Tài liệu Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu bù tái chế hạt mài supreme garnet trong gia công bằng tia nước có hạt mài

-11. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. Ngày nay các loại vật liệu mới ra đời có nhiều ưu điểm nổi bật như: độ bền, độ cứng cao, khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn tốt vv... Tuy nhiên, các đặc điểm quý báu này của vật liệu mới cũng làm cho chúng trở nên rất khó hoặc thậm chí không thể gia công khi sử dụng các phương pháp gia công truyền thống. Vì vậy, đồng thời với việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công của các phương pháp gia công truyền thống, cần phải nghiên cứu tìm ra các phương pháp gia công có cơ chế mới cũng như hoàn thiện các phương pháp gia công có cơ chế mới (gia công bằng tia nước có hạt mài, gia công bằng lade, mài điện hoá …) để gia công có hiệu quả các vật liệu mới. Năm 1979 TS. Mohamed Hashis đã phát minh ra phương pháp gia công bằng tia nước có hạt mài nhờ trộn hạt mài vào tia nước có áp lực cao. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như: gia công được các vật liệu khó gia công (titan, thép không rỉ, thủy tinh …), không sinh nhiệt trong quá trình gia công, thân thiện với môi trường … Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là giá thành gia công cao. Do đó, giảm giá thành, tăng lợi nhuận gia công là hướng nghiên cứu rất hiệu quả và đã có những nghiên cứu đã tập trung vào 2 hướng đó là: tối ưu hóa quá trình gia công và tái chế, bù tái chế hạt mài. Tái chế hạt mài (abrasive recycling) là tái sử dụng lại hạt mài vỡ ra sau khi cắt. Sau khi tái chế, các hạt mài tái chế cũng có thể sử dụng với việc bổ xung thêm các hạt mài mới. Quá trình mà ở đó các hạt mài mới được bổ xung vào hạt mài tái chế gọi là quá trình bù tái chế hạt mài (abrasive recharging). Theo hướng nghiên cứu tái chế và bù tái chế hạt mài với mỗi một loại hạt mài ta có thể xác định cỡ hạt mài tối ưu cho hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế nhằm đạt chiều sâu cắt lớn nhất. Trong nghiên cứu này tác giả chọn hạt mài Supreme Garnet, một loại hạt mài của Ấn độ. Loại hạt mài này có giá thành rẻ, được sử dụng rộng rãi ở châu Á và chưa có bất cứ nghiên cứu nào về bù tái chế cho loại hạt mài này. -2Từ những lý do trên việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu bù tái chế hạt mài Supreme Garnet trong gia công bằng tia nước có hạt mài.” là cần thiết và cấp bách. Đề tài này có ý nghĩa cao về khoa học và thực tiễn: Về ý nghĩa khoa học: - Đóng góp và hoàn thiện lý thuyết về bù tái chế hạt mài; - Nâng cao hiệu quả của gia công bằng tia nước có hạt mài. Về ý nghĩa thực tiễn: - Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để áp dụng để bù tái chế hạt mài Supreme Garnet (có xuất xứ Ấn độ - một trong những hạt mài được dùng khá phổ biến trong gia công bằng tia nước có hạt mài) nhằm nâng cao hiệu quả của gia công bằng tia nước có hạt mài sử dụng hạt mài này. -3CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA NƯỚC 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). 1.1. Lịch sử ra đời và xu hướng phát triển. 1.2. Các thiết bị trong hệ thống 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; ể nước chứa hạt mài, phoi và dập năng lượng còn lại của tia nước sau khi cắt. 1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp gia công tia nước có hạt mài 1.4. Thách thức trong gia công tia nước có hạt mài. Từ những tìm hiểu trên đây, mặt dù công nghệ gia công AWJ có nhiều ưu điểm nhưng có nhược điểm là giá thành gia công cao. Giá thành gia công cao khiến AWJ chưa được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam. Do đó giảm giá thành gia công và thời gian cắt cũng như nâng cao lợi nhuận gia công là thách thức lớn đối với những người nghiên cứu về công nghệ gia công AWJ. Song song với hướng tối ưu hóa quá trình gia công, tái sử dụng hạt mài là giải pháp hiệu quả vì không những giảm được giá thành gia công mà còn giảm thiểu hạt mài thải ra môi trường. -4CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN Hiện nay, công nghệ AWJ chưa được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam do giá thành của gia công AWJ rất cao. Trong tổng giá thành của AWJ, giá thành của hạt mài chiếm phần lớn nhất khoảng 54% [5]. Giá thành hạt mài phụ thộc vào lưu lượng hạt mài, số đầu cắt, giá hạt mài, giá thành hệ thống… Tuy nhiên, hạt mài có thể tái sử dụng do đó có thể giảm được giá thành mua hạt mới. 2.1. Tổng quan nghiên cứu về sự vỡ hạt mài trong AWJ. 2.1.1. Các loại hạt mài được sử dụng trong AWJ. h n k h th h tm i Trong công nghệ cắt bằng tia nước ASC việc lựa chọn cỡ hạt mài phụ thuộc vào kích cỡ của buồng trộn và đường kính vòi phun. Các cỡ hạt thường được sử dụng từ Mesh 40 đến Mesh 120 và kích thước hạt nằm trong khoảng từ 0,063 đến 0,5mm. Cá lo i h t m i th ờng dùng trong AWJ Ngọc hồng lựu, Olivin, Garnet .. 2.1.2. Ch n hạt mài làm đối tượng nghiên cứu của lu n v n. Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu khả năng sử dụng và tái sử dụng hạt mài trong công nghệ cắt tia nước ASC, căn cứ vào loại hạt mài nhập về cho công nghệ cắt bằng tia nước ở Việt Nam, tác giả quyết định chọn loại hạt mài tiêu biểu phục vụ cho nghiên cứu: hạt mài nhập từ nước ngoài về: Supreme garnet, cỡ  80. 2.1.3. Tổng quan về các nghiên cứu về sự vỡ của hạt mài trong AWJ Trong quá trình gia công AWJ, quá trình vỡ của hạt mài xảy ra ở hai giai đoạn [11, 12]. - Giai đoạn thứ nhất, xảy ra trong quá trình trộn (do tương tác giữa các hạt mài với thành của buồng trộn, thành ống hội tụ và giữa các hạt mài với nhau). - Giai đoạn thứ hai xẩy ra trong quá trình cắt (do sự tương tác giữa các hạt mài với phôi và giữa các hạt mài với nhau). -5Do đó, nghiên cứu cơ chế vỡ của các hạt mài có ý nghĩa quan trọng cho nghiên cứu tái chế hạt mài. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vỡ của hạt mài trong AWJ gồm: cấu tạo buồng trộn, chiều dài vòi phun, vật liệu gia công, chiều dày vật liệu gia công, độ cứng vật liệu gia công, vận tốc dịch chuyển đầu cắt (gọi tắt là vận tốc cắt - v), áp suất cắt (p), lưu lượng hạt mài (ma) và loại hạt mài. Hiện tượng vỡ của hạt mài đã được nghiên cứu khá nhiều. Trong đó, G Galecki và M. Maurkewicz (1987) là những người đầu tiên nghiên cứu về vỡ hạt mài trong quá trình trộn. Trong [13] đã chỉ ra thấy rằng một số lượng lớn từ 70% đến 80% những hạt mài ban đầu này bị vỡ trong giai đoạn thứ nhất. Labus [15] đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất nước tới sự vỡ hạt, với áp suất nước thấp (từ 0-205 MPa) có ảnh hưởng lớn đến việc lượng hạt vỡ hơn so với áp suất nước cao (274-342 MPa). Thêm vào đó nghiên cứu cũng chỉ ra rằng với hạt mài cỡ #80 sau khi vỡ hạt mài sẽ có cỡ hạt 180 µm tới 63µm hoặc nhỏ hơn. Ohlsen (1997) thực hiện nghiên cứu tái chế hạt arton (hạt mài Mỹ) [16]. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của các thông số quá trình như: áp suất nước, lưu lượng hạt mài, đường kính hạt mài, chiều dài, đường kính vòi phun, vận tốc dịch chuyển tới sự vỡ hạt đã được nghiên cứu. Để đánh giá sự vỡ của hạt mài, tác giả đưa ra một công thức xác định “Hệ số vỡ” có dạng: d ap,out D  1  d ap,in trong đó, dap,in và dap,out tương ứng là đường kính hạt mài vào và ra. Ohlsen chỉ ra rằng cỡ hạt <60 µm tham gia cắt không đáng kể và không những cho chất lượng cắt thấp mà còn cản trở quá trình cắt. Như vậy, hạt mài sau khi gia công sẽ vỡ ra và kích thước trung bình của hạt mài tái chế sẽ nhỏ hơn hạt mài mới. Với hạt mài có kích thước nhỏ và nhiều cạnh sắc sẽ cắt tốt hơn hạt có kích thước lớn. -6Trong [3] đã giải thích cơ chế vỡ hạt mài và giải thích nguyên nhân vì sao lại có sự khác nhau về khả năng cắt, chất lượng cắt giữa hạt mài tái chế và hạt mài mới. Nguyên nhân chủ yếu là do hình dáng hạt mài sau khi vỡ. Một hạt mài khi vỡ sẽ vỡ thành hai hạt lớn và nhiều hạt nhỏ Như vậy qua những nghiên cứu về sự vỡ hạt mài trong các nghiên cứu gần đây tác giả nhận thấy hoàn toàn có cơ sở cho việc tái sử dụng hạt mài Supreme Garnet xuất sứ Ấn độ trong gia công tia nước có hạt mài mang lại hiệu quả kinh tế, giảm giá thành gia công và bảo vệ môi trường. 2.3. Thực trạng nghiên cứu về tái chế và bù tái chế hạt mài Một trong những người đầu tiên nghiên cứu về việc tái sử dụng hạt mài trong gia công bằng tia nước có hạt mài là Guo.NS. Trong [18] các tác giả đã chỉ ra rằng khả năng cắt phụ thuộc vào đường kính hạt mài và đạt chiều sâu cắt lớn nhất với hạt mài có đường kính 125-200µm. Với cỡ hạt mài >90 µm họ có thể sử dụng lại được 68% lượng hạt mài. abu và Chetty [11, 12] đã nghiên cứu tái chế hạt mài Ấn độ #80 trong cắt phôi nhôm Al6061-T6 hình chêm. Nghiên cứu chi ra hạt mài trong quá trình trộn và quá trình cắt bị vỡ nên đường kính hạt mài giảm. Sau nhiều lần tái chế đường kính hạt mài cũng giảm đi và dẫn tới khả năng cắt của hạt mài tái chế cũng giảm đi. Tuy nhiên, bề mặt gia công khi này lại nhám ít hơn [12]. Chất lượng cắt được đánh giá bằng nhám bề mặt chi tiết gia công qua thông số Ra. Ta thấy hạt mài tái chế khi cắt sẽ cho chất lượng bề mặt tốt hơn hạt mài mới. Lý do là hạt mài tái chế có kích thước hạt nhỏ hơn nên rãnh cắt sẽ mịn hơn. Ngoài ra ảnh hưởng của hạt mài tái chế tới chiều rộng rãnh cắt (chiều rộng mặt trên và mặt dưới) cũng được nghiên cứu. Ngoài nghiên cứu về khả năng tái chế và khả năng cắt của hạt mài tái chế của hạt mài Ấn độ, Kantha abu và Krishnaiah Chetty còn nghiên cứu về bù tái chế hạt mài. Với cỡ hạt lớn hơn 90µm và bù thêm một lượng hạt mài mới lần lượt là 20, 40, 60, 80 và 100%, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của bù tái chế hạt mài tới khả năng cắt và độ nhám bề mặt gia công và bề rộng rãnh cắt -7khi gia công phôi nhôm hình chêm. Nghiên cứu chỉ ra rằng lượng hạt mài mới bổ sung thêm vào hạt mài tái chế ảnh hưởng tới khả năng cắt và chất lượng cắt. Khi lượng hạt mài mới bù thêm vào là 40% khả năng cắt đạt lớn nhất còn khi bù thêm 60% sẽ cho độ nhám bề mặt nhỏ nhất còn chiều rộng rãnh cắt sẽ tăng dần theo lượng hạt mài mới bù vào. Như vậy chất lượng cắt của hạt mài tái chế và bù tái chế đều tốt hơn khi cắt bằng hạt mới và khả năng cắt gần xấp xỉ với khả năng cắt của hạt mới. Năm 2008 Vũ Ngọc Pi trong [3] đã nghiên cứu về tái chế và bù tái chế hạt mài GMA – một loại hạt mài của Úc được sử dụng rộng rãi trong công nghệ làm sạch và trong AWJ. Để phân loại hạt mài tác giả sử dụng sàng với các cỡ 45, 63, 75, 90, 106, 125, 150, 180, 212, 250, 300, 355 và 425µm. Để xác định khả năng tái chế của hạt mài, sau khi sàng hạt mài được sắp xếp từ 75 µm tới 300 µm. Sau khi tổng hợp với 8 mẫu thí nghiệm thấy rằng với cỡ hạt lớn từ 212µm khối lượng rất nhỏ chỉ khoảng 18,5% nên tác giả chỉ sử dụng hạt mài có cỡ từ 75, 90, 106, 125, 150 và 180 μm để nghiên cứu. Tác giả kết luận rằng: hạt mài tái chế, bù tái chế với cỡ >90µmm có khả năng cắt cao gấp 1.173 và 1.090 lần so với hạt mới. Mà với hạt mài tái chế này ta có thể thu được gần 80% lượng hạt mài mới. Tiếp đó tác giả còn nghiên cứu khả năng tái chế nhiều vòng với loại hạt mài này. Kết quả cho thấy hạt mài tái chế vòng thứ 2 vẫn có thể cắt tốt hơn hạt mài mới 15,1% và với hạt mài bù tái chế khi bù vòng 2, vòng 3 cắt tốt hơn hạt mới 7,1% và 8,5% 2.4. Kết lu n chương 2 - Cỡ hạt mài được dùng phổ biến nhất là cỡ hạt #80. - Sự vỡ của hạt mài trong quá trình gia công phụ thuộc vào bản chất từng loại hạt và phụ thuộc vào các thông số của quá trình gia công như: đường kính vòi phun, chiều dài vòi phun, áp suất nước, hình dáng buồng trộn…vv. - Hạt mài trong gia công AWJ có thể tái sử dụng nhiều lần. Hạt mài tái sử dụng có khả năng cắt tốt thậm chí có thể cắt tốt hơn hạt mới [3]. -8- Có 2 phương pháp tái sử dụng hạt mài là tái chế và bù tái chế. - Cho đến nay chưa có nghiên cứu nào về bù tái chế hạt mài Supreme garnet Vì vậy, nghiên cứu này đã chọn bù tái chế hạt mài Supreme garnet làm định hướng nghiên cứu. -9CHƯƠNG 3. BÙ TÁI CHẾ HẠT MÀI SUPREME GARNET Trên thực tế tái sử dụng hạt mài có 2 cách: Cách thứ nhất, ta sẽ thu hồi hạt mài trong bể chứa nước của máy sau đó tái chế và sử dụng không kèm việc bổ sung thêm hạt mài mới gọi là tái chế hạt mài. Tuy nhiên ta chỉ thu hồi được một lượng hạt mài còn có khả năng cắt, số còn lại sẽ vỡ ra quá nhỏ không có khả năng cắt hoặc rất khó tái chế. Cách thứ hai, ta sẽ bổ sung thêm một lượng hạt mài mới vào lượng hạt mài tái chế nhằm duy trì lượng hạt mài trong quá trình cắt gọi là bù tái chế hạt mài. 3.1. Khả n ng tái chế của hạt mài Supreme garnet. Khả năng tái chế của hạt mài được hiểu là phần trăm hạt mài thu hồi được sau khi cắt tương đối lớn (khoảng trên 50%) và thuận lợi trong thu hồi và tái chế. Để xác định khả năng tái chế của hạt mài trước hết ta phải thu hồi sau đó làm sạch hạt mài, tách phoi, sấy khô và cuối cùng sàng phân loại hạt mài. Tiếp theo thí nghiệm xác định khả năng cắt, chất lượng cắt với các cỡ hạt mài vừa sàng phân loại. Nếu khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài tái chế gần bằng hoặc hơn so với hạt mài mới và lượng hạt mài thu hồi được tương đối lớn nghĩa là hạt mài đó có khả năng tái chế. Tỷ lệ hạt mài tái chế thu hồi được phụ thuộc vào cỡ hạt nào được chọn. Cỡ hạt càng nhỏ tỷ lệ hạt mài thu hồi được càng cao nhưng với cỡ hạt nhỏ sẽ khó sàng phân loại do hạt mài nhỏ dễ bít mắt sàng gây khó khăn cho tái chế hạt mài. Ngoài ra tỷ lệ hạt mài thu hồi phụ thuộc vào bản chất hạt mài, sự vỡ của hạt mài trong quá trình gia công, các yếu tố như vật liệu chi tiết gia công, thông số công nghệ và thông số quá trình. 3.1.1. Thiết l p các thông số thí nghiệm. ằng nghiên cứu thực nghiệm, ta sẽ xác định tỷ lệ phần trăm hạt vỡ sau khi gia công. Sơ đồ và thông số thí nghiệm cho -10quá trình nghiên cứu sự vỡ hạt mài được trình bày trong bảng 3.1 và hình 3.1: Vòi phun Phôi Nước Thùng chứa Hạt mài Hình 3 1 Máy ắt ti n óh tm iv ể hứ h t m i tái hế Nghiên cứu xác định sự vỡ hạt và thu hồi hạt mài được thực hiện trên máy cắt tia nước mang nhãn hiệu DWJ-A-5 (hình 3.1) của hãng DARDI – Trung Quốc tại phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về công nghệ bề mặt – Viện nghiên cứu Cơ khí. Bảng 3 2 Cá thông s quá trình th nghiệm nghiên ứu vỡ h t Thông số Giá trị Loại hạt mài Supreme garnet (nguồn gốc Ấn độ) Đường kính trong vòi phun (mm) 0.76 Đường kính lỗ vòi tăng tốc (mm) 0.25 Chiều dài vòi phun (mm) 76.2 Khoảng cách từ đầu vòi phun tới 5 bề mặt gia công (mm) Góc giữa vòi phun và bề mặt gia 90 công (0) Vật liệu chi tiết gia công Thép 45 Chiều dày phôi (mm) 15 Áp suất (MPa) 250 Tốc độ dịch chuyển (mm/phút) 50 Lưu lượng hạt mài (g/s) 5 -11Trong thí nghiệm này, 75kg hạt mài Supreme garnet #80 được chia làm 3 lần cắt và thu hạt (mỗi lần 25kg). Hạt mài được thu hồi nhờ một thùng chứa có chứa đầy nước nhằm giảm vận tốc các hạt mài khi chúng ra khỏi phôi sau khi cắt để chúng không bị vỡ thêm khi va vào thành thùng chứa hoặc va vào các hạt mài khác.  Quá trình th nghiệm thu hồi v tái hế h t m i B thứ nhất: Tiến hành cắt phôi thép 45 theo sơ đồ thí nghiệm như hình 3.1 và hạt mài sau khi cắt được thu hồi vào một bể chứa. B thứ h i: Hạt mài được làm sạch để loại bỏ tạp chất và hạt mài vỡ quá nhỏ. Đồng thời dùng nam châm tách phoi thép ra khỏi hỗn hợp hạt mài. Kết quả thu được những thùng chứa lẫn nước và hạt mài đã được làm sạch. B thứ : Sấy khô hạt mài bằng lò sấy. B thứ t : Tách phoi lần thứ hai để đảm bảo hỗn hợp hạt mài được sạch. B u i ùng của quá trình tái chế là sàng phân loại hạt mài ra các cỡ từ 63µm cho tới 350µm. 3.1.2. Kết quả và thảo lu n về khả n ng tái chế của hạt mài Supreme garnet #80 Trong phần này sẽ trình bày về nghiên cứu sự vỡ của hạt mài Supreme garnet đồng thời tỷ lệ các cỡ hạt mới và hạt mài tái chế sau khi sàng phân loại cũng được xác định. Bảng 3 3 h n lo i h t m i tái hế Tỷ lệ hạt Khối lượng hạt mài (kg) Cỡ hạt mài tái chế Lần Lần Lần Trung trong 25kg (µm) 1 2 3 bình (%) 300 < hạt < 1.25 1.48 1.35 1.36 5.44 350 250 < hạt < 4.13 2.9 4.37 3.80 15.20 300 212 < hạt < 3.48 4.00 3.5 3.66 14.64 250 -122.75 2.18 2.52 2.48 9.93 2.38 2.3 2.65 2.44 9.77 1.63 1.55 1.67 1.62 6.47 1.33 1.25 1.30 1.29 5,17 1.10 1.08 1.12 1.10 4.40 1.13 1.00 1.25 1.13 4.51 0.58 0.40 0.32 0.43 1.73 19.76 18.14 20.05 19.32 77.27 Tỷ lệ phần trăm (%) 180 < hạt < 212 150 < hạt < 180 125 < hạt < 150 106 < hạt < 125 90 < hạt < 106 75 < hạt < 90 63 < hạt < 75 Tổng cộng >300 >250 >212 >180 >150 >125 >106 >90 >75 >63 Cỡ hạt (µm) Hình 3.6. Thành phần h t mài theo các cỡ Kết quả khả năng tái chế của hạt mài ứng với các cỡ hạt mài khác nhau được cho trong bảng 3.4. Từ kết quả ta thấy với hạt từ cỡ >180 µm khả năng tái chế chỉ có 45,21%. Với các hạt mài có kích thước >75 và >63 µm do có hạt nhỏ nên khó sàng vì chúng dễ bít các mắt sàng. Vì vậy không chọn các hạt với giá trị này làm đối tượng nghiên cứu. Với các hạt mài có kích thước >90 µm (là kích thước cũng đã được chọn trong [3, 11, 12]) ta có khả năng tái chế khá lớn (71.03%). Từ các phân tích trên, hạt mài -13với kích thước >90; >106; >125; và >150 µm đã được chọn để nghiên cứu tái chế và bù tái chế. 3.2. Nghiên cứu phương pháp bù tái chế cho hạt mài Supreme Garnet ù tái chế là bổ sung vào phần hạt mài tái chế sao cho đủ khối lượng ban đầu để duy trì quá trình cắt. Với hỗn hợp hạt mài tái chế các cỡ từ >90; >106; >125; >150 ta sẽ phải bù thêm một lượng hạt mài mới sao cho khối lượng đảm bảo 100%. Sau đó trộn đều hỗn hợp hạt mài tái chế và hạt mới. Bảng 3 5 Tỷ lệ v l ợng h t m i m i ổ sung thêm v o h t m i tái hế Lượng Hạt mài Lượng Cỡ hạt hạt mới Mẫu tái chế hạt mới mài (µm) bù (%) bù (%) (kg) 1 >150 54.99 45.01 11.25 2 >125 61.45 38.55 9.64 3 >106 66.63 33.37 8.34 4 >90 71.03 28.97 7.24 Khi có thêm lượng hạt mới bổ sung vào kích thước trung bình của hỗn hợp hạt sẽ thay đổi dẫn tới khả năng cắt, chất lượng cắt sẽ thay đổi theo. Do đó cần nghiên cứu thực nghiệm để xác định ảnh hưởng này. 3.3. Khả n ng cắt của hạt mài bù tái chế Năng suất cắt được xác định bởi thể tích vật liệu bị bóc tách trên một đơn vị thời gian. Mặt khác, thể tích vật liệu bị bóc tách được xác định thông qua chiều sâu cắt và bề rộng rãnh cắt. Tuy nhiên, bề rộng rãnh cắt không có ý nghĩa nhiều đến hiệu quả cắt gọt do đó hiệu quả cắt gọt phụ thuộc nhiều nhất ở chiều sâu cắt. Vì vậy, chiều sâu cắt lớn nhất - hmax (mm) là đại lượng được lựa chọn để nghiên cứu đánh giá khả năng cắt của tia nước hạt mài. -14Trong phần này, hạt mài bù tái chế với các cỡ hạt khác nhau và hạt mài mới được sử dụng để cắt với cùng các thông số quá trình để xác định khả năng cắt của hạt mài bù tái chế so với hạt mới. Qua đó, kích thước hạt tối ưu khi tái chế và bù tái chế hạt mài Supreme garnet #80 sẽ được xác định. 3.3.1. Thiết l p các thông số cho thí nghiệm. Thiết lập cho thí nghiệm được miêu tả trong hình 3.7 và được thực hiện trên máy cắt tia nước model 50HP IPL của Công ty cổ phần TNHH Phúc Sinh Phôi cắt thí nghiệm để xác định khả năng cắt của hạt mài là thép 45 có dạng hình chêm. Thông số công nghệ cho thí nghiệm như sau : Thông s h t m i : Loại hạt mài: Supreme garnet #80 bù tái chế Điều kiện hạt mài: Khô Thông s vòi phun: ROCTEC©100 WFE 14400 Đường kính lỗ vòi phun: 1,016mm Đường kính lỗ Ofrice: 0,33mm Chiều dài ống hội tụ : 101,6mm Thông s ắt: Áp suất:350 MPa Khoảng cách từ vòi phun tới bề mặt gia công: 5mm Góc giữa vòi phun và bề mặt gia công: 900 Tốc độ dịch chuyển: 90 mm/phút Lưu lượng hạt mài: 5g/s 3.3.2. Xác định kích thước hạt tối ưu cho bù tái chế Từ hình 3.10 ta thấy khả năng cắt của các cỡ hạt mài bù tái chế đều tốt hơn hạt mới. Có thể giải thích nguyên nhân là do kích thước trung bình của hạt mài bù tái chế nhỏ nhỏ hơn của hạt mài mới nên trong cùng một khoảng thời gian số lượng các hạt tham gia bắn phá (cắt) bề mặt phôi sẽ nhiều hơn và dẫn đến thể tích vật liệu phôi bị bóc tách cũng sẽ tăng. Thêm vào đó, hình dáng hạt mài khi vỡ ra cũng có nhiều góc, cạnh sắc hơn (hình 3.11) nên tính cắt của mỗi hạt mài cũng cao hơn. Kết quả này cũng trùng với kết quả trong [3, 11, 12]. Khả năng cắt của hạt mài bù tái chế (-) -15- Các cỡ hạt mài (µm) Độ nhám bề mặt Ra (µm) Hình 3 10 Khả năng ắt h tm i ù Kết quả thí nghiệm (xem tái hìnhhế3.10) cho thấy hạt bù tái chế cắt tốt hơn hạt mới từ 4 đến 8%. Từ hình 3.10 cũng thấy rằng, cỡ hạt tối ưu để bù tái chế là >125µm vì chúng cho khả năng cắt cao nhất (cao hơn 8% so với hạt mới). Ngoài ra, theo kết quả trên bảng 3.6, với cỡ hạt này khả năng tái chế đạt khá cao 61.45% và do đó tiết kiệm được lượng hạt mới bù thêm (38.55%). 3.4. Chất lượng cắt của hạt mài bù tái chế. 3.4.1. Thiết l p các thông số cho thí nghiệm. Các thiết lập thí nghiệm để đánh giá độ nhám bề mặt khi cắt bằng hạt mài tái chế và bù tái chế tương tự như thí nghiệm trong phần 3.3. Điểm khác biệt là phôi thí nghiệm là hợp kim nhôm Al6061-T6 (thành phần hóa học trong bảng 3.7) để sau khi cắt không bị gỉ và dễ đo độ nhám; tiết diện phôi hình chữ nhật 20x60 mm. 3.4.2. Kết quả và thảo lu n 5 6 7 Lưu lượng (g/s) Hình 3 13 Ảnh h ởng l u l ợng h t m i v lo i h t m i đến độ nhám ề mặt khi đo á h mặt trên 2mm Độ nhám bề mặt Ra (µm) -16- 6 7 Lưu lượng (g/s) 5 Hình 3 14 Ảnh h ởng l u l ợng h t m i v lo i h t m i đến độ nhám ề mặt khi đo á h mặt trên 10mm Kết quả đo độ nhám được trình bày trên hình 3.13 (khi đo cách mặt trên 2 mm) và trên hình 3.14 (khi đo cách mặt trên 10 mm). Từ các kết quả ta thấy độ nhám bề mặt giảm khi tăng lưu 6 hơn 6 (g/s) 7 độ nhám lượng hạt mài. Tuy nhiên với5 lưu lượng lớn hầu như không giảm ở cả hạt mài bù tái chế và hạt mới. Như vậy giá trị lưu lượng hạt mài 6g/s là giá trị hợp lý nhằm đạt độ nhám bề mặt nhỏ nhất khi cắt bằng hạt mài bù tái chế. Sở dĩ như vậy là vì kích thước trung bình của hạt mài bù tái chế nhỏ hơn kích thước hạt mài mới. Hình 3.14 cho ta thấy khi lưu lượng tăng đến 7 (g/s) kết quả độ nhám bề mặt khi cắt của các loại hạt gần giống nhau. Tại lưu lượng 6 (g/s) độ nhám khi cắt bằng hạt tái chế và bù tái chế gần như nhau. Điều này nghĩa là tại vùng cắt thô (phần thứ hai) độ nhám bề mặt gần như không thay đổi và không phụ thuộc vào cỡ hạt mài. 3.5. Kết lu n chương 3 - Đầu tiên khả năng tái chế của hạt mài Supreme garnet đã được nghiên cứu: hạt mài Supreme garnet có khả năng tái chế tốt. - Khả năng cắt của hạt mài tái chế đã được nghiên cứu: hạt mài bù tái chế đều có khả năng cắt cao hơn hạt mới. Trong đó với kích thước >125µm là kích thước hạt tối ưu cho hạt mài bù tái chế vì, nó có khả năng cắt cao nhất (cao hơn hạt mới 8%). Khi -17đó lượng hạt mài tái được là 61.45% và lượng hạt mài mới cần bổ sung thêm là 38.55%. - Ảnh hưởng của lưu lượng hạt mài và loại hạt mài (bù tái chế và hạt mới) tới chất lượng cắt cũng được phân tích. Chất lượng cắt của hạt mài tái chế và bù tái chế đều tốt hơn hạt mới. - Lưu lượng hạt mài được khuyến cáo nên sử dụng là 6 g/s sẽ cho chất lượng bề mặt tốt nhất. -18KẾT LUẬN VÀ CÁC KIẾN NGHỊ CHUNG Đề tài nghiên sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định khả năng tái chế, phương pháp bù tái chế, khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài Supreme garnet. Chương này tác giả đưa ra kết luận chính của đề tài đồng thời đề xuất những hướng nghiên cứu tiếp theo. 1. Kết lu n của lu n v n. + Khả năng tái chế của hạt mài Supreme garnet đã được khảo sát: hạt mài Supreme garnet có khả năng tái chế tốt. Có thể tái chế chúng với tỷ lệ 66.63%, 61.45% và 54.99% tương ứng khi tái chế hạt mài với các kích thước hạt >106, >125 và >150µm. + Khả năng cắt của hạt mài tái bù tái chế được nghiên cứu; qua đó đã xác định được kích thước hạt tối ưu cho hạt hạt mài bù tái chế - Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng cắt của hạt mài bù tái chế cao hơn hạt mài mới từ 4% đến 8% với mọi cỡ hạt - Cỡ hạt >125µm là kích thước hạt tối ưu cho hạt mài bù tái chế vì với kích thước này khả năng cắt của hạt mài bù tái chế là lớn nhất (cao hơn 8% so với khả năng cắt của hạt mới). + Cắt bằng hạt mài bù tái chế cho chất lượng bề mặt tốt (độ nhám bề mặt nhỏ hơn) hơn khi cắt bằng hạt mài mới 2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp Để các nghiên cứu về bù tái chế hạt mài Supreme garnet trong gia công tia nước có hạt mài được hoàn thiện, một số đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo về lĩnh vực này như sau: - Nghiên cứu tái chế, bù tái chế cho các loại hạt mài khác như: Nhôm oxit -Al2O3, Cacbide silic – SiC, Corindum… Vi cho tới nay chưa có nghiên cứu về các loại hạt mài này. - Nghiên cứu đánh giá hiệu quả kinh tế khi tái chế, bù tái chế hạt mài Supreme garnet. - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị tái chế hạt mài phù hợp với điều kiện Việt Nam -19TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Flow International Corporation, truy cập ngày 15/10/2011. http://www.flowwaterjet.com/en/waterjet-technology/ history.aspx [2]. Nguyễn Đức Minh (2005), “Nghiên ứu công nghệ cắt bằng ti n c (áp suất đến 4000 B r)”, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Viện máy dụng cụ công nghiệp. [3]. Vu Ngoc Pi (2008), “ erform n e Enh n ement of A r sive W terjet Cutting” PhD Thesis, TU Delft, The Netherlands. [4]. Gonfiotti. P (2006), “Investigation on GMA garnet recycling in Abrasive Water Jet Cutting”, Master Thesis, Facoltà di Ingegneria – Università di Pisa, Italia. [5]. Hoogstrate, A.M., Pi, V.N. and Karpuschewski, B. (2006) „Energy efficiency of abrasive waterjet cutting beyond 400 MPa‟, HR‟s Conference 2006, Gdansk, Poland, pp.251– 264. [6]. Momber. A, (2008), “Bl st Cle ning Te hnology” Springer. [7]. Nominal Dimensions of Standard Sieve, http://www.coleparmer.com, truy cập ngày 15/10/2011. [8]. Công ty đá mài Hải Dương, Bảng ph n nhóm k h th h t theo ỡ h t m i [9]. Trần Anh Quân (2003), “Nghiên cứu công nghệ tia nước áp suất cao trong công nghiệp làm sạch”. Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Viện máy dụng cụ công nghiệp. [10]. Supremegarnet company website, http://www.supremegarnet.com, truy cập ngày 15/10/2010 [11]. abu. M. K, Krishnaiah Chetty.O.V (2002), “Studies on recharging of abrasives in abrasive water jet machining”, Int. journal of Advanced Manufacturing Technology, (19) pp 697-703. [12]. abu. M. K, Krishnaiah Chetty.O.V (2003), “A study on recycling of abrasives in abrasive water jet machining”, Wear 254, pp 763-773. -20[13]. Galecki, G. and Mazurkiewicz, M. (1987) „Hydro-abrasive cutting head – energy transfer efficiency‟, Proceedings of 4th American Waterjet Conference, New York, pp.172-177. [14]. Louis. H, Meier. G. and Ohlsen. J (1995) “Analysis of the process output in abrasive water jet cutting”, 8th American Water Jet Conference, August 26–29, Houston, Texas, pp.137–151. [15]. Labus, T.J., Neusen, K.F., Alberts, D.G. and Gores, T.J. (1991) „Factors influencing the particle size distribution in an abrasive waterjet‟, Journal of Engineering for Industry, Vol. 113, pp.402–411. [16]. Ohlsen,.J (1997) „Recycling von Feststoffen beim Wasserabrasivestrahlverfahren‟, VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 15, Nr. 175. [17]. Momber, A.W. and Kovacevic, R. (1998) “Principle of Abrasive Water Jet Machining”, Springer-Verlag, London. [18]. Guo. N.S, Louis. H, Meier. et al (1992), “Recycling capacity of abrasives in abrasive water jet cutting”, In: Lichtarowicz A, Jet Cutting Technology, Kluwer Acad. Publ, Dordrecht, pp503-523. [19]. Trần Văn Địch, Ngô Trí Phúc (2006), Sổ tay Thép thế gi i, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội. [20]. Nguyễn Văn Kiền (2010), “T nh toán thiết kế, chế t o máy sàng phân lo i cỡ h t m i” Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học KTCN – ĐH Thái Nguyên. [21]. Endecotts website, (truy cập ngày 15/10/2011) http://www.endecotts.com/products/sieves.aspx, [22]. Vu Ngoc Pi, A.M. Hoogstrate (2006), “Cost Calculation for abrasive recycling and for abrasive comparing for abrasive waterjet (AWJ) cutting systems”, Proceedings of ICOMAST2006, International Conference on Manufacturing Science and Technology, Melaka, Malaysia, pp 436 [23]. Vu Ngoc Pi, P. Gilfiotti, A.M. Hoogstrate, B. Karpuschewski (2009), “A new study on abrasive recycling and recharging in Abrasive Waterjet (AWJ) Machining”,