứng bậc hai và phương trình thu được là: Ra = - 4.10131 + 0.18599*U + 0.09070*I + 0.00143* Ton - 0.00186*U*U - 2.7343*U*Ton + 0.01342*I*Ton (µm) (3.2) Sử dụng biểu đồ xác suất - một kỹ thuật đồ họa để đánh giá một tập dữ liệu có được phân phối bình thường hay không. Phần dư được chuẩn hóa vẽ trên biểu đồ xác suất (hình 3.7) để kiểm tra sự phân bố của dữ liệu. Có thể thấy rằng phần dư gần như rơi trên một đường thẳng, điều này cho thấy độ nhám Ra được phân phối và giả định quy tắc là hợp lệ. Các ô cho thấy phần dư được phân phối bình thường trên một đường thẳng. Hình 3.8 mô tả biểu đồ của dư lượng không được chuẩn hóa cho tất cả các quan sát. Khoảng cách giữa hai cột chỉ ra các ngoại lệ có trong kết quả. Hình 3.9, biểu đồ giá trị phù hợp Ra chỉ ra rằng không có phân bố bất thường nào xuất hiện, độ nhám Ra nằm trong phạm vi - 0.01866 đến 0,0093µm được phân tán ngẫu nhiên về 0, nghĩa là các lỗi có phương sai không đổi. Hình 3.7 Biểu đồ phần dư cho Ra Hình 3.8 Biểu đồ cột phần dư cho Ra Hình 3.9 Phần dư được chuẩn hóa với giá trị phù hợp Số dư Số dư Giá trị phù hợp Giá trị đáp ứng P h ần t ră m T ần s u ất Đồ thị xác suất phân phối chuẩn Đồ thị thống kê S ố d ư 48 Hình 3.10 Ảnh hưởng của các yếu tố đến Ra Ảnh hưởng của các yếu tố đến Ra Hình 3.10 thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố lên Ra. Biểu đồ chỉ ra rằng U, I và Ton có ảnh hưởng đáng kể đến Ra, các yếu tố ảnh hưởng cũng được thể hiện bởi các kết quả trong bảng 3.7. Tuy nhiên, I là thông số có ảnh hưởng mạnh nhất tới Ra, khi I tăng từ 1 A lên 3 A, Ra tăng từ 0.54 µm lên 1.2 µm. Khi Ton tăng từ 9 µs lên 18 µs, Ra tăng 0,32 µm, khi Ton tăng từ 18 µs lên 25 µs, Ra giảm nhẹ 0,10 µm. U có xu hướng tương tự, khi U tăng từ 40 V lên 50 V, Ra tăng 0,15 µm, khi U tăng từ 50 V lên 60 V, Ra giảm 0,25 µm. G iá t rị t ru n g b ìn h c ủ a R a Hình 3.11 Ảnh hưởng tương tác của các yếu tố đến Ra Ảnh hưởng tương tác của các yếu tố đến Ra 49 Hình 3.11 thể hiện các tương tác cặp giữa I, U và Ton, các yếu tố thay đổi theo ba mức thấp, trung bình và cao. Có thể thấy trong hình là hiệu ứng tương tác mạnh nhất được tạo ra giữa I và Ton (hình 3.11 a, c). Hình 3.12 và 3.13 bề mặt phản hồi của Ra liên quan đến các thông số gia công của I và Ton. Từ hình vẽ, giá trị Ra cao hơn với I cao hơn và Ton dài hơn, giá trị Ra tăng đáng kể khi tăng I với bất kỳ giá trị nào của Ton, Ra thấp nhất khi dòng điện thấp (I = 1 A và Ton = 9 µs). Hình 3.14 và 3.15 cho thấy tương tác U*Ton ảnh hưởng đến Ra, ảnh hưởng của nó nhỏ hơn nhiều so với ảnh hưởng của I*Ton. Ra tối thiểu thu được ở thời gian xung thấp (9 µs) và U cao (60 V). Từ những quan sát này, có thể kết luận rằng I và Ton tỷ lệ thuận với Ra, với U và U*Ton ảnh hưởng ít hơn đến Ra. Giá trị tính toán của Ra trong điều kiện tối ưu: U = 60 V, I = 1 A và Ton = 18 µs. Sau khi lựa chọn mức tối ưu của các tham số quy trình, bước cuối cùng là dự đoán và xác minh sự cải thiện của đáp ứng bằng mức tối ưu của các tham số gia công. Các thí nghiệm xác nhận đã được thực hiện bằng cách sử dụng các tham số quy trình tối ưu như I = 1 A, U = 60 V và Ton = 9 µs. Bảng 3.8 cho thấy sai khác giữa giá trị dự đoán và giá trị thí nghiệm. Hình 3.12 Mặt đáp ứng Ra với I và Ton Hình 3.13 2D ảnh hưởng I và Ton lên Ra Hình 3.14 Mặt đáp ứng Ra với U và Ton Hình 3.15 2D ảnh hưởng U và Ton lên Ra 2D ảnh hưởng I và Ton lên Ra 2D ảnh hưởng U và Ton lên Ra Mặt đáp ứng Ra với U và Ton Mặt đáp ứng Ra với I và Ton Ra 50 e. Kết luận thực nghiệm khảo sát 1 Trong thực nghiệm khảo sát, ảnh hưởng của các yếu tố quan trọng nhất đến Ra đã được nghiên cứu đối với thép SKD11 đã được xử lý nhiệt. Thiết kế RSM được sử dụng để tiến hành thử nghiệm với I, Ton và U làm tham số đầu vào. Phạm vi của các tham số này đã được chọn, vì hiện nay được sử dụng rộng rãi bởi các khuyến cáo của nhà sản xuất máy EDM. Các yếu tố đầu vào ảnh hưởng đáng kể đến các đáp ứng đầu ra là I, Ton, U, bình phương của U, tương tác giữa I và Ton và tương tác giữa U và Ton với độ tin cậy 95 %. Kết quả cho thấy rằng để đạt được giá trị độ nhám Ra thấp trong khoảng số liệu thực nghiệm này, I và Ton càng thấp càng tốt, và ngược lại, điện áp (U) càng lớn càng tốt. Tuy nhiên, mô hình toán học được phát triển cho độ nhám Ra có thể được sử dụng hiệu quả để lựa chọn tối ưu các tham số quy trình EDM để đạt được chất lượng bề mặt tốt của thép SKD11. Sai khác giữa giá trị thử nghiệm và giá trị dự đoán ở mô hình tham số tối ưu Ra là 7.64 %. Điều này xác nhận kết luận thí nghiệm là phù hợp. Kết quả cho thấy rằng các thông số đầu vào (U; I; Ton) có ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt (Ra). 3.2.2 Thí nghiệm khảo sát 2 Khảo sát ảnh hưởng của độ nhám điện cực đến độ nhám bề mặt gia công: a. Trang thiết bị và phôi thí nghiệm khảo sát 2 Trang thiết bị và phôi dùng trong thí nghiệm khảo sát 2 giống thí nghiệm khảo sát 1. Các điện cực có độ nhám khác nhau, tạo nhám điện cực bằng dao phay ngón thép gió liền khối 4 lưỡi cắt, đường kính ϕ18 của hãng Nachi (Nhật), gia công trên máy Phay CNC 3 trục (Moriseiki Nhật), số mẫu 8, mỗi mẫu được đo 6 lần ở 6 vị trí khác nhau, kết quả là giá trị trung bình. Việc tạo nhám điện cực khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của nhám điện cực đến nhám bề mặt chi tiết gia công. b. Chế độ công nghệ thí nghiệm khảo sát 2 Điều kiện gia công áp dụng với 8 thí nghiệm như nhau, với điện áp U = 60 V, dòng điện I = 1.5 A, thời gian xung Ton = 9 µs, thời gian ngắt xung Toff = 12 µs (8 mẫu gia công với cùng một giá trị thông số công nghệ giống nhau). c. Kết quả thực nghiệm khảo sát 2 (với độ nhám điện cực ban đầu Ra ban đầu được tập hợp ở bảng 3.9). Thông số Ra tại các thông số tối ưu (µm) Giá trị dự đoán Giá trị thí nghiệm % Sai khác U = 60 V, I = 1 A, Ton = 9 s 0.440 0.407 7.644 Bảng 3.8 Thí nghiệm xác nhận và mô hình tham số tối ưu 51 Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm khảo sát 2 Bảng 3.10 Tập hợp các giá trị tính toán bằng Excel kết quả thực nghiệm khảo sát 2 d. Xử lý kết quả thí nghiệm khảo sát 2 Để nghiên cứu và xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ giữa độ nhám chi tiết gia công và độ nhám điện cực, giả thiết ta chọn ba loại hàm: tuyến tính; phi tuyến; bậc 2, sau đó chọn hàm có độ tin cậy cao nhất. - Hàm tuyến tính: .y a x b= + (3.3) - Hàm phi tuyến: .. b xy a e= (3.4) - Hàm hồi quy bậc 2: 2. .y a x xb c+= + (3.5) Hệ số a,b,c của hàm hồi quy được xác định từ hệ: 4 3 2 2 3 2 2 . . . . . . . . . . . i i i i i i i i i i i i i a x b x c x x y a x b x c x x y a x b x c n y  + + =  + + =  + + =            (3.6) TT Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Mẫu 7 Mẫu 8 Độ nhám điện cực (trước khi gia công - Ra) 0.224 0.510 0.785 1.125 1.422 1.796 2.177 2.371 Độ nhám chi tiết gia công (Ra) 0.524 0.584 0.598 0.645 0.827 0.978 1.401 1.659 TT Độ nhám điện cực Độ nhám chi tiết xung Các giá trị tính toán được X Y x2 x3 x4 x.y x.y2 x2.y 1 0.224 0.524 0.050 0.011 0.003 0.117 0.062 0.026 2 0.51 0.584 0.260 0.133 0.068 0.298 0.174 0.152 3 0.785 0.598 0.616 0.484 0.380 0.469 0.281 0.369 4 1.125 0.645 1.266 1.424 1.602 0.726 0.468 0.816 5 1.422 0.827 2.022 2.875 4.089 1.176 0.973 1.672 6 1.796 0.978 3.226 5.793 10.405 1.756 1.718 3.155 7 2.177 1.401 4.739 10.318 22.461 3.050 4.273 6.640 8 2.371 1.659 5.622 13.329 31.603 3.933 6.526 9.326 Tổng 10.41 7.22 17.80 34.37 70.61 11.53 14.47 22.16 52 Thay số từ bảng 3.10 trên vào hệ phương trình ta có: .70,61 .34,37 .17,80 22,16 .34,37 .17,80 .10,41 11,53 .17,80 .10,41 .8 7,22 a b c a b c a b c + + =  + + =  + + = (3.7) Hệ phương trình có thể được viết dưới dạng: 70,61 34,37 17,80 34,37 17,80 10,41 17,80 10,41 8          x a b c          = 22,16 11,53 7,22          a b c          = 1 70,61 34,37 17,80 34,37 17,80 10,41 17,80 10,41 8 −          x 22,16 11,53 7,22          = 0,67 1,75 0,80 1,75 4,85 2,41 0,80 2,41 1,48 −   − −    −  x 22,16 11,53 7,22          = 0,316 0,329 0,628    −      (3.8) Suy ra: 0,316 0,329 0,628 a b c =  = −  = (3.9) Ta nhận được hàm hồi quy thực nghiệm: 2 0,320,316. . ,6 89 0 2y x x= +− (3.10) Độ tin cậy của hàm hồi quy được xác định theo công thức: 2 '2 '2 1,088 0,0019 0,9982 1,088 y y y r    + + = = = = 99,82 % (3.11) Trong đó: (3.12) e. Kết luận thí nghiệm khảo sát 2 Bằng nghiên cứu thực nghiệm 2, xung chi tiết thép SKD11 tôi đạt độ cứng 58 - 62 HRC bằng điện cực đồng với điện áp U = 60 V, dòng điện I = 1.5 A, thời gian xung Ton = 9 µs, thời gian ngắt xung Toff = 12 µs, ta có mối quan hệ giữa độ nhám chi tiết gia công và độ nhám điện cực bằng công thức: 2 0,320,316. . ,6 89 0 2y x x= +− (µm) (3.13) ( ) ( ) 2 2 2 '2 1 1 . .7,613 1,088 1 7 1 1 . .0,013 0,0019 1 7 y i i y i y y n y y n    = − = = −   = − = =  −   53 3.2.3 Thí nghiệm khảo sát 3 Khảo sát ảnh hưởng của thông số công nghệ đến năng suất bóc tách vật liệu: a. Trang thiết bị và phôi thí nghiệm khảo sát 3 Trang thiết bị và phôi dùng trong thí nghiệm khảo sát 3 giống thí nghiệm 1. b. Chế độ công nghệ thí nghiệm khảo sát 3 Các thông số công nghệ gồm: cường độ dòng điện I; điện áp khe hở U; thời gian phóng điện Ton được lựa chọn. Ba biến đầu vào với 8 thí nghiệm ứng với giá trị lớn nhất và nhỏ nhất; 3 thí nghiệm theo giá trị giữa của các thông số U; I; Ton, tổng cộng 11 thí nghiệm, các mức thể hiện trong bảng 3.11; kết quả bảng 3.12. c. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm Trong thí nghiệm khảo sát 3, phương pháp RSM vẫn được áp dụng để phát triển các mô hình toán học dưới dạng nhiều phương trình hồi quy cho đặc tính chất lượng trong EDM (tương tự thí nghiệm khảo sát 1). Thông số đầu vào Mã hóa Đơn vị Mức -1 0 +1 Điện áp (U) X1 V 60 75 90 Cường độ dòng điện (I) X2 A 6 8 10 Thời gian phóng điện (Ton) X3 µs 100 150 200 TT X1 X2 X3 U (V) I (A) Ton (µs) MRR (mg/phút) 1 -1 -1 -1 60 6 100 38.333 2 0 0 0 75 8 150 67.333 3 1 1 1 90 10 200 121.500 4 1 -1 1 90 6 200 34.666 5 -1 1 1 60 10 200 101.000 6 -1 -1 1 60 6 200 23.666 7 1 -1 -1 90 6 100 44.333 8 -1 1 -1 60 10 100 128.000 9 0 0 0 75 8 150 67.666 10 0 0 0 75 8 150 67.000 11 1 1 -1 90 10 100 140.000 Bảng 3.11 Các thông số đầu vào và mức của các thông số thí nghiệm 3 Bảng 3.12 Các thông số đầu vào, các mức và kết quả của các thí nghiệm 3 54 Bảng 3.15 Hệ số hồi quy ước tính cho lượng bóc tách vật liệu MRR d. Kết quả Phân tích ANOVA cho MRR Ảnh hưởng của các tham số gia công (I, Ton và U) đến biến đáp ứng là lượng bóc tách vật liệu phôi MRR được đánh giá bằng cách tiến hành thí nghiệm. Phần mềm Minitab 18 đã được sử dụng để tìm mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và MRR đáp ứng. Mô hình bậc hai được xem xét để phân tích trong nghiên cứu này. Bảng 3.13 thể hiện các hệ số hồi quy trong các đơn vị được mã hóa và ý nghĩa của nó trong mô hình. Các cột trong bảng tương ứng với các biến, giá trị của các hệ số (Coef.) và sai số chuẩn của hệ số (SE Coef), giá trị thống kê T và giá trị P để quyết định loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng yếu. Với độ tin cậy 95 %, giá trị P phải nhỏ hơn 0,05. giá trị của R2 = 99.99 %, R2adj = 99.96 % thể hiện mối quan hệ giữa phản hồi và các biến của mô hình là phù hợp. Thông số Hệ số Hệ số SE T P Hằng số 67.333 0.4413 152.565 0.000 U 6.187 0.2703 22.894 0.002 I 43.688 0.2703 161.648 0.000 Ton -8.729 0.2703 -32.299 0.000 U*U 11.604 0.5175 22.423 0.000 U*I 1.938 0.2703 7.169 0.006 U*Ton 1.687 0.2703 6.244 0.008 I*Ton -2.646 0.2703 -9.789 0.002 S = 0.764423 R2 = 99.99 % R2adj = 99.96 % Nguồn DF Seq SS Adj SS Adj MS F P Hồi quy 7 16587.4 16587.4 2369.6 4055.22 0.0001 U 1 306.3 306.3 306.3 524.15 0.0001 I 1 15269.0 15269.0 15269.0 26130.14 0.0001 Ton 1 609.6 609.6 609.6 1043.22 0.0001 U*U 1 293.8 293.8 293.8 502.79 0.0032 U*I 1 30.0 30.0 30.0 51.39 0.0064 U*Ton 1 22.8 22.8 22.8 38.99 0.0081 I*Ton 1 56.0 56.0 56.0 95.83 0.0022 Lỗi dư 3 1.8 1.8 0.6 - - Không phù hợp 1 1.5 1.5 1.5 13.81 0.0652 Lỗi thuần túy 2 0.2 0.2 0.1 - - Tổng 10 16589.2 - - - - Thông số Hằng số U I Ton U*U U*I U*Ton I*Ton Hệ số 210.2520 -8.1778 20.9688 -0.1316 0.0515 0.0645 0.0022 -0.0264 Bảng 3.13 Hệ số hồi quy ước tính cho MRR Bảng 3.14 ANOVA cho MRR 55 Phân tích đa hồi quy được thực hiện cho dữ liệu để thu được mô hình bề mặt đáp ứng bậc hai và phương trình thu được là: MRR = 210.2520 - 8.1778*U + 20.9688*I - 0.1316*Ton + 0.0515*U2 + 0.0645*U*I + 0.0022*U*Ton - 0.0264*I*Ton (mg/phút) (3.14) Biểu đồ xác suất là một kỹ thuật đồ họa để đánh giá một tập dữ liệu có được phân phối bình thường hay không. Ph