Tiểu luận gia công cơ khí " Gia công bằng tia nước có hạt mài " doc

GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Tiểu luận gia
công cơ khí " Gia
công bằng tia
nước có hạt mài "
GVHD: ao Quang Kờ
SVTH: Nguyờn Vn Anh
Mc lc
Tiu lun gia cụng c khớ " Gia cụng bng tia nc co ht mi " 1
Mc lc 2
I, T VN .
Trong bi cnh phỏt trin mnh m ca ngnh cụng ngh vt liu nh hin
nay, thỡ hng lot cỏc loi vt liu mi vi cỏc c tớnh c bit v c tớnh tt ó
c ra i ( hp kim cng, ceramic,compozit, vt liu tng hp) v c
ng dng ngy cng rng rói vo thc t cuc sng.Mt khỏc cỏc yờu cu v kt
cu cỏc chi tit ngy cng phc tp v yờu cu v cht lng ngy cng cao. Hn
na võn ờ vờ hiờu qua kinh tờ ky thuõt khi gia cụng cac loai võt liờu mi cung
c t lờn hang õu. Tuy nhiờn, cỏc phng phỏp gia cụng truyn thng (tin,
phay, bo, Khoeựt, Doa, Maứi, Xoùc, Chuoỏt,.) li khụng th ỏp ng c yờu
cu gia cụng cỏc loi vt liu ny; Chớnh vỡ th, vn gia cụng cỏc loi vt liu
mi cng l mt vn luụn luụn song hnh vi s phỏt trin ú.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Để đáp ứng yêu cầu gia công các loại vật liệu mới này thì hàng loạt các
phương pháp gia công mới được ra đời. Một trong những phương pháp này là: “
Gia công bằng tia nước có hạt mài ”. Đây là một phương pháp gia công đặc biệt
được đánh giá là có nhiều ưu điểm và đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế:
trong gia công cơ khí, công nghệ thực phẩm… với phương pháp gia công này thì
chúng ta có thể gia công đươc những vật liệu phức tạp mà vẫn đạt được độ chính
xác cao và đạt được hiệu quả kinh tế khi gia công.

II, Nội dung phương pháp gia công bằng tia nước có hạt mài.
Để biết được phương pháp gia công bằng tia nước có hạt mài như thế nào
thì trước hết ta cần phải biết được phương pháp gia công bằng tia nước trước. Ta
đi định nghĩa phương pháp gia công bằng tia nước: Gia công bằng tia nước (Water
Jet Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nước ở áp suất cao để gia công vật
liệu. Vết cắt hoặc rãnh có độ rộng xấp xỉ 1mm. Đường kính lỗ nhỏ nhất có thể cắt
được là 1,5mm. Phương pháp này còn được gọi là gia công bằng thuỷ động lực
học. Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 1.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Đầu tiên nước từ thùng cấp nước đi qua bộ lọc và hòa trộn. Sau đó nhờ ống
dẫn chất lỏng đi qua bộ khuyếch đại để tăng áp đến đầu phun. Tại đầu phun tia
nước được phun ra mạnh hay yếu là nhờ van tiết lưu. Van này được điều khiển bởi
một bộ điều khiển. Tia nước sau khi ra khỏi đầu phun có áp suất rất lớn (thường từ
100 - 400 MPa), tốc độ tia nước từ 400 - 1000m/s. Với áp suất này, khi tia nước
chạm vào bề mặt vật liệu gia công nó tạo nên áp lực lớn hơn độ bền nén của vật
liệu, bề mặt vật liệu bị nát ra và tia nước xuyên qua tạo thành vết cắt, cắt chi tiết
gia công. Vậy tia nước tạo đóng vai trò như một cái cưa cắt một vết hẹp trên vật
liệu.
1. Nguyên lý gia công tia nước có hạt mài:
Để tăng khả năng cắt bằng tia nước nhằm cắt các vật liệu cứng như thép, thủy
tinh, bê tông hay vật liệu composite…người ta thêm vào tia nước những hạt mài.
Vì thế phương pháp này được gọi là gia công tia nước có hạt mài. Nguyên lý của
phương pháp này cũng như gia công tia nước, nhưng khác ở chỗ trong quá trình
hình thành tia nước áp suất cao thì cho thêm vào dòng hạt mài. Vận tốc rất cao của
dòng tia khi đi qua lỗ phun sẽ tạo chân không để hút các hạt mài từ ống chứa hạt
mài, sau đó, hạt mài sẽ trộn với nước trong ống trộn. Việc cấp hạt mài trong quá
trình gia công quyết định năng suất gia công.
Đối với gia công tia nước có hạt mài, khi thêm những hạt mài vào tia nước sẽ
làm phức tạp quá trình gia công vì phải bổ sung một số và những thông số này

phải được điều khiển. Những thông số thêm vào cho quá trình là loại hạt mài, cỡ
hạt và tốc độ dòng chảy. Các loại vật liệu hạt mài thường được sử dụng là Al
2
O
3
,
SiO
2
và garnet, các cỡ khoảng từ 60:100. Lượng hạt mài được thêm vào trong tia
nước xấp xỉ khoảng 0,3kg/phút sau khi thoát ra vòi phun.
Áp suất nước trong gia công bằng tia nước có hạt mài giống trong gia công
bằng tia nước. Khoảng cách cho phép phải ít hơn để giảm đến mức tối thiểu hiệu
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
quả phân tán của chất lỏng cắt mà hiện giờ có chứa những hạt mài. Khoảng cách
cho phép điển hình là khoảng ¼ hay ½ khoảng cách trong gia công tia nước.
Phương pháp gia công tia nước hay tia nước có hạt mài có thể sử dụng thay
thế cho các PPGC tia laser hay tia plasma nếu cầu không có ảnh hưởng nhiệt
đường cắt vật liệu.
2. Các thông số cơ bản và thiết bị:
Các thông số cần chú ý khi gia công tia nước có hạt mài:
- Tỷ lệ cấp hạt mài
- Đường kính ống trộn
- Đường kính miệng vòi phun
- Áp suất nước trong vòi
- Khả năng cắt vật liệu
- Chiều dày chi tiết
- Chất lượng cần gia công
- Công suất máy bơm
- Biên dạng hình học cần gia công

Các bộ phận chính của một thiết bị gia công tia nước có hạt mài cũng giống
như gia công tia nước, bao gồm các bộ phận chính sau:
- Bộ lọc: làm sạch nước để tăng tuổi thọ hệ thống
- Bộ tăng áp: tăng áp lực của nước
- Bộ phận phân phối nước: đường ống, khớp nối và ác bộ phận phân phối
nước tăng áp.
- Đầu trộn: trộn nước áp lực cao và hạt mài
- Đầu cắt: dẫn hướng tia nước
- Dàn máy NC: định vị đầu cắt
- Bộ phận thu gom nước đã phun
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Hình 2.47: Sơ đồ nguyên lí gia công bằng tia nước có hạt mài
Sự chuẩn bị nước –bộ lọc:
Yêu cầu về thành phần của nước: đòi hỏi phải có một chất lượng nhất định,
phải đảm bảo các chỉ tiêu về thành phần hóa học cũng như độ tinh khiết của
nước. Các nguồn nước khác nhau có chất lượng khác nhau. Thông thường,
nguồn nước sử dụng cho hệ thống cắt là nguồn nước uống.tuy nhiên nhiều lúc
cũng phải sử dụng bộ lọc trong hệ thống nhằm loại bỏ những phần tử cực nhỏ
có khả năng gây hại cho hệ thống vòi phun và các bộ phận cao áp. Lưu lượng
là 1 gallon mỗi phút tại áp lực vòi thông thường.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Thực tế cho thấy rằng với bộ lọc sợi 5mF được lắp trên máy đã không bị
ăn mòn sau sáu tháng vận hành. Trong những tình huống này, những sự thay
đổi nhỏ tính chất hóa học của nước cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến
sự chống mài mòn của một số bộ phận trong bơm. Sự có mặt của một lượng
nhỏ vật liệu rắn trong hạt mài có thể gây nên sự mài mòn nhanh chóng vòi
phun và những điểm khác trong hệ thống nơi mà tốc độ tia nước cao. Thêm
vào đó, một số chất rắn hòa tan có thể bám vào lỗ vòi phun, dẫn tới sự bao vây

dần dần lỗ vòi phun làm giảm hiệu suất phun. Trên hệ thống phải có một bơm
dùng để dẫn nước qua các bộ lọc 10mF,1mF,0.5mF.
Nhiều nơi nguồn nước không thỏa mãn các yêu cầu trên. Nếu nguồn nước
cung cấp không thỏa đáng thì thiết bị sẽ xảy ra sự cố. Ví dụ, nếu lượng CaCO
3
trong nước quá cao, nó sẽ kết tủa bên trong vòi phun. Có một vài phương pháp
xử lý nước khi sử dụng. Đơn giản nhất là làm mềm nước như nước sử dụng
trong gia đình. Phương pháp thứ 2 là thẩm thấu ngược bằng cách sử dụng
màng mỏng rất mịn những tạp chất ở kích thước phân tử. Phương pháp thứ 3 là
khử ion hóa hệ thống dẫn nước làm cho các ion âm như clorua,sunfate được
thay thế bằng ion hydroxyl và các ion dương như canxi, natri được thay thế bởi
hydro.

GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh

Hệ thống bơm tăng áp
Hình 2.48: Hệ thống bơm tăng áp
Cũng giống như thiết bị gia công tia nước, hệ thống bơm tăng áp dùng để
tạo dòng nước áp suất cao phải liên tục. Thường dùng loại bơm piston tăng áp
hai tác dụng kiểu thủy lực hơn là loại bơm kiểu trục khuỷu vì áp suất nước sinh
ra của bơm piston lớn. Thông thường 40,000:345,000kPa.
Kinh nghiệm cho thấy, gia công tia nước có hạt mài không thật sự cần đủ
áp suất 60.000psi cyar bơm tăng áp. Hạt mài thực hiện việc cắt gọt trong khi
nước đóng vai trò là môi trường để mang hạt mài xuyên qua chi tiết. Ngày nay
bơm kiểu trục khuỷu dạt áp suất 55,000psi. Vì nó đáp ứng được yêu cầu trên,
nên ngày càng nhiều máy sử dụng loại bơm này được tung ra thị trường.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Đường ống, khớp nối và các bộ phận phối nước tăng áp:

Bộ phận này nằm giữa bộ tích và đầu di động. Yêu cầu kích thước của hệ
thống này phải thay đổi được. Ở áp suất thấp thì có thể sử dụng các vòi cao su,
tuy nhiên các ống thép cuộn bằng thép không gỉ thường được sử dụng hơn. Các
van lưu lượng cũng được dùng để giảm khả năng hư hại.
Đầu trộn:
Hình 2.49: Hình dáng bên ngoài của đầu trộn và vòi phun.

- Đầu trộn dùng để trộn nước và hạt mài đồng thời cũng để tập trung dòng
nước để cắt. Đầu trộn là nơi mà vòi phun nước nối đầu nạp hạt mài, buồng trộn
và miệng vòi phun hỗn hợp. Có ba loại trộn đầu.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
- Loại thứ nhất: Có đầu nạp mài ở bên hông, vòi phun nước đồng trục với
miệng vòi phun hỗn hợp. Loại này có cấu tạo đơn giản nhưng chất lượng hòa
trộn hỗn hợp kém. Nguyên nhân là do profile vận tốc trong thiết diện ngang
của dòng tia không đồng bộ và vì thế các phần tử hạt mài sẽ có khuynh hướng
rơi vào sát thành của dòng tia, ở đây vận tốc chậm nhất.
- Loại thứ hai: Hạt mài được nạp vào từ trung tâm, nước nạp vào từ xung
quanh. Loại này, chất lượng hòa trộn tốt nhưng khó chế tạo hơn loại kia. Với
hai loại này, hạt mài được cấp vòa nhờ trọng lượng của nó.
- Loại thứ ba: Hạt mài được cấp vào từ hai bên nhờ khí nén. Ống hòa trộn
thường được làm bằng các bít vonfram hoặc những loại vật liệu tương tự.
Mục đích của việc giảm thiết diện ngang vòi phun tia nước có hạt mài là để
tập trung dòng tia trước khi ra khỏi vòi. Như vậy tất cả các phần tử hạt mài
cùng tốc độ bay đến chi tiết GC. Tuy nhiên một phần năng lượng sẽ bị mất đi
do hạt mài va chạm vào thành ống chuẩn trực.
Có một vài vấn đề trong buồng hòa trộn. Trong khi hòa trộn, do bị tác động
bởi dòng nước áp lực cao trong buồng hòa trộn nên các hạt mài bị giảm kích
thước. Sự hòa trộn của các phần tử hạt mài trong dòng tia không đồng đều. Do
tâm dòng tia là vùng có tốc độ cao nên hầu hết các hạt mài ở vùng biên của

dòng tia, một số ít ở tâm. Như vậy khả năng cắt thật sự của dòng tia chủ yếu là
ở bề mặt ngoài.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Vòi phun:
Hình dáng kết cấu của vòi phun phải chịu được áp suất cao và tuân theo
nguyên tắc Bernuolli. Khi dòng nước đi ra vòi phun, áp suất hạ đến mức khi
quyển và vì vậy năng lượng động lực học của dòng chay tăng nghĩa là tốc độ
của dòng chảy tăng. Vì vậy các phần tử hạt mài sẽ được tăng tốc bởi tia nước.
Do hạt mài có khối lượng nhất định nên tốc độ của chúng không bằng tốc độ
của tia nước. Tia nước có tốc độ càng cao thì hạt mài dịch chuyển càng nhanh.
Khi đó một vòi phun có miệng hình côn là phù hợp nhất.
Có ít nhất hai yêu cầu cho sự tạo hình tia nước. Thứ nhất là để tăng tốc độ và
áp suất của chất lỏng với mục đích tăng tốc cho các phần tử hạt mài, thứ hai là
tia nước càng dài, càng thẳng sau khi ra khỏi vòi phun.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Giả sử rằng nước vòa từ phía bên trái và ra từ phía bên phải của vòi, đưa đến
kết quả là gia tăng tốc độ của dòng chất lỏng. Mặt nón có góc nghiêng làm
giảm diện tích thiết diện ngang của dòng chảy. Sau đó chất lỏng đi vào phần
hình trụ có chiều dài từ 2:5 lần đường kính.
Vật liệu làm vòi thường làm bằng các bít, ceramic, ruby, kim cương và
sapphire, trong đó sapphire là thông dụng nhất. Đường kính trong của vòi càng
nhỏ thì chiều sâu cắt càng lớn, chất lượng cắt càng cao. Đường kính điển hình
của các vòi phun là 0,25:0,35. Hiện tại một vòi tốt có thể cắt ngang xám dày
0.066inch với tốc độ 36inch/ph và tấm gang xám dày 0.88inch với tốc độ
4inch/ph.
Phân bố các pha trong tia nước có hạt mài:
Dòng tia nước có hạt mài bao gồm ba pha đó là: các hạt mài, chất lỏng và
không khí. Thành phần phần trăm mỗi pha phụ thuộc vào khoảng cách tính từ

miệng đầu phun. Càng xa đầu phun thì thành phần phần trăm thể tích của
không khí càng lớn.
Lõi tua nước có dạng hình côn. Tại lỗ vòi phun thì tia nước có đường kính
bằng đường kính lỗ của vòi phun, càng ra xa thì đường kính càng giảm. Trong
vùng này profile tốc độ, áp suất và mật độ không thay đổi. Tuy nhiên, vùng này
kéo dài một đoạn ngắn, sau đó là vùng profile tốc độ thay đổi, có hình dáng
như một cái chuông. Vùng này được gọi là vùng chuyển tiếp. Biên của vùng
chuyển tiếp là những đường nước riêng biệt. Trong vùng chuyển tiếp có lẫn
không khí, làm cho mật độ dòng tia luôn luôn giảm. Chiều dài của vùng
chuyển tiếp khoảng 60:900 lần đường kính lỗ vòi phun. Vùng phía sau vùng
chuyển tiếp bao gồm không khí và các giọt nước.
Hệ thống phân phối hạt mài:
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Trước đây hệ thông phân phối hạt mài rất phức tạp do người ta tin rằng tốc
độ dòng hạt mài cần được điều chỉnh GC các loại vật liệu khác nhau, chiều dày
khác nhau. Ngày nay, người ta tiếp cận hệ thống cung cấp hạt mài đơn giản
hơn với một tỷ lệ giữa hạt mài với nước cố định cho một dải các loại vật liệu,
và chỉ thay đổi tốc độ cắt của vòi phun. Tốc độ của vòi phùn được thay đổi dễ
dàng nhờ hệ thống điều khiển bàn X-Y. Điều này có nghĩa là một tỷ lệ dòng tia
nước có hạt mài cố định cho tất cả các vật liệu mà vẫn bảo đảm độ bằng phẳng
và độ chính xác cắt.
Hệ thống cấp hạt mài hiện đại sử dụng một vòi phun đường kính cố định để
đo dòng hạt mài từ đáy của một phễu nạp liệu nhỏ đặt sát vòi phun nước trên
bàn trượt theo trục Y. phễu hạt loại nhỏ chứa lượng hạt mài tương ứng 45ph
GC, có thể điền đầy trong quá trình cắt vẫn đang xảy ra.
Bàn dịch chuyển X-Y:
Để GC chính xác chi tiết, hệ thống GC tia nước có hạt mài phải có bàn X-Y
chính xác và hệ thống điều khiển chuyển động. Bàn có bốn loại sau:
- Hệ thống khung gắn chặt với sàn với bàn cắt riêng

- Hệ thống bàn/ khung hợp nhất
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
- Hệ thống công xôn lắp với sàn, bàn cắt rời
- Hệ thống công xôn/ bàn hợp nhất
Mỗi kiểu bàn khác nhau được sử dụng cho những trường hợp khác nhau,
phụ thuộc vào kích thước và phương pháp đưa ra chi tiết GC lên bàn.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Hệ thống chuyển động, điều khiển:
Để thực hiện quá trình GC thì phải có sự liên hệ chuyển động giữa chi tiết
GC và vòi phun. Trường hợp ngoại lệ là khoan thì cả hai đều đứng yên. Đối với
tất cả các quá trình khác thì có hai khả năng logic. Một là vòi phun có thể chuyển
động trên chi tiết nhờ vpaf một giàn chuyển động, trong khi đó chi tiết được giữ
cố định. Khả năng thứ 2 là đầu phun được cố định còn chi tiết chuyển động dưới
đầu phun. Cả hai khả năng đều đáng tin cậy.
Các phương pháp điều khiển quá trình gia công tia nước:
Khi gia công bằng gia công tia nước có hạt mài, cần phải chú ý tỷ lệ cấp hạt
mài và vận tốc gia công.
Hiện tượng trễ khi gia công thường xảy ra, chúng không nghiêm trọng khi
gia công đường thẳng, nhưng khi gia công đường cong hay góc phải giảm vận tốc
để hạt mài tác động lên bề mặt gia công và hạt mài ra khỏi vòi được coi là cùng
lúc.
Có một số giải pháp điều khiển được quá trình gia công:
Giải pháp 1: cách tiếp cận truyền thống
Dùng bộ điều khiển G-code. Đây là cách thường xuyên dùng dù cho việc
lập trình tốn nhiều thời gian. Tuy nhiên, để có độ chính xác tương đối cao, đường
cắt tối ưu phải thực hiện các công đoạn như sau:
- Hiệu chỉnh G-code, chú ý công việc lập trình để tạo ra các bước gia công
thích hợp. Phần mềm này đọc G-code là công việc khá lý thú và không có gì là

phức tạp
- Một bơm lớn dù chó đủ công suất để tạo ra các đường chạy dao có chuyển
động liên tục nhưng vận tốc đủ chậm để gia công goc hay độ thích hợp. Điều
này nâng cao chi phí nhưng có thể tạo được chi tiết Gc như ý muốn
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
- Cách khác, điều khiển bằng tay trong khi gia công tiến đến gần góc gia
công, giảm tỷ cấp hạt, khi qua góc gia công, tăng lên lại. Công việc này đòi hỏi
phải kiên nhẫn và kinh nghiệm.
Giải pháp 2:
Dùng đầu đa trục để khi gia công, đầu có thể nghiêng thích hợp với mỗi
công đoạn gia công và có thể bù lượng hạt mài cần thiết khi gia công. Tuy nhiên,
công việc này cũng đòi hỏi chi phí cao và phức tạp.
Giải pháp 3:
Dùng một bộ điều khiển được dùng thiết kế thích hợp cho gia công bằng tia
nước hoặc băng tia nước có hạt mài. Hãng Omax Corporation’s AWC giới thiệu
bộ điều khiển đặc biệt đó với tên là OMAX.
Như đã nêu ở trên, việc chia nhỏ các bước gia công theo từng phần riêng
biệt theo hình dáng gia công của chi tiết như độ cong, góc và ứng với mỗi phần.
Khi gia công phải cung cấp thông tin cho máy tính như chất lượng đường
cắt, vật liệu gia công, độ day của vật liệu gia công …từ đó máy sẽ đưa ra PPGC và
tọa ra giải pháp chạy dao. Giải pháp này sẽ đưa ra tỷ lệ cấp hạt mài cho từng phần
riêng biệt khoảng 2000 điểm/inch, đảm bảo tuyệt đối cho quá trình gia công.
Thùng thu hồi nước:
Thùng thu hồi có một số chức năng như sau:
-Tạo thành bụ đỡ vật liệu trong quá trình cắt
- thu nhận dòng tia sau khi cắt vật liệu.
Trong thùng chứa sẵn nước có nhiệm vụ làm chậm dòng nước có hạt mài. Nó
cũng cung cấp một ống thu hạt mài được sử dụng trong quá trình cắt cũng như các
hạt mài vỡ.

Trong bộ thu có trang bị ống lọc dùng để lọc nước. Dòng tia phải được phân
tán tỏng chiều dài ống. Các ống ngắn hơn cần phải làm bằng vật liệu cứng ở phần
cuối. Một số máy sử dụng các thùng chứa có tấm thép đáy dày 50mm để thu nước
và hạt mài.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Ngoài các thiết bị nói trên, để nâng cao tính năng sử dụng của máy, nha xuất cấp
thêm một số thiết bị, phụ tùng như:
- Thiết bị điều khiển áp suất, chiều sâu cắt, thông số ăn mòn…
- Chương trình điều khiển trục Z để gia công vật liệu khong bằng phẳng
- Đầu khoan tự động để khoan lỗ
- Thiết bị dò tìm cạnh và lỗ
- Đầu nghiêng để cắt góc nghiêng
- Hệ thống dọn ngọc hồng lựu tự động để giữ cho thùng nước sạch sẽ.
- Hệ thống tái sinh ngọc hồng lựu.
- Trục xoay cho cắt ống nhỏ, vật thể 3D
- Đồ gá…
Phần tử hạt mài:
Có nhiều loại vật liệu hạt mài khác nhau được sử dụng trong công nghệ
AWJC. Việc đánh giá vật liệu hạt mài của quá trình GC tia nước hạt mài bao
gồm mốt số tham số quan trọng sau:
- Cấu trúc vật liệu
- Độ cứng vật liệu
- Ứng xử cơ học
- Hình dáng hạt mài
- Sự phân bố kích thước hạt
- Kích thước trung bình của hạt
Dạng cấu trúc của vật liệu hạt mài bao gồm những đặc trưng sau:
- Tham số lưới
- Nhóm tinh thể và sự cân đối

- Thành phần hóa học
- Công thức hóa học tinh thể
- Tính dễ vỡ
- Các tạp chất

GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh

Bảng: tính chất cấu trúc vật liệu hạt mài
Vật liệu Mức tiêu hao % Hằng số lưới A Thể tích A
3
Alamandine 5-60 11.522 1529.62
Xpenxactin - 11.613 1566.15
Pyrope - 11.457 1503.88
Grossunlare 30 11.867 1671.18
Andradite 80-90 12.091 1767.61
Vật liệu
Độ cứng
Mohs Knoop
Oxit nhôm 8-9 2.100
Xỉ đồng - 1.050
Đá hồng lựu 7.5 1.350
Bi thủy tinh 5.5 400-600
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Đặc điểm Chú giải
Mô tả chung
- Kết hợp giữa aimandite và pyrope
- Khoảng vật đồng nhất
- Không trơ về hóa học

-Các Oxit và dioxit kết hợp như sau:
Fe
3
Al
2
(SiO
4
)
3
-Fe và Al được thay thế Ca, Mg
Thành phần hóa học
SiO
2
41.34%;FeO 9.72%
Al
2
O
3
20.36%; CaO 2.97%;MgO 12.35%
Độ cứng 8-9 Mohs
Độ bền Dễ vỡ vụn đến dai
Hình dáng hạt Sắc, có góc, không đều
Tính dễ vỡ Dễ cán mỏng, mặt vỡ không đều
Màu Đỏ đến hồng
Tính trong suốt Mờ
Tỷ trọng 3.9g/cm
3
+4.1 g/cm
3
Chỉ số khúc xạ TB 1.83

Điểm nóng chảy 1.3150C
Từ tính Nhẹ
Tính hút ẩm Trơ
Hình 2.26: Hình dạng của một số hạt mài
3. Các thông số công nghệ và khả năng công nghệ:
3.1 Các thông số công nghệ cơ bản của quá trình cắt:
Áp suất tia nước.
Đường kính tia nước.
Tốc độ của dòng tia lên đến 285 fps (1950 m/ph), khoảng 2,5 lần tốc độ âm
thanh.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Độ xa.
Tốc độ nạp hạt mài.
Tốc độ cắt từ 25 – 130 m/ph. Tốc độ cắt càng lớn thì chất lượng bề mặt càng
tốt.
Tốc độ nạp vật liệu (lượng chạy dao)
3.2 Khả năng công nghệ :
Chiều rộng cắt điển hình là 0,76mm và lớn hơn.
Tầm ảnh hưởng của dòng tia lên đến 200mm dối với vật liệu cứng. Áp suất hạ
xuống sau 25mm.
Độ chính xác phụ thuộc vào loại máy được sử dụng. Loại máy lớn với đầu
phun dịch chuyển trên khung đạt độ chính xác
±
0.38mm. Các máy cỡ trung có thể
độ chính xác
±
0,127mm. Các máy hiện đại hiện nay có thể đạt độ chính xác
±
0.064mm, độ thẳng đạt 0,05mm.

Trong nhiều năm nay, công ty JetCut đã thử nghiệm gia công bằng tia nước
một số vật liệu với chiều dày được thể hiện ở bảng 2.12.
Bảng 2.12 chiều dày của vật liệu có thể gia công bằng tia nước.
Máy có áp suất 3800bar dùng 4,2lit/ph, miệng vòi có dường kính 0.38mm, vòi dài
1,14mm, lưu lượng hạt mài là 680g/ph.
Vật liệu
Chều dày (mm)
Tối thiểu Tối đa
Thép cacbon 0,254 76,2
Thép không gỉ 0,127 50,8
titanium 0,254 76,2
nhôm 1,524 76,2
Đồng, đồng thau 0,254 76,2
Nhựa 1,524 76,2
Đá cẩm thạch 6,35 76,2
Granite và thủy tinh 6,35 76,2
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Hãng jechlaser đưa ra tốc độ cắt cho các máy gia công tia nước có hạt mài
ZLWJ khi gia công một số vật liệu với các độ dày khác nhau như trong bảng 2.13.
Trong bảng này. Tất cả các giá trị tốc độ là giá trị trung bình. Tốc độ cắt thấp nhất
thì chất lượng cắt cao và ngược lại.
Bảng 2.13
Chiều dày (mm)
Tốc độ cắt
(mm/ph)
Chiều dày mm
Tốc độ cắt
(mm/ph)
Cắt thủy tinh với lưu lượng bơm 3,5 l/ph, áp suất 3000 bar

5 2500 40 60
10 1400 50 40
15 500 60 35
20 350 80 20
25 200 100 12
30 100
Cắt đá granite với lưu lượng bơm 3,5 l/ph, áp suất 3500 bar
5 600-1000 50 50-100
10 300-500 60 30-70
20 200-300 70 25-60
25 150-200 80 20-40
30 100-200 100 10-20
40 80-130
Cắt plastic-Acryl-PVC với lưu lượng bơm 3,5 l/ph, áp suất 3000 bar
3 4000 25 500
4 3000 30 300
5 2000 40 70
10 1300 50 40
12 1000 60 30
15 800 70 20
20 600 80 10
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Cắt thép cacbon với lưu lượng bơm 3,5 l/ph, áp suất 3500 bar
1 800-1500 12 60-140
2 700-1000 15 50-130
3 500-800 20 30-100
4 300-600 25 30-70
5 200-400 30 20-50
10 70-150

4. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng.
Vật liệu phụ trợ như titan, inconel, hợp kim đặc biệt, rẻ hơn các phương pháp gia
công khác.
Cắt được hầu như mọi vật liệu: thép tôi cứng, thép mềm, thép không gỉ (phần lớn
thép cắt ở cùng tốc độ dù có khác nhau về độ cứng), đồng thau, nhôm, vật liệu
giòn như thủy tinh, gốm, thạch anh và đá tấm mỏng, vật liệu dể cháy, cắt quặng
mỏng hoặc quặng dày, tạo được mọi hình dạng chỉ với mộ dụng cụ cắt.
Cắt với một phạm vi bề dày lớn với dung sai hợp lí, không sinh nhiệt, vùng gia
công không bị tác đông nhiệt, đây là phương pháp gia công lạnh.
Độ nhám bề mặt có thể tốt như các phương pháp gia công truyền thống.
Lực cắt không đáng kể, vì thế có rất ít hoặc không có.
Chi phí thấp; trung tâm AWJM sử dụng file DXF sẵn có ( hoặc bản vẽ CAD
khác ). Không tốn chi phí cho khuôn, đồ gá hay không yêu cầu chương trình CNC
phức tạp, tỉ mỉ.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Hình 2.67: Một số chi tiết gia công bằng tia nước có hạt mài.
a) Chi tiết nhôm dày; b) Con rồng bằng kính chống đạn; c) Chi tiết
bằng thép.
III, Kết luận:
- Gia công bằng tia nước có hạt mài là một phát minh quan trọng của các PPGC
đặc biệt cả trong các ứng dụng công nghiệp và trong kiến trúc, phương pháp này
phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày và độ phức tạp của các đường cắt.
- Tạo ra lợi nhuận rất lớn nếu so sánh với các PPGC không truyền thống
như phương pháp cắt bằng tiện hay cắt bằng tia plasma, tia laser, tia lửa điện. Tia
nước và hạt mài có thể dùng để cắt các vật liệu tưỏng chừng như không thể gia
công bằng những PPGC thông thường được.
- Những thuận lợi của phương pháp gia công này vượt ra xa sự cạnh tranh về
giá cả so với kĩ thuật gia công khác. Gia công bằng tia nước có hạt mài cho phép
gia công những bề mặt khó khăn và phức tạp như những góc nằm bên trong, khớp

V, những hình dáng kiến trúc nghệ thuật …có thể gia công với độ chính xác ngang
hoặc cao hơn các phương pháp cũ. Bởi vì quá trình gia công này sử dụng phần
mềm CAD do đó có khả năng gia công và lặp lại mà các phương pháp khác không
có.
- Gia công bằng tia nước có hạt mài có thể gia công các vật liệu tổng hợp,
nhựa mà không gặp các sai số do nhiệt, hoặc có sự xuống cấp của các chi tiết cơ
khí. Không phải trả chi phí cho các dụng cụ hay khuôn mẫu kèm theo.
- Từ đó lên gia công bằng tia nước là một phương pháp gia công có hiệu quả rất
lớn
IV, TÀI LIÊU THAM KHẢO
1] Phạm Ngọc Tuấn – Nguyễn Văn Tường, Các Phương Pháp Gia Công Đặc Biệc,
NXBĐHQGTPHCM, 2007.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
[2] GS.TSTrần Văn Địch – PGS.TS Nguyễn Trọng Bình – PGS.TS Nguyễn Thế
Đạt – PGS.TS Nguyễn Văn Tiếp – PGS.TS Trần Xuân Việt, Công Nghệ
Chế Tạo Máy, NXBKHKT, 2005.
[3] PGS. TS. Đào Quang Kế - PGS.TS. Hoàng Đình Hiếu.
[4] www.cokhiviet.com
[5] www.waterjet.org