Lập lịch thông minh cho gia công xung điện nhiều lần

Lập lịch thông minh cho gia công xung điện nhiều lần

Việc tạo và tối ưu hóa các điều kiện xung điện nhiều lần trong gia công xung điện (EDM) có thể tận dụng công nghệ lập lịch thông minh để nhanh chóng thiết lập một lịch trình tối ưu.

Thách thức trong gia công EDM nhiều lần
Gia công EDM nhiều lần là một kỹ thuật quan trọng cân bằng giữa tốc độ gia công và chất lượng bề mặt. Ưu điểm chính của nó nằm ở việc sử dụng gia công thô để tiết kiệm thời gian và sau đó áp dụng EDM nhiều lần để dần loại bỏ các bề mặt thô và lớp bị biến đổi do quá trình thô gây ra, đạt được chất lượng bề mặt tinh xảo. Tuy nhiên, kỹ thuật này đối mặt với một số thách thức:

1. Đa dạng của các thông số
   Các thông số gia công (như dòng điện và thời gian xung) ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và chất lượng gia công. Việc lựa chọn thông số không đúng có thể dẫn đến hiệu suất loại bỏ vật liệu thấp hoặc độ nhám bề mặt không đạt tiêu chuẩn.

2. Sự đánh đổi giữa hiệu suất và chất lượng
   Tăng hiệu suất thường phải hy sinh chất lượng. Ví dụ, dòng điện quá cao có thể dẫn đến lớp tái đúc dày hơn, từ đó giảm tuổi thọ và chất lượng của khuôn.

3. Đo lường các đại lượng vật lý cho mỗi lần gia công
   Các phép đo thực nghiệm cần thiết để ghi lại thời gian gia công, khe hở gia công, độ nhám bề mặt và độ dày lớp bị biến đổi cho mỗi lần gia công. Do sự đa dạng của các thông số, số lượng nhóm thực nghiệm có thể quá nhiều. Phương pháp Taguchi có thể giảm số lượng nhóm thực nghiệm cần thiết.

Cơ chế của lập lịch thông minh
Lập lịch thông minh là một phương pháp dựa trên thuật toán tối ưu hóa xây dựng các mô hình toán học và sử dụng lập trình nguyên chính xác để nhanh chóng tạo ra các tổ hợp thông số gia công tối ưu. Nó chuyển đổi các yêu cầu về hiệu suất và chất lượng gia công thành các mục tiêu và ràng buộc toán học, giải quyết chúng bằng các công cụ tối ưu hóa. Phương pháp này, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất để phân công công việc và tối ưu hóa lịch trình, nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí khi áp dụng vào việc lựa chọn điều kiện gia công nhiều lần.

Phương pháp nghiên cứu và thiết kế thực nghiệm
Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa gia công thép công cụ SKD11 sử dụng điện cực graphite trong các thí nghiệm EDM. Các bước chính bao gồm:

1. Thu thập dữ liệu và mô hình hóa
   Tổng cộng 64 thí nghiệm toàn bộ yếu tố được thực hiện ở điện áp xả cố định 128V, ghi lại ảnh hưởng của từng tổ hợp thông số đến tốc độ loại bỏ vật liệu (MRR), tỷ lệ mòn điện cực (EWR), độ nhám bề mặt (Ra), độ dày lớp tái đúc (RL) và khe hở gia công.

2. Xây dựng mô hình và giải pháp
   Một chương trình lập lịch thông minh được phát triển bằng Python và kết hợp với trình giải Gurobi để xây dựng mô hình lập trình tuyến tính. Hàm mục tiêu là tối thiểu hóa tổng thời gian gia công, với các ràng buộc sau:

   • Mỗi quy trình phải được gán chính xác một điều kiện gia công.
   • Mỗi thông số gia công chỉ có thể được sử dụng cho một quy trình.
   • Tổng độ sâu gia công phải bằng độ sâu mục tiêu trừ đi khe hở gia công của quy trình cuối cùng.
   • VDI của quy trình trước phải lớn hơn của quy trình sau.
   • Khe hở bên của quy trình đầu tiên không được vượt quá mức giảm đơn phương của điện cực.
   • VDI của quy trình cuối cùng phải đáp ứng hoặc vượt yêu cầu chất lượng bề mặt của người dùng.
   • Độ sâu gia công cộng với khe hở gia công cho mỗi quy trình phải vượt quá khe hở gia công của quy trình trước đó.

Hàm mục tiêu được định nghĩa là tối thiểu hóa tổng thời gian gia công tích lũy qua tất cả các quy trình.

Phân tích kết quả và đột phá công nghệ
Việc áp dụng công nghệ lập lịch thông minh đã cải thiện đáng kể hiệu quả của gia công nhiều lần và đạt được những tiến bộ đáng chú ý trong chất lượng gia công. Các phát hiện chính bao gồm:

1. Cân bằng giữa tốc độ loại bỏ vật liệu và độ nhám bề mặt
   Các thí nghiệm cho thấy khi dòng điện thấp và thời gian xung tăng, tốc độ loại bỏ vật liệu ban đầu cải thiện nhưng giảm dưới một số điều kiện nhất định. Mô hình lập lịch thông minh đã tránh hiệu quả các tổ hợp thông số như vậy, đảm bảo hiệu suất loại bỏ vật liệu ổn định.

2. Kiểm soát chính xác độ dày lớp tái đúc
   Độ dày lớp tái đúc là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất sản phẩm. Nghiên cứu này đã tối ưu hóa các thông số để giữ độ dày lớp tái đúc dưới 10 micron, đáp ứng yêu cầu tuổi thọ cao của khuôn.

3. Xác nhận độ chính xác của mô hình
   Thời gian gia công dự đoán từ mô hình tối ưu hóa lệch so với kết quả thực nghiệm dưới 6%, chứng tỏ độ tin cậy của lập lịch thông minh trong việc dự đoán thời gian gia công.

Tóm tắt và triển vọng
Công nghệ lập lịch thông minh là một giải pháp quan trọng cho những thách thức của EDM nhiều lần, cho phép xác định nhanh chóng các tổ hợp thông số gia công tối ưu thông qua mô hình toán học và thuật toán tối ưu hóa. Phương pháp này cải thiện hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng gia công ổn định, hỗ trợ sự phát triển của sản xuất thông minh đồng thời giảm thời gian quy trình.

Trong tương lai, khi công nghệ sản xuất phát triển theo hướng thông minh hơn, lập lịch tối ưu có thể tiếp tục tích hợp sâu hơn vào máy móc thông minh:

1. Mở rộng sang các vật liệu đa dạng
   Mở rộng lập lịch thông minh cho các ứng dụng EDM đối với nhiều vật liệu có độ cứng cao hơn, chẳng hạn như carbide vonfram và hợp kim titan, đáp ứng nhu cầu gia công đa dạng và nâng cao khả năng thích ứng và linh hoạt.

2. Tích hợp với hệ thống sản xuất thông minh
   Kết hợp lập lịch thông minh với MES (Hệ thống Thực thi Sản xuất) và các công nghệ CAD/CAM để đạt được quy trình làm việc tự động hoàn toàn từ thiết kế và mô phỏng đến gia công thực tế, tạo ra một hệ sinh thái sản xuất thông minh hiệu quả và hợp tác hơn.

(Nguồn: Đại học Khoa học và Công nghệ miền Nam, Tzu-Yao Tai, Chun Lu)