GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh Tiểu luận gia công cơ khí " Gia công bằng tia nước có hạt mài " GVHD: ao Quang Kờ SVTH: Nguyờn Vn Anh Mc lc Tiu lun gia cụng c khớ " Gia cụng bng tia nc co ht mi " 1 Mc lc 2 I, T VN . Trong bi cnh phỏt trin mnh m ca ngnh cụng ngh vt liu nh hin nay, thỡ hng lot cỏc loi vt liu mi vi cỏc c tớnh c bit v c tớnh tt ó c ra i ( hp kim cng, ceramic,compozit, vt liu tng hp) v c ng dng ngy cng rng rói vo thc t cuc sng.Mt khỏc cỏc yờu cu v kt cu cỏc chi tit ngy cng phc tp v yờu cu v cht lng ngy cng cao. Hn na võn ờ vờ hiờu qua kinh tờ ky thuõt khi gia cụng cac loai võt liờu mi cung c t lờn hang õu. Tuy nhiờn, cỏc phng phỏp gia cụng truyn thng (tin, phay, bo, Khoeựt, Doa, Maứi, Xoùc, Chuoỏt,.) li khụng th ỏp ng c yờu cu gia cụng cỏc loi vt liu ny; Chớnh vỡ th, vn gia cụng cỏc loi vt liu mi cng l mt vn luụn luụn song hnh vi s phỏt trin ú. GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh Để đáp ứng yêu cầu gia công các loại vật liệu mới này thì hàng loạt các phương pháp gia công mới được ra đời. Một trong những phương pháp này là: “ Gia công bằng tia nước có hạt mài ”. Đây là một phương pháp gia công đặc biệt được đánh giá là có nhiều ưu điểm và đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế: trong gia công cơ khí, công nghệ thực phẩm… với phương pháp gia công này thì chúng ta có thể gia công đươc những vật liệu phức tạp mà vẫn đạt được độ chính xác cao và đạt được hiệu quả kinh tế khi gia công. II, Nội dung phương pháp gia công bằng tia nước có hạt mài. Để biết được phương pháp gia công bằng tia nước có hạt mài như thế nào thì trước hết ta cần phải biết được phương pháp gia công bằng tia nước trước. Ta đi định nghĩa phương pháp gia công bằng tia nước: Gia công bằng tia nước (Water Jet Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nước ở áp suất cao để gia công vật liệu. Vết cắt hoặc rãnh có độ rộng xấp xỉ 1mm. Đường kính lỗ nhỏ nhất có thể cắt được là 1,5mm. Phương pháp này còn được gọi là gia công bằng thuỷ động lực học. Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 1. GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh 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 (thường từ 100 - 400 MPa), 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. 1. Nguyên lý gia công tia nước có hạt mài: Để tăng khả năng cắt bằng tia nước nhằm cắt các vật liệu cứng như thép, thủy tinh, bê tông hay vật liệu composite…người ta thêm vào tia nước những hạt mài. Vì thế phương pháp này được gọi là gia công tia nước có hạt mài. Nguyên lý của phương pháp này cũng như gia công tia nước, nhưng khác ở chỗ trong quá trình hình thành tia nước áp suất cao thì cho thêm vào dòng hạt mài. Vận tốc rất cao của dòng tia khi đi qua lỗ phun sẽ tạo chân không để hút các hạt mài từ ống chứa hạt mài, sau đó, hạt mài sẽ trộn với nước trong ống trộn. Việc cấp hạt mài trong quá trình gia công quyết định năng suất gia công. 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 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 Al 2 O 3 , SiO 2 và garnet, các cỡ khoảng từ 60:100. Lượng hạt mài được thêm vào trong tia nước xấp xỉ khoảng 0,3kg/phút sau khi thoát ra vòi phun. Áp suất nước trong gia công bằng tia nước có hạt mài giống trong gia công bằng tia nước. Khoảng cách cho phép phải ít hơn để giảm đến mức tối thiểu hiệu GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh 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. Phương pháp gia công tia nước hay tia nước có hạt mài có thể sử dụng thay thế cho các PPGC tia laser hay tia plasma nếu cầu không có ảnh hưởng nhiệt đường cắt vật liệu. 2. Các thông số cơ bản và thiết bị: Các thông số cần chú ý khi gia công tia nước có hạt mài: - Tỷ lệ cấp hạt mài - Đường kính ống trộn - Đường kính miệng vòi phun - Áp suất nước trong vòi - Khả năng cắt vật liệu - Chiều dày chi tiết - Chất lượng cần gia công - Công suất máy bơm - Biên dạng hình học cần gia công Các bộ phận chính của một thiết bị gia công tia nước có hạt mài cũng giống như gia công tia nước, bao gồm các bộ phận chính sau: - Bộ lọc: làm sạch nước để tăng tuổi thọ hệ thống - Bộ tăng áp: tăng áp lực của nước - Bộ phận phân phối nước: đường ống, khớp nối và ác bộ phận phân phối nước tăng áp. - Đầu trộn: trộn nước áp lực cao và hạt mài - Đầu cắt: dẫn hướng tia nước - Dàn máy NC: định vị đầu cắt - Bộ phận thu gom nước đã phun GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh Hình 2.47: Sơ đồ nguyên lí gia công bằng tia nước có hạt mài Sự chuẩn bị nước –bộ lọc: Yêu cầu về thành phần của nước: đòi hỏi phải có một chất lượng nhất định, phải đảm bảo các chỉ tiêu về thành phần hóa học cũng như độ tinh khiết của nước. Các nguồn nước khác nhau có chất lượng khác nhau. Thông thường, nguồn nước sử dụng cho hệ thống cắt là nguồn nước uống.tuy nhiên nhiều lúc cũng phải sử dụng bộ lọc trong hệ thống nhằm loại bỏ những phần tử cực nhỏ có khả năng gây hại cho hệ thống vòi phun và các bộ phận cao áp. Lưu lượng là 1 gallon mỗi phút tại áp lực vòi thông thường. GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh Thực tế cho thấy rằng với bộ lọc sợi 5mF được lắp trên máy đã không bị ăn mòn sau sáu tháng vận hành. Trong những tình huống này, những sự thay đổi nhỏ tính chất hóa học của nước cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự chống mài mòn của một số bộ phận trong bơm. Sự có mặt của một lượng nhỏ vật liệu rắn trong hạt mài có thể gây nên sự mài mòn nhanh chóng vòi phun và những điểm khác trong hệ thống nơi mà tốc độ tia nước cao. Thêm vào đó, một số chất rắn hòa tan có thể bám vào lỗ vòi phun, dẫn tới sự bao vây dần dần lỗ vòi phun làm giảm hiệu suất phun. Trên hệ thống phải có một bơm dùng để dẫn nước qua các bộ lọc 10mF,1mF,0.5mF. Nhiều nơi nguồn nước không thỏa mãn các yêu cầu trên. Nếu nguồn nước cung cấp không thỏa đáng thì thiết bị sẽ xảy ra sự cố. Ví dụ, nếu lượng CaCO 3 trong nước quá cao, nó sẽ kết tủa bên trong vòi phun. Có một vài phương pháp xử lý nước khi sử dụng. Đơn giản nhất là làm mềm nước như nước sử dụng trong gia đình. Phương pháp thứ 2 là thẩm thấu ngược bằng cách sử dụng màng mỏng rất mịn những tạp chất ở kích thước phân tử. Phương pháp thứ 3 là khử ion hóa hệ thống dẫn nước làm cho các ion âm như clorua,sunfate được thay thế bằng ion hydroxyl và các ion dương như canxi, natri được thay thế bởi hydro. GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh Hệ thống bơm tăng áp Hình 2.48: Hệ thống bơm tăng áp Cũng giống như thiết bị gia công tia nước, hệ thống bơm tăng áp dùng để tạo dòng nước áp suất cao phải liên tục. Thường dùng loại bơm piston tăng áp hai tác dụng kiểu thủy lực hơn là loại bơm kiểu trục khuỷu vì áp suất nước sinh ra của bơm piston lớn. Thông thường 40,000:345,000kPa. Kinh nghiệm cho thấy, gia công tia nước có hạt mài không thật sự cần đủ áp suất 60.000psi cyar bơm tăng áp. Hạt mài thực hiện việc cắt gọt trong khi nước đóng vai trò là môi trường để mang hạt mài xuyên qua chi tiết. Ngày nay bơm kiểu trục khuỷu dạt áp suất 55,000psi. Vì nó đáp ứng được yêu cầu trên, nên ngày càng nhiều máy sử dụng loại bơm này được tung ra thị trường. GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh Đường ống, khớp nối và các bộ phận phối nước tăng áp: Bộ phận này nằm giữa bộ tích và đầu di động. Yêu cầu kích thước của hệ thống này phải thay đổi được. Ở áp suất thấp thì có thể sử dụng các vòi cao su, tuy nhiên các ống thép cuộn bằng thép không gỉ thường được sử dụng hơn. Các van lưu lượng cũng được dùng để giảm khả năng hư hại. Đầu trộn: Hình 2.49: Hình dáng bên ngoài của đầu trộn và vòi phun. - Đầu trộn dùng để trộn nước và hạt mài đồng thời cũng để tập trung dòng nước để cắt. Đầu trộn là nơi mà vòi phun nước nối đầu nạp hạt mài, buồng trộn và miệng vòi phun hỗn hợp. Có ba loại trộn đầu. GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh - Loại thứ nhất: Có đầu nạp mài ở bên hông, vòi phun nước đồng trục với miệng vòi phun hỗn hợp. Loại này có cấu tạo đơn giản nhưng chất lượng hòa trộn hỗn hợp kém. Nguyên nhân là do profile vận tốc trong thiết diện ngang của dòng tia không đồng bộ và vì thế các phần tử hạt mài sẽ có khuynh hướng rơi vào sát thành của dòng tia, ở đây vận tốc chậm nhất. - Loại thứ hai: Hạt mài được nạp vào từ trung tâm, nước nạp vào từ xung quanh. Loại này, chất lượng hòa trộn tốt nhưng khó chế tạo hơn loại kia. Với hai loại này, hạt mài được cấp vòa nhờ trọng lượng của nó. - Loại thứ ba: Hạt mài được cấp vào từ hai bên nhờ khí nén. Ống hòa trộn thường được làm bằng các bít vonfram hoặc những loại vật liệu tương tự. Mục đích của việc giảm thiết diện ngang vòi phun tia nước có hạt mài là để tập trung dòng tia trước khi ra khỏi vòi. Như vậy tất cả các phần tử hạt mài cùng tốc độ bay đến chi tiết GC. Tuy nhiên một phần năng lượng sẽ bị mất đi do hạt mài va chạm vào thành ống chuẩn trực. Có một vài vấn đề trong buồng hòa trộn. Trong khi hòa trộn, do bị tác động bởi dòng nước áp lực cao trong buồng hòa trộn nên các hạt mài bị giảm kích thước. Sự hòa trộn của các phần tử hạt mài trong dòng tia không đồng đều. Do tâm dòng tia là vùng có tốc độ cao nên hầu hết các hạt mài ở vùng biên của dòng tia, một số ít ở tâm. Như vậy khả năng cắt thật sự của dòng tia chủ yếu là ở bề mặt ngoài. [...]... truyền thống như phương pháp cắt bằng tiện hay cắt bằng tia plasma, tia laser, tia lửa điện Tia nước và hạt mài có thể dùng để cắt các vật liệu tưỏng chừng như không thể gia công bằng những PPGC thông thường được - Những thuận lợi của phương pháp gia công này vượt ra xa sự cạnh tranh về giá cả so với kĩ thuật gia công khác Gia công bằng tia nước có hạt mài cho phép gia công những bề mặt khó khăn và... pháp 2: Dùng đầu đa trục để khi gia công, đầu có thể nghiêng thích hợp với mỗi công đoạn gia công và có thể bù lượng hạt mài cần thiết khi gia công Tuy nhiên, công việc này cũng đòi hỏi chi phí cao và phức tạp Gia i pháp 3: Dùng một bộ điều khiển được dùng thiết kế thích hợp cho gia công bằng tia nước hoặc băng tia nước có hạt mài Hãng Omax Corporation’s... lệ cấp hạt mài và vận tốc gia công Hiện tượng trễ khi gia công thường xảy ra, chúng không nghiêm trọng khi gia công đường thẳng, nhưng khi gia công đường cong hay góc phải gia m vận tốc để hạt mài tác động lên bề mặt gia công và hạt mài ra khỏi vòi được coi là cùng lúc Có một số gia i pháp điều khiển được quá trình gia công: Gia i pháp 1: cách tiếp cận... kiến trúc nghệ thuật …có thể gia công với độ chính xác ngang hoặc cao hơn các phương pháp cũ Bởi vì quá trình gia công này sử dụng phần mềm CAD do đó có khả năng gia công và lặp lại mà các phương pháp khác không có - Gia công bằng tia nước có hạt mài có thể gia công các vật liệu tổng hợp, nhựa mà không gặp các sai số do nhiệt, hoặc có sự xuống cấp của các chi tiết cơ khí Không phải trả chi phí cho... nêu ở trên, việc chia nhỏ các bước gia công theo từng phần riêng biệt theo hình dáng gia công của chi tiết như độ cong, góc và ứng với mỗi phần Khi gia công phải cung cấp thông tin cho máy tính như chất lượng đường cắt, vật liệu gia công, độ day của vật liệu gia công …từ đó máy sẽ đưa ra PPGC và tọa ra gia i pháp chạy dao Gia i pháp này sẽ đưa ra tỷ lệ cấp... 2.97%;MgO 12.35% 8-9 Mohs Dễ vỡ vụn đến dai Sắc, có góc, không đều Dễ cán mỏng, mặt vỡ không đều Đỏ đến hồng Mờ 3.9g/cm3+4.1 g/cm3 1.83 1.3150C Nhẹ Trơ Hình 2.26: Hình dạng của một số hạt mài 3 Các thông số công nghệ và khả năng công nghệ: 3.1 Các thông số công nghệ cơ bản của quá trình cắt: Áp suất tia nước Đường kính tia nước Tốc độ của dòng tia lên đến 285 fps (1950 m/ph), khoảng 2,5 lần... tốc đủ chậm để gia công goc hay độ thích hợp Điều này nâng cao chi phí nhưng có thể tạo được chi tiết Gc như ý muốn GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh - Cách khác, điều khiển bằng tay trong khi gia công tiến đến gần góc gia công, gia m tỷ cấp hạt, khi qua góc gia công, tăng lên lại Công việc này đòi hỏi phải kiên nhẫn và kinh nghiệm Gia i pháp 2: Dùng... thì có hai khả năng logic Một là vòi phun có thể chuyển động trên chi tiết nhờ vpaf một gia n chuyển động, trong khi đó chi tiết được giữ cố định Khả năng thứ 2 là đầu phun được cố định còn chi tiết chuyển động dưới đầu phun Cả hai khả năng đều đáng tin cậy Các phương pháp điều khiển quá trình gia công tia nước: Khi gia công bằng gia công tia nước có. .. năm nay, công ty JetCut đã thử nghiệm gia công bằng tia nước một số vật liệu với chiều dày được thể hiện ở bảng 2.12 Vật liệu Thép cacbon Thép không gỉ titanium nhôm Đồng, đồng thau Nhựa Đá cẩm thạch Granite và thủy tinh Chều dày (mm) Tối thiểu 0,254 0,127 0,254 1,524 0,254 1,524 6,35 6,35 Tối đa 76,2 50,8 76,2 76,2 76,2 76,2 76,2 76,2 Bảng 2.12 chiều dày của vật liệu có thể gia công bằng tia nước Máy... pháp gia công lạnh Độ nhám bề mặt có thể tốt như các phương pháp gia công truyền thống Lực cắt không đáng kể, vì thế có rất ít hoặc không có Chi phí thấp; trung tâm AWJM sử dụng file DXF sẵn có ( hoặc bản vẽ CAD khác ) Không tốn chi phí cho khuôn, đồ gá hay không yêu cầu chương trình CNC phức tạp, tỉ mỉ GVHD: Đào Quang Kế SVTH: Nguyễn Văn Anh Hình 2.67: Một số chi tiết gia công bằng tia nước có hạt . Nguyễn Văn Anh Tiểu luận gia công cơ khí " Gia công bằng tia nước có hạt mài " GVHD: ao Quang Kờ SVTH: Nguyờn Vn Anh Mc lc Tiu lun gia cụng c khớ " Gia cụng bng tia nc co ht. phương pháp gia công bằng tia nước trước. Ta đi định nghĩa phương pháp gia công bằng tia nước: Gia công bằng tia nước (Water Jet Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nước ở áp suất. quá trình gia công tia nước: Khi gia công bằng gia công tia nước có hạt mài, cần phải chú ý tỷ lệ cấp hạt mài và vận tốc gia công. Hiện tượng trễ khi gia công thường