nghiên cứu khả năng tái sử dụng hạt mài supreme garnet sau khi gia công bằng tia nước có hạt mài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
………… ……………





LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY


Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng tái sử dụng hạt mài Supreme garnet sau khi
gia công bằng tia nước có hạt mài




Hƣớng dẫn khoa học: TS. Vũ Ngọc Pi

Thái nguyên 11-2011
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
BỘ GIÁ O DỤ C VÀ ĐÀ O TẠ O
ĐẠ I HỌ C THÁ I NGUYÊN
TRƢỜ NG ĐẠ I HỌ C KỸ THUẬ T CÔNG NGHIỆ P
000



THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT
Chuyên ngà nh: Công nghệ chế tạ o má y

Đề tà i: “Nghiên cứu khả năng tái sử dụng hạt mài Supreme garnet sau
khi gia công bằng tia nước có hạt mài”




Học viên : Vũ Hồng Khiêm
Lớp : Cao học K12 - CNCTM
Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy



DUYỆT BGH

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠ I HỌ C
NGƢỜI HƢỚ NG DẪ N KHOA HỌ C



TS. Vũ Ngọc Pi
HỌC VIÊN



Vũ Hồng Khiêm
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1

Lời cảm ơn

Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo TS Vũ Ngọc Pi
(Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp) người đã tận tình hướng dẫn tôi trong
suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn ban giám đốc cùng tập
thể cán bộ giáo viên, giảng viên Trung tâm thí nghiệm, Trường đại học Kỹ thuật
Công nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập và thực
hiện đề tài. Xin gửi lời cảm ơn đến các kỹ thuật viên thuộc trung tâm CTA-

NARIME, Viện nghiên cứu Cơ khí Bộ Công Thương, Công ty cổ phần Phúc Sinh
(Cầu diễn, Từ liêm, Hà nội), trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật. Luận văn này
là một phần trong Luận án của nghiên cứu sinh Trần Quốc Hùng. Tôi xin chân
thành cảm ơn NCS Trần Quốc Hùng, người đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm
thí nghiệm. Tôi cũng xin cảm ơn những đóng góp ý kiến quý báu của các bạn
đồng nghiệp, sự động viên của gia đình đã giúp cho tôi hoàn thành luận văn
này.
Tuy nhiên với khả năng nhận thức và trình độ hiểu biết còn nhiều hạn
chế, thời gian có hạn, nên luận văn này chắc hẳn còn nhiều thiếu sót. Rất mong
được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp
để tôi tiến bộ hơn, hoàn thiện hơn trong việc nghiên cứu khoa học sau này.

Thái Nguyên, tháng 11/2011



Vũ Hồng Khiêm
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2

Mục Lục

Lời cảm ơn
1
Danh mụ c cá c ký hiệ u, chƣ̃ viế t tắ t 4
Danh mục các hình 5
Danh mục các bảng 7

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 8
1.1. Lch s phát trin 8
1.2. Hệ thống công nghệ 11
1.2.1. Hệ thống cấp nƣớc 12
1.2.3. Đƣờng ống cao áp 14
1.2.4. Đu ct 15
1.2.5. Hệ thố ng cấp hạt mài 17
1.2.6. Hệ thố ng điề u khiể n chuyể n độ ng 18
1.2.7. Bể chƣ́ a nƣớ c và dậ p năng lƣợ ng 19
1.3. Các tham số quá trình 20
1.4. Ƣu nhƣợc đim của gia công bằng tia nƣớc hạt mài 20
1.5. Kết luận chƣơng 1 22
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN 24
2.1. Hạt mài s dụng trong AWJ 24
Đc đim chung của hạt mài s dụng trong công nghệ AWJ 25
2.2. Thực trạng nghiên cứu về sự vỡ của hạt mài trong quá trình ct 30
2.3. Thực trạng nghiên cứu về tái chế hạt mài 34
2.4. Kết luận chƣơng 2 37
CHƢƠNG 3. TÁI CHẾ HẠT MÀI SUPREME GARNET 39
3.1. Khả năng tái chế của hạt mài Supreme Garnet 39
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3
3.1.1. Thiết lập các thông số thí nghiệm 40
3.1.2. Thiết b thí nghiệm và dụng cụ đo, kim tra. 40
3.1.3. Vậ t liệ u thí nghiệ m 42
3.1.4. Quy trình thu hồi và tái chế hạt mài 43
3.1.5. Kết quả và nhận xét 45

3.2. Khả năng ct của hạt mài tái chế 48
3.2.1. Thí nghiệm 48
3.2.2. Kết quả và nhận xét 51
3.3. Chất lƣợng ct của hạt mài tái chế 51
3.3.1. Thí nghiệm 52
3.3.2. Kết quả và nhận xét 52
3.4. Kết luận chƣơng 3 54
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 56
4.1. Kết luận 56
4.2. Hƣớng nghiên cứu tiếp 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
Phụ lục A: 61
Phụ lục B: 62
Phụ lục C: 63
Phụ lục D: 65










Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4

Danh mụ c cá c ký hiệ u, chƣ̃ viế t tắ t

STT
Ký hiệu
 ngha
Ghi chú
1
TNASC
Tia nƣớc áp suất cao

2
ASC
Áp suất cao

3
AWJ
Abrasive water jet

4
WJC
Water Jet Cutting


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

5

Danh mục các hình

STT
Tên các hình
Trang
Hình 1.1.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống gia công bằng tia nƣớc có hạt mài
12
Hình 1.2.
Hệ thống bơm cấp nƣớc của hãng Flow [2]
13
Hình 1.3.
Bơm khuếch đại [3]
14
Hình 1.4.
Hệ thống bơm khuếch đại áp [4]
15
Hình 1.5.
Sơ đồ nguyên lý đu ct
16
Hình 1.6.
Sơ đồ đu ct và quỹ đạo chuyn động của hạt mài
17
Hình 1.7.
Hệ thống cấp và điều chỉnh lƣu lƣợng hạt mài [29]
19
Hình 1.8.
Các hƣớng di chuyn của đu ct

19
Hình 1.9.
Một số kết cấu của b chứa nƣớc và dập năng lƣợng
20
Hình 2.1.
Hình ảnh 3D các loại hạ t mà i thƣờng gp
26
Hình 2.2.
Quy đổi kích thƣớc của hạt mài [8]
26
Hình 2.3.
Cơ chế phá vỡ của hạt mài [11]
30
Hình 2.4.
Hạt GMA # 80 mới (a), hạt GMA tái chế vòng 1 (> 90μm) (b)
30
Hình 2.5.
Cấu trúc giá thành gia công trong AWJ [16]
33
Hình 2.6.
Mẫu thí nghiệm của M.Kantha Babu và O.V.Krishnaiah Chetty
34
Hình 3.1.
Thí nghiệm xác đnh khả năng tái chế hạt mài
42
Hình 3.2.
Sàng của hãng Endecotts tiêu chuẩn -ISO3310-1
43
Hình 3.3.
Máy sàng phân loại hạt mài

43
Hình 3.4.
Phân bố kích thƣớc hạt mài mới
44
Hình 3.5.
Phân bố kích thƣớc hạt mài sau tái chế
45
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6
Hình 3.6.
Thành phn hạt mài theo các cỡ
46
Hình 3.7.
Phôi ct thí nghiệm thép C45 kích thƣớc 150x100x30
46
Hình 3.8.
Thí nghiệm khả năng ct của hạt mài tái chế
47
Hình 3.9.
Khả năng ct của hạt mài tái chế
47
Hình 3.10.
Hình dáng hạt mài
48
Hình 3.11.
Sự cắ t trễ của tia nƣớc
49

Hình 3.12.
Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng hạt mài và loại hạt mài đến độ nhám
bề mt khi đo cách mt trên của mẫu 2mm
50
Hình 3.13.
Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng hạt mài và loại hạt mài đến độ nhám
bề mt khi đo cách mt trên của mẫu 10mm
50

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7


Danh mục các bảng

STT
Tên các bảng
Trang
Bảng 2.1.
Độ cứng của 10 khoáng vật cơ bản [7]
25
Bảng 2.2.
Một số tiêu chuẩ n về kích thƣớ c hạ t mà i [coleparmer]
27
Bảng 2.3.
Tính chất một số loại hạt mài dng cho AWJ
28
Bảng 2.4.
Tính chất một số loại hạt mài dng cho AWJ [TS. Quân]
28
Bảng 2.5.
Đc đim của mộ t số loạ i hạ t mà i dù ng trong công nghệ AWJ
29
Bảng 3.1.
Các thông số trong quá trình thí nghiệm nghiên cứu vỡ của

hạt
40
Bảng 3.2.
Thành phn hóa học của vật liệu thí nghiệm C45 [24]
41
Hình 3.3.
Thành phn hóa học của vật liệu thí nghiệm Al 6061T6 [24]
41
Bảng 3.4.
Phân bố kích thƣớc hạt mài mới
44
Bảng 3.5.
Phân bố kích thƣớc hạt mài sau tái chế
45
Bảng 3.6.
Khả năng tái chế của hạt mài Supreme granet so với hạt mới
46
Bảng 3.7.
Đánh giá khả năng ct của hạt mài tái chế
47





Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU

Ct bằng tia nƣớc là một công cụ có khả năng ct kim loại hay các vật liệu khác
bằng cách s dụng một tia nƣớc có áp suất rất cao và tốc độ lớn. Nguyên lý của quá
trình này tƣơng tự nhƣ sự xói mòn bởi nƣớc ở trong tự nhiên nhƣng nhanh hơn và tập
trung hơn. Nó thƣờng đƣợc s dụng cho việc ct các vật mẫu hoc tham gia vào một
nguyên công trong quy trình sản xuất các bộ phận máy móc, thiết b. Nó cũng đƣợc s
dụng đ ct tạo hình dáng, tạo lỗ, khoan, chạm khc trong nhiều lĩnh vực công nghiệp
khác nhau từ khai thác mỏ đến hàng không vũ trụ. Nó có th ct đƣợc kim loại, bê
tông, đá, hay các vật cứng khác.
Chƣơng này sẽ giới thiệu về lch s gia công bằng tia nƣớc, các thiết b chủ yếu
của hệ thống Abrasive water jet (AWJ), tham số quá trình và ƣu nhƣợc đim của nó.

1.1. Lch s phát trin

Năm 1950, Norman Franz - một kỹ sƣ lâm nghiệp đã có mong muốn tìm ra một
phƣơng pháp mới đ ct cây gỗ thành tƣ̀ ng khú c . Ông đƣợc xem nhƣ cha đẻ của hệ
thống máy ct bằng tia nƣớc và là ngƣời đu tiên dùng tia nƣớc siêu áp lực (Ultra
High Pressure - UHP) làm một công cụ ct vào những năm đó. Đ tạo ra áp lực của
tia nƣớc, ông đt một khối lƣợng lớn lên một cột nƣớc và tập trung tia nƣớc vào một
vòi phun nhỏ. Kết quả là áp suất sinh ra rất cao, trong một số trƣờng hợp còn cao hơn
cả áp suất nƣớc đang đƣợc dng tại thời đim đó.
Từ kết quả thu đƣợc, Dr.Franz phát hiện ra là hoàn toàn có th ct gỗ và vật liệu
khác bằng tia nƣớc áp suất cao. Tiếp theo ông tìm cách duy trì dòng nƣớc một cách

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9
liên tục, tuy nhiên kết quả thu đƣợc không nhƣ mong muốn. Hơn nữa, tuổi thọ của các
thiết b ct nhƣ vậy chỉ tính bằng phút, chứ không phải hàng trăm giờ nhƣ ngày nay.
Cho dù Dr.Franz chƣa làm đƣợc một cái máy cắ t gỗ nhƣ mong muốn nhƣng nghiên
cứu của ông đã đt nền móng cho phƣơng pháp gia công bằng tia nƣớc và sau này
đƣợc hãng Flow International nghiên cứu phát trin hệ thống ct tia nƣớc sau này.
Năm 1965 thiế t bị là m sạ ch bề mặ t thé p cá n bằng tia nƣớc vớ i á p suấ t 200 bar
đƣợ c sả n xuấ t đầ u tiên tạ i Đƣ́ c và đƣợ c hã ng Boehler (Kapfenberg) của Áo s dụng.
Năm 1968 các nhà khoa họ c Mỹ đã chế tạ o thà nh công mộ t thiế t bị cắ t bằ ng tia
nƣớ c có á p suấ t đạ t 700 bar để ƣ́ ng dụ ng cắ t ố ng bìa . Vớ i á p suấ t nà y, tia nƣớ c có thể
cắ t đƣợ c cá c vậ t liệ u phi kim khá c nhƣ giấ y, nhƣ̣ a, xố p và thƣ̣ c phẩ m…
Năm1970 tậ p đoà n Flow (Mỹ) đã phát minh một mẫu bơm khuếch đại á p suất
có tính ƣ́ ng dụ ng cao cho má y cắ t tia nƣớ c . Điều này là một bƣớc tiến đ công nghệ
ct bằng tia nƣớc đƣợc thƣơng mại hóa s dụng đ ct vải cho áo qun may sẵn . Cng
vớ i sƣ̣ phát trin của ngành vật liệu và công nghệ gia công , các thế hệ bơm cao áp dn
dầ n đạ t cá c yêu cầ u về tuổ i thọ và á p suấ t.
Vào năm 1979, Flow bt đu nghiên cứu phƣơng pháp đ gia tăng lực ct của
máy đ có th ct đƣợc kim loại và các vật liệu cứng khác. Dr. Mohamed Hashish,
đƣợc coi nhƣ ngƣời khai sinh ra hệ thống máy ct tia nƣớc dng hạt mài, ông phát
minh ra phƣơng pháp trộn hạt mài vào nƣớc [1] Hạt mài GARNET, một vật liệu đƣợc
s dụng rộng rãi trong giấy nhám đã đƣợc s dụng. Với phƣơng pháp đó, máy ct tia
nƣớc (có dng hạt mài) có th ct hu hết các loại vật liệu. Năm 1980, hệ thống ct tia
nƣớc có hạt mài đu tiên đƣợc dng đ ct thép, kính và bê tông. Năm 1983, Flow
cung cấp cho th trƣờng chiếc máy ct tia nƣớc có hạt mài đu tiên và đƣợc s dụng
cho việc ct gƣơng ôtô.
Ngành công nghiệp hàng không và vũ trụ đã giúp cho công nghệ tia nƣớc áp

suất cao phát trin mạnh mẽ. Tia nƣớc có hạt mài khi này thực sự là một công cụ ct lí
tƣởng đ ct các vật liệu cứng nhƣ Inconel, thép không gỉ, titan cũng nhƣ các vật liệu
tổng hợp nhẹ nhƣ sợi cacbon s dụng cho chiến đấu cơ và ngày nay đƣợc dng cho
hàng không. K từ đó, phƣơng pháp ct tia nƣớc dng hạt mài đã đƣợc dng cho rất
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10
nhiều ngành công nghiệp khác nhƣ dng đ ct kim loại, đá, ceramic, gƣơng, trong
ngành chế tạo động cơ phản lực, xây dựng, các nhà máy đống tàu, …

Tuy nhiên mãi đến năm 1986, Công nghệ UHP đƣợc nghiên cứu đ mở rộng
những ứng dụng của nó. Trong năm đó, hệ thống bơm siêu áp lực di động đu tiên
đƣợc s dụng cho các ứng dụng di động nhƣ làm sạch công nghiệp, bảo trì đƣờng cao
tốc, và các dự án tân trang cơ sở hạ tng. Sau đó không lâu, phƣơng pháp ct tia nƣớc
đã tạo đƣợc danh tiếng. Từ cuối những năm 80 và đu những năm 90, công nghệ ct
tia nƣớc đƣợc ứng dụng rộng rãi, và ct ở trong nhiề u môi trƣờ ng cắ t khá c nhau.
Năm 1989-1990, tia nƣớ c á p suấ t cao bắ t đầ u đƣợ c ƣ́ ng dụ ng để cắ t thé p và bê
tông dƣớ i biể n ở độ sâu đến 400m.
Năm 1991, trung tâm thí nghiệ m Geesthacht đã thƣ̣ c hiệ n khoan t hép không rỉ ở
độ sâu 600m. Cng với sự phát trin của thiết b ct , hiện nay tia nƣớ c á p suấ t cao có
thể cắ t ở độ sâu lớn hơn nhiều.
Năm 1994, ngƣờ i Đƣ́ c đã đăng ký bả n quyề n về ƣ́ ng dụ ng cắ t và là m sạ ch bằ ng
tia nƣớ c á p suấ t cao trong y họ c. Trong đó tia nƣớ c vớ i á p suấ t là m việ c tƣ̀ 50 đến 300
bar đƣợ c sƣ̉ dụ ng là m dao mổ trong phẫ u thuậ t vì nƣớ c có thể đƣợ c cơ thể tiế p nhậ n .
Mộ t điề u quan trọng nƣ̃ a là khi cắ t cá c phầ n cƣ́ ng củ a cơ th  nhƣ xƣơng thì muố i hoặ c
đƣờ ng đã đƣợ c dù ng để là m hạ t mà i, do đƣờ ng và muố i luôn tồ n tạ i trong cơ thể .
Công nghệ ct bằng tia nƣớc áp suất cao phát trin rất nhanh chóng trong những
năm gn đây. Năm 2002, công ty Flow phát trin hệ thống ct Dynamic Waterjet cho

phép ct vật liệu nhanh hơn, không đ lại gờ sau khi ct. Kết quả này đã mở rộng khả
năng cho các ứng dụng ct bằng tia nƣớc rộng rãi hơn. Hiện nay, công nghệ ct tia
nƣớc đƣợc s dụng đ ct nhiề u loạ i vật liệu và đƣợ c ƣ́ ng dụ ng t rong nhiề u ngành
công nghiệp. Các vậ t liệ u cố th ct bằng phƣơng pháp này nhƣ thép không rỉ, titan,
ceramic, hợp kim nhôm, vật liệu tổng hợp cho dụng cụ th thao, sợi và nhựa s dụng
cho nội thất ôtô, và k cả đá lót bếp đƣợc ct bởi máy ct tia nƣớc. Các ứng dụng làm
sạch vỏ tàu, bồn du, đƣờng cao tốc, động cơ phản lực, v.v Công nghệ ct bằng tia
nƣớc áp suất cao tiếp tục đƣợ c phá t triể n sang các ứng dụng mới , thiết b ct bằng tia
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11
nƣớc trộn hạt mài tập trung chủ yếu ở các nƣớc có nền công nghiệp phát trin nhƣ
Đức, Áo, Hà lan, Nhật, Trung quốc, Pháp…


1.2. Hệ thống công nghệ

Ct bằng tia nƣớc (Water Jet Cutting-WJC) là một quá trình s dụng tia nƣớc ở
áp suất cao (ASC) đ gia công vật liệu. Công nghệ gia công bằng tia nƣớc ASC gồm 2
loại đó là ct bằng tia nƣớc (pure waterjet) và ct bằng tia nƣớc có hạt mài (abrasive
waterjet- AWJ). Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống công nghệ gia công tia nƣớc
có hạt mài.


Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống gia công bằng tia nƣớc có hạt mài

Một hệ thống AWJ thông thƣờng gồm 7 thành phn chính:
 Hệ thố ng cấ p nƣớ c sạch;

 Cụm bơm khuếch đại áp;
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12
 Các đƣờng ống áp lực cao;
 Đu ct tạo ra tia nƣớc ASC trộ n hạ t mà i;
 Hệ thố ng cấp và điều chỉnh lƣu lƣợng hạ t mà i;
 Hệ thố ng điề u khin chuyn động;
 Bể nƣớc chƣ́ a chấ t thả i công nghiệ p và dậ p năng lƣợ ng cò n lạ i củ a tia nƣớ c sau
khi cắ t.

1.2.1. Hệ thống cấp nƣớc

Hệ thống này nhằm đảm bảo cho hoạt động của hệ thống cắ t bằ ng tia nƣớ c hạ t
mài đƣợc ổn đnh, kéo dà i tuổ i thọ, hệ thố ng cấ p nƣớc phải có bộ phậ n khƣ̉ nƣớ c cứng,
bộ phậ n là m sạ ch nƣớ c bằ ng lọ c thô và lọ c tinh.



Hình 1.2. Hệ thống bơm cấp nƣớc của hãng Flow [2]

Hệ thố ng nƣớ c bao gồ m đƣờ ng nƣớ c và o đầ u bộ lọ c , máy bơm tăng áp , bộ
khuế ch đạ i á p và bộ suy gi ảm sóng sung kích. Nƣớ c đi qua bộ lọ c nƣớ c ở đầ u và o sau
đó đi đế n bơm tăng á p để duy trì á p lƣ̣ c nƣớ c ở đầ u hú t bộ phậ n khuế ch đạ i á p . Lúc
này áp lực nƣớc lên đến 414 MPa tiế p tụ c đi qua bộ suy giả m á p lƣ̣ c só ng sung kí ch để
bảo đảm nƣớ c đi ra ở đầ u cắ t ổ n định . Không có bộ suy giả m só ng sung kích , dòng
nƣớ c sẽ có só ng sung (áp lực không ổn đnh) khi ct để lạ i dấ u vế t trên vậ t liệ u.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM

Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13

1.2.2. Cụm bơm khuch đi áp.

Cụm bơm khuế ch đạ i á p là m nhiệ m vụ chuyn đổi năng lƣợng nƣớc từ áp lực nƣớc
thấ p sang á p lƣ̣ c nƣớ c siêu cao . Khi cung cấ p nguồ n điệ n và nƣớ c cho hệ thố ng thủ y
lƣ̣ c, piston trong bộ phậ n khuế ch đạ i á p là m việ c cả ha i hà nh trình đi và về . Chiều đi,
về củ a piston đƣợ c điề u khiể n thông qua cá c van điề u khiể n hệ thố ng thủ y lƣ̣ c . Việ c
lắ p bộ phậ n khuế ch đạ i á p ở hai bên củ a piston nhằ m duy trì việ c chuyể n đổ i năng
lƣợ ng nƣớ c trong cả hai hà nh trình.



Hình 1.3. Bơm khuếch đại [3]

Khi phía bên trá i củ a piston đế n điể m cuố i củ a hà nh trình hú t , lúc này phía bên
phải củ a piston tạ o ra siêu cao á p đầ u ra . Trong hà nh trình hú t củ a piston nƣớ c đã lọ c
đi và o xi lanh á p suấ t cao thông qua van . Sau khi piston đả o hƣớ ng nƣớ c đƣợ c né n và
đi ra vớ i mộ t á p lƣ̣ c rấ t cao . T số nén lên đến 25:1. Lƣu lƣợng dòng chảy tối đa của
tia nƣớ c cao á p phụ thuộ c và o lƣu lƣợ ng nƣớ c do hệ thố ng khuế ch đạ i á p cung cấ p và
tiế t diệ n vò i phun mà tia nƣớ c đi qua. Phạm vi thông thƣờng của áp lực nƣớ c trong các
ứng dụng AWJ khoảng 250-400 MPa. Trong thiết kế này hai bộ khuếch đại làm việc
luân phiên, trong khi một bộ cung cấp áp lực cho hệ thống thì bộ kia đƣợc nạp đy và
ngƣợc lại.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
14
Do tác động qua lại của cá c bộ khuếch đại, áp lực giảm vào cuối mỗi hà nh trình
hoạt động. Để là m giả m sƣ̣ dao độ ng á p, bộ suy giả m á p đƣợ c sƣ̉ dụ ng trong cá c dò ng
áp suất cao. Trong mộ t bơm khuế ch đạ i á p hai hệ thố ng chấ t lỏ ng luôn tồ n tạ i là nƣớ c
và du thủy lực.



Hình 1.4. Hệ thống bơm khuếch đại áp [4]

1.2.3. Đƣờng ống cao áp

Có nhiệ m vụ vậ n chuyể n nƣớ c á p lƣ̣ c cao tƣ̀ bộ khuế ch đạ i á p đế n đầ u cắ t . Các
đƣờ ng ố ng thƣờ ng là m bằ ng thé p không gỉ đặ c biệ t , có chiều dày đảm bảo an toàn .
Đƣờng kính ống phổ biến nhất thƣờng đƣợ c sƣ̉ dụ ng 6,35 đến 25,4mm cho đƣờ ng kí nh
bên ngoà i và 2 đến 8 mm cho đƣờ ng kính bên trong.
Đ đảm bảo các mối nối đƣợc kín khít và chu đƣợc áp suất cao ngƣời ta s dụng
đu nối kiể u côn. Làm nhƣ vậy cho phé p đầ u cắ t di chuyể n theo cá c biên dạ ng cong
mà không bị ả nh hƣở ng bở i ố ng cấ p nƣớ c cao á p . Có ba kiu đƣợ c sƣ̉ dụ ng để cho
phép các chuyể n độ ng tƣơng đố i củ a đầ u cắ t và ố ng cấ p nƣớ c cao á p là.
Hệ thống
điều khin
điện t / PLC
Bộ suy giảm sóng sung kich
Đƣờng
nƣớc vào
Đu phun tia
nƣớc áp lực
cao

Thiết b điều
khin van
Xi lanh
Tăng áp
Cn piston
Piston
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
15

Kiu nối dạng ống linh hoạt đƣợc s dụng cho các mối nối đ di chuyn
trên một góc nhỏ. Ống linh hoạt chỉ có th làm việc với áp suất từ 300MPa
– 400MPa. Do đó hiệ n nay ít dù ng.

Với ống có đƣờng kính nhỏ hơn 6.3mm s dụng kiu ống cao á p có thể
cuộ n lại đƣợ c dạng nhƣ lò xo. Mỗ i cuộ n ố ng cho phé p mộ t sƣ̣ biế n dạ ng
đà n hồ i từ 5
0
- 7
0
. Ứng dụng này rất đáng tin cậy khi ct các góc lớn.

Mối nối dạng khớ p nố i xoay đƣợ c á p dụ ng với đu ct xoay theo mọi
hƣớng và nghiêng đƣợc góc 10
0
, nó nhỏ gọn hơn cuộn dây . Tuy nhiên độ
tin cậy thì không bằng kiu ống cao á p có thể cuộ n lại đƣợ c.

1.2.4. Đu ct

Là cơ cấ u chấ p hà nh cuố i củ a hệ thố ng AWJ tạ o ra tia nƣớ c trộn hạt mài. Đu ct
gồ m vò i phun (bằ ng đá quý ), buồ ng trộ n, ống hộ i tụ , cơ cấ u dịch chuyể n định vị đầ u
cắ t.


Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý đu ct

Vòi phun

Buồng trộn

Nƣớc áp
suất cao
Vòi tăng tốc
Ca cấp
hạt mài
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
16
Đu ct dẫn hƣớng cho tia nƣớc hạt mài bn ra. Nƣớc áp suất cao á p đế n đu ct
đi theo trình tự:  Vòi phun bằng đá quý  Buồng trộn (trộn nƣớc áp lực cao với hạt
mài)  Vòi phun (dẫn hƣớng tia nƣớc hạt mài).
Nhằm nâng cao hiệ u suất trong quá trình gia công, có rất nhiều các nghiên cứu về
đu ct đã đƣợc tiến hành đ tăng hiệ u quả trộ n hạ t mà i. Vậ n tố c củ a tia nƣớ c gầ n bằng
1000m/s, kích thƣớc hạt mài nhỏ (0,1-0,5mm) hình thành sƣơng m của nƣớ c làm hạn
chế khả năng ghi lại các hiện tƣợng trộn . Bằ ng cá ch đo cá c mẫ u củ a buồ ng trộ n và

đƣờ ng kính ố ng hội tụ sau đó so sá nh chú ng vớ i cá c mô hình dƣ̣ bá o , mộ t lý thuyế t
trộ n hạ t mà i đã đƣợ c đƣa ra và đƣợc công nhậ n [5]. Hạt mài đi và o dòng tia nƣớc với
vậ n tố c không đá ng kể và đƣợ c dò ng nƣớ c tăng tố c để đẩ y ra khỏ i ố ng hội tụ. Trong
quá trình tăng tốc nếu hạt mài va vào thành ống hội tụ sẽ b bật lại rồi lại nhập vào
dòng tia nƣớc một ln nữa . Hiệ n tƣợ ng nà y xả y ra cho đế n khi hƣớ ng vậ n tố c củ a cá c
hạt mài gn nhƣ song song với hƣớng của tia nƣớc áp suất cao (TNASC) nhƣ thấ y
trong hình 1.6.












Hình 1.6. Sơ đồ đu ct và quỹ đạo chuyn động của hạt mài


Thông số của vòi phun phụ thuộc vào hình dạng hình học vng đu vào và đƣờng
kính trong của vòi phun. Đƣờng kính bên trong càng nhỏ năng lƣợ ng tậ p trung cà ng
lớ n nhƣng đƣờ ng kính tố i thiể u có liên quan đế n kích thƣớ c hạ t mà i . Hạt mài có th
Hạt mài
bật lại
Thành trong
của vòi phun
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM

Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
17
gây nên tc vòi phun, chính vì vậy đ quá trình ct đƣợc ổn đnh đƣờng kính trong của
vòi phun phải lớn hơn 2 lầ n so vớ i đƣờ ng kính hạ t mà i. Chiều dài vòi phun ảnh hƣởng
đến độ chụm của tia nƣớ c, nếu dài quá sẽ gây ra ma sá t nhiề u hơn giƣ̃ a tia nƣớ c vớ i
thành ống bên trong. Kế t quả vận tốc tia nƣớc thấp.
Vậ t liệ u chế tạ o vòi phun phải có khả năng chu mài mòn lớn đ có th làm việc
ổn đnh trong mộ t thờ i gian dà i , ví dụ nhƣ ROCTEC© (hỗn hợp của vanadi, vonfram
và carbrides molypden). Vì hạt mài làm mòn thành ống trong quá trình ct . Nế u hình
dạng trong của ống thay đổi đáng k thì nó không th ct chính xác đƣợc. Thông
thƣờng vò i phun phải thay thế sau một khoảng thời gian s dụng. vòi phun hiệ n nay
thƣờng dng là loại Roctec 100 dng đƣợc 80h và loại Roctec 500 dng đƣợc 160h

1.2.5. Hệ thố ng cấp ht mài

Nhiệ m vụ là cung cấ p hạ t mà i chính xá c về khố i lƣợ ng để xá c định lƣu lƣợng hạt
mài. Hệ thố ng có khả năng dẫn hạt vớ i đƣờ ng kính 0.1 - 0.3 mm, lƣu lƣợng khoảng
0,1- 2.0 kg/phút. Có một số cách thƣờ ng đƣợ c sƣ̉ dụ ng đ đnh lƣợng lƣu lƣợ ng hạ t
mài nhƣ sau.

Phễ u tiế p liệ u: Có cấu tạo là thiế t bị rung để vậ n chuyể n tuyế n tính số lƣợ ng hạ t
mài. Thay đổi số lƣợng hạ t mà i bằ ng cá ch điề u chỉnh biên độ dao độ ng củ a thiế t bị
rung.

Bộ
c
ấp liệu bằng trục vít: Hạt mài đƣợc vận chuyn qua một bộ cấp liệu bằng
trục vít, thay đổi số lƣợ ng bằ ng cá ch điề u chỉnh tố c độ quay củ a trụ c nà y. Việc lựa

chọn bộ cấp liệu dựa vào khả năng cung cấp hạt mài một cách liên lục và ổn đnh
theo thời gian (thƣờ ng là 1- 30g/s). Để đƣa hạt mài từ một bể chƣ́ a đế n đầ u cắ t thì
phải qua môi trƣờ ng trung chuyể n. Về nguyên tắ c có 2 sƣ̣ lƣ̣ a chọ n là vậ n chuyể n
khô hoặ c ƣớ t.
 Hạt mài đƣợc cấp cho đu c t thông dụng nhất đƣợc dùng trong ngành công
nghiệp là theo kiể u không áp (tự hút). Chúng đƣợc hút vào buồng trộn theo đnh
lƣợng chảy xuống từ một băng tải đƣợc dẫn động bằng một động cơ. Lƣu lƣợng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
18
dòng chảy hạ t mà i đƣợc điều chỉnh bằng cách hiệu chỉnh tn số của động cơ. Hệ
thống này đƣợc th hiện trong hình 1.7.
Trong thực tế , hạt mài khô đƣợc s dụng lấy không khí làm môi trƣờng vận
chuyn. Cấp hạt mài bằng không khí không sinh ra ăn mòn , đƣờng cung cấp hạ t mà i
đến bình chứa có th đƣợc làm bằng một ống nhựa bình t hƣờng không có yêu cu đc
biệt, tuy nhiên nên đnh v bộ cấp hạt mài và khoảng cách dẫ n hạ t mà i đế n đầ u cắ t
ngắ n. Chú ý hệ thống chuyn động phải giữ khô đ hạt mài không b vón thành cục
gây tc ống.




Hình 1.7. Hệ thống cấp và điều chỉnh lƣu lƣợng hạt mài [28]

1.2.6. Hệ thố ng điề u khiể n chuyể n độ ng

Những năm gn đây công nghệ ct bằng tia nƣớc áp suất cao đã phá t triể n tƣ̀ mộ t
quá trình gia công thô sang một quá trì nh gia công chính xá c. Với sự trợ giú p của máy

tính đã giúp cho AWJ đƣợc tiếp nhận trong ngành công nghiệp. Hiện nay đã có các
phầ n mề m chuyên dụ ng cho điều khin ct bằng TNASC, làm cho việc điều khin máy
đƣợ c dễ dà ng hơn, tin cậ y hơn và kiể m soá t đƣợ c cả hệ thố ng lớ n.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
19
Cấ u hình củ a hệ thố n g liên quan đế n bậ c tƣ̣ do cầ n thiế t do đó phụ thuộ c và o
ứng dụng . Trên thực tế thƣờng gia công phôi là tấ m phẳ ng , yêu cầ u là 2 trục điều
khiể n X, Y và trụ c Z để điề u chỉnh chiề u cao củ a cá c đầ u cắ t vớ i độ dà y củ a tấ m . Hình
1.8 th hiện các hƣớng di chuyn của đu ct.


Hình 1.8. Các hƣớng di chuyn của đu ct

1.2.7. Bể chƣ́ a nƣớ c và dậ p năng lƣợ ng

B chứa nƣớc làm nhiệm vụ chƣ́ a đƣ̣ ng mộ t lƣợng chấ t thả i (hạt mài, phoi) nhấ t
định trong quá trì nh gia công và dậ p năng lƣợ ng cò n lạ i củ a tia nƣớ c sau gia công . Sau
khi tia nƣớc xuyên qua vật liệu, vẫn còn gn 75% năng lƣợng đƣợc giữ lại và nó tạo
thành sóng rất dữ dội trong b chứa nƣớc. Chính vì lý do đó nên trong b chứa nƣớc
phải có các bộ phận nhằm dập nguồn năng lƣợng thừa này. Có một số kết cấu đƣơc s
dụng nhƣ thả vào trong b các viên bi st, làm hàng rào chn song bằng thép không gỉ
vv …


Đu ct
Các viên bi
st đ dập

năng lƣợng

Hàng rào
chn sóng
B chứa
đy nƣớc
Đu ct
Phôi
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
20
Hình 1.9. Một số kết cấu của b chứa nƣớc và dập năng lƣợng

1.3. Các tham số quá trình

Có rất nhiều tham số liên quan đến quá trình gia công AWJ, các tham số này có
th chia thành hai nhóm gồm thông số quá trình và các thông số mục tiêu [6]
Các thông số quá trình gồm có :
 Thông số thu lực gồm áp suất nƣớc và đƣờng kính vòi tăng tốc.
 Thông số trộn bao gồm đƣờng kính và chiều dài vòi phun.
 Thông số hạt mài gồm vật liệu hạt mài, kích thƣớc, hình dạng hạt mài và lƣu
lƣợng hạt mài.
 Thông số ct gồm khoảng cách từ vòi phun đến chi tiết gia công, góc tác động
và tốc độ ct.
Các thông số mục tiêu gồm:
 Vật liệu gia công.
 Chiều sâu ct.
 Chất lƣợng ct.

 Khả năng công nghệ của quá trình gia công:
 Chiều rộng vết ct đin hình là 0,76 mm và lớn hơn.
 Tm ảnh hƣởng của dòng tia lên đến 200mm đối với vật liệu cứng. Áp suất hạ
xuống sau 25mm.
Độ chính xác gia công phụ thuộc vào loại máy đƣợc s dụng. Loại máy lớn với
đu phun dch chuyn trên khung đạt độ chính xác ±0,38mm. Các máy cỡ trung có th
độ chính xác ±0,127mm. Các máy hiện đại hiện nay có th đạt độ độ chính xác
±0,064mm, độ thẳng đạt 0,05mm.

1.4. Ƣu nhƣợc đim của gia công bằng tia nƣớc ht mài

Trƣớc nhƣ̃ ng năm 1980 công nghệ AWJ đƣợ c coi là mộ t ƣ́ ng dụ ng không thƣ̣ c
tế . Ngày nay, phƣơng pháp gia công này đã đƣợc áp dụng rất rộng rãi đc biệt là trong
gia công ct gọt. So sánh với các phƣơng pháp gia công khác, gia công bằng tia nƣớc
có hạt mài có một số ƣu đim sau.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
21
- Ct đƣợc hu nhƣ mọi vật liệu có độ bền cao , vậ t liệ u dù ng trong ngà nh hà ng
không vũ trụ , thép tôi , thép không gỉ , hợ p kim titan , đồ ng thau , kợ p kim nhôm ,
compôzit, đá hoa cƣ ơng, thủy tinh, gố m, thạch anh , các loại tấm mỏng , vậ t liệ u dễ
cháy, các cấu trúc mỏng dạng tổ ong … mà phƣơng pháp gia công truyền thống khó
hoặ c không thể gia công đƣợ c.
- Cắ t đƣợ c cá c biên dạ ng phƣ́ c tạ p ở cá c hƣớ ng chỉ bằ ng một dụng cụ ct và bằ ng
mộ t lầ n cắ t.
- Tia nƣớc có khả năng ct qua những vật liệu bất thƣờng, không dẫn điện mà
máy gia công bằng tia la điện EDM không th gia công đƣợc.
- Có th ct các chi tiết dạng lƣới.

- Quá trình ct không tạo ra nhiệt do vậ y rấ t hƣ̃ u í ch để cắ t vậ t liệ u mà nhiệ t độ
có th làm thay đổi thuộc tính của chúng.
- An toàn cho ngƣời và môi trƣờng.
- Dụng cụ ct rất đơn giản (chỉ có một vòi phun).
- Cắ t đƣợ c ở dƣớ i nƣớ c (Cắ t thá o dỡ , sƣ̉ a chƣ̃ a chân già n khoan đầ u khí ở dƣớ i
biể n. . .)
- Lƣ̣ c cắ t rấ t nhỏ tá c độ ng lên chi tiế t đặ t trên bà n cắ t do đó cơ cấ u kẹ p chặ t rấ t
đơn giả n chỉ đ giữ phôi tại chỗ.
- Quá trình ct có th hoàn toàn tƣ̣ độ ng. Thiế t bị AWJ nhẹ hơn nhiề u so vớ i má y
cắ t laze, đầ u cắ t có thể đƣợ c gắ n trên mộ t rôbố t tƣ̣ độ ng là m giả m vấ n đề tăng tố c và
giảm tốc cũng nhƣ đòi hỏi ít năng lƣợng hơn.
Tuy nhiên, gia công bằng tia nƣớc có hạt mài cũng có một số nhƣợc đim nhƣ.
- Lƣợng hạt mài lớn. Giá thành gia công cao chủ yếu do chi phí giá thành hạt
mài.
- Do ảnh hƣởng của tia nƣớc nên khi ct làm cho bề mt b côn
- Chất lƣợng ct không phải lúc nào cũng đáp ứng đƣợc yêu cu và ổn đnh. Do
tia nƣớc b lệch khi đi vào vng ct
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
22
- Ct bằng tia nƣớc hạt mài việc xƣ̉ lý lƣợ ng chấ t thả i sinh ra lớ n hơn rấ t nhiề u so
vớ i xƣ̉ lý cá c phƣơng phá p g ia công thông thƣờ ng. Chấ t thả i ở đây là dung dch nƣớc
huyề n phù , hạt mài và phoi kim loại từ phôi gia công.

1.5. Kt luận chƣơng 1

Trong chƣơng nà y, vấ n đề về lch s gia công bằng tia nƣớc, các thiết b chủ yếu
của hệ thống AWJ , tham số của quá trình và ƣu nhƣợc đim đã đƣợ c tìm hiu và giới

thiệu. Trên cơ sở đó, có một số kết luận sau.
- Công nghệ tia nƣớc ASC từ khi ra đời đã không ngừng đƣợc nghiên cƣ́ u , phát
trin và ứng dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp đ gia công các sản phẩm mà
phƣơng phá p gia công truyền thống khó hoc không th gia công đƣợc. Việc trộn hạ t
mài vào tia nƣớc ASC đã làm tăng đáng k khả năng ct của tia. Tuy nhiên quá trình
ct bằng tia nƣớc trộn hạ t mà i rất phức tạp và chi phí cho hạ t mà i cao . Việc tiếp tục
nghiên cƣ́ u hoàn thiện cho phƣơng phá p gia công này là rất cn thiết.
- Hạt mài trộn vào tia nƣớc với mục đích làm tăng khả năng cắ t c ủa tia nƣớc
ASC. Nhờ đó, tia nƣớc có th ct cá c loại vậ t liệ u có độ bề n cao một cách dễ dàng.
- Tia nƣớ c ASC thuầ n và tia nƣớ c ASC có trộ n hạ t mà i đƣợ c ƣ́ ng dụ ng rấ t rộ ng
rãi trong cá c ngà nh công nghiệp nng, công nghiệp nhẹ và y học.
- Mc d phƣơng pháp gia công này đã đƣợc áp dụng rất rộng rãi đc biệt là
trong gia công ct gọt. Tuy nhiên, gia công bằng tia nƣớc có hạt mài vẫn còn có một số
hạn chế riêng của nó.
- Ở Việt Nam công nghệ tia nƣớc ASC đã đƣợc nghiên cƣ́ u nhƣng chƣa nhiều .
Đ có th ứng dụng công nghệ tiên tiến này một cách hiệu quả , ngoài việc thừa hƣởng
những thành quả nghiên cƣ́ u trên thế giới đã đƣợc công bố, cn phải tập trung nghiên
cƣ́ u trong nƣớc về phƣơng phá p gia công này nhằm phục vụ cho công tác đào tạo và
phát trin công nghệ mới này trong ngành công nghiệp.



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM
Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
23