Nghiên cứu thiết kế máy cắt tia nước điều khiển cnc

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

-----&&&-----

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. TRẦN DỖN SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS. ĐỒN THỊ MINH TRINH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngày

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Tháng

năm 2008

Trang 1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

----------------------------------------

--------------------------------------------------

Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:

TRẦN ĐÌNH ĐỆ

Ngày tháng năm sinh:

17/08/1980

Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy

Phái: Nam
Nơi sinh: TP. HỒ CHÍ MINH
MSHV: 00405055

1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế máy cắt tia nước điều khiển CNC
2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:
. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ cắt bằng tia nước
. Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài
. Thiết kế hệ thống điều khiển CNC cho máy cắt bằng tia nước
. Tính tốn thiết kế một hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2008
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2008
5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)

PGS.TS. NGUYỄN THANH NAM

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. PHẠM NGỌC TUẤN

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
Ngày

tháng

năm 2008

TRƯỞNG PHỊNG ĐT- SĐH

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

TS. LÊ TRUNG CHƠN

TS. TRẦN THIÊN PHÚC

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, trước tiên tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn chân
thành đến các Thầy, Cơ giảng viên Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách khoa TP. Hồ
Chí Minh, những người đã tận tình dạy bảo và truyền đạt những kiến thức quý báu
trong suốt thời gian học tập tại trường, nhất là thời gian nghiên cứu và thực hiện
luận văn.
Tiếp đến, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn - PGS.
TS. Nguyễn Thanh Nam đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi
nhất để hoàn thành luận văn.
Tác giả cũng xin cám ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp, những người đã
giúp đỡ, động viên tinh thần trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Vì thời gian thực hiện đề tài khơng nhiều, kiến thức bản thân cịn hạn chế, hơn
nữa đây là đề tài mới nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong
q Thầy, Cơ đóng góp ý kiến để tác giả nhận thức được những thiếu sót, cố gắng
sửa chữa và hồn thiện hơn.
Sau cùng, xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô đã dành những thời gian quý
báu để nhận xét và bổ sung thêm những kiến thức tốt hơn cho luận văn này.
Tác giả
Trần Đình Đệ

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

TÓM TẮT
Ngày nay cùng với nhịp độ phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng hiện đại,
các loại vật liệu kim loại có độ bền, độ cứng cao, chịu nhiệt và chịu mài mịn cao…
được dùng trong nhiều thiết bị, máy móc, trong nhiều lĩnh vực. Điều này địi hỏi
phải có giải pháp công nghệ mới để gia công các vật liệu này với năng suất, chất
lượng đem lại hiệu quả cao. Do vậy việc phát triển và ứng dụng công nghệ tia nước
áp suất cao vào cắt các vật liệu có độ bền, độ cứng cao được coi như một giải pháp
đáp ứng nhu cầu trên. Trên thế giới, tại các nước phát triển TNASC đã đượng ứng
dụng trong nhiều ngành công nghiệp ở các mức độ như: Làm sạch, cắt, bóc tách các
bề mặt… đã đem lại hiệu quả cao.
Tại Việt Nam, Viện máy và dụng cụ công nghiệp là đơn vị có trang bị thiết bị
tạo TNASC với 2 hệ thống làm sạch của hãng URACA- CHLB Đức có áp suất

..

2800 bar và 2 hệ thống cắt của hãng B o HLER - Áo với áp suất tới 4200 bar. Hiện
nay, việc nghiên cứu khai thác ứng dụng thiết bị này vào sản xuất một cách có hiệu
quả là vấn đề đang được quan tâm của Viện.
Nội dung của luận văn:
-

Tìm hiểu về thiết bị và cơng nghệ cắt bằng tia nước áp suất cao

-

Phân tích động học và động lực học của dịng tia

-

Phân tích các thơng số cơng nghệ trong q trình cắt

-

Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt bằng tia nước có hạt
mài

-

Tính tốn thiết kế máy cắt tia nước có hạt mài

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 4

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

ABSTRACT
Nowadays, together with development rate of more and modern technical
science, kind of metal material which have durability, high hardness, bearing high
teperature, corrosion… are used in equipment, machinery in many fields. This
requires to have new technology solution to process these materials with capacity,
quality, high effect. Therefore, applicable development of waterjet technology into
materials with high durability, hardness is considered as solution to meet the above
demand. In the world, development countries, waterjetting technology has been
applied in many industrial branches at many levels such as: Cleaning, cutting,
peeling off surfaces…, it has brought to high effect.
In Viet Nam, Institute for machinery and industrial instruments is the first unit
to be equipped with waterjetting technology manufacturing including two cleaning
systems of URACA factory- Germany with pressure of 2800 bar and two cutting
..

systems of B o HLER factory- Austria with pressure of 4200 bar. However, the
insufficient problem is how to exploit and apply this equipment in manufacture
effectively.
Content of the thesis: “Research design waterjet cutting machine control by
CNC technology” including the main parts as follows:
-

Researching about technology and cutting equipment by high pressure
waterjet

-

Analyzing kinetics and dynamics of waterjet cutting structure

-

Researching influence of technology parameters

-

Establishing the process to calculate, design waterjet cutting system with
abrasive

-

Calculating design waterjet cutting machine using abrasive

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

MỤC LỤC
Mục lục

01
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CẮT BẰNG TIA NƯỚC

1.1. Giới thiệu về công nghệ cắt bằng tia nước

04

1.1.1. Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu trên thế giới

04

1.1.2. Nguyên lý và cấu tạo của hệ thống cắt bằng tia nước

05

1.2. Ứng dụng công nghệ tia nước áp suất cao

14

1.2.1. Ứng dụng làm sạch

14

1.2.2. Ứng dụng cắt vật liệu

15

1.3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài

17
Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ CẮT BẰNG TIA NƯỚC
2.1. Khái niệm về tia nước áp suất cao

18

2.2. Phân loại công nghệ cắt bằng tia nước áp suất cao

18

2.3. Động lực học tia nước áp suất cao

22

2.3.1. Tia nước liên tục

22

2.3.2. Tia nước va đập

24

2.3.3. Đặc trưng động học của tia nước tác động lên bề mặt chi tiết

25

2.4. Cơ chế bóc tách vật liệu bằng tia nước áp suất cao

28

2.4.1. Cơ chế bóc tách vật liệu bằng tia nước thuần khiết

28

2.4.2. Cơ chế bóc tách vật liệu bằng tia nước trộn hạt mài

29

2.5. Các thơng số cơng nghệ của q trình cắt bằng tia nước áp suất cao
2.5.1. Sự phân bổ năng lượng

30
31

2.5.2. Nghiên cứu thực nghiệm sự ảnh hưởng của các thơng số cơng nghệ của
q trình cắt bằng tia nước áp suất cao

38
Chương 3

XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẮT
BẰNG TIA NƯỚC CÓ HẠT MÀI
HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

3.1. Sơ đồ hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài

45

3.2. Xác định các thơng số ban đầu của bài tốn thiết kế

46

3.3. Trình tự tính tốn thiết kế hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài

47

3.3.1. Tính tốn thiết kế hệ thống bơm tăng áp thuỷ lực

47

3.3.2. Tính tốn thiết kế vòi phun

51

3.3.3. Thiết kế bàn chạy đầu cắt

59

3.3.4. Thiết kế cụm cấp hạt mài

63

3.3.5 Thiết kế cụm điều khiển

66

3.4. Các thông số thiết kế của hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài

68

Chương 4
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC CHO MÁY CẮT BẰNG TIA
NƯỚC CÓ HẠT MÀI
4.1. Cấu trúc hệ thống CNC của máy cắt tia nước

70

4.2. Khả năng làm việc của máy cắt tia nước CNC

71

4.3. Cơ sở hình học và lập trình CNC khi gia công bằng tia nước

73

4.3.1. Các khái niệm ban đầu

73

4.3.2. Chương trình NC

76

4.3.3. Cơ sở lập trình

79

4.3.4. Phương thức lập trình

80

4.3.5. Lập trình thep cơng nghệ CAD/CAM

81

4.3.6. Nhập xuất chương trình NC

83

4.3.7. Mạng DNC

83

4.3.8. Kết nối máy NC/CNC với hệ DNC

86

4.3.9. Ngơn ngữ lập trình

87

4.3.10 Trình tự lập trình

88
Chương 5

TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY CẮT TIA NƯỚC CÓ HẠT MÀI
5.1. Giới thiệu hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài

89

5.2. Tính tốn thiết kế hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài

89

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

5.2.1. Các điều kiện ban đầu của bài tốn thiết kế

89

5.2.2. Tính tốn thiết kế cụm tạo áp

90

5.2.3. Tính tốn thiết kế cụm đầu cắt

98

5.2.4. Thiết kế bàn chạy đầu cắt

101

5.2.5. Thiết kế cụm cấp hạt mài

106

5.2.6. Thiết kế bộ điều khiển

108

5.2.7. Các bước tính tốn khi gia cơng trênmáy cắt tia nước

110

5.2.8. Các thông số thiết kế của máy cắt bằng tia nước có hạt mài

113

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Kết luận

115

Hướng phát triển đề tài

116

Tài liệu tham khảo

117

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 8


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
CẮT TIA NƯỚC
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CẮT BẰNG TIA NƯỚC
1.1.1. Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu trên thế giới
Từ giữa những thế kỷ 18, tia nước có áp đã được sử dụng dưới dạng khoan xói
trong khai thác vàng ở California và khai thác mỏ ở Nga (1900). Tuy nhiên mãi đến
1950, tia nước mới được tiến sĩ Norman Franz lần đầu tiên thử nghiệm để cắt gỗ.
Công nghệ cắt bằng tia nước đã tiến triển thêm một bước khi tiến sĩ Mohamed
Hashish bổ sung kỹ thuật hạt mài vào tia cắt (1970). Tuy nhiên vẫn còn những hạn
chế về bơm như áp suất chưa cao, độ ổn định thấp, giá thành cao làm cho hệ thống
thiết bị không thâm nhập được vào sản xuất. Từ năm 1974 đến 1980 một số hãng
trong đó có Flow Systems inc đã chế tạo thành cơng các loại bơm chất lượng, có độ
ổn định cao, thời gian hoạt động liên tục khá cao, dễ bảo trì, bảo dưỡng. Đây là tác

nhân đẩy nhanh việc ứng dụng thiết bị vào sản xuất.
Năm 1974, thiết bị cắt tia nước đầu tiên được lắp đặt vào nhà máy. Năm 1980 tia
nước có hạt mài lần đầu tiên được sử dụng để cắt thép, kính và bê tơng. Đến năm
1983, cùng với việc phát triển điều khiển số ở các máy công cụ, thiết bị cắt bằng tia
nước NC thương mại đầu tiên được bán ra thị trường. Trong thời gian 1989 đến
1990, tia nước cao áp bắt đầu được ứng dụng dưới nước ở độ sâu đến 400m để cắt
thép và bê tông dưới biển. Đến năm 1994 đã có máy cắt tia nước sử dụng trong
ngành y. Ngày nay máy cắt tia nước điều khiển CNC đã có mặt ở nhiều châu lục.
Cơng nghệ cắt bằng tia nước đã phát triển đa dạng với các kỹ thuật như cắt với tia
nước thuần, tia có hạt mài, tia gõ đập, tia bong bóng và các tia lai. Theo miền ứng
dụng, áp suất tia có thể lên đến 10000 bar đối với tia nước thuần và 6000 bar đối
với tia có hạt mài.
Những chỉ số chính cho sử dụng cơng nghiệp như: Giá cả hợp lý, có thể tích hợp
với dây chuyền sản xuất có sẵn; có thể hoạt động 24 giờ trong ngày tạo cho máy cắt

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 9


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

tia nước nhanh chóng được chấp nhận là thiết bị cơng nghiệp chuẩn. Cho đến nay, ở
các nước công nghiệp phát triển cắt bằng tia nước đã được ứng dụng rộng rãi trong
hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như: Hàng không vũ trụ, ô tô, tàu thủy, máy phát
điện, kiến trúc, thiết bị y tế, đồ gỗ, công nghiệp da giày, chế tác đá quý và bán dẫn,
chế tạo công nghiệp… Các hãng nổi tiếng sản xuất máy cắt tia nước có thể kể đến
là: Hammelmann Maschinenfabrik Gmbh (Đức), Advanced Waterjet Technologies

LLC (USA), Aqua Engy International (UK), Dynajet… với dịng máy cơng suất cắt
đến 3500 bar và Flow International (USA), Jet Edge, Inc (USA)… với dịng máy
cơng suất cắt lớn hơn 4000 bar. Cơng nghệ hồn thiện chế tạo máy cắt tia nước
thuần và tia nước có trộn hạt mài đã tạo nên loại thiết bị lý tưởng để cắt các vật liệu
khác nhau và đa năng hơn so với máy cắt laser và plasma. Với tia nước thuần có thể
cắt vải, gỗ, vật liệu da, plastic cao su… những vật liệu mềm. Còn đối với vật liệu
cứng như kim loại, phi kim thì tia nước nhất thiết phải trộn hạt mài và thường phải
có áp lớn hơn 3500 bar.
1.1.2. Nguyên lý và cấu tạo của hệ thống cắt bằng tia nước
1. Nguyên lý làm việc của hệ thống cắt bằng tia nước

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cắt tia nước

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

Sơ đồ nguyên lý hệ thống cắt bằng tia nước được trình bày trên hình 1.1: Đầu
tiên nước từ thùng cấp nước đi qua bộ lọc và hịa trộn (filtration). Sau đó nhờ ống
dẫn dẫn chất lỏng đi qua bộ tăng áp (intensifier) đến bộ tích áp (attenuator) và 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 bộ điều khiển. Bộ tăng áp được vận hành nhờ vào bơm
thủy lực (hydraulic pump) dẫn động bởi motor điện. Thông qua bộ điều khiển PLC,
van điều chỉnh áp suất của bơm. Trường hợp cắt bằng tia nước (pure Waterjet) nước
áp lực cao sau khi đi qua lỗ phun tạo thành tia nước với tốc độ cao từ Mach 2 đến

Mach 3 (400 đến 1000m/s), dòng nước với tốc độ siêu âm tạo ra q trình xói mịn
(supersonic erosion process) xé tách các hạt vật liệu ra khỏi và tia nước xuyên qua
tạo thành vết cắt, chi tiết được gia công. Vết cắt có độ rộng xấp xỉ 1mm, đường kính
lỗ nhỏ nhất có thể cắt là 1.5mm [10].
2. Phân loại hệ thống cắt bằng tia nước
Phương pháp cắt bằng tia nước được phân ra làm hai loại:
a. Cắt bằng tia nước không hạt mài (Pure Waterjet):
Tia nước không hạt mài áp lực cao có thể được sử dụng trong các lĩnh vực sau
đây:
+ Cắt đứt hoặc cắt định hình các bề mặt kim loại hoặc phi kim
+ Khoan lỗ bằng tia nước áp lực cao
+ Ứng dụng tia nước trong công nghiệp làm sạch bề mặt
+ Ứng dụng tia nước trong công nghiệp khai thác mỏ
+ Ứng dụng tia nước trong công nghiệp đào đường hầm
Công nghệ cắt bằng tia nước so với cắt bằng dao kim loại có những ưu điểm
sau:
- Dao kim loại sau một thời gian gia cơng sẽ bị cùn, nhưng tia nước thì ln ln
sắc
- Dao kim loại cần phải luôn luôn hướng theo phương tiếp tuyến với phương cắt,
nhưng tia nước không cần định hướng chính xác

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 11


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

- Dùng dao kim loại rất khó cắt dọc theo các đường cong, đặc biệt là các đường
cong lõm cịn tia nước khơng cần phân biệt hình dạng đường cong
- Miệng cắt của tia nước rất mảnh, do đó có thể tiết kiệm được vật liệu
- Trong vùng cắt tỏa nhiệt ít, do đó khơng làm biết dạng vật liệu gia cơng
Lĩnh vực áp dụng của tia nước áp lực cao rất rộng rãi và đa dạng, nó có thể gia
cơng được những vật liệu mềm nhưng nó cũng có thể gia cơng được những vật liệu
rất cứng
Cơ sở của công nghiệp gia công bằng tia nước áp lực cao và động lực học của
dịng tia mà trong đó áp lực động của tia nước là một yếu tố quan trọng có ảnh
hưởng trực tiếp đến q trình gia cơng. Yếu tố này lại bị ảnh hưởng của áp lực của
bản thân thiết bị, của khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt gia cơng, của kích thước
và hình dạng của vịi phun
b. Cắt bằng tia nước có hạt mài (Abrasive Waterjet):
Nhằm tăng khả năng cắt các vật liệu cứng như kim loại, thủy tinh, bê tông…
người ta thêm vào tia nước những hạt mài gồm các bộ phận chính như sau:
- Cụm thiết bị tạo nguồn nước cao áp
- Cụm đầu cắt và bộ phận cung cấp hạt mài
- Bàn di chuyển XY
- Hệ thống điện và điều khiển.
Ở phương pháp cắt có cho thêm hạt mài (abrasive waterjet) dịng nước làm tăng
tốc các hạt mài và khi đó các hạt mài sẽ xói mịn vật liệu cắt. Vận tốc rất cao của
dòng tia khi đi qua lỗ phun sẽ tạo chân không hút các hạt mài từ ống chứa hạt mài,
sau đó hạt mài sẽ trộn với nước trong buồng trộn. Dịng nước có trộn hạt mài phun
ra với vận tốc rất cao khi va đập vào bề mặt vật liệu gia công đã tạo ra vết cày bởi
hạt mài. Trong q trình cày, vật liệu bị đẩy về một phía hình thành một vết lở. Sau
đó vết lở được bóc đi bởi sự va chạm kế tiếp và hình thành phoi. Khi gia cơng có sử
dụng hạt mài, năng suất cắt sẽ tăng lên hàng trăm ngàn lần, có thể cắt vật liệu cứng
như AD 99.9 (aluminum oxide ceramic). Vật liệu hạt mài thường được sử dụng là
oxide nhôm, oxide silic và garnet với cỡ hạt 60- 200 [11].

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 12


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

3. Các thiết bị của hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài
Máy cắt tia nước gia công các vật liệu cứng là tích hợp hệ thống của nguồn
năng lượng bơm cao áp, máy CNC và hệ thống cấp hạt mài. Phụ thuộc vào cấu trúc
cụm cấp hạt mài và cách tích hợp chúng vào hệ thống, cắt bằng tia nước còn được
phân loại theo 2 nguyên lý: Tia nước trộn hạt khơng áp (injection) và tia nước trộn
hạt có áp (suspension). Hệ thống cắt bằng tia nước áp suất cao của các hãng sản
xuất nổi tiếng đã quy tụ được tất cả những thành tựu khoa học đỉnh cao của công
nghệ chế tạo về [10]:
- Bơm cao áp
- Máy CNC
- Vật liệu- các loại hạt trộn gia cơng

Hình 1.2: Máy cắt tia nước của hãng OMAX
a. Cụm chi tiết tạo nguồn nước cao áp
Bơm cao áp: Áp suất dòng nước áp cao được quyết định bởi bơm cao áp. Để có
được điều này cần giải quyết các vấn đề kỹ thuật của bơm cao áp như cấu trúc thủy
lực, khuếch đại áp, giảm âm… những kỹ thuật mà ở Việt Nam chưa có khả năng
làm chủ cơng nghệ và chưa có thiết bị để chế tạo đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Hiện
nay đã có bơm cao áp đến 10000 bar cho gia công với tia nước thuần và 6000 bar
cho tia nước có hạt mài, dùng cho các máy cắt tia nước thương mại. Các loại bơm
HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 13


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

3000 bar đến 4500 bar cho các máy cắt tia nước CNC để cắt vật liệu kim loại và
hợp kim là những loại bơm chưa mang tính phổ thơng, chỉ mới một vài hãng có thể
chế tạo được [16].
Hiện nay có hai kiểu bơm cao áp được dùng để tạo nguồn nước cao áp: Bơm cao
áp kiểu trục khuỷu và bơm tăng áp piston hai tác dụng dùng thuỷ lực. Cả hai loại
bơm đều dựa trên nguyên lý piston nén trong buồng kín và nước được đẩy ra qua
van một chiều đẩy, khi piston di chuyển ngược lại nước áp lực thấp chảy vào
khoang qua van một chiều hút, trong cả hai loại chuyển động đảo chiều liên tục của
piston tạo ra hoạt động của bơm. Sự khác nhau của hai loại bơm là cách thức truyền
động cho piston: Trực tiếp qua trục khuỷu và loại tăng áp qua xylanh thủy lực.
So sánh đánh giá hai loại bơm ta thấy những ưu và nhược điểm của từng loại
như sau:
. Về hiệu suất bơm tăng áp thủy lực đạt hiệu suất thấp khoảng 70%, bơm trục
khuỷu có thể đạt hiệu suất đến trên 95%
. Vận tốc chuyển động tương đối của piston cao áp là 0.75m/s đối với bơm
trục khuỷu và 0.15m/s đối với bơm tăng áp thủy lực. Vì vậy đối với bơm trục khuỷu
lưu lượng một hành trình nhỏ nên có thể không cần bộ giảm chấn để ổn định áp lực
nhưng với bơm tăng áp thì bắt buộc phải có bộ phận này.
. Mặc dù bơm trục khuỷu có một số ưu điểm so với bơm tăng áp như trên,
nhưng với trình độ cơng nghệ hiện nay và vật liệu hiện có thì bơm trục khuỷu chủ
yếu chế tạo cho áp suất thấp dưới 40.000 PSI
Vì thế hiện nay các máy cắt tia nước chủ yếu dùng bơm tăng áp để tạo áp lực

nước cắt.
b. Cụm đầu cắt và các thiết bị phụ trợ
Cấu tạo của cụm đầu cắt như sau: Vịi phun, hình dáng kết cấu của vịi phun
phải chịu được áp suất cao và tuân theo nguyên tắc Bernuolli. Khi dòng nước đi ra
vòi phun, áp suất hạ đến áp suất khí quyển nhưng tốc độ dịng chảy tăng, các phần
tử hạt mài được tăng tốc bởi tia nước. Tia nước có tốc độ càng cao thì hạt mài dịch
chuyển càng nhanh. Tia nước càng dài, càng thẳng sau khi ra khỏi vịi phun thì chất

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 14


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

lượng vết cắt càng tốt. Từ những u cầu trên vịi phun có miệng hình cơn và có
một đoạn hình trụ khoảng 4mm. Vật liệu làm vòi thường là sapphire hay carbit
tungsten, đường kính trong của vịi càng nhỏ thì chiều sâu cắt càng lớn và chất
lượng cắt càng cao. Đường kính điển hình của vịi phun khoảng 0.25 đến 0.35mm.
Nói chung vịi phun nhìn bề ngồi của các hãng là khá giống nhau nhưng chất lượng
khác nhau chủ yếu do vật liệu chế tạo khác nhau [1].

Hình 1.3: Cấu tạo của vịi phun
Đầu trộn: Dùng để trộn nước và hạt mài đồng thời cũng để tập trung dịng
nước để cắt. Có nhiều loại đầu trộn, có loại hạt mài được nạp vào bên hơng, vịi
phun nước đồng trục với vịi phun hỗn hợp, loại này có kết cấu đơn giản, rẻ tiền
nhưng hiệu suất trộn kém. Có loại hạt mài được đưa vào giữa dòng nước, chất
lượng hòa trộn tốt hơn nhưng khó chế tạo và đắt hơn.

Vật liệu- hạt trộn: Chi phí hạt mài cho máy cắt tia nước chiếm hơn 50% tồn
bộ chi phí vận hành nên hiện nay việc thử nghiệm về hạt mài và định lượng chính
xác hạt mài được nhiều nơi nghiên cứu. Các loại vật liệu sử dụng làm hạt trộn tăng
tính cắt của tia nước đã và đang được nghiên cứu. Cho đến nay, một số loại hạt trộn
như hạt mài, hạt polymer, đá hạt… có thể được trộn để thực hiện cắt với tia nước áp
cao, tùy theo phạm vi ứng dụng. Để cắt vật liệu cứng như kim loại và hợp kim
người ta thường sử dụng tia nước trộn hạt mài. Loại thường được dùng nhiều nhất
là garnet với độ cứng 8Mohn. Xuất phát từ trọng lượng riêng của các loại hạt mài
HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

và công suất bơm, những nghiên cứu động học dịng chất lỏng có hạt trộn được thực
hiện để phát triển phương pháp cắt tia có hạt mài, tìm kiếm giải pháp về cấp hạt trộn
và kỹ thuật buồng trộn cũng như xem xét các chế độ công nghệ gia công
Đường ống, khớp nối và các bộ phận phân phối nước cao áp: Do đầu cắt di
chuyển liên tục trên bề mặt vật liệu nên các ống áp lực thường là các ống cuộn bằng
thép không rỉ chuyên dùng được nối với các khớp xoay áp lực cao. Ngoài các thiết
bị kể trên hệ thống cao áp cịn có các thiết bị khơng thể thiếu khác là các van đóng
mở, van điều chỉnh lưu lượng, van an toàn, các đồng hồ áp lực cao
c. Bàn di chuyển đầu cắt trên vật liệu gia công
Bàn dịch chuyển XY cho việc cắt 2D đối với máy cắt bằng tia nước hiện nay rất
thông dụng, tùy theo mục đích sử dụng ta có các kiểu máy: Hệ thống khung gắn
chặt xuống sàn với bàn cắt riêng; hệ thống bàn khung hợp nhất; hệ thống công xôn
lắp với sàn, bàn cắt rời; hệ thống công xôn bàn hợp nhất. Để gia cơng chính xác các

chi tiết thì thiết bị cắt bằng tia nước có hạt mài phải có bàn dịch chuyển chính xác
và hệ thống điều khiển chuyển động. Về cơ bản, hệ thống bàn XY không khác gì
bàn XY trong các máy cắt bằng plasma, gas hay laser [9].
Tất cả các máy đều có thể điều chỉnh chiều cao từ miệng vòi phun đến vật liệu
cắt (trục Z) theo 3 dạng: Điều chỉnh bằng tay, motor- trục vis hoặc theo chương
trình bằng motor servo.
Để cắt 3D, dùng nhiều trong lĩnh vực hàng không, một số hãng chế tạo máy cắt
5- 6 trục.
Phần bàn dịch chuyển được phân tích thêm trong phần hệ thống điều khiển bên
dưới.
d. Hệ thống điện điều khiển CNC
Hiện nay đã có thiết bị thương mại CNC cắt tia nước áp suất cao đến 5 trục, ví
dụ thiết bị của hãng Hydrojet Inc (Anh). Việc tích hợp CNC điều khiển gia cơng tự
động cắt tia nước đối với các nước công nghệ tiên tiến khơng cịn là vấn đề. Với sự
tiến bộ về hệ thống truyền động, động học của các máy CNC đã đơn giản hơn nhiều
so với các máy công cụ truyền thống. Việc sử dụng điều khiển CNC ngồi tính năng

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 16


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

nâng cao khả năng gia cơng tự động thì chất lượng gia cơng cũng được cải thiện
đáng kể. Là phương pháp gia công khơng tiếp xúc, tia cắt có thể theo mọi hướng
[9].
Về cơ bản hệ thống điều khiển CNC của máy cắt tia nước cũng không khác với

máy cắt plasma, máy cắt oxy- acetylen… Hệ thống điều khiển bao gồm phần điều
khiển chuyển động XYZ và phần điều khiển nguồn nước cao áp.
Hệ thống điều khiển áp lực và lưu lượng tia nước có thể sử dụng các bộ I/O kèm
theo bộ controller hay PLC bên ngồi.
Tuy trên thị trường có rất nhiều bộ điều khiển CNC từ loại có tính năng đơn giản
đến loại có tính năng rất cao cấp, nhưng có thể dễ dàng nhận thấy: Xu thế sử dụng
bộ điều khiển trên nền máy tính cơng nghiệp và hệ điều hành Windows là cơ bản,
nhờ một số ưu việt nổi bật như sau:
. Sử dụng linh kiện tiêu chuẩn, được sản xuất hàng loạt, giá thành thấp
. Khả năng lựa chọn và thay thế linh hoạt, tránh độc quyền
. Tận dụng sự hiểu biết và kinh nghiệm trong thế giới máy tính văn phịng

Hình 1.4: Hệ thống máy cắt tia nước điều khiển CNC
e. Điều khiển đầu cắt
Đầu phun được điều khiển bằng việc đóng mở các van solenoid và bơm tạo áp
suất cao trong đường ống. Việc quản lý áp suất và lưu lượng trong đường ống ổn
định nhằm đạt chế độ cắt ổn định. Vì thế việc giám sát là cần thiết và quan trọng

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 17


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

Các cảm biến về áp suất và lưu lượng sẽ dễ dàng giúp ta đạt được mục đích này.
Việc đo được lưu lượng với vận tốc rất nhanh chúng ta có các phương pháp như:
Siêu âm hay turbin.

Hình 1.5: Các sản phẩm được gia công từ máy cắt tia nước
3. Ưu điểm của gia công cắt vật liệu bằng tia nước (GCCVLBTN):
- Vết cắt nhỏ, chất lượng vết cắt rất cao, có thể đạt độ chính xác như gia cơng
bằng tia lazer, dung sai đạt 0.08 - 0.1mm nên lượng vật liệu bị mất đi rất ít.
GCCVLBTN là gia cơng lạnh khơng phát sinh nhiệt trong q trình gia cơng nên
khơng có biến dạng nhiệt và vì vậy khơng làm thay đổi tính chất của vật liệu, khơng
làm cong vênh.
- Có thể cắt bất kỳ vật liệu nào: Giấy các tông, thảm, plastic, sản phẩm gỗ, cao
su, da, kim loại màu, thép, thép hợp kim, thép dụng cụ, titanium, vật liệu composit,
gốm, đá, vật liệu ma sát…

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 18


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

- Vết cắt có thể bắt đầu từ bất kỳ chỗ nào mà khơng cần khoan mồi trước, có thể
cắt các vật liệu cán mỏng.
- Không như các phương pháp gia công khác, GCCVLBTN khơng tạo bụi khói
và hóa chất gây hại đến môi trường.
- GCCVLBTN không để lại ba via hay cạnh sắc nhọn nên không cần phải mài
hay xử lý làm sạch sau khi cắt.
- Có thể dễ dàng tự động hóa, thích hợp với hệ thống CAD/CAM.
- Đầu cắt gọn nhẹ hơn nhiều so với thiết bị laser tương ứng nên khi lắp vào đầu
Robot không gặp vấn đề khi tăng hoặc giảm tốc.

1.2. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TIA NƯỚC ÁP SUẤT CAO
Phạm vi ứng dụng của TNASC khá rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, phổ
biến nhất là dùng trong làm sạch và cắt.
1.2.1. Ứng dụng làm sạch [8]
Làm sạch là một trong những ứng dụng đầu tiên của TNASC. Trong công
nghiệp làm sạch, so với các phương pháp truyền thống thơng thường như: Phun cát,
hóa học, nhiệt,… TNASC có ưu điểm nổi trội về chỉ tiêu sạch, khơng gây ô nhiễm
môi trường. Ở các nước phát triển, các phương pháp làm sạch gây ô nhiễm môi
trường bị hạn chế áp dụng, trong một số trường hợp bị cấm sử dụng.
Ví dụ phương pháp làm sạch bằng phun cát, nếu sử dụng ngồi trời phải được
che kín hồn tồn, nếu khơng đảm bảo việc che kín sẽ khơng được sử dụng.
Trong làm sạch, người ta sử dụng tia nước áp suất cao thuần khiết để bóc tách,
rửa trơi chất bám dính hay chất bẩn trên vật liệu nền. Khi đó các thơng số cơng
nghệ ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng bề mặt làm sạch là áp suất, vận tốc dịch
chuyển, đầu phun, khoảng cách đầu phun...
Áp suất được chia theo nhóm cho các lĩnh vực ứng dụng:
- Đến 500 bar: Cho làm sạch, tẩy rửa bề mặt kim loại, thùng chứa, ống thốt
nước, làm sạch ống thép trịn với đầu phun thực hiện hai chuyển động là quay và
tịnh tiến đem lại năng suất cao

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 19


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

- Từ 500- 2000 bar: Cho làm sạch bề mặt, tẩy lớp oxít trên thép cán, làm sạch

các đường ống trong bộ trao đổi nhiệt, làm sạch đường ống dẫn dầu, làm sạch trong
nhà máy điện hạt nhân...
- Từ 2000- 4000 bar: Cho làm sạch bề mặt kim loại, làm sạch, bóc tách vảy cán
thép trước khi sơn phủ trong cơng nghiệp đóng tàu, làm sạch, bóc tách gỉ thép, lớp
sơn cũ khi tu sửa tàu thuyền, công nghiệp chế tạo máy bay…
- Ngồi ra, tia nước áp suất cao thuần khiết cịn được ứng dụng trong ngành xây
dựng, trong lắp đặt cơ sở hạ tầng. Tia nước áp suất cao được ứng dụng để khoan các
lỗ ngang dưới lòng đất để lắp đặt các đường ống. Tia nước áp suất cao dùng để thi
cơng khoan, phá trong các cơng trình ngầm, núi đá mà không gây rung động, bề mặt
đẹp, không phải gia cố thêm trừ một số vị trí có vết nứt cũ.
Khơng những vậy, tia nước áp suất cao cịn được sử dụng để bóc các lớp bê tơng
hay lớp bảo vệ bên ngoài các kết cấu xây dựng trước khi hoàn thiện mới hoặc dùng
để cải tạo và cắt dỡ. Việc sử dụng tia nước áp suất cao để bóc tách, tạo ra các bề
mặt nhấp nhơ khơng đồng đều tạo khả năng gắn kết cao khi gắn với lớp bảo vệ mới.
Nếu sử dụng phương pháp bóc tách cơ khí, bề mặt sẽ phẳng hơn và khó gắn kết.
Ngoài ra, khi dùng tia nước áp suất cao để bóc tách sẽ tránh được rung động tới các
vùng bên cạnh trong kết cấu.
Phương pháp làm sạch này có những ưu điểm sau:
-

Khơng gây ơ nhiễm mơi trường

-

Có thể điều chỉnh áp suất nên phạm vi ứng dụng rộng

-

Sinh nhiệt nhỏ phù hợp với làm sạch vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ

-

Cải thiện điều kiện làm việc cho người vận hành

Tuy nhiên phương pháp làm sạch này có những nhược điểm sau:
-

Giá thành đầu tư thiết bị cao

-

Cần đầu tư các thiết bị hỗ trợ, đồ gá riêng cho mỗi ứng dụng làm sạch

-

Điều kiện an toàn cao

1.2.2. Ứng dụng cắt vật liệu [8]
Trong lĩnh vực cắt vật liệu, tia nước áp suất cao được phân thành hai loại:

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 20


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-

Cắt bằng tia nước thuần khiết

-

Cắt bằng tia nước có trộn hạt mài

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

Cắt bằng tia nước thuần khiết:
Tia nước không hạt mài hay được gọi là tia nước thuần khiết được ứng dụng để
cắt các vật liệu mềm trong các ngành công nghiệp như: Công nghệ may mặc, da
giày, thực phẩm, giấy, y học.
Trong các nhà máy sản xuất giấy, tia nước không hạt mài áp suất cao dùng để
cắt giấy với ưu điểm là loại trừ bụi giấy và nguy cơ cháy nổ tiềm tàng
Trong công nghệ thực phẩm, tia nước không hạt mài áp suất cao được dùng để
cắt thực phẩm. Do tia nước cực mảnh nên lượng hao hụt thực phẩm là rất nhỏ. Hơn
nữa, tia nước rất sạch nên không xâm hại tới thực phẩm.
Trong công nghệ dệt may và công nghiệp da giày, tia nước không hạt mài áp
suất cao được dùng để cắt thay cho dao cơ khí, và nó có thể cắt theo biên dạng bất
kỳ.
Các vật liệu có cấu tạo gồm nhiều lớp, mỗi lớp có một đặc tính như sợi, hạt,
xốp, mềm… việc dùng tia nước không hạt mài áp suất cao để cắt đem lại hiệu quả
cao.
Trong các xưởng đúc kim loại, tia nước khơng hạt mài áp suất cao được dùng để
bóc, rửa, phần cát bị cháy trên bề mặt sản phẩm, phá lõi, của vật đúc. Phương pháp
này rất có năng suất và hạn chế được bụi cát.
Đặc biệt trong y học, tia nước không hạt mài áp suất cao được dùng để mổ hoặc
cắt một số bộ phận trên cơ thể con người thay cho dao cơ khí. Phương pháp cắt
bằng tia nước áp suất cao không gây ra tổn thương cho các phần khác. Ví dụ như nó
được ứng dụng trong phẫu thuật gan, tia nước với áp suất được điều chỉnh hợp lý
cắt đứt các phần mềm của gan, mạch máu có độ bền cao hơn khơng bị tổn hại.

Cắt bằng tia nước có trộn hạt mài:
Tia nước trộn hạt được phân thành hai loại:
-

Tia nước trộn hạt mài khơng áp

-

Tia nước trộn hạt mài có áp

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 21


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

+ Tia nước trộn hạt mài không áp là tia nước mà hạt mài được trộn tại buồng
trộn ngay sau đầu phun, nó có thể cắt được tất cả các vật liệu như: Kim loại, đá, cao
su, nhựa polyme, composit, gốm, kính… Phương pháp này đơn giản, giá thành thấp
và được ứng dụng nhiều trong cơng nghiệp. Tuy nhiên nó có hạn chế là do lượng
khơng khí lẫn trong tia nước tương đối lớn nên phương pháp này không được sử
dụng trong môi trường có chất nổ và khi cắt ở dưới nước chỉ cắt được ở độ sâu
không quá 20m
+ Tia nước trộn hạt mài có áp là tia nước mà hạt mài được trộn với nước trong
bình nén và cùng được tăng tốc cùng với áp suất dòng nước khi qua đầu phun. Tia
nước trộn hạt mài có áp có phạm vi ứng dụng và hiệu suất cao hơn so với tia nước
trộn hạt mài khơng áp, nó có thể cắt được tất cả các loại vật liệu, ngồi ra cịn được

ứng dụng cắt dưới nước với độ sâu lên đến 6000m, cắt phá bom mìn, đạn dược…
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài sẽ tập trung vào nghiên cứu xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống
cắt bằng tia nước có hạt mài điều khiển CNC, bao gồm các nội dung sau:
1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ cắt bằng tia nước;
2. Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài;
3. Thiết kế hệ thống điều khiển CNC cho máy cắt bằng tia nước;
4. Tính toán thiết kế một hệ thống cắt bằng tia nước có hạt mài.

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 22


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG
NGHỆ CẮT BẰNG TIA NƯỚC
2.1. KHÁI NIỆM VỀ TIA NƯỚC ÁP SUẤT CAO
Dòng tia là dòng chảy được giới hạn từ tất cả các phía bằng chất lỏng hoặc khí,
hay nói theo cách khác dịng tia chính là dịng chảy mà từ tất cả các phía đều là mặt
tự do.
Tia nước áp suất cao (TNASC) chính là dịng tia có vận tốc cực lớn, được tạo
nên bởi thiết bị bơm cao áp, nước được nén với áp suất cao sau đó được đẩy qua
đường ống cao áp rồi thốt ra ngồi qua đầu phun, đầu phun có đường kính nhỏ hơn
nhiều lần so với đường kính đường ống cao áp.
Quá trình tạo TNASC là quá trình chuyển hóa năng lượng, đầu tiên là tích lũy
năng lượng sau đó là vận chuyển năng lượng, cuối cùng là giải phóng năng lượng.

2.2. PHÂN LOẠI CƠNG NGHỆ CẮT BẰNG TIA NƯỚC ÁP SUẤT CAO
Trên hình 2.1 là sơ đồ phân loại công nghệ cắt bằng TNASC dựa trên thành
phần của tia nước:

Hình 2.1: Sơ đồ phân loại cơng nghệ cắt bằng tia nước áp suất cao

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 23


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

Theo thành phần của dịng tia, cơng nghệ cắt bằng TNASC được chia thành hai
loại:
. Tia nước thuần khiết (Pure Waterjet- WJ)
. Tia nước có trộn hạt mài (Abrasive Waterjet- AWJ)
Tia nước thuần khiết phần lớn được dùng trong làm sạch và cắt các vật liệu mềm
Tia nước có trộn hạt mài được chia làm hai loại:
. Tia nước trộn hạt mài không áp (Abrasive Water Injection Jet- AWIJ)
. Tia nước trộn hạt mài có áp (Abrasive Water Suspension Jet- AWSJ)
Tia nước trộn hạt mài khơng áp (AWIJ)

Hình 2.2: Phương pháp trộn hạt mài không áp
Trong phương pháp trộn hạt mài không áp, hạt mài được trộn tại buồng trộn
ngay sau đầu phun (Hình 2.2). Theo ngun lý dịng chảy, do tốc độ cực lớn của tia
nước sau khi ra khỏi đầu phun mà buồng trộn có sự chênh lệch áp suất thấp làm hạt
mài và khơng khí được hút vào khoang trộn. Khi bị hút vào khoang trộn, hạt mài

gặp tia nước có vận tốc cao nó sẽ tăng tốc cho hạt mài ngay trong khoang trộn và

HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 24


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Nam

trong ống hội tụ, hạt mài sẽ đạt được vận tốc cực đại khi ra khỏi ống hội tụ. Phương
pháp cấp hạt mài trong chu trình này là hở, ngồi hạt mài được hút vào buồng trộn
cịn có một lượng khơng khí khá lớn bị hút vào. Do đó thành phần của tia nước bao
gồm: Nước, hạt mài và khơng khí.
Tốc độ của tia nước hạt mài được tính theo định luật xung như sau [7]:
.

vTN =

.

mn v n + mh v h
.

(1.1)

.

mn + mh

Với:
vTN : Vận tốc tia nước (m/s)
m n : Lưu lượng nước (l/phút)
vn : Vận tốc tia nước (m/s)
m h : Lưu lượng hạt mài (g/s)
vh : Vận tốc hạt mài (m/s)

Bỏ qua tốc độ ban đầu vh của hạt mài (do vh quá nhỏ so với các đại lượng khác)
cơng thức (1.1) có thể rút gọn thành:
.

vTN =

vTN

mn v n
.

(1.2)

.

mn + mh

v
= n
1+ R

.

Với R =

mh
.

(1.3)

mn

Như vậy tốc độ của tia nước hạt mài đối với phần lớn các loại hạt mài khi trộn
vào với tia nước sau đầu phun có thể đạt từ 50- 80% tốc độ của tia nước. Trong thực
tế, tốc độ của tia nước khơng đạt được như lý thuyết do có sự tổn hao, mất mát năng
HVTH: Trần Đình Đệ – 00405055

Trang 25