Tóm tắt Luận án Nghiên cứu mòn biên dạng điện cực và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện

1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
Phương pháp gia công tia lửa điện là một trong những phương pháp gia công phi 
truyền thống đang được sử dụng rộng dãi hiện nay. Phương pháp này đang thể hiện được 
khả năng ưu việt khi gia công các vật liệu sau nhiệt luyện [1]. 
 Các nghiên cứu về lựa chọn cặp vật liệu phù hợp khi gia công xung định hình cho kết 
quả khả quan với từng mục tiêu đặt ra tại từng thời điểm. Gia công tia lửa điện là một quá 
trình gia công với thời gian khá dài. Vì vậy hướng nghiên cứu nhằm nâng cao năng suất, chất 
lượng của phương pháp gia công hiện đang rất được quan tâm [8, 10, 11, 30, 31, 32]. 
 Mòn điện cực là một trong những vấn đề lớn trong quá trình xung tia lửa điện EDM. 
Mòn điện cực ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của chi tiết gia công. Do đó rất cần 
những nghiên cứu để xác định được lượng mòn trong quá trình gia công. Kết quả nghiên 
cứu trước đó chỉ ra rất nhiều yếu công nghệ ảnh hưởng đến độ mòn của điện cực 
[9,13,37,41]. 
 Mòn điện cực được nghiên cứu theo nhiều hướng khác nhau như: mòn hình dáng 
hình học của điện cực, mòn điện cực theo khối lượng khi thay đổi yếu tố công nghệ đầu 
vào đều ảnh hưởng đến độ mòn điện cực có thể kể đến như: Ảnh hưởng của thời gian 
phóng xung, thời gian ngừng phóng xung, ảnh hưởng của điện áp đầu vào, ảnh hưởng của 
cường độ dòng điện đầu vào, ảnh hưởng của chất lượng dầu xung, ảnh hưởng của hướng 
phun dầu và ảnh hưởng của các chất trộn thêm trong quá trình xung [8,13,41,43]. Các 
hướng nghiên cứu nêu trên đều tập trung vào một vài yếu tố đầu vào cơ bản. Bên cạnh đó 
cũng chưa thấy nghiên cứu đề cập đến ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến độ mòn của 
điện cực. 
 Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu mòn biên dạng điện cực 
và chất lượng bề mặt gia công bằng phương pháp xung tia lửa điện” làm đề tài luận án tiến 
sỹ. 
2. Mục tiêu của luận án 
Đánh giá được mòn biên dạng của điện cực và chất lượng bề mặt của chi tiết khi gia 
công bằng phương pháp xung tia lửa điện, tìm ra chế độ công nghệ tối ưu để đạt lượng 
mòn điện cực, độ nhám bề mặt gia công nhỏ nhất. 
3. Nội dung nghiên cứu 
- Nghiên cứu tổng quan về phương pháp xung tia lửa điện; 
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn điện cực và chất lượng bề mặt với các thông số 
công nghệ; 
- Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm về ảnh hưởng của cường độ dòng 
điện, thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung đến mòn điện cực, độ nhám bề mặt 
gia công; 
- Tối ưu hóa các thông số công nghệ theo từng chỉ tiêu mòn điện cực, độ nhám bề 
mặt của chi tiết và khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực, sau đó tối ưu hóa đa mục tiêu; 
- Nghiên cứu biện pháp để giảm độ mòn điện cực bằng cách lựa chọn vật liệu và 
biên dạng điện cực phù hợp, giảm độ nhám bề mặt chi tiết và giảm khe hở giữa bề mặt chi 
tiết và điện cực. 
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 
Đối tượng nghiên cứu: 
- Mòn điện cực đồng đỏ và điện cực đồng đỏ mạ crom. 
- Độ nhám bề mặt chi tiết với vật liệu thép SKD11; 
- Khe hở giữa bề mặt chi tiết gia công và bề mặt điện cực khi xung với cặp nhôm – 
C45, đồng đỏ - SKD11 và đồng đỏ mạ crom – SKD11. 
2 
Phạm vi nghiên cứu: 
Trong công trình này chất lượng bề mặt chi tiết chỉ đánh giá bởi hai thông số bao 
gồm độ nhám bề mặt và chiều dày lớp ảnh tôi cứng. Đường kính điện cực từ 10 đến 20 
mm, vật liệu điện cực là kim loại. 
5. Phƣơng pháp nghiên cứu 
 - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, kế thừa kết quả nghiên cứu của các công trình đã công bố 
- Nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng mô hình về mòn điện cực và chất lượng bề 
mặt chi tiết gia công trên máy xung tia lửa điện. 
- Nghiên cứu phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi để đánh giá ảnh hưởng của 
các thông số và tối ưu từng mục tiêu và đa mục tiêu. 
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 
- Ý nghĩa khoa học: Đề tài nhằm làm rõ ảnh hưởng của mật độ dòng điện, thời gian 
phát xung, thời gian ngừng phát xung đến độ mòn của điện cực và chất lượng bề mặt của một 
số loại thép làm khuôn được gia công bằng phương pháp xung định hình, giúp các nhà công 
nghệ lựa chọn được chế độ gia công tối ưu nhất khi gia công trên máy xung định hình. 
- Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu để giảm mòn điện cực sẽ giúp các nhà 
sản xuất tiết kiệm được chi phí, các kết quả nghiên cứu giảm độ nhám bề mặt và khe hở 
phóng điện sẽ góp phần là tăng chất lượng của sản phẩm. 
7. Những kết quả khoa học đạt đƣợc và đóng góp mới của luận án 
 - Đã xây dựng được mô hình thực nghiệm về nghiên cứu ảnh hưởng của một số 
thông số công nghệ đến mòn khi sử dụng các loại điện cực nhôm, điện cực đồng đỏ và 
điện cực đồng đỏ mạ crom; 
 - Đã nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của biên dạng điện cực đến lượng mòn 
giúp nhà công nghệ lựa chọn biên dạng phù hợp khi gia công; 
 - Đã xây dựng mô hình độ nhám bề mặt phụ thuộc vào các thông số công nghệ đầu 
vào; 
 - Xác định được bộ thông số tối ưu đơn mục tiêu về độ mòn, độ nhám bề mặt và khe 
hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực cũng như xác định được bộ thông số tối ưu đa mục 
tiêu; 
- Đề xuất giảm độ mòn và tăng chất lượng bề mặt bằng mạ thêm crom vào điện cực đồng 
đỏ. 
8. Bố cục luận án 
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 
1.1 Tổng quan về phƣơng pháp gia công tia lửa điện 
1.1.1 Giới thiệu 
Phương pháp gia công tia lửa điện (EDM) được phát triển vào năm 1943 ở Liên Xô 
bởi hai vợ chồng người Nga tại trường Đại học Moscow là Giáo sư - Tiến sĩ Boris 
Lazarenko và Tiến sĩ Natalya Lazarenko. Cho đến nay, phương pháp gia công này đã được 
sử dụng phổ biến rộng rãi trên thế giới. Nguyên tắc của phương pháp này là bắn phá chi 
tiết để tách vật liệu bằng nguồn năng lượng nhiệt rất lớn được sinh ra khi cho hai điện cực 
tiến gần nhau. Trong hai điện cực này, một điện cực đóng vai trò là dao và một điện cực 
đóng vai trò là phôi trong quá trình gia công [1, 27,46]. 
Phương pháp EDM được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gia công cơ 
khí. Có hai phương pháp gia công tia lửa điện chủ yếu là xung định hình và cắt dây tia lửa 
điện. Cả hai phương pháp trên được ứng dụng rộng rãi và đã có những đóng góp đáng kể 
cho sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại[4, 16, 45]. 
3 
Xung định hình là phương pháp dùng điện cực đã được tạo hình sẵn để in hình (âm 
bản) của nó lên bề mặt phôi. Phương pháp này được dùng để chế tạo khuôn có hình dạng 
phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông v.v. 
EDM thường dùng trong gia công khuôn mẫu và các sản phẩm cơ khí đòi hỏi độ 
chính xác cao, có biên dạng phức tạp, có độ bền và độ cứng cao mà việc gia công trên các 
máy công cụ thông thường không hiệu quả hoặc không đáp ứng được. 
 Tuy nhiên EDM cũng có một số nhược điểm như: Chỉ gia công được các loại vật 
liệu dẫn điện; năng suất và chất lượng bề mặt gia công thấp, khi tăng năng suất bóc tách 
vật liệu thì độ nhám bề mặt gia công cũng tăng; trong quá trình gia công xảy ra hiện tượng 
quá cắt và mòn điện cực làm ảnh hưởng không tốt đến độ chính xác gia công; khó xác 
định chính xác khe hở phóng điện và các thông số công nghệ tối ưu. 
1.1.2 Nguyên lý gia công 
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện (Nguồn: [1]) 
Nguyên lý gia công của EDM là chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng 
nhiệt thông qua chuỗi các tia lửa điện gián đoạn sinh ra tại khe hở giữa hai điện cực (trong 
đó một điện cực là dụng cụ và một điện cực là chi tiết gia công) ngâm trong dung dịch 
điện môi như trên hình 1.3. Tại khe hở nhỏ nhất giữa dụng cụ và chi tiết gia công, một 
điện áp cao được đặt vào sẽ đánh thủng sự cách điện của dung dịch điện môi và làm xuất 
hiện tia lửa điện gây nóng chảy, bay hơi vật liệu của cả dụng cụ và chi tiết gia công. 
[24,27,40]. 
Hình 1.4 Thống kê về các phương pháp gia công tia lửa điện (Nguồn: [12]) 
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 
Trong các công trình nghiên cứu [8, 44] đưa ra phương pháp thực nghiệm để nghiên 
cứu ảnh hưởng của cường độ dòng điện, thời gian phát xung, thời gian ngừng phát xung, 
vật liệu điện cực và nồng độ bột đến năng suất và chất lượng bề mặt thép làm khuôn được 
4 
gia công bằng phương pháp xung định hình có trộn bột Ti trong dung dịch điện môi theo 
các chỉ tiêu năng suất bóc tách vật liệu, lượng mòn điện cực, chất lượng bề mặt gia công, 
nghiên cứu này chỉ ra rằng: 
Độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp PMEDM hầu hết cao 
hơn so với độ cứng tế vi lớp bề mặt được gia công bằng phương pháp EDM tại cùng chế 
độ công nghệ. Tại chế độ dòng phóng tia lửa điện nhỏ và thời gian phát xung nhỏ thường 
có độ cứng cao hơn so với dòng phóng tia lửa điện lớn và thời gian phát xung lớn trong 
các dải nồng độ được khảo sát. Xác đinh được mối quan hệ giữa độ cứng tế vi bề mặt với 
các thông số đầu vào như : Dòng phóng tia lửa điện, thời gian phát xung, nồng độ bột theo 
công thức hồi quy. 
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc 
Nghiên cứu của Ali Ozgedik đề cập tới ảnh hưởng của dung dịch điện môi tới độ 
mòn của điện cực. Tác giả đã quan tâm đến các hướng phun dung dịch điện môi thường 
dùng để thực hiện các nghiên cứu. Kết quả của nghiên cứu cho ta thấy ảnh hưởng của 
hướng phun dung dịch điện môi đến độ mòn điện cực [13]. 
Hình 1.5 Mòn điện cực với hướng phun dung dịch điện môi bên cạnh (Nguồn: [13]) 
Với sơ đồ như hình 1.5 có thể thấy rằng vị trí trực tiếp bị phun dòng chất điện môi 
sẽ chịu mòn lớn hơn dẫn đến hiện tượng mòn không đều, để khắc phục hiện tượng này có 
thể điều chỉnh hướng phun dung dịch điện môi ở giữa như hình 1.6. 
Hình 1.6 Mòn điện cực với hướng phun dung dịch điện môi ở giữa (Nguồn: [13]) 
Tác giả Y. Ziada trong công trình nghiên cứu [59] đã phân tích về mòn tại các góc 
với điện cực là hình đa giác. Tác giả cho thêm chuyển động quay của điện cực nhằm giảm 
ảnh hưởng của độ mòn tại các góc và kết quả thu được là vẫn có sự ăn mòn không đồng 
đều trên chi tiết gia công. 
Hình 1.7 Chuyển động của điện cực bám theo hình đa giác (Nguồn: [59]) 
5 
Đối với nghiên cứu của tác giả Yin Qingfeng [60], ông lại đưa ra ảnh hưởng từ sự 
ăn mòn của bề mặt điện cực khi hạn chế quá trình ăn mòn của các mặt bên bằng cách đưa 
vào các tấm nhựa bảo vệ như hình 1.8. 
Hình 1.8 Phương pháp xung có tấm nhựa bảo vệ (Nguồn: [60]) 
KẾT LUẬN 
Từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy thấy có rất nhiều tác 
nhân gây ảnh hưởng đến độ mòn của điện cực và chất lượng bề mặt của chi tiết khi xung. 
Tuy vậy, hướng nghiên cứu về mòn và chất lượng khi gia công bằng phương pháp xung tia 
lửa điện vẫn chưa được đề cập nghiên cứu khi sử dụng các loại điện cực có vật liệu khác 
nhau (điện cực nhôm, điện cực đồng đỏ và điện cực đồng đỏ mạ crom) và biên dạng mặt 
cắt ngang của điện cực thay đổi (từ số cạnh là 3 cạnh, 4 cạnh, 6 cạnh và hình tròn) sẽ giúp 
lựa chọn được điện cực phù hợp khi gia công để giảm mòn và đạt được chất lượng bề mặt 
tốt. Hướng nghiên cứu của đề tài sẽ tiếp cận các kết quả nghiên cứu đã có, xây dựng các 
mô hình thực nghiệm và đưa ra các kết quả mang tính mới, có khả năng ứng dụng vào 
thực tiễn sản xuất để cải thiện chất lượng của chi tiết sau gia công và giảm mòn cho điện 
cực, do đó nâng cao hiệu quả kinh tế của doanh nghiệp. 
Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÕN ĐIỆN CỰC VÀ CHẤT 
LƢỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG VỚI CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 
2.1 Mối quan hệ giữa các đại lƣợng trong quá trình gia công tia lửa điện 
Gia công bằng tia lửa điện là một quá trình phức tạp và kết quả của quá trình phụ 
thuộc vào rất nhiều yếu tố. Sơ đồ dưới đây phân tích sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các đại 
lượng đầu vào, đại lượng trung gian và đại lượng đầu ra. 
Có thể thấy rằng kết quả của quá trình gia công EDM phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố 
như máy, chi tiết, dụng cụ, chế công nghệ v.v. Các yếu tố đầu vào này chính là nguyên 
nhân gây nên những hiện tượng xảy ra trong quá trình gia công như mòn điện cực, rung 
động, biến dạng nhiệt v.v. Tất cả đều có những ảnh hưởng nhất định đến mục tiêu cuối 
cùng. Tùy thuộc vào mỗi phương pháp gia công thì mục tiêu nào là quan trọng hơn. Với 
EDM ngoài đảm bảo tính kinh tế thì lượng mòn điện cực, độ chính xác và chất lượng bề 
mặt chính là những chỉ tiêu quan trọng của sản phẩm gia công. 
2.2 Đại lƣợng đầu vào 
2.2.1 Đại lƣợng hệ thống 
2.2.1.1 Dụng cụ (điện cực) 
a) Hình dạng điện cực 
Khi gia công bằng tia lửa điện hình dáng và điện cực được sao chép qua vật gia 
công. Điều này chỉ có thể gần đúng vì điện cực bị hao mòn vì vậy một phần việc quan 
trọng nhất khi thiết kế công nghệ đó là xác định kích thước của điện cực. 
b) Vật liệu điện cực 
6 
Trong gia công tia lửa điện, dụng cụ (điện cực) đóng vai trò cực kỳ quan trọng vì độ 
chính xác gia công một mặt phụ thuộc vào độ chính xác của điện cực. Điện cực thường 
được gia công bằng phương pháp cắt gọt, đúc, ép, phun kim loại, mạ điện phân v.v. Vật 
liệu làm điện cực phải đảm bảo các yêu cầu: 
- Có tính dẫn điện tốt 
- Nhiệt lượng riêng lớn 
- Có nhiệt độ nóng chảy cao 
- Có tính dẫn nhiệt tốt. 
Vật liệu làm điện cực thường là đồng đỏ, đồng thau, bạc hay kẽm. 
* Các tính chất của vật liệu điện cực: 
- Tính dẫn điện 
Dòng điện đóng vai trò như “dao” trong gia công EDM nên thông thường các vật 
liệu điện cực có tính dẫn điện càng cao thì hiệu suất cắt càng cao. 
- Các tính chất hóa học 
Các đặc tính hóa học của vật liệu điện cực cũng có những ảnh hưởng đáng kể đến 
hiệu suất gia công EDM, thể hiện chủ yếu qua tốc độ gia công và độ mòn điện cực. 
 - Tính đồng nhất trong cấu trúc 
Nếu vật liệu có tính đồng nhất kém thì quá trình mòn điện cực sẽ xảy ra không đều, 
ảnh hưởng đến độ chính xác gia công và nhám bề mặt. 
- Cơ tính 
Các tính chất cơ học thường được đo đối với vật liệu điện cực là: độ bền kéo, độ 
cứng, giới hạn bền kéo theo phương ngang và độ hạt. 
- Khả năng chế tạo 
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chế tạo điện cực bao gồm: khả năng gia công, 
độ bền, khả năng tạo và bóc ba via 
2.2.1.2 Chất điện môi 
a) Nhiệm vụ cơ bản của chất điện môi 
- Cách điện: Nhiệm vụ chính của chất lỏng điện môi là cách điện giữa điện cực và 
phôi. Nó phải đảm bảo sự cách ly giữa điện cực với phôi khi khe hở chưa đủ hẹp. Chỉ có 
một khoảng cách nhỏ nhất có thể có giữa điện cực và phôi mới cho phép dong tia lửa điện 
đi qua. 
- Ion hóa: Chất điện môi phỉa tạo nên những điều kiện tối ưu cho sự phóng tia lửa 
điện, nghĩa là nó phải được ion hóa ở vào thời điểm chuẩn bị phóng tia lửa điện, tức là 
phải có khả năng tạo nên một cầu phóng điện. 
- Làm nguội: Ở kênh phóng điện, trong khoảng thời gian cực ngắn, nhiệt độ có thể 
lên tới 10.0000C. Nhiệt xuất hiện ở đây cần phải được chuyển đi, nếu không thì độ mòn 
điện cực sẽ tăng lên, đồng thời bề mặt phôi cũng bị hư hại do quá nhiệt. 
 Bản thân chất điện môi cũng không được phép bị quá nhiệt. Sự quá nhiệt làm 
cho chất điện môi dễ bị phân hủy thành khí và cacbon tự do. Khí này sẽ làm mở rộng 
không mong muốn kênh phóng điện và làm giảm lượng hớ ... tốt nhất) với các tỷ số S/N 
chuẩn hóa thực nghiệm. 
Bước 3: Xác định cấp quan hệ Grey 
 Cấp quan hệ Grey là một trọng số tổng của các hệ số quan hệ Grey. 
Bước 4: Tối ưu hóa cấp quan hệ Grey 
 Trị số tối ưu của cấp quan hệ Grey là chỉ số của cá kết quản đầu ra và những thông 
số ảnh hưởng mạnh được sử dụng để tính toán. Cấp quan hệ Grey tối ưu được xác định 
theo công thức sau: 
1
( )
q
toiuu m i m
i
   
  (4.35) 
Trong đó: 
m: Giá trị trung bình của cấp quan hệ Grey 
i: Giá trị trung bình của cấp quan hệ Grey ở trạng thái tối ưu 
q: Số lượng các thông số ảnh hưởng mạnh đến các kết quả đầu ra. 
 Tiến hành tối ưu hóa đồng thời 3 mục tiêu là khe hở phóng điện, độ nhám bề mặt và 
độ mòn điện cực theo phân tích Grey – Taguchi, ta có bảng 4.15 với S/N cho 3 mục tiêu. 
Trong nghiên cứu này tỷ số S/N sẽ được chuẩn hóa theo kiểu “lớn hơn thì tốt hơn”. Do đó 
phương trình (4.30) sẽ được sử dụng để chuẩn hóa dữ liệu. Sử dụng tỷ số S/N và m = 9, n 
= 3 sẽ cho tỷ số S/N chuẩn hóa ở bảng 4.15 Tỷ số S/N chuẩn hóa lớn hơn sẽ cho chất 
lượng tốt hơn. 
Bảng 4.15 Hệ số S/N cho 3 mục tiêu chuẩn hóa 
TT 
C:Ie 
[A] 
A:ton 
[µs] 
B:toff 
[µs] 
S/N cho S/N cho Ra S/N cho TWR 
Y (dB) Y (dB) Ra Y (dB) TWR 
1 1 1 1 -9,370 0,34 -7,676 2,42 20,446 0,095 
2 1 2 2 -7,033 0,445 -17,775 7,74 17,721 0,130 
3 1 3 3 -7,432 0,425 -14,917 5,57 16,478 0,150 
4 2 1 2 -5,849 0,51 -10,906 3,51 15,918 0,160 
5 2 2 3 -4,731 0,58 -17,001 7,08 14,425 0,190 
6 2 3 1 -6,108 0,495 -6,888 2,21 15,918 0,160 
7 3 1 3 -2,384 0,76 -17,797 7,76 11,373 0,270 
8 3 2 1 -3,223 0,69 -16,055 6,35 12,765 0,230 
9 3 3 2 -5,272 0,545 -16,404 6,61 14,895 0,180 
Để xác định hệ số quan hệ Grey ta sử dụng kết quả S/N chuẩn hóa ở bảng 4.15. để 
xác định 0, ( )i k . Kết quả 0, ( )i k được cho trong bảng 4.. Với ax 1m và min 0 . 
Bảng 4.16 Bảng hệ số sai lệch 0, ( )i k 
Hệ số quan hệ Grey, 0, ( )i k 
TT Khe hở (dB) Ra (dB) mòn (dB) 
19 
1 0,333 1,000 1,000 
2 0,429 0,316 0,421 
3 0,409 0,392 0,333 
4 0,502 0,591 0,305 
5 0,598 0,333 0,248 
6 0,484 1,204 0,305 
7 1,000 0,315 0,179 
8 0,806 0,357 0,205 
9 0,547 0,348 0,263 
Thay vào phương trình (4.33) sẽ xác định được 
0, ( )i k , cấp quan hệ Grey được xác 
định bằng trị số trung bình của 
0, ( )i k , thể hiện trong bảng 4.17. 
Bảng 4.17 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey 
A: 
ton 
B: 
toff 
C: 
Ie 
Cấp quan hệ Grey 
TT  Xếp hạng 
1 1 1 1 0,778 1 
1 2 2 2 0,389 7 
1 3 3 3 0,378 9 
2 1 2 4 0,466 4 
2 2 3 5 0,393 6 
2 3 1 6 0,664 2 
3 1 3 7 0,498 3 
3 2 1 8 0,456 5 
3 3 2 9 0,386 8 
Hình 4.7 Đồ thị cấp quan hệ Grey 
Hệ số cấp quan hệ Grey lớn hơn sẽ cho kết quả đầu ra tốt hơn. Hình 4.7. chỉ ra hệ số 
cấp quan hệ Grey lớn nhất là 0,778. Theo phương trình (4.34) ta có cấp quan hệ Grey 0,i 
trong bảng 4.18. 
Bảng 4.18 Cấp quan hệ Grey 0,i 
Bảng cấp quan hệ Grey 
Ký 
hiệu 
Thông 
số 
Cấp quan hệ Grey 0,i 
Max-min Xếp hạng 
1 2 3 
A ton 0,515 0,508 0,447 -0,061 3 
B toff 0,581 0,413 0,476 0,168 2 
C Ie 0,633 0,414 0,423 0,210 1 
Bảng 4.19 Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến tỷ số S/N của Grey 
Ký hiệu Thông số Bậc tự do Tổng bình phương Bình phương trung bình Phần trăm 
20 
A ton 2 0,0028 0,0014 5,812 
B toff 2 0,0144 0,0072 30,052 
C Ie 2 0,0307 0,0153 64,136 
Total 6 0,0478 0,0239 100,000 
Trên bảng 4.19 thấy rằng Ie ảnh hưởng lớn nhất đến tỷ số S/N của Grey với 
64,136%, tiếp đến là toff với 30,052% và ton ảnh hưởng ít nhất với 5,812%. 
Căn cư vào ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của Grey sẽ xác định được trị 
số hợp lý của đồng thời cho cả 3 mục tiêu ( , Ra, TWR). Giá trị tối ưu các kết quả đầu ra 
được xác định theo công thức 4.17: 
2 3 3, , 2 3 3
( ) ( ) ( )A B C T A T B T C T 
 Ta có kết quả dự báo như sau: = 0,38 m, Ra = 2,75 m, TWR = 0,15 g/phút. 
4.2.6 Ảnh hƣởng của mật độ dòng điện đến độ mòn điện cực và độ nhám bề mặt chi 
tiết 
Với thông số tối ưu đã xác định được, ta tiến hành khảo sát ảnh hưởng của mật độ 
dòng điện đến độ mòn điện cực với mục tiêu kiểm soát được mật độ dòng điện. 
a) Điều kiện thực nghiệm 
- Vật liệu điện cực: đồng đỏ 
- Hình dáng và kích thước điện cực: Trụ tròn với đường kính 10, 12, 15 và 20 mm 
- Vật liệu chi tiết: Thép SKD11 nhiệt luyện đạt độ cứng 58HRC 
- Cường độ dòng điện: Ie trong khoảng 6A đến 10A 
- Thời gian phóng xung: ton = 10 µs 
- Thời gian ngừng xung: toff = 50 µs 
- Chất điện môi là dầu Shell EDM Fluid 
- Thời gian gia công: 180 phút. 
Hình 4.9 Điện cực và chi tiết gia công sau xung 
Bảng 4.21 Mối quan hệ giữa mòn và mật độ dòng điện 
STT Dđc Ie TWR 
Lượng mòn 
CT 
Diện tích 
ĐC (cm2) 
Mật độ 
dòng điện 
Lượng mòn ĐC/ 
Lượng mòn CT 
1 10 6 0,01 8,30 0,79 7,64 0,120482 
2 12 6 0,03 22,39 1,13 5,31 0,133988 
3 14 7 0,03 20,02 1,54 4,55 0,149820 
4 15 7 0,03 17,71 1,77 3,96 0,169396 
5 18 10 0,02 9,07 2,54 3,93 0,220460 
6 20 10 0,02 7,29 3,14 3,18 0,274348 
Từ các kết quả như trên bảng 4.20, 4.21 ta xây dựng được phương trình: 
y = -0,0043x
3
 + 0,0843x
2
 - 0,5436x + 1,2925 (4.37) 
Với phương sai R² = 0,9293. 
Từ phương trình (4.37) ta thấy rằng khi mật độ dòng điện tăng thì tỷ lệ giữa lượng mòn 
điện cực với lượng mòn chi tiết giảm. 
Bảng 4.22 Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với mật độ dòng điện 
STT Dđc Ie Diện tích ĐC (cm
2
) Mật độ dòng điện Ra 
1 10 6 0,79 7,64 6,991 
2 12 6 1,13 5,31 6,715 
21 
3 14 7 1,54 4,55 5,534 
4 15 7 1,77 3,96 5,469 
5 18 10 2,54 3,93 4,167 
6 20 10 3,14 3,18 2,865 
Từ các kết quả như trên bảng 4.22 ta xây dựng được phương trình: 
y = 0,0287x
3
 - 0,8241x
2
 + 7,1734x - 12,518 (4.38) 
Với phương sai R² = 0,9304. 
Từ phương trình (4.38) khi mật độ dòng điện tăng thì độ nhám bề mặt tăng. 
Như vậy có thể thấy rằng độ mòn điện cực và độ nhám bề mặt sẽ ít bị ảnh hưởng 
nếu trong quá trình gia công chúng ta kiểm soát tốt được mật độ dòng điện. 
4.2.7 Ảnh hƣởng của hình dạng điện cực tới mòn điện cực 
a) Điều kiện thực nghiệm 
- Vật liệu điện cực: đồng đỏ 
- Hình dáng và kích thước điện cực: tam giác, vuông, lục giác, bát giác và trụ tròn 
có diện tích mặt cắt bằng nhau. 
b) Khảo sát sự thay đổi của góc độ điện cực tới mòn điện cực 
 Tiến hành thực nghiệm với cùng chế độ công nghệ, các kết quả thí nghiệm được thể 
hiện như hình 4.15 và bảng 4.16 và xây dựng được đồ thị phụ thuộc của lượng mòn theo 
các góc độ điện cực như hình 4.16. 
Hình 4.15 Hình dáng hình học điện cực, phôi sau thí nghiệm 
Bảng 4.24 Bảng quan hệ góc điện cực với lượng mòn điện cực 
STT Góc TWR Lượng mòn CT TWR /Lượng mòn CT 
1 60 0,032 1,870 1,711230 
2 90 0,024 2,010 1,194030 
3 120 0,018 1,890 0,952381 
4 135 0,015 1,760 0,852273 
5 180 0,019 2,150 0,883721 
Hình 4.16 Lượng mòn tương đối theo góc điện cực 
Từ các kết quả như trên bảng 4.24 ta xây dựng được phương trình: 
y = 0.0001x
2
 - 0.031x + 3.196 (4.39) 
Với phương sai R² = 0.997. 
c) Kết quả và bàn luận 
Từ phương trình (4.39) ta thấy rằng khi góc độ của điện cực từ 600 đến dưới 1200 tỷ 
lệ mòn điện cực so với mòn chi tiết cao, điện cực từ 1200 đến dưới 1800 tỷ lệ này giảm rõ 
rệt và lượng mòn này tiến đến ổn định. 
22 
Trong quá trình xung do mật độ dòng điện là không đều nhau nên dẫn đến mòn 
không đều trên toàn bộ điện cực, đặc biệt là tại các góc rãnh do có tập trung mật độ dòng 
điện sẽ xảy ra mòn lớn nhất, để khắc phục nên chọn hình dạng điện cực tránh các góc 
nhọn, nên chọn góc điện cực từ 120 đến 180. 
4.3 Thiết kế thực nghiệm Taguchi với điện cực đồng đỏ mạ crom 
4.3.1 Điều kiện thực nghiệm 
- Vật liệu điện cực: đồng đỏ mạ crom 
4.3.2 Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đến khe hở giữa bề 
mặt chi tiết và điện cực khi xung tia lửa điện với điện cực đồng đỏ mạ crom 
Bảng 4.26 Bảng phân tích ANOVA trị số của 
Thông số dof SS V F P 
A 2 0,102772 0,051386 10,70 0,7493 
B 2 0,010506 0,005253 1,09 0,0766 
C 2 0,014272 0,007136 1,49 0,1041 
Nhiễu 2 0,009606 0,004803 
Tổng 8 0,137156 
Theo như Taguchi giá trị lớn nhất sẽ cho khả năng tạo hình tốt nhất do đó các hệ số nên 
được lựa chọn với cấp độ cao nhất. Các điều kiện để cải thiện khe hở giữa bề mặt chi tiết 
và điện cực trong quá trình gia công xung định hình là A2B2C3 nghĩa là ton = 20 µs, toff 
= 70 µs và Ie = 15 A. Ta thực hiện lại thí nghiệm ở điều kiện ton = 20 µs, toff = 70 µs và 
Ie = 15 A thu được khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực Δ = 0,11 mm 
4.3.5 Tối ƣu hóa đa mục tiêu 
 Tiến hành tối ưu hóa đồng thời 3 mục tiêu là khe hở phóng điện, độ nhám bề mặt và 
độ mòn điện cực theo phân tích Grey – Taguchi, ta có bảng 4.37 với S/N cho 3 mục tiêu. 
Trong nghiên cứu này tỷ số S/N sẽ được chuẩn hóa theo kiểu “lớn hơn thì tốt hơn”. 
Bảng 4.37 Hệ số S/N cho 3 mục tiêu chuẩn hóa 
TT C: Ie[A] 
A: ton 
[µs] 
B: toff 
[µs] 
S/N cho S/N cho Ra S/N cho TWR 
Y (dB) Y (dB) Ra Y (dB) TWR 
1 1 1 1 -6.651 0.465 -6.717 2.167 34.425 0.019 
2 1 2 2 -3.742 0.65 -13.487 4.724 33.152 0.022 
3 1 3 3 -2.270 0.77 -15.520 5.970 33.979 0.020 
4 2 1 2 -2.499 0.75 -11.293 3.669 30.173 0.031 
5 2 2 3 -0.220 0.975 -16.193 6.451 29.630 0.033 
6 2 3 1 -3.479 0.67 -7.959 2.5 30.752 0.029 
7 3 1 3 -2.975 0.71 -14.559 5.345 28.636 0.037 
8 3 2 1 -4.437 0.6 -11.725 3.857 29.370 0.034 
9 3 3 2 -1.993 0.795 -13.813 4.905 29.630 0.033 
Để xác định hệ số quan hệ Grey ta sử dụng kết quả S/N chuẩn hóa ở bảng 4.38 để 
xác định 0, ( )i k . Kết quả 0, ( )i k được cho trong bảng 4.. Với ax 1m và min 0 . 
Thay vào phương trình (4.33) sẽ xác định được 0, ( )i k , cấp quan hệ Grey được xác 
định bằng trị số trung bình của 0, ( )i k , thể hiện trong bảng 4.39. 
Bảng 4.39 Bảng giá trị trung bình hệ số cấp quan hệ Grey 
A: 
ton 
B: 
toff 
C: 
Ie 
Cấp quan hệ Grey 
TT  Xếp hạng 
1 1 1 1 0.778 1 
1 2 2 2 0.518 5 
1 3 3 3 0.604 2 
23 
2 1 2 4 0.489 6 
2 2 3 5 0.559 4 
2 3 1 6 0.566 3 
3 1 3 7 0.406 9 
3 2 1 8 0.417 8 
3 3 2 9 0.463 7 
Hình 4.19 Đồ thị cấp quan hệ Grey 
Hệ số cấp quan hệ Grey lớn hơn sẽ cho kết quả đầu ra tốt hơn. Hình 4.19 chỉ ra hệ 
số cấp quan hệ Grey lớn nhất là 0,778. Theo phương trình (4.34) ta có cấp quan hệ Grey 
0,i trong bảng 4.40. 
Bảng 4.40 Cấp quan hệ Grey 
0,i 
Bảng cấp quan hệ Grey 
Ký 
hiệu 
Thông 
số 
Cấp quan hệ Grey 
0,i 
Max-min Xếp hạng 
1 2 3 
A Ie 0.633 0.538 0.429 -0.109 3 
B ton 0.558 0.498 0.544 0.059 2 
C t0ff 0.587 0.490 0.523 0.064 1 
Bảng 4.41 Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến tỷ số S/N của Grey 
Ký hiệu Thông số Bậc tự do 
Tổng bình 
phương 
Bình phương 
trung bình 
Phần trăm 
A Ie 2 0.0209 0.0104 75.460 
B ton 2 0.0019 0.0010 7.016 
C t0ff 2 0.0048 0.0024 17.525 
Total 6 0.0276 0.0138 100.000 
Trên bảng 4.41 thấy rằng Ie ảnh hưởng lớn nhất đến tỷ số S/N của Grey với 75,46%, 
tiếp đến là toff với 17,525% và ton ảnh hưởng ít nhất với 7,016%. 
Căn cứ vào ảnh hưởng của các thông số đến tỷ số S/N của Grey sẽ xác định được trị 
số hợp lý của đồng thời cho cả 3 mục tiêu ( , Ra, TWR). Giá trị tối ưu các kết quả đầu ra 
được xác định theo công thức 4.17: 
2 3 3, , 2 3 3
( ) ( ) ( )A B C T A T B T C T 
 Ta có kết quả dự báo như sau: = 0,33 m, Ra = 2,32 m, TWR = 0,024 g/phút. 
KẾT LUẬN 
Đã xác định được bộ thông số tối ưu để khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực nhỏ nhất 
trong quá trình gia công xung định hình bằng điện cực đồng đỏ là ton = 5µs, 
toff = 60µs và Ie = 5A khi đó thu được khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực Δ = 0,33mm. 
Cũng với điện cực đồng đỏ, xác định được bộ thông số tối ưu để độ nhám bề mặt 
chi tiết gia công trong quá trình gia công xung định hình là nhỏ nhất khi ton = 20µs, toff = 
24 
60µs và Ie = 5A. Thực nghiệm lại với bộ thông số tối ưu này thu được độ nhám bề mặt chi 
tiết gia công Ra* = 2,188µm. 
Đã khảo sát ảnh hưởng của mật độ dòng điện và hình dạng đến độ mòn điện cực, 
thấy rằng khi mật độ dòng điện tăng thì độ nhám bề mặt tăng và khi góc độ của điện cực từ 
60
0
 đến dưới 1200 tỷ lệ mòn điện cực so với mòn chi tiết cao, điện cực từ 1200 đến dưới 
180
0
 tỷ lệ này giảm rõ rệt và lượng mòn này tiến đến ổn định. 
Xác định được bộ thông số tối ưu để độ mòn điện cực nhỏ nhất trong quá trình gia 
công xung định hình với điện cực đồng đỏ là ton = 20 µs, toff = 50 µs và Ie = 15 A. 
Với điện cực đồng đỏ mạ crom, các điều kiện để cải thiện khe hở giữa bề mặt chi tiết 
và điện cực trong quá trình gia công xung định hình là ton = 20 µs, toff = 50 µs và Ie = 15 A. 
Thực hiện lại thí nghiệm ở điều kiện ton = 20 µs, toff = 50 µs và Ie = 15 A thu được khe hở 
giữa bề mặt chi tiết và điện cực Δ = 0,11 mm, đây là khe hở giữa bề mặt chi tiết và điện cực 
nhỏ hơn nhiều so với gia công bằng điện cực đồng đỏ. 
 Các điều kiện để cải thiện độ nhám bề mặt chi tiết gia công trong quá trình gia công 
xung định hình điện cực đồng đỏ mạ crom là ton = 20µs, toff = 60µs và 
Ie = 5A. Ta thực hiện lại thí nghiệm ở điều kiện ton = 20µs, toff = 60µs và Ie = 5A thu được 
độ nhám bề mặt chi tiết gia công Ra* = 2,167µm, độ nhám đã được cải thiện so với khi sử 
dụng điện cực đồng đỏ. 
Các kết quả tối ưu đa mục tiêu với điện cực đồng đỏ cho = 0,38 m, 
Ra = 2,75 m, TWR = 0,15 g/giờ. Các kết quả này được cải thiện đáng kể với điện cực 
đồng đỏ mạ crom = 0,33 mm, Ra = 2,32 m, TWR = 0,024 g/giờ. 
Ngoài ra, độ cứng của chi tiết gia công tăng khi sử dụng điện cực đồng đỏ mạ crom 
với lý do trong quá trình gia công một phần lớp mạ crom bốc hơi và thẩm thấu vào bề mặt 
chi tiết gia công. Điều này làm tăng tính chống mòn và độ cứng cho chi tiết gia công. 
KẾT LUẬN CHUNG 
Với điện cực đồng đỏ, đã xác định được bộ thông số tối ưu để đạt được khe hở giữa bề mặt 
chi tiết và điện cực nhỏ nhất, độ nhám bề mặt nhỏ nhất và độ mòn nhỏ nhất trong quá trình gia 
công xung định hình là = 0,38 mm, Ra = 2,75 m, TWR = 0,15 g/giờ. Các kết quả này được cải 
thiện đáng kể với điện cực đồng đỏ mạ crom với = 0,33 mm, Ra = 2,32 m, TWR = 0,024 
g/giờ. 
Đã khảo sát ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến mòn điện cực và độ nhám bề mặt thấy 
rằng: Khi tăng mật độ dòng điện thì tỷ lệ giữa lượng mòn điện cực với lượng mòn chi tiết giảm và 
độ nhám bề mặt tăng. Như vậy có thể thấy rằng độ mòn điện cực và độ nhám bề mặt sẽ ít bị ảnh 
hưởng nếu trong quá trình gia công chúng ta kiểm soát tốt được mật độ dòng điện. Nếu không sẽ 
làm tăng độ mòn điện cực và độ nhám bề mặt của chi tiết. 
Ngoài ra biên dạng điện cực có ảnh hương nhiều đến mòn điện cực và do đó ảnh hưởng 
đến chất lượng bề mặt. Các kết quả khảo sát cho thấy rằng góc độ của điện cực từ 600 đến dưới 
120
0
 tỷ lệ mòn điện cực so với mòn chi tiết cao, điện cực từ 1200 đến dưới 1800 tỷ lệ này giảm rõ 
rệt và lượng mòn này tiến đến ổn định. 
Trong quá trình xung do mật độ dòng điện là không đều nhau nên dẫn đến mòn không đều 
trên toàn bộ điện cực, đặc biệt là tại các góc rãnh do có tập trung mật độ dòng điện sẽ xảy ra mòn 
lớn nhất, để khắc phục nên chọn hình dạng điện cực tránh các góc nhọn, nên chọn góc điện cực từ 
120 đến 180.