Tài liệu Phương pháp gia công bằng tia nước pdf

Phương pháp gia công mới
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA NƯỚC
(Water Jet Cutting – WJC)
Gia công bằng tia nước – tia nước có hạt mài Page 1
Phương pháp gia công mới
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA NƯỚC
(Water Jet Cutting – WJC)
GIA CÔNG TIA NƯỚC CÓ HẠT MÀI
(Abrasive Water Jet Cutting – AWJC)
Mục tiêu : sau khi đọc xong người đọc có thể biết rõ những điều sau
• Hiểu được khái niệm gia công bằng tia nước và tia nước có hạt mài
• Hiểu, biết được nguyên lý gia công tia nước và tia nước có hạt mài
• Biết rõ ràng về thiết bị và dụng cụ
• Biết tường tận về các thông số công nghệ
• Ưu điểm và phạm vi ứng dụng
1) GIỚI THIỆU
- Ngày nay, lĩnh vực gia công cắt gọt đang phát triển rất mạnh mẽ trên thế giới. Đặc
biệt là trong lĩnh vực gia công cắt gọt kim loại với nhiều loại máy hiện đại như
trung tâm gia công CNC, máy gia công bằng tia lửa điện, máy cắt dây, máy gia công
bằng tia laser, máy cắt plasma, . . ..Việc ra đời của công nghệ gia công vật liệu bằng
tia nước đã mở ra hướng phát triển mới cho lĩnh vực cắt gọt vật liệu.
- Năm 1950, tiến sĩ Norman Franz đã thử dùng máy cắt tia nước để cắt gỗ. Tuy nhiên
kỹ thuật này đã không được phát triển cho đến tận những năm 1970 khi tiến sĩ
Mohamed Hashish đã tạo ra một phương pháp kỹ thuật đó là thêm vào dòng tia
nước có áp suất cao và tốc độ lớn các hạt mài để tăng khả năng cắt.[1] Ngày nay
việc cắt bằng tia nước đã được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực. Môt số loại tia nước hay
được dùng gồm: tia nước không có hạt mài, tia nước có trộn hạt mài, tia nước va
đập.
2) KHÁI NIỆM :
1) Gia công bằng tia nước (hay còn gọi gia công cắt bằng tia nước : Water Jet
Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nước ở áp suất cao (từ 2.10

8
Pa – 4.10
8

Pa) để cắt đứt vật liệu. Vết cắt hoặc rãnh có độ rộng xấp xỉ 1mm. Đường kính lỗ
Gia công bằng tia nước – tia nước có hạt mài Page 2
Phương pháp gia công mới
nhỏ nhất có thể cắt được là 1,5mm. Phương pháp này còn được gọi là gia công bằng
thuỷ động lực học.
2) Gia công bằng tia nước có hạt mài (Abrasive Water Jet Cutting – AWJC) :
phương pháp gia công này có cấu tạo giống như gia công tia nước, phương pháp
này dùng tia nước được thêm vào các phần tử hạt mài để quá trình gia công manh
hơn nhằm tạo khả năng cắt các loại vật liệu cứng hơn như thép, thủy tinh, bê tông
và vật liệu composite….
3) NGUYÊN LÝ GIA CÔNG:
1) Gia công bằng tia nước:
- Hiện tượng cắt bằng tia nước thực hiện bằng cách đưa một thể tích lớn nước qua
một đường ống nhỏ. Thể tích không đổi đi qua một tiết diện nhỏ dần sẽ làm các
phần tử tăng tốc một cách nhanh chóng. Dòng tăng tốc này ra khỏi ống tác động
một lực cắt lớn vào vật liệu gia công. Trong vùng cắt sẽ phát triển những vết nứt
nhỏ do tác động của tia nước. Tia nước cuốn trôi vật liệu bị bóc ra khỏi chi tiết gia
công. Vết nứt do tác động do tác động của tia nước giờ đây bị đặt dưới dòng nước,
với áp suất cực đại và tác động của các phần tử trong dòng tia làm cho vết nứt phát
triển đến khi vật liệu bị cắt hoàn toàn.
Gia công bằng tia nước – tia nước có hạt mài Page 3
Phương pháp gia công mới
- 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, 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.
- Bộ điều khiển này gọi là bộ tăng áp, nó biến đổi năng lượng từ dòng có áp suất thấp
thanh dòng có áp suất cao. Hệ thống thủy lực cung cấp năng lượng chất lỏng đến
một piston chuyển động qua lại trong một đoạn trung tâm của máy tăng cường. Có
một công tắc giới hạn đặt ở cuối hành trình của piston để báo hiệu dòng điện điều
khiển van đảo chiều và thay đổi chiều chuyển động của piston. Việc lắp ráp bộ tăng
áp với một bơm piston ở hai bên piston sẽ tạo ra áp suất cả hai phía. Khi một phía
của bộ tăng áp đang ở thì hút thì phía đối diện sẽ tạo ra một dòng áp suất cao ở ngõ
ra. Trong khi ngõ vào của bơm hút nước đã được lọc đi vào xylanh cao áp thông
Gia công bằng tia nước – tia nước có hạt mài Page 4
Phương pháp gia công mới
qua van một chiều. Sau khi bơm piston đảo chiều thì nước sẽ được nén và thoát ra
dưới dạng nước chịu áp suất cao.
- Máy gia công bằng tia nước có hai phần thiết yếu là bàn XYZ và đầu cắt. bàn XYZ
có thể chuyển đầu cắt trên vật liệu và một máy bơm công suất công suất cao
( 55.000 psi). Ờ áp suất này tia nước có thể cắt nhựa, gỗ, vật liệu lót sàn đàn hồi,
cao su và các vật liệu khác. Đầu cắt là một vòi có kích thước 6.35mm (1/4”) bằng
tinh thể sapphire mà nước có thể chịu được một áp lực bằng ba lần vận tốc âm
thanh do máy bơm áp suất cao tạo thành. Sự di chuyển của đầu vòi chịu ảnh hưởng
bởi chương trình cài đặt máy tính.
2) Gia công bằng tia nước có hạt mài:
- Áp suất nước trong gia công bằng tia nước có hạt mài giống trong gia công bằng tia
nước, nhưng khoảng cách cho phép phải ít hơn để giảm đến mức tối thiểu hiệu 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.
- Khi gia công tia nước có hạt mài thì hạt mài được trộn với nước trong ống trộn
trước khi được phun ra ngoài. Vận tốc của dòng nước rất cao sẽ tạo ra vùng chân

không hút hạt mài từ ngoài vào mà không cần bất cứ một máy nào khác để đưa
dòng hạt mài vào. Tuy nhiên vẫn cần được đẩy vào nhờ khí nén nhằm mục đích
tăng tốc độ dòng chảy. Mỗi thành phần của dòng tia là nước và hạt mài đều có mục
Gia công bằng tia nước – tia nước có hạt mài Page 5
Phương pháp gia công mới
đích riêng biệt và hỗ trợ : với hạt mài thì cung cấp lực mài mòn, còn của dòng tia
nước là đưa vật liệu hạt mài đến chi tiết gia công để mài mòn. Tia nước cung gia tốc
với hạt mài mang cả dòng hạt mài và phoi ra khỏi vùng làm việc
- 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 thông 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 Al2O3, SiO2
và garnet, các cỡ hạt khoảng từ 60 đến 100. Lượng mài được thêm vào trong tia
nước xấp xỉ khoảng 0,3 kg/phút sau khi thoát ra vòi phun. Đường kính lỗ của vòi
khoảng từ 0,25 - 0,63 mm. Sở dĩ kích cỡ hơn một chút so với sự gia công bằng tia
nước là để có được tốc độ dòng chảy cao hơn và năng lượng nhiều hơn vì bên trong
nó có chứa hạt mài.
- Phương pháp gia công tia nước hay tia nước có hạt mài có thể sử dụng thay thế cho
các phương pháp gia công tia laser hay tia plasma nếu yêu cầu không có ảnh hưởng
nhiệt tại đường cắt vật liệu.
- Bề mặt gia công tia nước có hạt mài trước khi gia công phải được tẩy sạch bụi,
phoi, dầu nhờn, axit hay các tạp chất khác.
 Quá trình đưa hạt mài vào tia nước được phân làm 2 loại :
 Hạt mài được đưa vào sau khi hình thành tia nước có áp suất cao
 Hạt mài được đưa vào trước khi hình thành tia nước có áp suất cao ( trường hợp
này không phổ biến
Gia công bằng tia nước – tia nước có hạt mài Page 6