Công nghệ cắt bằng tia nước, áp suất cao đã ra đời và khắc phục được các hạn chế của các phương pháp gia công khác. Việc nghiên cứu các thông số công nghệ như áp suất làm việc, lưu lượng hạt mài, tốc độ dịch chuyển... có ý nghĩa quan trọng. Trong bài viết này, tác giả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển đến chất lượng mạch cắt khi sử dụng công nghệ tia nước trộn hạt mài.
Trang 1NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DỊCH CHUYỂN ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠCH CẮT KHI CẮT BẰNG TIA
NƯỚC ÁP SUẤT CAO TRỘN HẠT MÀI
RESEARCH OF IMPACT OF TRANSITION TO SPEED
SERVICES WHEN CUTTING CIRCUIT QUALITY
WATERJET CUTTING HIGH PRESSURE GRINDING
GRAIN MIX
Trần Hải Đăng, Nguyễn Danh Đạo, Mạc Thị Nguyên
Email: dangctts@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ
Ngày nhận bài: 15/6/2018 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 18/9/2018
Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018
Tóm tắt
Những năm gần đây, công nghệ vật liệu đã tạo ra nhiều loại vật liệu mới có nhiều tính năng (cơ tính,
lý tính, độ bền, độ cứng, độ dẻo cao…), việc gia công chế tạo những vật liệu này gặp nhiều khó khăn, hạn chế như: năng suất, chất lượng, giá thành và đặc biệt là ảnh hưởng nhiều đến cơ lý tính của vật liệu cơ bản Công nghệ cắt bằng tia nước, áp suất cao đã ra đời và khắc phục được các hạn chế của các phương pháp gia công khác Việc nghiên cứu các thông số công nghệ như áp suất làm việc, lưu lượng hạt mài, tốc độ dịch chuyển có ý nghĩa quan trọng Trong bài báo này, tác giả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển đến chất lượng mạch cắt khi sử dụng công nghệ tia nước trộn hạt mài
Từ khóa: Tia nước trộn hạt mài; hạt mài; tia nước áp suất cao.
Abstract
In recent years, materials technology has created many new materials with many features (mechanical, physical, strength, hardness, high ductility, etc), the processing and manufacturing materials the difficulties, limitations such as productivity, quality, cost, etc and especially affect the mechanical properties of the basic materials Waterjet cutting technology, has launched a high pressure and overcome the limitations
of other processing methods The study of technological parameters such as working pressure, abrasive flow, speed of movement, etc has important implications In this paper the authors studied experimentally the influence of speed quality circuit shifts to cut when using mixed technology abrasive waterjet
Keywords: Mixing abrasive waterjet; abrasive grain; high-pressure water jet.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trên thế giới, công nghệ cắt bằng tia nước áp
suất cao trộn hạt mài đã được nghiên cứu, phát
triển và ứng dụng nhiều, tập trung chủ yếu ở các
nước phát triển như: Đức, Mỹ, Pháp, Nhật Bản
Công nghệ này sử dụng năng lượng của nước
khi được nén với áp suất cao, việc bổ sung hạt
mài vào tia nước đã nâng cao hiệu quả cắt của tia
nước và được áp dụng vào gia công cắt gọt với
tất cả mọi vật liệu và không làm ảnh hưởng đến
tích chất cơ lý của vật liệu [1, 2, 3, 4] Đã có nhiều
nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ như ảnh hưởng áp suất làm việc, đường kính vòi phun, hạt mài, lưu lượng hạt mài, tốc độ dịch chuyển, khoảng cách cắt, góc cắt [5] Tốc độ dịch chuyển có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất cắt, chất lượng mạch cắt (độ nhám bề mặt), việc nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ có ý nghĩa rất lớn trong thực tế sản xuất
2 VẬT LIỆU, THIẾT BỊ 2.1 Vật liệu
Vật liệu thực nghiệm là thép không rỉ mác SUS
316, tính chất cơ lý của vật liệu trong bảng 1
Người phản biện: 1 PGS TS Nguyễn Đắc Trung
2 TS Lê Trung Kiên
Trang 2Bảng 1 Đặc tính cơ lý của thép INOX mác SUS 316
Trong sản xuất công nghiệp, chiều dày các chi tiết
inox thường dùng chủ yếu từ 0,8 đến 18 mm Tác
giả chọn chiều dày phôi trong thí nghiệm là 18 mm
2.2 Thiết bị
Thí nghiệm được thiết kế dựa trên hệ thống thiết
bị cắt bằng tia nước áp suất cao hiện nay có tại Phòng thí nghiệm tia nước của Trung tâm các Công nghệ đặc biệt thuộc Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp
Thiết bị tạo áp của hãng Böhler – CHLB Đức với các thông số kỹ thuật chính cho trong bảng 2
Bảng 2 Thông số kỹ thuật của bơm cao áp DYNATRONIC 424
Thông số chung
Bộ cao áp
Bộ thấp áp
Hình 1 Hình ảnh bơm cao áp DYNATRONIC 424
Trong thí nghiệm, tác giả lựa chọn áp suất làm
việc là 300 MPa - Cụm cắt và điều khiển đồng bộ
của hãng KLETT - CHLB Đức với các thông số kỹ thuật chính cho trong bảng 3
Trang 3Bảng 3 Thụng số kỹ thuật của bàn cắt KWS2010
Hỡnh 2 Cụm cắt và điều khiển đồng bộ
Cụm cấp hạt mài của hóng Mitsubishi – Nhật bản
Hỡnh 3 Hỡnh ảnh cụm cấp hạt mài
3 THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ
DỊCH CHUYỂN
Cỏc thụng số thớ nghiệm trong bảng 4
Bảng 4 Bảng thụng số thớ nghiợ̀m
Áp suất làm việc (p) MPa 300
Lưu lượng hạt mài (mhm) g/s 12,9
Thực hiện năm thớ nghiệm với năm tốc độ cắt v khỏc nhau: v1 = 15 mm/ph; v2 = 30 mm/ph; v3 = 45 mm/ph; v4 = 60 mm/ph; v5 = 75 mm/ph (hỡnh 4)
Hỡnh 4 Hỡnh dạng, kớch thước phụi và vị trớ
cỏc đường cắt
Tiến hành đo chiều sõu vựng nhẵn trờn năm mẫu cắt được bằng thước lỏ, ranh giới giữa vựng nhẵn
và vựng cú đường sọc được xỏc định bằng mắt thường (hỡnh 5)
h 0
60
Hướng dịch chuyển
Vùng nhẵn bóng Vùng có đường sọc
Hỡnh 5 Mụ tả vựng nhẵn và vựng cú đường sọc
trờn bề mặt mạch cắt
4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Sau khi cắt, tiến hành đo chiều sõu vựng nhẵn trờn cỏc mẫu bằng thước lỏ, đo độ nhỏm bề mặt cắt Rz trờn mỏy đo quang học Việc đo lấy kết quả được thực hiện trờn cỏc đường đồng mức với mỗi mẫu thớ nghiệm, cỏc đường đồng mức cỏch nhau
4 mm tớnh từ mặt tia nước bắt đầu cắt phộp đo chỉ thực hiện ở vựng nhẵn
Trang 4Hình 6 biểu diễn ảnh chụp các mạch cắt ở các tốc
độ dịch chuyển khác nhau
Hình 6 Ảnh chụp các mạch cắt ở năm tốc độ
dịch chuyển
Hình 7 biểu diễn bề mạch cắt ở các tốc độ dịch
chuyển khác nhau được quét trên máy Scanner
Mẫu số 1: Tốc độ dịch chuyển v = 15 mm/ph
Mẫu số 2: Tốc độ dịch chuyển v = 30 mm/ph
Mẫu số 3: Tốc độ dịch chuyển v = 45 mm/ph
Mẫu số 4: Tốc độ dịch chuyển v = 60 mm/ph
Mẫu số 5: Tốc độ dịch chuyển v = 75 mm/ph
Hình 7 Ảnh chụp các mạch cắt ở năm tốc độ
dịch chuyển
Kết quả đo chiều sâu vùng nhẵn bóng được ghi trong bảng 5
Bảng 5 Kết quả đo chiều sâu vùng nhẵn bóng
Tốc độ dịch chuyển
Chiều sâu vùng nhẵn bóng h0 (mm) >18 12 9 6 4,5 Năng suất cắt
v x ho (mm 2 /ph) (chính là năng suất cắt vùng nhẵn)
270 360 405 360 337,5
Tiến hành đo độ nhám được thực hiện trên máy
đo quang học, sử dụng cặp vật kính có hệ số khuếch đại E = 0,28 µm/vạch Tiến hành đo độ nhám của các mẫu trên bốn tiết diện khác nhau của mạch cắt, chiều sâu của từng tiết diện đo như sau: h1 = 4 mm; h2 = 8 mm; h3 = 12 mm; h4 = 16
mm (hình 8) Việc đo độ nhám chỉ thực hiện trên vùng bề mặt nhẵn bóng (kết quả đo trong bảng 6)
60
Hình 8 Mô tả vị trí các tiết diện xác định độ
nhám Rz
Bảng 6 Bảng kết quả đo độ nhám Rz
Giá trị Rz (μm)
Tốc độ dịch chuyển
Tiết diện đo
15 mm/ph 8,12 11,984 11,704 10,304
Trang 5-Hình 9 Chiều sâu vùng bề mặt nhẵn phụ thuộc
vào tốc độ dịch chuyển
Hình 10 Năng suất cắt phụ thuộc vào
tốc độ dịch chuyển
Có thể nhận thấy bề mặt mạch cắt chia làm hai
vùng rõ rệt, vùng phía trên nhẵn và vùng phía dưới
có sọc
Càng xuống sâu, động năng của hạt càng yếu và
chúng càng bị đẩy đi lệch hướng về phía sau theo
hướng chuyển động của tia Do đó, các đường
sọc bị cong về phía sau theo hướng chuyển động
của tia và càng xuống sâu thì bán kính cong càng
nhỏ Kết quả này thấy rõ khi quan sát bề mặt cắt
thực trên hình 7
Tốc độ nhỏ thì chiều sâu vùng nhẵn bóng lớn hơn,
tốc độ càng cao thì vùng nhẵn bóng càng nhỏ
Điều này được lý giải do động năng của tia, hay
động năng của hạt mài, sự phân bố động năng
không đều dẫn tới các đường sọc tạo ra trên mặt
cắt Tại vùng phía trên của mạch, hầu hết các hạt
có mức động năng đáng kể để cắt hoặc phá hủy
vật liệu, do đó bề mặt cắt nhẵn, không có đường
sọc Khi hạt tiếp tục đi sâu vào vật liệu, số hạt có động năng trên ngưỡng cắt giảm xuống, những hạt còn đủ mạnh tiếp tục cắt sâu xuống phía dưới, trong khi đó các hạt yếu hơn sẽ đi theo hướng khác, do vậy sẽ tạo ra những đường sọc trên
bề mặt
Trong vùng nhẵn, độ nhám Rz có xu hướng tăng lên khi tốc độ dịch chuyển tăng, tuy nhiên sự thay đổi không đáng kể, giá trị tăng của Rz không vượt quá cấp 1 cấp độ nhám
Kết quả cho thấy với tốc độ V = 15 mm/ph thì chiều sâu vũng nhẵn bóng là lớn nhất và V = 45 mm/ph thì năng suất cắt đạt giá trị lớn nhất
5 KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển khi cắt vật liệu thép không rỉ SUS 316 cho thấy chất lượng mạch cắt phụ thuộc nhiều vào tốc
độ dịch chuyển
- Tốc độ dịch chuyển càng nhỏ thì diện tích mặt nhẵn càng lớn, tuy nhiên năng suất cắt nhỏ
- Tốc độ dịch chuyển càng cao thì diện tích mặt nhẵn càng nhỏ, luôn tồn tại một tốc độ tối ưu cho năng suất cắt lớn nhất
- Rz có xu hướng tăng lên khi tốc độ dịch chuyển tăng, tuy nhiên sự thay đổi không đáng kể, kết quả cho thấy tính công nghệ cao khi cắt bằng tia nước
áp suất cao trộn hạt mài
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Văn Địch (2003) Công nghệ chế tạo máy Nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[3] Đinh Văn Đệ (2013) Các phương pháp gia công đặc biệt Trường Đại học Công nghiệp TP
Hồ Chí Minh.
[4] Trần Ngọc Hưng (2009) Giới thiệu phương pháp trộn hạt mài có áp (Suspension) trong công nghệ cắt bằng tia nước áp suất dưới nước.
[5] Nai – Shun Guo (1994) Schneidprozeβ und Schnittqualität beim Wasserabrasivstrahlschneiden
Dissertation Hanover.