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

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------000------------------- THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Đề tài: “Nghiên cứu khả năng tái sử dụng hạt mài Supreme garnet sau khi gia công bằng tia nước có hạt mài” Học viên Lớp Chuyên ngành KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC : Vũ Hồng Khiêm : Cao học K12 - CNCTM : Công nghệ chế tạo máy NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Vũ Ngọc Pi DUYỆT BGH Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN HỌC VIÊN Vũ Hồng Khiêm http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK 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 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 CTANARIME, 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 Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 1 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Mục Lục Lời cảm ơn ................................................................................................... 1 Danh mục các ký hiệu, chƣ̃ viết tắt ....................................................................... 4 Danh mục các hình ................................................................................................ 5 Danh mục các bảng ............................................................................................... 7 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU .............................................................................. 8 1.1. Lịch sử phát triển ................................................................................... 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. Đầu cắt........................................................................................... 15 1.2.5. Hệ thống cấp hạt mài..................................................................... 17 1.2.6. Hệ thống điều khiển chuyển động ................................................. 18 1.2.7. Bể chƣ́a nƣớc và dập năng lƣợng .................................................. 19 1.3. Các tham số quá trình .......................................................................... 20 1.4. Ƣu nhƣợc điểm của gia công bằng tia nƣớc hạt mài ........................... 20 1.5. Kết luận chƣơng 1 ............................................................................... 22 CHƢƠNG 2. 2.1. TỔNG QUAN .......................................................................... 24 Hạt mài sử dụng trong AWJ ................................................................ 24 Đặc điểm chung của hạt mài sử dụng trong công nghệ AWJ ..................... 25 2.2. Thực trạng nghiên cứu về sự vỡ của hạt mài trong quá trình cắt ........ 30 2.3. Thực trạng nghiên cứu về tái chế hạt mài ........................................... 34 2.4. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................... 37 CHƢƠNG 3. 3.1. TÁI CHẾ HẠT MÀI SUPREME GARNET ............................. 39 Khả năng tái chế của hạt mài Supreme Garnet ................................... 39 Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 2 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM 3.1.1. Thiết lập các thông số thí nghiệm ................................................. 40 3.1.2. Thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo, kiểm tra. ................................ 40 3.1.3. Vật liệu thí nghiệm ........................................................................ 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 cắt 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 cắt 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 Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 3 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Danh mục các ký hiệu, chƣ̃ viết tắt STT Ký hiệu Ý nghĩa 1 TNASC Tia nƣớc áp suất cao 2 ASC Áp suất cao 3 AWJ Abrasive water jet 4 WJC Water Jet Cutting Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 4 Ghi chú Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM 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 đầu cắt 16 Hình 1.6. Sơ đồ đầu cắt và quỹ đạo chuyển 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 chuyển của đầu cắt 19 Hình 1.9. Một số kết cấu của bể chứa nƣớc và dập năng lƣợng 20 Hình 2.1. Hình ảnh 3D các loại hạt mài thƣờng gặp 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 định 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 Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 5 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Hình 3.6. Thành phần hạt mài theo các cỡ 46 Hình 3.7. Phôi cắt thí nghiệm thép C45 kích thƣớc 150x100x30 46 Hình 3.8. Thí nghiệm khả năng cắt của hạt mài tái chế 47 Hình 3.9. Khả năng cắt của hạt mài tái chế 47 Hình 3.10. Hình dáng hạt mài 48 Hình 3.11. Sự cắt trễ của tia nƣớc 49 Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng hạt mài và loại hạt mài đến độ nhám Hình 3.12. 50 bề mặt khi đo cách mặt trên của mẫu 2mm Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng hạt mài và loại hạt mài đến độ nhám Hình 3.13. 50 bề mặt khi đo cách mặt trên của mẫu 10mm Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 6 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM 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 chuẩn về kí ch thƣớc hạt mài [coleparmer] 27 Bảng 2.3. Tính chất một số loại hạt mài dùng cho AWJ 28 Bảng 2.4. Tính chất một số loại hạt mài dùng cho AWJ [TS. Quân] 28 Bảng 2.5. Đặc điểm của một số loại hạt mài dùng 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 phần hóa học của vật liệu thí nghiệm C45 [24] 41 Hình 3.3. Thành phần 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 cắt của hạt mài tái chế 47 Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 7 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƢƠNG 1. Chuyên ngành CK CTM GIỚI THIỆU Cắt bằng tia nƣớc là một công cụ có khả năng cắt kim loại hay các vật liệu khác bằng cách sử 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 sử dụng cho việc cắt các vật mẫu hoặc tham gia vào một nguyên công trong quy trình sản xuất các bộ phận máy móc, thiết bị. Nó cũng đƣợc sử dụng để cắt tạo hình dáng, tạo lỗ, khoan, chạm khắc trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau từ khai thác mỏ đến hàng không vũ trụ. Nó có thể cắt đƣợc kim loại, bê tông, đá, hay các vật cứng khác. Chƣơng này sẽ giới thiệu về lịch sử gia công bằng tia nƣớc, các thiết bị chủ yếu của hệ thống Abrasive water jet (AWJ), tham số quá trình và ƣu nhƣợc điểm của nó. 1.1. Lịch sử phát triển Năm 1950, Norman Franz - một kỹ sƣ lâm nghiệp đã có mong muốn tìm ra một phƣơng pháp mới để cắt cây gỗ thành tƣ̀ng khúc . Ông đƣợc xem nhƣ cha đẻ của hệ thống máy cắt bằng tia nƣớc và là ngƣời đầu tiên dùng tia nƣớc siêu áp lực (Ultra High Pressure - UHP) làm một công cụ cắt vào những năm đó. Để tạo ra áp lực của tia nƣớc, ông đặt 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 dùng tại thời điểm đó. Từ kết quả thu đƣợc, Dr.Franz phát hiện ra là hoàn toàn có thể cắt gỗ và vật liệu khác bằng tia nƣớc áp suất cao. Tiếp theo ông tìm cách duy trì dòng nƣớc một cách Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 8 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM liên tục, tuy nhiên kết quả thu đƣợc không nhƣ mong muốn. Hơn nữa, tuổi thọ của các thiết bị cắt 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 cắt gỗ nhƣ mong muốn nhƣng nghiên cứu của ông đã đặt nền móng cho phƣơng pháp gia công bằng tia nƣớc và sau này đƣợc hãng Flow International nghiên cứu phát triển hệ thống cắt tia nƣớc sau này. Năm 1965 thiết bị làm sạch bề mặt thép cán bằng tia nƣớc với áp suất 200 bar đƣợc sản xuất đầu tiên tại Đƣ́c và đƣợc hãng Boehler (Kapfenberg) của Áo sử dụng. Năm 1968 các nhà khoa học Mỹ đã chế tạo thành công một thiết bị cắt bằng tia nƣớc có áp suất đạt 700 bar để ƣ́ng dụng cắt ống bì a . Với áp suất này , tia nƣớc có thể cắt đƣợc các vật liệu phi kim khác nhƣ giấy, nhƣ̣a, xốp và thƣ̣c phẩm… Năm1970 tập đoàn Flow (Mỹ) đã phát minh một mẫu bơm khuếch đại áp suất có tính ƣ́ng dụng cao cho máy cắt tia nƣớc . Điều này là một bƣớc tiến để công nghệ cắt bằng tia nƣớc đƣợc thƣơng mại hóa sử dụng để cắt vải cho áo quần may sẵn . Cùng với sƣ̣ phát triển của ngành vật liệu và công nghệ gia công , các thế hệ bơm cao áp dần dần đạt các yêu cầu về tuổi thọ và áp suất. Vào năm 1979, Flow bắt đầu nghiên cứu phƣơng pháp để gia tăng lực cắt của máy để có thể cắt đƣợc kim loại và các vật liệu cứng khác. Dr. Mohamed Hashish, đƣợc coi nhƣ ngƣời khai sinh ra hệ thống máy cắt tia nƣớc dùng hạt mài, ông phát minh ra phƣơng pháp trộn hạt mài vào nƣớc [1] Hạt mài GARNET, một vật liệu đƣợc sử dụng rộng rãi trong giấy nhám đã đƣợc sử dụng. Với phƣơng pháp đó, máy cắt tia nƣớc (có dùng hạt mài) có thể cắt hầu hết các loại vật liệu. Năm 1980, hệ thống cắt tia nƣớc có hạt mài đầu tiên đƣợc dùng để cắt thép, kính và bê tông. Năm 1983, Flow cung cấp cho thị trƣờng chiếc máy cắt tia nƣớc có hạt mài đầu tiên và đƣợc sử dụng cho việc cắt gƣơng ôtô. Ngành công nghiệp hàng không và vũ trụ đã giúp cho công nghệ tia nƣớc áp suất cao phát triển mạnh mẽ. Tia nƣớc có hạt mài khi này thực sự là một công cụ cắt lí tƣởng để cắt các vật liệu cứng nhƣ Inconel, thép không gỉ, titan cũng nhƣ các vật liệu tổng hợp nhẹ nhƣ sợi cacbon sử dụng cho chiến đấu cơ và ngày nay đƣợc dùng cho hàng không. Kể từ đó, phƣơng pháp cắt tia nƣớc dùng hạt mài đã đƣợc dùng cho rất Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 9 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM nhiều ngành công nghiệp khác nhƣ dùng để cắt 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 để mở rộng những ứng dụng của nó. Trong năm đó, hệ thống bơm siêu áp lực di động đầu tiên đƣợc sử 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 tầng. Sau đó không lâu, phƣơng pháp cắt tia nƣớc đã tạo đƣợc danh tiếng. Từ cuối những năm 80 và đầu những năm 90, công nghệ cắt tia nƣớc đƣợc ứng dụng rộng rãi, và cắt ở trong nhiều môi trƣờng cắt khác nhau. Năm 1989-1990, tia nƣớc áp suất cao bắt đầu đƣợc ƣ́ng dụng để cắt thép và bê tông dƣới biển ở độ sâu đến 400m. Năm 1991, trung tâm thí nghiệm Geesthacht đã thƣ̣c hiện khoan t hép không rỉ ở độ sâu 600m. Cùng với sự phát triển của thiết bị cắt , hiện nay tia nƣớc áp suất cao có thể cắt ở độ sâu lớn hơn nhiều. Năm 1994, ngƣời Đƣ́c đã đăng ký bản quyền về ƣ́ng dụng cắt và làm sạch bằng tia nƣớc á p suất cao trong y học. Trong đó tia nƣớc với áp suất làm việc tƣ̀ 50 đến 300 bar đƣợc sƣ̉ dụng làm dao mổ trong phẫu thuật vì nƣớc có thể đƣợc cơ thể tiếp nhận . Một điều quan trọng nƣ̃a là khi cắt các phần cƣ́ng của cơ th ể nhƣ xƣơng thì muối hoặc đƣờng đã đƣợc dùng để làm hạt mài, do đƣờng và muối luôn tồn tại trong cơ thể. Công nghệ cắt bằng tia nƣớc áp suất cao phát triển rất nhanh chóng trong những năm gần đây. Năm 2002, công ty Flow phát triển hệ thống cắt Dynamic Waterjet cho phép cắt vật liệu nhanh hơn, không để lại gờ sau khi cắt. Kết quả này đã mở rộng khả năng cho các ứng dụng cắt bằng tia nƣớc rộng rãi hơn. Hiện nay , công nghệ cắt tia nƣớc đƣợc sử dụng để cắt nhiều loại vật liệu và đƣợc ƣ́ng dụng t rong nhiều ngành công nghiệp. Các vật liệu cố thể cắt bằng phƣơng pháp này nhƣ thép không rỉ, titan, ceramic, hợp kim nhôm, vật liệu tổng hợp cho dụng cụ thể thao, sợi và nhựa sử dụng cho nội thất ôtô, và kể cả đá lót bếp đƣợc cắt bởi máy cắt tia nƣớc. Các ứng dụng làm sạch vỏ tàu, bồn dầu, đƣờng cao tốc, động cơ phản lực, v.v.... Công nghệ cắt bằng tia nƣớc áp suất cao tiếp tục đƣợc phát triển sang các ứng dụng mới , thiết bị cắt bằng tia Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 10 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM nƣớc trộn hạt mài tập trung chủ yếu ở các nƣớc có nền công nghiệp phát triển nhƣ Đức, Áo, Hà lan, Nhật, Trung quốc, Pháp… 1.2. Hệ thống công nghệ Cắt bằng tia nƣớc (Water Jet Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nƣớc ở áp suất cao (ASC) để gia công vật liệu. Công nghệ gia công bằng tia nƣớc ASC gồm 2 loại đó là cắt bằng tia nƣớc (pure waterjet) và cắt 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 phần chính:  Hệ thống cấp nƣớc sạch;  Cụm bơm khuếch đại áp; Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 11 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM  Các đƣờng ống áp lực cao;  Đầu cắt tạo ra tia nƣớc ASC trộn hạt mài;  Hệ thống cấp và điều chỉnh lƣu lƣợng hạt mài;  Hệ thống điều khiển chuyển động;  Bể nƣớc chƣ́a chất thải công nghiệp và dập năng lƣợng còn lại của tia nƣớc sau khi cắt. 1.2.1. Hệ thống cấp nƣớc Hệ thống này nhằm đảm bảo cho hoạt động của hệ thống cắt bằng tia nƣớc hạt mài đƣợc ổn định, kéo dài tuổi thọ, hệ thống cấp nƣớc phải có bộ phận khƣ̉ nƣớc cứng, bộ phận làm sạch nƣớc bằng lọc thô và lọc tinh. Hình 1.2. Hệ thống bơm cấp nƣớc của hãng Flow [2] Hệ thống nƣớc bao gồm đƣờng nƣớc vào đầu bộ lọc , máy bơm tăng áp , bộ khuếch đại áp và bộ suy gi ảm sóng sung kích. Nƣớc đi qua bộ lọc nƣớc ở đầu vào sau đó đi đến bơm tăng áp để duy trì áp lƣ̣c nƣớc ở đầu hút bộ phận khuếch đại áp . Lúc này áp lực nƣớc lên đến 414 MPa tiếp tục đi qua bộ suy giảm áp lƣ̣c sóng sung kí ch để bảo đảm nƣớc đi ra ở đầu cắt ổn đị nh . Không có bộ suy giảm sóng sung kí ch , dòng nƣớc sẽ có sóng sung (áp lực không ổn định) khi cắt để lại dấu vết trên vật liệu. Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 12 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM 1.2.2. Cụm bơm khuếch đại áp. Cụm bơm khuếch đại áp làm nhiệm vụ chuyển đổi năng lƣợng nƣớc từ áp lực nƣớc thấp sang áp lƣ̣c nƣớc siêu cao . Khi cung cấp nguồn điện và nƣớc cho hệ thống thủy lƣ̣c, piston trong bộ phận khuếch đại áp làm việc cả ha i hà nh trì nh đi và về . Chiều đi, về của piston đƣợc điều khiển thông qua các van điều khiển hệ thống thủy lƣ̣c . Việc lắp bộ phận khuếch đại áp ở hai bên của piston nhằm duy trì việc chuyển đổi năng lƣợng nƣớc trong cả hai hành trình. Hình 1.3. Bơm khuếch đại [3] Khi phí a bên trái của piston đến điểm cuối của hành trì nh hút , lúc này phía bên phải của piston tạo ra siêu cao áp đầu ra . Trong hành trì nh hút của piston nƣớc đã lọc đi vào xi lanh áp suất cao thông qua van . Sau khi piston đảo hƣớng nƣớc đƣợc nén và đi ra với một áp lƣ̣c rất cao . Tỷ số nén lên đến 25:1. Lƣu lƣợng dòng chảy tối đa của tia nƣớc cao áp phụ thuộc vào lƣu lƣợng nƣớc do hệ thống khuếch đại áp cung cấp và tiết diện vòi phun mà tia nƣớc đi qua. Phạm vi thông thƣờng của áp lực nƣớc 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 đầy và ngƣợc lại. Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 13 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Do tác động qua lại của các bộ khuếch đại, áp lực giảm vào cuối mỗi hành trì nh hoạt động. Để làm giảm sƣ̣ dao động áp, bộ suy giảm áp đƣợc sƣ̉ dụng trong các dòng áp suất cao. Trong một bơm khuếch đại áp hai hệ thống chất lỏng luôn tồn tại là nƣớc và dầu thủy lực. Bộ suy giảm sóng sung kich Cần piston Đƣờng nƣớc vào Tăng áp Đầu phun tia nƣớc áp lực cao Xi lanh Piston Thiết bị điều khiển van Hệ thống điều khiển điện tử / PLC Hình 1.4. Hệ thống bơm khuếch đại áp [4] 1.2.3. Đƣờng ống cao áp Có nhiệm vụ vận chuyển nƣớc áp lƣ̣c cao tƣ̀ bộ khuếch đại áp đến đầu cắt . Các đƣờng ống thƣờng làm bằng thép không gỉ đặc biệt , có chiều dày đảm bảo an toàn . Đƣờng kính ống phổ biến nhất thƣờng đƣợc sƣ̉ dụng 6,35 đến 25,4mm cho đƣờng kí nh bên ngoài và 2 đến 8 mm cho đƣờng kí nh bên trong. Để đảm bảo các mối nối đƣợc kín khít và chịu đƣợc áp suất cao ngƣời ta sử dụng đầu nối kiểu côn. Làm nhƣ vậy cho phép đầu cắt di chuyển theo các biên dạng cong mà không bị ảnh hƣởng bởi ống cấp nƣớc cao áp . Có ba kiểu đƣợc sƣ̉ dụng để cho phép các chuyển động tƣơng đối của đầu cắt và ống cấp nƣớc cao áp là. Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 14 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM  Kiểu nối dạng ống linh hoạt đƣợc sử dụng cho các mối nối để di chuyển trên một góc nhỏ. Ống linh hoạt chỉ có thể làm việc với áp suất từ 300MPa – 400MPa. Do đó hiện nay í t dùng.  Với ống có đƣờng kính nhỏ hơn 6.3mm sử dụng kiểu ống cao áp có thể cuộn lại đƣợc dạng nhƣ lò xo. Mỗi cuộn ống cho phép một sƣ̣ biến dạng đàn hồi từ 50 - 70. Ứng dụng này rất đáng tin cậy khi cắt các góc lớn.  Mối nối dạng khớp nối xoay đƣợc áp dụng với đầu cắt xoay theo mọi hƣớng và nghiêng đƣợc góc 100, nó nhỏ gọn hơn cuộn dây . Tuy nhiên độ tin cậy thì không bằng kiểu ống cao áp có thể cuộn lại đƣợc. 1.2.4. Đầu cắt Là cơ cấu chấp hành cuối của hệ thống AWJ tạo ra tia nƣớc trộn hạt mài. Đầu cắt gồm vòi phun (bằng đá quý), buồng trộn, ống hội tụ, cơ cấu dị ch chuyển đị nh vị đầu cắt. Nƣớc áp suất cao Vòi tăng tốc Cửa cấp hạt mài Buồng trộn Vòi phun Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý đầu cắt Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 15 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Đầu cắt dẫn hƣớng cho tia nƣớc hạt mài bắn ra. Nƣớc áp suất cao áp đến đầu cắt 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 hiệu suất trong quá trì nh gia công, có rất nhiều các nghiên cứu về đầu cắt đã đƣợc tiến hành để tăng hiệu quả trộn hạt mài. Vận tốc của tia nƣớc gần bằng 1000m/s, kích thƣớc hạt mài nhỏ (0,1-0,5mm) hình thành sƣơng mù của nƣớc làm hạn chế kh ả nă ng ghi lại các hiện tƣợng trộn . Bằng cách đo các mẫu của buồng trộn và đƣờng kí nh ống hội tụ sau đó so sánh chúng với các mô hì nh dƣ̣ báo , một lý thuyết trộn hạt mài đã đƣợc đƣa ra và đƣợc công nhận [5]. Hạt mài đi vào dòng tia nƣớc với vận tốc không đáng kể và đƣợc dòng nƣớc tăng tốc để đẩy ra khỏi ống hội tụ. Trong quá trình tăng tốc nếu hạt mài va vào thành ống hội tụ sẽ bị bật lại rồi lại nhập vào dòng tia nƣớc một lần nữa . Hiện tƣợng này xảy ra cho đến khi hƣớng vận tốc của các hạt mài gần nhƣ song song với hƣớng của tia nƣớc áp suất cao (TNASC) nhƣ thấy trong hì nh 1.6. Hạt mài bật lại Thành trong của vòi phun Hình 1.6. Sơ đồ đầu cắt và quỹ đạo chuyển động của hạt mài Thông số của vòi phun phụ thuộc vào hình dạng hình học vùng đầu vào và đƣờng kính trong của vòi phun. Đƣờng kính bên trong càng nhỏ năng lƣợng tập trung càng lớn nhƣng đƣờng kí nh tối thiểu có liên quan đến kí ch thƣớc hạt mài Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 16 . Hạt mài có thể Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM gây nên tắc vòi phun, chính vì vậy để quá trình cắt đƣợc ổn định đƣờng kính trong của vòi phun phải lớn hơn 2 lần so với đƣờng kí nh hạt mài . Chiều dài vòi phun ảnh hƣởng đến độ chụm của tia nƣớc, nếu dài quá sẽ gây ra ma sát nhiều hơn giƣ̃a tia nƣớc với thành ống bên trong. Kết quả vận tốc tia nƣớc thấp. Vật liệu chế tạo vòi phun phải có khả năng chịu mài mòn lớn để có thể làm việc ổn định trong một thời gian dài , ví dụ nhƣ ROCTEC© (hỗn hợp của vanadi, vonfram và carbrides molypden). Vì hạt mài làm mòn thành ống trong quá trình cắt . Nếu hì nh dạng trong của ống thay đổi đáng kể thì nó không thể cắt chính xác đƣợc. Thông thƣờng vòi phun phải thay thế sau một khoảng thời gian sử dụng. vòi phun hiện nay thƣờng dùng là loại Roctec 100 dùng đƣợc 80h và loại Roctec 500 dùng đƣợc 160h 1.2.5. Hệ thống cấp hạt mài Nhiệm vụ là cung cấp hạt mài chí nh xác về khối lƣợng để xác đị nh lƣu lƣợng hạt mài. Hệ thống có khả năng dẫn hạt với đƣờng kí nh 0.1 - 0.3 mm, lƣu lƣợng khoảng 0,1- 2.0 kg/phút. Có một số cách thƣờng đƣợc sƣ̉ dụng để định lƣợng lƣu lƣợng hạt mài nhƣ sau.  Phễu tiếp liệu: Có cấu tạo là thiết bị rung để vận chuyển tuyến tí nh số lƣợng hạt mài. Thay đổi số lƣợng hạt mài bằng cách điều chỉ nh biên độ dao động của thiết bị rung.  Bộ cấp liệu bằng trục vít: Hạt mài đƣợc vận chuyển qua một bộ cấp liệu bằng trục vít, thay đổi số lƣợng bằng cách điều chỉ nh tốc độ quay củ a trục này. Việc lựa chọn bộ cấp liệu dựa vào khả năng cung cấp hạt mài một cách liên lục và ổn định theo thời gian (thƣờng là 1- 30g/s). Để đƣa hạt mài từ một bể chƣ́a đến đầu cắt thì phải qua môi trƣờ ng trung chuyển. Về nguyên tắc có 2 sƣ̣ lƣ̣a chọn là vận chuyển khô hoặc ƣớt.  Hạt mài đƣợc cấp cho đầu cắ t thông dụng nhất đƣợc dùng trong ngành công nghiệp là theo kiểu không áp (tự hút). Chúng đƣợc hút vào buồng trộn theo định lƣợng chảy xuống từ một băng tải đƣợc dẫn động bằng một động cơ. Lƣu lƣợng Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 17 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM dòng chảy hạt mài đƣợc điều chỉnh bằng cách hiệu chỉnh tần số của động cơ. Hệ thống này đƣợc thể hiện trong hình 1.7. Trong thực tế , hạt mài khô đƣợc sử dụng lấy không khí làm môi trƣờng vận chuyển. Cấp hạt mài bằng không khí không sinh ra ăn mòn , đƣờng cung cấp hạt mài đến bình chứa có thể đƣợc làm bằng một ống nhựa bình t hƣờng không có yêu cầu đặc biệt, tuy nhiên nên định vị bộ cấp hạt mài và khoảng cách dẫn hạt mài đến đầu cắt ngắn. Chú ý hệ thống chuyển động phải giữ khô để hạt mài không bị vón thành cục gây tắc ống. Hình 1.7. Hệ thống cấp và điều chỉnh lƣu lƣợng hạt mài [28] 1.2.6. Hệ thống điều khiển chuyển động Những năm gần đây công nghệ cắt bằng tia nƣớc áp suất cao đã phát triển tƣ̀ một quá trình gia công thô sang một quá trì nh gia công chí nh xác. Với sự trợ giúp của máy tính đã giúp cho AWJ đƣợc tiếp nhận trong ngành công nghiệp. Hiện nay đã có các phần mềm chuyên dụng cho điều khiển cắt bằng TNASC, làm cho việc điều khiển máy đƣợc dễ dàng hơn, tin cậy hơn và kiểm soát đƣợc cả hệ thống lớn. Học viên:Vũ Hồng Khiêm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 18 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn