Nghiên cứu bù tái chế hạt mài SUPREME GARNET trong gia công tia nước có hạt mài

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

******

BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU BÙ TÁI CHẾ HẠT MÀI
SUPREME GARNET TRONG GIA CÔNG
TIA NƯỚC CÓ HẠT MÀI

Học Viên: Lê Xuân Hưng
Lớp: CHK12 CNCTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
HDKH: TS. Vũ Ngọc Pi

THÁI NGUYÊN - 2011


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành CN CTM

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 tập thể cán bộ, giảng viên khoa Cơ khí - 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 và anh chị em trong công ty cổ phần
TNHH Phúc Sinh, Huyện Từ Liêm – Hà Nội.
Luận văn này là một phần công việc trong nội dung nghiên cứu của NCS
Trần Quốc Hùng – trường CĐ Kinh tế, kỹ thuật Thái Nguyên. Tôi xin cảm ơn
những ý kiến đóng góp và sự giúp đỡ của anh Hùng trong suốt thời gian tôi thực
hiện thí nghiệm cho luận văn.
Tôi cũng xin cám ơn những ý kiến đóng góp quý báu của các bạn đồng
nghiệp, sự động viên của gia đình đã giúp cho tôi hoàn thành luận văn này.
Tuy nhiên, do thời gian có hạn, nên luận văn này chắc hẳn còn nhiều thiếu
sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các nhà khoa học và bạn bè đồng
nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn.
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tìm hiểu tổng hợp và
nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong
luận văn
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2011,

Lê Xuân Hƣng
Học viên:Lê Xuân Hưng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1

Trường ĐH KTCN – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành CN CTM
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Tiêu đề bảng

Số hiệu

Trang

Bảng 2.1

Một số tiêu chuẩn về kí ch thước hạt mài

20

Bảng 2.2

Phân nhóm kí ch thước hạt theo cỡ hạt mài tương ứng

21

Bảng 2.3

Tính chất một số loại hạt mài dùng cho cắt tia nước

22

áp suất cao
Bảng 2.4

Các đặc tính cơ bản của một số hạt mài

22

Bảng 2.5

Các thông số kỹ thuật của hạt mài corindon

23

Bảng 2.6

Các thông số kỹ thuật của hạt mài SiC

23

Bảng 2.7

Các thông số kỹ thuật của hạt mài Garnet

23

Bảng 2.8

Các thông số kỹ thuật của hạt mài Olivin AFS 90

23

Bảng 2.9

Các thông số kỹ thuật của hạt mài Supreme Garnet

24

Bảng 2.10

Các thông số quá trình thí nghiệm trong nghiên cứu của Babu

30

Bảng 3.1

Thành phần hóa học của vật liệu thí nghiệm C45

41

Bảng 3.2

Các thông số quá trình thí nghiệm nghiên cứu vỡ hạt

41

Bảng 3.3

Phân loại hạt mài tái chế

44

Bảng 3.4

Khả năng tái chế của hạt mài Supreme garnet

44

Bảng 3.5

Tỷ lệ và lượng hạt mài mới bù tái chế

45

Bảng 3.6

Khả năng cắt của hạt mài bù tái chế

48

Bảng 3.7

Thành phần hóa học của vật liệu thí nghiệm Al 6061-T6

50

Bảng 3.8

Kết quả đo độ nhám Ra trên mẫu Al6061-T6

51

Học viên:Lê Xuân Hưng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

2

Trường ĐH KTCN – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành CN CTM
DANH MỤC HÌNH VẼ
Tiêu đề hình

Số hiệu

Trang

Hình 1.1

Sơ đồ nguyên lý hệ thống gia công tia nước có hạt mài

10

Hình 1.2

Hệ thống bơm cấp nước của hãng Flow

11

Hình 1.3

Bơm khuếch đại

11

Hình 1.4

Hệ thống bơm khuếch đại áp

12

Hình 1.5

Ống dây dẫn nước cao áp dạng vòng xoắn đàn hồi

12

Hình 1.6

Sơ đồ nguyên lý đầu cắt

13

Hình 1.7

Sơ đồ đầu cắt và quỹ đạo chuyển động của hạt mài

14

Hình 1.8

Hệ thống cấp và điều chỉnh lưu lượng hạt mài

15

Hình 2.1

Hình ảnh các loại hạt mài thường gặp

19

Hình 2.2.

Ảnh hưởng của áp suất nước, chiều dài ống, đường kính ống

27

hội tụ và hình dáng bình trộn tới hệ số vỡ, kích thước hạt mài
sau khi vỡ
Hình 2.3

Cơ chế vỡ của hạt mài

28

Hình 2.4

Hạt mài Ấn độ trước và sau khi vỡ

28

Hình 2.5

Hạt mài GMA cỡ #80

30

Hình 2.6

Kích thước trung bình của các loại hạt mài tái chế

32

Hình 2.7

Ảnh hưởng của hạt mài tái chế tới chiều sâu cắt lớn nhất

31

Hình 2.8

Ảnh hưởng của hạt mài tái chế tới nhám bề mặt gia công

31

Hình 2.9

Khả năng tái chế cua hạt mài Ấn độ

31

Hình 2.10

Ảnh hưởng của hạt mài tái chế đến bề rộng rãnh cắt

32

Hình 2.11. Ảnh hưởng của hạt mài bù tái chế tới khả năng cắt

33

Hình 2.12

Tỷ lệ các cỡ hạt mài mới, tái chế lần I, tái chế lần II

34

Hình 2.13

Khả năng cắt của hạt mài tái chế

34

Hình 2.14

Khả năng cắt của hạt mài bù tái chế

35

Hình 2.15

Chất lượng cắt của hạt mài GMA tái chế

36

Hình 2.16

Chất lượng cắt của hạt mài bù tái

37

Học viên:Lê Xuân Hưng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

3

Trường ĐH KTCN – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành CN CTM

Hình 3.1

Máy cắt tia nước có hạt mài và bể chứa hạt mài

40

Hình 3.2

Phôi thép 45 dùng để cắt thí nghiệm thu hồi hạt mài tái chế

41

Hình 3.3

Máy sàng phân loại hạt mài

43

Hình 3.4

Sàng của hãng Endecotts tiêu chuẩn ISO3310-1

43

Hình 3.5

Tỷ lệ thành phần hạt mài mới

43

Hình 3.6

Thành phần hạt mài theo các cỡ

45

Hình 3.7

Thiết bị thí nghiệm xác định khả năng cắt của hạt mài

47

Hình 3.8

Phôi thí nghiệm và sơ đồ tính hmax

47

Hình 3.9

Kết quả phôi thí nghiệm sau khi cắt

48

Hình 3.10

Khả năng cắt của hạt mài bù tái chế

49

Hình 3.11

Ảnh chụp hạt mài Supreme garnet

49

Hình 3.12

Sự cắt trễ của tia nước

50

Hình 3.13

Ảnh hưởng của lưu lượng hạt mài và loại hạt mài đến độ nhám

52

bề mặt khi đo cách mặt trên 2mm
Hình 3.14

Ảnh hưởng của lưu lượng hạt mài và loại hạt mài đến độ nhám

52

bề mặt khi đo cách mặt trên 10 mm

Học viên:Lê Xuân Hưng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4

Trường ĐH KTCN – ĐHTN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành CN CTM

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................1
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... 3
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA NƢỚC CÓ
HẠT MÀI………………………………………………………………………….. 7
1.1. Lịch sử ra đời và xu hƣớng phát triển. ............................................................7
1.2. Các thiết bị trong hệ thống gia công tia nƣớc có hạt mài. ..............................9
1.2.1. Hệ thống cấp nước. .......................................................................................9
1.2.2. Cụm bơm khuếch đại áp. ............................................................................10
1.2.3. Đường ống cao áp ......................................................................................12
1.2.4. Đầu cắt ........................................................................................................13
1.2.5. Hệ thống cấp và điều chỉnh lưu lượng hạt mài ..........................................14
1.2.6. Hệ thống điều khiển chuyển động. ..............................................................16
1.2.7. Bể chứa hạt mài, phoi và dập năng lượng còn lại tia nước sau khi cắt. ....16
1.3. Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp gia công tia nƣớc có hạt mài .................16
1.4. Thách thức trong gia công tia nƣớc có hạt mài. ............................................17
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN ...................................................................................18
2.1. Tổng quan nghiên cứu về sự vỡ hạt mài trong AWJ. ...................................18
2.1.1. Các loại hạt mài được sử dụng trong AWJ. ...............................................18
2.1.2. Chọn hạt mài làm đối tượng nghiên cứu của luận văn. .............................25
2.1.3. Tổng quan về các nghiên cứu về sự vỡ của hạt mài trong AWJ .................25
2.3. Thực trạng nghiên cứu về tái chế và bù tái chế hạt mài...............................29

2.4. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................38

Học viên:Lê Xuân Hưng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

5

Trường ĐH KTCN – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành CN CTM

CHƢƠNG 3. BÙ TÁI CHẾ HẠT MÀI SUPREME GARNET ..........................39
3.1. Khả năng tái chế của hạt mài Supreme garnet. ............................................39
3.1.1. Thiết lập các thông số thí nghiệm. ..............................................................40
3.1.2. Kết quả và thảo luận về khả năng tái chế của hạt mài Supreme garnet ....43
3.2. Nghiên cứu phƣơng pháp bù tái chế cho hạt mài Supreme Garnet ............45
3.3. Khả năng cắt của hạt mài bù tái chế ..............................................................46
3.3.1. Thiết lập các thông số cho thí nghiệm. .......................................................46
3.3.2. Xác định kích thước hạt tối ưu cho bù tái chế ............................................48
3.4. Chất lƣợng cắt của hạt mài bù tái chế. ..........................................................50
3.4.1. Thiết lập các thông số cho thí nghiệm. .......................................................50
3.4.2. Kết quả và thảo luận ...................................................................................51
3.5. Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................52
KẾT LUẬN VÀ CÁC KIẾN NGHỊ CHUNG .......................................................54
1. Kết luận của luận văn. ........................................................................................54

2. Đề xuất hƣớng nghiên cứu tiếp ..........................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................56
PHỤ LỤC. BÀI BÁO ĐÃ XUẤT BẢN .................................................................58

Học viên:Lê Xuân Hưng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

6

Trường ĐH KTCN – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành CN CTM

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP
GIA CÔNG TIA NƢỚC CÓ HẠT MÀI
Gia công bằng tia nước là phương pháp gia công tiên tiến được phát triển gần
đây, trong đó năng lượng của tia nước áp suất cao (ASC) được sử dụng để gia công
vật liệu. Công nghệ cắt bằng tia nước ASC có 2 loại là cắt bằng tia nước (pure
waterjet - WJ) và cắt bằng tia nước có hạt mài (Abrasive waterjet - AWJ). Cắt bằng
tia nước nghĩa là chỉ dùng tia nước có áp suất cao để cắt vật liệu cần gia công.
Phương pháp này được sử dụng để cắt các loại vật liệu có độ cứng không quá cao
như: bìa các-tông, da, vải, nhựa, thức ăn hoặc tấm nhôm mỏng. Cắt bằng tia nước
có hạt mài (AWJ) có thể cắt những loại vật liệu khó gia công như: thép không gỉ,
kính, ceramics, titan… Trong phương pháp này, hạt mài được trộn vào tia nước áp
suất cao và được gia tốc nhờ áp lực của tia nước. AWJ có nhiều ưu điểm và ngày

nay được áp dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Trong chương này, tác giả sẽ giới thiệu về lịch sử và xu hướng phát triển của
gia công tia nước có hạt mài, các thiết bị chủ yếu trong hệ thống gia công AWJ, ưu
nhược điểm và thách thức trong gia công AWJ.
1.1. Lịch sử ra đời và xu hƣớng phát triển.
Ngay từ đầu thể kỷ 20, con người đã biết lợi dụng tia nước áp suất cao trong
công việc khai thác mỏ. Dòng nước áp suất cao sẽ giúp tách các khoáng vật từ trong
đá với năng suất cao hơn. TS. Norman Franz, một kỹ sư lâm nghiệp, được xem như
cha đẻ của hệ thống máy cắt tia nước. Ông là người đầu tiên nghiên cứu sử dụng tia
nước ASC thành một công cụ cắt vào những năm 1950. Để tạo đượ c tia nước ASC,
ông đặt một khối lượng lớn lên một cột nước và tập trung tia nước vào một vòi phun
nhỏ. Kết quả là áp suất sinh ra rất cao thậm chí còn cao hơn cả áp suất nước đang
được dùng lúc đó. Từ kết quả đó, ông phát hiện ra rằng hoàn toàn có thể cắt gỗ và
vật liệu khác bằng tia nước áp suất cao.
Học viên:Lê Xuân Hưng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

7

Trường ĐH KTCN – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành CN CTM

TS. Franz cũng đã tìm cách duy trì liên tục áp suất cao cho tia nước nhưng đã
không thành công đồng thời tuổi thọ của các thiết bị cắt như vậy thời đó chỉ tính

bằng phút, chứ không phải hàng trăm giờ như ngày nay. Mặc dù ông chưa thể chế
tạo được một máy cắt gỗ như vậy nhưng nghiên cứu của ông đã đặt nền móng và đã
được công ty Flow International phát triển thành hệ thống cắt tia nước hoàn thiện
hơn như ngày nay.
Sự cống hiến đáng ghi nhận nhất của Flow là trong những năm 1970 Flow
đã phát triển một mẫu bơm khuếch đại có tính ứng dụng cao . Năm 1979, tiến sĩ
Mohamed Hashish – người làm việc tại phòng thí nghiệm của FLow (Mỹ) đã tìm
cách tăng khả năng cắt của máy cắt tia nước để cắt kim loại. Ông đã tìm ra giải pháp
kỹ thuật là trộn thêm hạt mài vào dòng tia nước có áp suất và vận tốc cao để tăng
khả năng cắt [1]. Ông được coi là cha đẻ của phương pháp gia công bằng tia nước
có hạt mài. Kể từ đó cắt bằng tia nước có hạt mài được ứng dụng rộng rãi trong sản
xuất công nghiệp và dân dụng.
Ngày nay , với sự phá t triển của kỹ thuật, công nghệ tia nước áp suất cao đã
được nghiên cứu ứng dụng trong các ngành công nghiệp và cả y học
Năm 1994, người Đức đã đăng ký bản quyền phát minh về ứng dụng cắt và
làm sạch bằng tia nước áp suất c ao trong y tế. Với ứng dụng này , tia nước với áp
suất làm việc từ 5 đến 30MPa được sử dụng làm dao mổ trong phẫu thuật . Một điều
lý thú nữa là khi cắt các phần cứng của cơ thể như xương

, muối hoặc đường đã

được dùng để là m hạt mài , do chúng luôn tồn tại trong cơ thể và được cơ thể chấp
nhận.
Năm 2002, Flow phát triển hệ thống cắt Dynamic Waterjet cho phép cắt vật
liệu nhanh hơn, không bị gờ, do đó đã mở rộng khả năng cho các ứng dụng của
phương pháp gia công này. So với ngày nay, ứng dụng cắt gỗ đầu tiên mà TS. Franz
đã đề xuất chỉ còn là một ứng dụng nhỏ trong các ứng dụng của công nghệ tia nước
ASC.
Hiện nay , thiết bị cắt bằng tia nước có hạt mài được sử dụng rộng rãi ở các
nước phát triển như Mỹ , Đức, Trung quốc , Áo, Pháp, Nhật, Hà Lan ... trong rất

nhiều lĩnh vực khác nhau từ sản xuất cho tới dân dụng và y tế.
Học viên:Lê Xuân Hưng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

8

Trường ĐH KTCN – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành CN CTM

1.2. Các thiết bị trong hệ thống gia công tia nƣớc có hạt mài.
Như đã giới thiệu ở trên công nghệ gia công bằng tia nước ASC gồm 2 loại đó
là cắt bằng tia nước (pure waterjet) và cắt bằng tia nước có hạt mài (abrasive
waterjet). Ở hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý hệ thống của công nghệ gia công tia nước
có hạt mài. Một hệ thống AWJ thông thường gồm 7 thành phần chính:
- Hệ thống cấp nước sạch;
- Cụm bơm khuếch đại áp;
- Các đường ống áp lực cao;
- Đầu cắt tạo ra tia nước ASC trộn hạt mài;
- Hệ thống cấp và điều chỉnh lưu lượng hạt mài;
- Hệ thống điều khiển chuyển động;
- Bể nước chứa hạt mài, phoi và dập năng lư ợng còn lại của tia nước sau khi
cắt.

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống gia công tia nước có hạt mài [2]

1.2.1. Hệ thống cấp nước.
Để đảm bảo hoạt động của hệ thống cắt bằng tia nước hạt mài

được ổn đị nh ,

kéo dài tuổi thọ , trước hế t hệ thống cấp nước cho máy phải có bộ phận khử nước
cứng, bộ phận làm sạch nước bằng lọc thô và lọc tinh.
Học viên:Lê Xuân Hưng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

9

Trường ĐH KTCN – ĐHTN




data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not

read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....