Luận án Nghiên cứu quá trình gia công tia lửa điện trong dung dịch có trộn bột titan kết hợp hệ thống rung động tần số thấp trên chi tiết

i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi. 
Tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa từng 
đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. 
HƢỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH 
GS.TSKH Bành Tiến Long Lê Quang Dũng 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới GS.TSKH.NGND Bành Tiến 
Long , người Thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên tôi, giúp đỡ tôi vượt qua những khó 
khăn để hoàn thành luận án này. 
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng 
Đào tạo, Viện Cơ khí, Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp đã tạo mọi điều 
kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. 
Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ khí, Trung tâm Hồng Hải – Foxconn, Trường 
Đại học Công nghiệp Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành 
thực nghiệm luận án này. 
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Trường, Khoa Cơ khí, Bộ môn Cơ điện tử, 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn 
thành luận án. 
Tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tôi. 
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình đã luôn bên cạnh, động viên, giúp đỡ 
tôi, chia sẻ những khó khăn để tôi hoàn thành luận án. 
 Hà Nội, ngày. tháng năm 2021 
 Nghiên cứu sinh 
 Lê Quang Dũng 
iii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... i 
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................... ii 
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ........................................................................ viii 
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................. ix 
DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................... x 
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................ xiii 
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1 
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ....................................................................... 1 
2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu .............................................................. 2 
2.1 Mục đích nghiên cứu ............................................................................................. 2 
2.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 3 
3. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 3 
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................... 3 
5. Những đóng góp mới của luận án ........................................................................... 4 
6. Cấu trúc nội dung luận án ....................................................................................... 5 
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN (EDM) VÀ GIA 
CÔNG XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT (PMEDM). ................................................... 6 
1.1. Khái quát về phƣơng pháp xung định hình .......................................................... 6 
1.1.1. Nguyên lý gia công EDM ................................................................................. 6 
1.1.2. Nguyên lý gia công PMEDM ............................................................................ 8 
1.2 Sự phát triển công nghệ và những nghiên cứu trong lĩnh vực PMEDM .............. 9 
1.2.1 Tình hình nghiên cứu PMEDM trên thế giới: .................................................... 9 
1.2.1 .1 PMEDM với mục tiêu nâng cao năng suất bóc tách vật liệu. ........................ 9 
1.2.1.2 Giảm mòn điện cực dụng cụ (EWR) trong PMEDM .................................... 13 
iv 
1.2.1.3. Hƣớng khảo sát trong PMEDM ................................................................... 14 
1.2.1.4 Ảnh hƣởng của vật liệu bột và nồng độ bột đến PMEDM............................ 16 
1.2.2 Tình hình nghiên cứu PMEDM trong nƣớc ..................................................... 17 
1.3 Ứng dụng của phƣơng pháp gia công xung PMEDM ......................................... 19 
1.4 Nâng cao chất lƣợng bề mặt xung định hình với phƣơng pháp rung. ................. 20 
Kết luận chƣơng 1 ..................................................................................................... 21 
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG 
XUNG ĐIỆN CÓ TRỘN BỘT TÍCH HỢP RUNG ĐỘNG ..................................... 23 
2.1. Các thông số công nghệ trong PMEDM có tích hợp rung động ........................ 23 
2.1.1 Các thông số công nghệ của phƣơng pháp xung định hình ............................. 23 
2.1.1.1. Điện áp phóng tia lửa điện ........................................................................... 23 
2.1.1.2. Cƣờng độ dòng điện ..................................................................................... 23 
2.1.1.3. Thời gian phát xung và thời gian ngừng phát xung ..................................... 24 
2.1.1.4. Dạng sóng xung ............................................................................................ 25 
2.1.1.5. Sự phân cực .................................................................................................. 26 
2.1.1.6. Khe hở phóng điện() .................................................................................. 26 
2.1.1.7. Dung dịch điện môi ...................................................................................... 26 
2.1.1.8. Điện cực (dụng cụ) ....................................................................................... 27 
2.2 Ảnh hƣởng bột trộn trong dung dịch điện môi trong EDM (PMEDM) ............. 28 
2.2.1 Lực tác động lên hạt bột trong dung dịch điện môi ......................................... 28 
2.2.2 Ảnh hƣởng của bột đến độ bền cách điện của dung dịch điện môi ................. 30 
2.2.3 Ảnh hƣởng của bột đến độ lớn khe hở phóng điện .......................................... 30 
2.2.4 Ảnh hƣởng của bột đến điện dung ................................................................... 32 
2.2.5 Ảnh hƣởng của bột đến đƣờng kính plasma hồ quang .................................... 33 
2.3 Ảnh hƣởng của rung động gán vào phôi trong EDM .......................................... 34 
2.3.1. Mô hình toán học của tấm rung động ............................................................. 34 
v 
2.3.2 Khoảng cách khe hở và áp suất vòi phun trong EDM với rung động gán vào 
phôi ............................................................................................................................ 35 
2.3.3. Mô hình hóa sự thay đổi của áp suất dung dịch điện môi trong khe hở điện 
cực – phôi có hỗ trợ rung động ................................................................................. 37 
2.3.4 Tích hợp rung động siêu âm vào điện cực ....................................................... 38 
2.3.5 Tích hợp rung động tần số thấp vào phôi ......................................................... 40 
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỘT VÀ 
RUNG ĐỘNG ĐẾN HIỆU QUẢ GIA CÔNG XUNG ĐIỆN .................................. 42 
3.1. Mục đích ............................................................................................................. 42 
3.2. Điều kiện thực nghiệm khảo sát ......................................................................... 42 
3.2.1. Vật liệu thí nghiệm .......................................................................................... 42 
3.2.2. Dung dịch điện môi ......................................................................................... 43 
3.2.3. Thiết bị thực nghiệm ....................................................................................... 43 
3.2.3.1. Máy xung định hình ..................................................................................... 43 
3.2.3.2. Thiết bị tạo rung ........................................................................................... 44 
3.2.3.3. Sơ đồ gán rung động trong xung định hình.................................................. 45 
3.2.4. Thiết bị đo ....................................................................................................... 46 
3.2.4.1. Cân điện tử ................................................................................................... 46 
3.2.4.2. Máy đo độ nhám .......................................................................................... 46 
3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ bột trong gia công PMEDM ..................... 47 
3.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng của áp suất dòng phun dung môi trong gia công 
PMEDM .................................................................................................................... 49 
3.5. Nghiên cứu ảnh hƣởng PMEDM tích hợp rung động đến chi tiết gia công ...... 51 
3.5.1 Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến năng suất bóc tách và độ mòn điện cực ....... 51 
3.5.1.1. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A của rung động đến năng suất MRR . 53 
3.5.1.2. Ảnh hƣởng của tần số F và biên độ A đến độ mòn điện cực EWR ............. 56 
3.5.2 Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến chất lƣợng bề mặt sau gia công ................... 58 
vi 
3.5.2.1. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến nhám bề mặt gia công (Ra) ...................... 58 
3.5.2.2. Ảnh hƣởng của V-PMEDM đến độ cứng tế vi của bề mặt gia công (HV) .. 59 
3.6 So sánh sự ảnh hƣởng của rung động đến EDM và PMEDM. ........................... 61 
3.6.1. Ảnh hƣởng đến năng suất gia công ................................................................. 61 
3.6.2. Ảnh hƣởng đến nhám bề mặt gia công (Ra) .................................................... 62 
3.7. Kết luận: ............................................................................................................. 63 
CHƢƠNG 4: XÁC ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HỢP LÝ TRONG 
PMEDM VỚI RUNG ĐỘNG GÁN TRÊN PHÔI.................................................... 65 
4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 65 
4.1.1 Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đơn mục tiêu ... 65 
4.1.2. Phƣơng pháp xác định bộ thông số công nghệ trong bài toán đa mục tiêu .... 69 
4.1.2.1 Phƣơng pháp Topsis ...................................................................................... 69 
4.1.2.2. Phƣơng pháp xác định trọng số bằng AHP .................................................. 71 
4.2. Thực nghiệm nghiên cứu.................................................................................... 74 
4.2.1. Xây dự ... ge 
machining with silicon powder mixed fluid.International Journal of Electrical 
Machining, 2, pp.13–18. 1997. 
24. Uno, Y., Okada, A., Hayashi, Y. and Tabuchi, Y. Surface integrity in EDM of 
aluminum bronze with nickel powder mixed fluid. J Jpn. Soc. Elec. Mach. Eng., 32 
(70), pp.24–31. 1998. 
25. Tzeng, Y.-F. and Chen, F.-C. Investigation into some surface characteristics of 
electrical discharge machined SKD-11 using powder-suspension dielectric oil. 
Journal of Materials Processing Technology, 170, pp.385–391. 2005. 
26. Zhao, W.S., Meng, Q.G. and Wang, Z.L. The application of research on powder 
mixed EDM in rough machining. Journal of Materials Processing Technology, 129, 
pp.30-33. 2002. 
27. Jeswani, M.L. Effects of the addition of graphite powder to kerosene used as the 
dielectric fluid in electrical discharge machining, Wear, 70, pp.133–139. 1981. 
28. Mohri N., Saito N., Higashi M. , Kinoshita N. (1991), A New Process of Finish 
Machining on Free Surface by EDM Methods, Annals of the CIRP, 40 (1), pp. 
207–210 
29. UNO, Y., & OKADA, A. (1997). Surface generation mechanism in electrical 
discharge machining with silicon powder mixed fluid. International Journal of 
Electrical Machining, 2, 13-18. 
114 
30. Y.S. Wong, L.C. Lim, I. Rahuman, W.M. Tee, Near-mirror-finish phenomenon in 
EDM using powder-mixed dielectric, J. Mater. Process. Technol. 79 (1998) 30–40 
31. Long, B. T., Cuong, N., Phan, N. H., Man, N. D., & Janmanee, P. (2014). Effects of 
Titanium Powder Concentrations during EDM Machining Efficiency Of Steel 
SKD61 Using Copper Electrode. International Journal of Advance Foundation And 
Research In Science & Engineering (IJAFRSE), 1(7), 9-18. 
32. Long, B. T., Cuong, N., Phan, N. H., Toan, H. A., & Janmanee, P. (2015). 
Enhanced material removal rate and surface quality of SKD61 steel in electrical 
discharge machining with graphite electrode in rough machining. International 
Journal of Scientific Engineering and Technology, 4, 2. 
33. Long, B. T., Cuong, N., Phan, N. H., Toan, H. A., & Janmanee, P. (2015). 
Enhanced Material Removal Rate and Surface Quality of H13 Steel in Electrical 
Discharge Machining With Graphite Electrode in Rough Machining. International 
Journal of Scientific Engineering and Technology, 4(2), 101-106. 
34. Le, V. T., Banh, T. L., Tran, X. T., Nguyen, T. H. M., & Le, V. T. (2020). Studying 
the microhardness on the surface of SKD61 in PMEDM using tungsten carbide 
powder. International Journal of Modern Physics B, 34(22n24), 2040164. 
35. Chakraborty, S., Dey, V., & Ghosh, S. K. (2015). A review on the use of dielectric 
fluids and their effects in electrical discharge machining characteristics. Precision 
Engineering, 40, 1-6. 
36. Chen, Y. F., & Lin, Y. C. (2009). Surface modifications of Al–Zn–Mg alloy using 
combined EDM with ultrasonic machining and addition of TiC particles into the 
dielectric. Journal of Materials Processing Technology, 209(9), 4343-4350. 
37. Chen, S. L., Lin, M. H., Huang, G. X., & Wang, C. C. (2014). Research of the 
recast layer on implant surface modified by micro-current electrical discharge 
machining using deionized water mixed with titanium powder as dielectric solvent. 
Applied Surface Science, 311, 47-53. 
38. Hourmand, M., Farahany, S., Sarhan, A. A., & Noordin, M. Y. (2015). Investigating 
the electrical discharge machining (EDM) parameter effects on Al-Mg 2 Si metal 
115 
matrix composite (MMC) for high material removal rate (MRR) and less EWR–
RSM approach. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 
77(5-8), 831-838. 
39. Gopalakannan, S., Senthilvelan, T., & Ranganathan, S. (2012). Modeling and 
optimization of EDM process parameters on machining of Al 7075-B4C MMC 
using RSM. Procedia Engineering, 38, 685-690. 
40. Kumar, S. V., & Kumar, M. P. (2015). Machining process parameter and surface 
integrity in conventional EDM and cryogenic EDM of Al–SiCp MMC. Journal of 
Manufacturing Processes, 20, 70-78. 
41. Srivastava, A. K. (2020). Assessment of mechanical properties and EDM 
machinability on Al6063/SiC MMC produced by stir casting. Materials Today: 
Proceedings, 25, 630-634. 
42. D. R. Unune and H. S. Mali, ―Experimental investigation on low-frequency 
vibration-assisted µ-ED milling of Inconel 718,‖ Mater. Manuf. Process., vol. 33, 
no. 9, pp. 964–976, 2018. 
43. K. T. Hoang and S. H. Yang, ―A study on the effect of different vibration-assisted 
methods in micro-WEDM,‖ J. Mater. Process. Technol., vol. 213, no. 9, pp. 1616–
1622, 2013. 
44. D. Ghiculescu, N. Marinescu, D. Ghiculescu, and S. Nanu, ―Aspects of finite 
element analysis of microdrilling by ultrasonically aided EDM and related 
knowledge management,‖ Appl. Mech. Mater., vol. 371, no. August 2013, pp. 215–
219, 2013. 
45. Y. S. Liao and H. W. Liang, ―Study of Vibration Assisted Inclined feed Micro-
EDM Drilling,‖ Procedia CIRP, vol. 42, no. Isem Xviii, pp. 552–556, 2016. 
46. A. Schubert, H. Zeidler, M. H. Oschätzchen, J. Schneider, and M. Hahn, ―cing 
Micro-EDM using Ultrasonic Vibration and Approaches for Machining of 
Nonconducting Ceramics,‖ Strojniški Vestn. – J. Mech. Eng., vol. 59, no. 3, pp. 
156–164, 2013. 
116 
47. Erden, A. and S. Bilgin, Role of Impurities in Electric Discharge Machining, in 
Proceedings of the Twenty-First International Machine Tool Design and Research 
Conference, J.M. Alexander, Editor. 1981, Macmillan Education UK: London. p. 
345-350. 
48. Schumacher, B.M., About the Role of Debris in the Gap During Electrical 
Discharge Machining. CIRP Annals, 1990. 39(1): p. 197-199. 
49. Nastasi, R. and P. Koshy, Analysis and performance of slotted tools in electrical 
discharge 
drilling. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2014. 63(1): p. 205-208. 
50. Gu, L., L. Li, W. Zhao, and K.P. Rajurkar, Electrical discharge machining of 
Ti6Al4V with a bundled electrode. International Journal of Machine Tools and 
Manufacture, 2012. 53(1): p. 100-106. 
51. Thesiya, D. and A. Rajurkar, Aluminium powder mixed rotary electric discharge 
machining (PMEDM) on Inconel 718 AU - Patel, Sagar. Australian Journal of 
Mechanical Engineering, 2018. 16(1): p. 21-30. 
52. Baseri, H. and S. Sadeghian, Effects of nanopowder TiO2-mixed dielectric and 
rotary tool on EDM. The International Journal of Advanced Manufacturing 
Technology, 2016. 83(1): p. 519- 528 
53. Y. Liu, H. Chang, W. Zhang, F. Ma, Z. Sha, and S. Zhang, ―Study on Gap Flow 
Field Simulation in Small Hole Machining of Ultrasonic Assisted EDM,‖ IOP Conf. 
Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 280, no. 1, 2017 
54. D. R. Unune, C. K. Nirala, and H. S. Mali, ―Accuracy and quality of micro-holes in 
vibration assisted micro-electro-discharge drilling of Inconel 718,‖ Meas. J. Int. 
Meas. Confed., vol. 135, pp. 424–437, 2019. 
55. B. C. Khatri, P. P. Rathod, J. B. Valaki, and C. D. Sankhavara, ―Insights into 
process innovation through ultrasonically agitated concentric flow dielectric streams 
for dry wire electric discharge machining,‖ Mater. Manuf. Process., vol. 33, no. 13, 
pp. 1438–1444, 2018 
117 
56. N. Sabyrov, M. P. Jahan, A. Bilal, and A. Perveen, ―Ultrasonic vibration assisted 
electro-discharge machining (EDM)-An overview,‖ Materials (Basel)., vol. 12, no. 
3, 2019. 
57. K. P. Maity and M. Choubey, ―A review on vibration-assisted EDM, micro-EDM 
and WEDM,‖ Surf. Rev. Lett., vol. 26, no. 5, 2019. 
58. T. Ichikawa and W. Natsu, ―Realization of micro-EDM under ultra-small discharge 
energy by applying ultrasonic vibration to machining fluid,‖ Procedia CIRP, vol. 6, 
pp. 326–331, 2013 
59. Kojima a., Natsu W, Kunieda M. Spectroscopic measurement of arc plasma 
diameter in EDM. CIRP Ann - Manuf Technol 2008;57:203–7 
60. M. Goiogana, J. A. Sarasua, and J. M. Ramos, ―Ultrasonic Assisted Electrical 
Discharge Machining for High Aspect Ratio Blind Holes,‖ Procedia CIRP, vol. 68, 
no. April, pp. 81–85, 2018. 
61. S. Kumar, S. Grover, and R. S. Walia, ―Optimisation strategies in ultrasonic 
vibration assisted electrical discharge machining: a review,‖ Int. J. Precis. Technol., 
vol. 7, no. 1, p. 51, 2017. 
62. N. Sabyrov, M. P. Jahan, A. Bilal, and A. Perveen, ―Ultrasonic vibration assisted 
electro-discharge machining (EDM)-An overview,‖ Materials (Basel)., vol. 12, no. 
3, 2019. 
63. A. S. Todkar, M. S. Sohani, G. S. Kamble, R. B. Nikam, and K. E. Work, ―Effects 
of Vibration on Electro Discharge Machining Processes,‖ Int. J. Eng. Innov. 
Technol., vol. 3, no. 1, pp. 270–275, 2013. 
64. A. Pandey1 and Shankar Singh, ―Current Research Trends in Micro Electrical 
Discharge Machining: a Review,‖ Ijitr, vol. 2, no. 1, pp. 717–721, 2014. 
65. M. Mia, Mathematical modeling and optimization of MQL assisted end milling 
characteristics based on RSM and Taguchi method, Measurement 121 (2018) 249–
260, https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.02.017. 
66. G.S. Prihandana, M. Mahardika, M. Hamdi, Y.S. Wong, K. Mitsui, Effect of micro-
powder suspension and ultrasonic vibration of dielectric fluid in micro- EDM 
118 
processes—Taguchi approach, Int. J. Mach. Tools Manuf. 49 (12–13) (2009) 1035–
1041,https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2009.06.014.
119 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 
1. N. Huu-Phan, B. Tien-Long, L. Quang-Dung, N. Duc-Toan, and T. 
Muthuramalingam,( 2019) ―Multi-criteria decision making using preferential selection 
index in titanium based die-sinking PMEDM,‖ J. Korean Soc. Precis. Eng., vol. 36, no. 
9, pp. 793–802. – Scopus 
2. Nguyen, H. P., Banh, T. L., Muthuramalingam, T., Vu, N. P., Le, Q. D., Hung, L. X., & 
Nguyen, D. K ,(2020), ―Taguchi Based Process Parameters Optimization in Vibration 
Assisted Die Sinking Electrical Discharge Machining,‖ Advances in Engineering 
Research and Application. ICERA 2019. Lecture Notes in Networks and Systems, 
vol 104. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-37497-6_81 - Scopus 
 3. Lê Quang Dũng, Bành Tiến Long, Nguyễn Hữu Tuấn, (2020), Ảnh hưởng của rung 
động tần số thấp đến năng suất gia công, lượng mòn điện cực trong gia công xung điện 
có trộn bột, Tập 56 , số 2 , Đại học Công nghiệp Hà Nội 
4. Lê Quang Dũng, Bành Tiến Long, Nguyễn Hữu Phấn, (2020), Nghiên cứu sự ảnh hƣởng 
của rung động với tần số thấp đặt lên phôi đến chát lƣợng bề mặt trong gia công EDM 
và PMEDM.Số 3, Tạp chí cơ khí Việt Nam 
5. Quang Dung Le, Huu Phan Nguyen, Tien Long Banh and Duc Toan Nguyen (2020), 
Comparative study of low-frequency vibrations assigned to a workpiece in EDM and 
PMEDM, ISSN (online): 1793-6578, International Journal of Modern Physics B, 
SCIE , Q4- IF= 0.883 
6. Quang Dung Le, Huu Phan Nguyen, Tien Long Banh and Duc Toan Nguyen (2020), 
Effect of low-frequency vibrations on MRR, EWR and Ra in powder-mixed electrical 
discharge machining, ISSN (online):1793-6578, International Journal of Modern 
Physics B, SCIE. Q4- IF= 0.883