Tiểu luận Gia công bằng tia nước có hạt mài

I, ĐẶT VẤN ĐỀ. Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của ngành cơng nghệ vật liệu như hiện nay, thì hàng loạt các loại vật liệu mới với các đặc tính đặc biệt và cơ tính tốt đã được ra đời ( hợp kim cứng, ceramic,compozit, vật liệu tổng hợp…) và được ứng dụng ngày càng rộng rãi vào thực tế cuộc sống.Mặt khác các yêu cầu về kết cấu các chi tiết ngày càng phức tạp và yêu cầu về chất lượng ngày càng cao. Hơn nữa vấn đề về hiệu quả kinh tế – kỹ thuật khi gia cơng các loại vật liệu mới cũng được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, các phương pháp gia cơng truyền thống (tiện, phay, bào, Khoét, Doa, Mài, Xọc, Chuốt,….) lại khơng thể đáp ứng được yêu cầu gia cơng các loại vật liệu này; Chính vì thế, vấn đề gia cơng các loại vật liệu mới cũng là một vấn đề luơn luơn song hành với sự phát triển đĩ. Để đáp ứng yêu cầu gia cơng các loại vật liệu mới này thì hàng loạt các phương pháp gia cơng mới được ra đời. Một trong những phương pháp này là: “ Gia cơng bằng tia nước có hạt mài ”. Đây là một phương pháp gia cơng đặc biệt được đánh giá là cĩ nhiều ưu điểm và đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế: trong gia cơng cơ khí, cơng nghệ thực phẩm….. với phương pháp gia cơng này thì chúng ta cĩ thể gia cơng đươc những vật liệu phức tạp mà vẫn đạt được độ chính xác cao và đạt được hiệu quả kinh tế khi gia cơng. II, Nợi dung phương pháp gia cơng bằng tia nước có hạt mài. Để biết được phương pháp gia cơng bằng tia nước có hạt mài như thế nào thì trước hết ta cần phải biết được phương pháp gia cơng bằng tia nước trước. Ta đi định nghĩa phương pháp gia cơng bằng tia nước: Gia cơng bằng tia nước (Water Jet Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nước ở áp suất cao để gia cơng vật liệu. Vết cắt hoặc rãnh cĩ độ rộng xấp xỉ 1mm. Đường kính lỗ nhỏ nhất cĩ thể cắt được là 1,5mm. Phương pháp này cịn được gọi là gia cơng bằng thuỷ động lực học. Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 1. Đầu tiên nước từ thùng cấp nước đi qua bộ lọc và hịa trộn. Sau đĩ 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 cĩ 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 cơng nĩ 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 cơng. Vậy tia nước tạo đĩng vai trị như một cái cưa cắt một vết hẹp trên vật liệu. Nguyên lý gia cơng tia nước có hạt mài: Để tăng khả năng cắt bằng tia nước nhằm cắt các vật liệu cứng như thép, thủy tinh, bê tơng hay vật liệu composite…người ta thêm vào tia nước những hạt mài. Vì thế phương pháp này được gọi là gia cơng tia nước có hạt mài. Nguyên lý của phương pháp này cũng như gia cơng tia nước, nhưng khác ở chỡ trong quá trình hình thành tia nước áp suất cao thì cho thêm vào dòng hạt mài. Vận tớc rất cao của dòng tia khi đi qua lỡ phun sẽ tạo chân khơng để hút các hạt mài từ ớng chứa hạt mài, sau đó, hạt mài sẽ trợn với nước trong ớng trợn. Việc cấp hạt mài trong quá trình gia cơng quyết định năng suất gia cơng. Đới với gia cơng tia nước có hạt mài, khi thêm những hạt mài vào tia nước sẽ làm phức tạp quá trình gia cơng vì phải bở sung mợt sớ và những thơng sớ này phải được điều khiển. Những thơng sớ thêm vào cho quá trình là loại hạt mài, cỡ hạt và tớc đợ dòng chảy. Các loại vật liệu hạt mài thường được sử dụng là Al2O3, SiO2 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 cơng bằng tia nước có hạt mài giớng trong gia cơng bằng tia nước. Khoảng cách cho phép phải ít hơn để giảm đến mức tới 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 cơng tia nước. Phương pháp gia cơng tia nước hay tia nước có hạt mài có thể sử dụng thay thế cho các PPGC tia laser hay tia plasma nếu cầu khơng có ảnh hưởng nhiệt đường cắt vật liệu. 2. Các thơng sớ cơ bản và thiết bị: Các thơng sớ cần chú ý khi gia cơng tia nước có hạt mài: Tỷ lệ cấp hạt mài Đường kính ớng trợn Đường kính miệng vòi phun Áp suất nước trong vòi Khả năng cắt vật liệu Chiều dày chi tiết Chất lượng cần gia cơng Cơng suất máy bơm Biên dạng hình học cần gia cơng Các bợ phận chính của mợt thiết bị gia cơng tia nước có hạt mài cũng giớng như gia cơng tia nước, bao gờm các bợ phận chính sau: Bợ lọc: làm sạch nước để tăng tuởi thọ hệ thớng Bợ tăng áp: tăng áp lực của nước Bợ phận phân phới nước: đường ớng, khớp nới và ác bợ phận phân phới nước tăng áp. Đầu trợn: trợn nước áp lực cao và hạt mài Đầu cắt: dẫn hướng tia nước Dàn máy NC: định vị đầu cắt Bợ phận thu gom nước đã phun Hình 2.47: Sơ đồ nguyên lí gia cơng bằng tia nước cĩ hạt mài Sự chuẩn bị nước –bợ lọc: Yêu cầu về thành phần của nước: đòi hỏi phải có mợt chất lượng nhất định, phải đảm bảo các chỉ tiêu về thành phần hóa học cũng như đợ tinh khiết của nước. Các nguờn nước khác nhau có chất lượng khác nhau. Thơng thường, nguờn nước sử dụng cho hệ thớng cắt là nguờn nước uớng.tuy nhiên nhiều lúc cũng phải sử dụng bợ lọc trong hệ thớng nhằm loại bỏ những phần tử cực nhỏ có khả năng gây hại cho hệ thớng vòi phun và các bợ phận cao áp. Lưu lượng là 1 gallon mỡi phút tại áp lực vòi thơng thường. Thực tế cho thấy rằng với bợ lọc sợi 5mF được lắp trên máy đã khơng bị ăn mòn sau sáu tháng vận hành. Trong những tình huớng này, những sự thay đởi nhỏ tính chất hóa học của nước cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự chớng mài mòn của mợt sớ bợ phận trong bơm. Sự có mặt của mợt 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 thớng nơi mà tớc đợ tia nước cao. Thêm vào đó, mợt sớ chất rắn hòa tan có thể bám vào lỡ vòi phun, dẫn tới sự bao vây dần dần lỡ vòi phun làm giảm hiệu suất phun. Trên hệ thớng phải có mợt bơm dùng để dẫn nước qua các bợ lọc 10mF,1mF,0.5mF. Nhiều nơi nguờn nước khơng thỏa mãn các yêu cầu trên. Nếu nguờn nước cung cấp khơng thỏa đáng thì thiết bị sẽ xảy ra sự cớ. Ví dụ, nếu lượng CaCO3 trong nước quá cao, nó sẽ kết tủa bên trong vòi phun. Có mợt 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 thớng 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. Hệ thớng bơm tăng áp Hình 2.48: Hệ thống bơm tăng áp Cũng giớng như thiết bị gia cơng tia nước, hệ thớng 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. Thơng thường 40,000:345,000kPa. Kinh nghiệm cho thấy, gia cơng tia nước có hạt mài khơng 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 mơi 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. Đường ớng, khớp nới và các bợ phận phới nước tăng áp: Bợ phận này nằm giữa bợ tích và đầu di đợng. Yêu cầu kích thước của hệ thớng này phải thay đởi được. Ở áp suất thấp thì có thể sử dụng các vòi cao su, tuy nhiên các ớng thép cuợn bằng thép khơng gỉ thường được sử dụng hơn. Các van lưu lượng cũng được dùng để giảm khả năng hư hại. Đầu trợn: Hình 2.49: Hình dáng bên ngồi của đầu trộn và vịi phun. - Đầu trợn dùng để trợn nước và hạt mài đờng thời cũng để tập trung dòng nước để cắt. Đầu trợn là nơi mà vòi phun nước nới đầu nạp hạt mài, buờng trợn và miệng vòi phun hỡn hợp. Có ba loại trợn đầu. - Loại thứ nhất: Có đầu nạp mài ở bên hơng, vòi phun nước đờng trục với miệng vòi phun hỡn hợp. Loại này có cấu tạo đơn giản nhưng chất lượng hòa trợn hỡn hợp kém. Nguyên nhân là do profile vận tớc trong thiết diện ngang của dòng tia khơng đờng bợ và vì thế các phần tử hạt mài sẽ có khuynh hướng rơi vào sát thành của dòng tia, ở đây vận tớc chậm nhất. - Loại thứ hai: Hạt mài được nạp vào từ trung tâm, nước nạp vào từ xung quanh. Loại này, chất lượng hòa trợn tớt 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. Ớng hòa trợn 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 tớc đợ bay đến chi tiết GC. Tuy nhiên mợt phần năng lượng sẽ bị mất đi do hạt mài va chạm vào thành ớng chuẩn trực. Có mợt vài vấn đề trong buờng hòa trợn. Trong khi hòa trợn, do bị tác đợng bởi dòng nước áp lực cao trong buờng hòa trợn nên các hạt mài bị giảm kích thước. Sự hòa trợn của các phần tử hạt mài trong dòng tia khơng đờng đều. Do tâm dòng tia là vùng có tớc đợ cao nên hầu hết các hạt mài ở vùng biên của dòng tia, mợt sớ ít ở tâm. Như vậy khả năng cắt thật sự của dòng tia chủ yếu là ở bề mặt ngoài. Vòi phun: Hình dáng kết cấu của vòi phun phải chịu được áp suất cao và tuân theo nguyên tắc Bernuolli. Khi dòng nước đi ra vòi phun, áp suất hạ đến mức khi quyển và vì vậy năng lượng đợng lực học của dòng chay tăng nghĩa là tớc đợ của dòng chảy tăng. Vì vậy các phần tử hạt mài sẽ được tăng tớc bởi tia nước. Do hạt mài có khới lượng nhất định nên tớc đợ của chúng khơng bằng tớc đợ của tia nước. Tia nước có tớc đợ càng cao thì hạt mài dịch chuyển càng nhanh. Khi đó mợt vòi phun có miệng hình cơn là phù hợp nhất. Có ít nhất hai yêu cầu cho sự tạo hình tia nước. Thứ nhất là để tăng tớc đợ và áp suất của chất lỏng với mục đích tăng tớc cho các phần tử hạt mài, thứ hai là tia nước càng dài, càng thẳng sau khi ra khỏi vòi phun. Giả sử rằng nước vòa từ phía bên trái và ra từ phía bên phải của vòi, đưa đến kết quả là gia tăng tớc đợ của dòng chất lỏng. Mặt nón có góc nghiêng làm giảm diện tích thiết diện ngang của dòng chảy. Sau đó chất lỏng đi vào phần hình trụ có chiều dài từ 2:5 lần đường kính. Vật liệu làm vòi thường làm bằng các bít, ceramic, ruby, kim cương và sapphire, trong đó sapphire là thơng dụng nhất. Đường kính trong của vòi càng nhỏ thì chiều sâu cắt càng lớn, chất lượng cắt càng cao. Đường kính điển hình của các vòi phun là 0,25:0,35. Hiện tại mợt vòi tớt có thể cắt ngang xám dày 0.066inch với tớc đợ 36inch/ph và tấm gang xám dày 0.88inch với tớc đợ 4inch/ph. Phân bớ các pha trong tia nước có hạt mài: Dòng tia nước có hạt mài bao gờm ba pha đó là: các hạt mài, chất lỏng và khơng khí. Thành phần phần trăm mỡi pha phụ thuợc vào khoảng cách tính từ miệng đầu phun. Càng xa đầu phun thì thành phần phần trăm thể tích của khơng khí càng lớn. Lõi tua nước có dạng hình cơn. Tại lỡ vòi phun thì tia nước có đường kính bằng đường kính lỡ của vòi phun, càng ra xa thì đường kính càng giảm. Trong vùng này profile tớc đợ, áp suất và mật đợ khơng thay đởi. Tuy nhiên, vùng này kéo dài mợt đoạn ngắn, sau đó là vùng profile tớc đợ thay đởi, có hình dáng như mợt cái chuơng. Vùng này được gọi là vùng chuyển tiếp. Biên của vùng chuyển tiếp là những đường nước riêng biệt. Trong vùng chuyển tiếp có lẫn khơng khí, làm cho mật đợ dòng tia luơn luơn giảm. Chiều dài của vùng chuyển tiếp khoảng 60:900 lần đường kính lỡ vòi phun. Vùng phía sau vùng chuyển tiếp bao gờm khơng khí và các giọt nước. Hệ thớng phân phới hạt mài: Trước đây hệ thơng phân phới hạt mài rất phức tạp do người ta tin rằng tớc đợ dòng hạt mài cần được điều chỉnh GC các loại vật liệu khác nhau, chiều dày khác nhau. Ngày nay, người ta tiếp cận hệ thớng cung cấp hạt mài đơn giản hơn với mợt tỷ lệ giữa hạt mài với nước cớ định cho mợt dải các loại vật liệu, và chỉ thay đởi tớc đợ cắt của vòi phun. Tớc đợ của vòi phùn được thay đởi dễ dàng nhờ hệ thớng điều khiển bàn X-Y. Điều này có nghĩa là mợt tỷ lệ dòng tia nước có hạt mài cớ định cho tất cả các vật liệu mà vẫn bảo đảm đợ bằng phẳng và đợ chính xác cắt. Hệ thớng cấp hạt mài hiện đại sử dụng mợt vòi phun đường kính cớ định để đo dòng hạt mài từ đáy của mợt phễu nạp liệu nhỏ đặt sát vòi phun nước trên bàn trượt theo trục Y. phễu hạt loại nhỏ chứa lượng hạt mài tương ứng 45ph GC, có thể điền đầy trong quá trình cắt vẫn đang xảy ra. Bàn dịch chuyển X-Y: Để GC chính xác chi tiết, hệ thớng GC tia nước có hạt mài phải có bàn X-Y chính xác và hệ thớng điều khiển chuyển đợng. Bàn có bớn loại sau: Hệ thớng khung gắn chặt với sàn với bàn cắt riêng Hệ thớng bàn/ khung hợp nhất Hệ thớng cơng xơn lắp với sàn, bàn cắt rời Hệ thớng cơng xơn/ bàn hợp nhất Mỡi kiểu bàn khác nhau được sử dụng cho những trường hợp khác nhau, phụ thuợc vào kích thước và phương pháp đưa ra chi tiết GC lên bàn. Hệ thớng chuyển đợng, điều khiển: Để thực hiện quá trình GC thì phải có sự liên hệ chuyển đợng giữa chi tiết GC và vòi phun. Trường hợp ngoại lệ là khoan thì cả hai đều đứng yên. Đới với tất cả các quá trình khác thì có hai khả năng logic. Mợt là vòi phun có thể chuyển đợng trên chi tiết nhờ vpaf mợt giàn chuyển đợng, trong khi đó chi tiết được giữ cớ định. Khả năng thứ 2 là đầu phun được cớ định còn chi tiết chuyển đợng dưới đầu phun. Cả hai khả năng đều đáng tin cậy. Các phương pháp điều khiển quá trình gia cơng tia nước: Khi gia cơng bằng gia cơng tia nước có hạt mài, cần phải chú ý tỷ lệ cấp hạt mài và vận tớc gia cơng. Hiện tượng trễ khi gia cơng thường xảy ra, chúng khơng nghiêm trọng khi gia cơng đường thẳng, nhưng khi gia cơng đường cong hay góc phải giảm vận tớc để hạt mài tác đợng lên bề mặt gia cơng và hạt mài ra khỏi vòi được coi là cùng lúc. Có mợt sớ giải pháp điều khiển được quá trình gia cơng: Giải pháp 1: cách tiếp cận truyền thớng Dùng bợ điều khiển G-code. Đây là cách thường xuyên dùng dù cho việc lập trình tớn nhiều thời gian. Tuy nhiên, để có đợ chính xác tương đới cao, đường cắt tới ưu phải thực hiện các cơng đoạn như sau: Hiệu chỉnh G-code, chú ý cơng việc lập trình để tạo ra các bước gia cơng thích hợp. Phần mềm này đọc G-code là cơng việc khá lý thú và khơng có gì là phức tạp Mợt bơm lớn dù chó đủ cơng suất để tạo ra các đường chạy dao có chuyển đợng liên tục nhưng vận tớc đủ chậm để gia cơng goc hay đợ thích hợp. Điều này nâng cao chi phí nhưng có thể tạo được chi tiết Gc như ý muớn.. Cách khác, điều khiển bằng tay trong khi gia cơng tiến đến gần góc gia cơng, giảm tỷ cấp hạt, khi qua góc gia cơng, tăng lên lại. Cơng việc này đòi hỏi phải kiên nhẫn và kinh nghiệm. Giải pháp 2: Dùng đầu đa trục để khi gia cơng, đầu có thể nghiêng thích hợp với mỡi cơng đoạn gia cơng và có thể bù lượng hạt mài cần thiết khi gia cơng. Tuy nhiên, cơng việc này cũng đòi hỏi chi phí cao và phức tạp. Giải pháp 3: Dùng mợt bợ điều khiển được dùng thiết kế thích hợp cho gia cơng bằng tia nước hoặc băng tia nước có hạt mài. Hãng Omax Corporation’s AWC giới thiệu bợ điều khiển đặc biệt đó với tên là OMAX. Như đã nêu ở trên, việc chia nhỏ các bước gia cơng theo từng phần riêng biệt theo hình dáng gia cơng của chi tiết như đợ cong, góc và ứng với mỡi phần. Khi gia cơng phải cung cấp thơng tin cho máy tính như chất lượng đường cắt, vật liệu gia cơng, đợ day của vật liệu gia cơng …từ đó máy sẽ đưa ra PPGC và tọa ra giải pháp chạy dao. Giải pháp này sẽ đưa ra tỷ lệ cấp hạt mài cho từng phần riêng biệt khoảng 2000 điểm/inch, đảm bảo tuyệt đới cho quá trình gia cơng. Thùng thu hời nước: Thùng thu hời có mợt sớ chức năng như sau: -Tạo thành bụ đỡ vật liệu trong quá trình cắt - thu nhận dòng tia sau khi cắt vật liệu. Trong thùng chứa sẵn nước có nhiệm vụ làm chậm dòng nước có hạt mài. Nó cũng cung cấp mợt ớng thu hạt mài được sử dụng trong quá trình cắt cũng như các hạt mài vỡ. Trong bợ thu có trang bị ớng lọc dùng để lọc nước. Dòng tia phải được phân tán tỏng chiều dài ớng. Các ớng ngắn hơn cần phải làm bằng vật liệu cứng ở phần cuới. Mợt sớ máy sử dụng các thùng chứa có tấm thép đáy dày 50mm để thu nước và hạt mài. Ngoài các thiết bị nói trên, để nâng cao tính năng sử dụng của máy, nha xuất cấp thêm mợt sớ thiết bị, phụ tùng như: - Thiết bị điều khiển áp suất, chiều sâu cắt, thơng sớ ăn mòn… - Chương trình điều khiển trục Z để gia cơng vật liệu khong bằng phẳng Đầu khoan tự đợng để khoan lỡ Thiết bị dò tìm cạnh và lỡ Đầu nghiêng để cắt góc nghiêng Hệ thớng dọn ngọc hờng lựu tự đợng để giữ cho thùng nước sạch sẽ. Hệ thớng tái sinh ngọc hờng lựu. Trục xoay cho cắt ớng nhỏ, vật thể 3D Đờ gá… Phần tử hạt mài: Có nhiều loại vật liệu hạt mài khác nhau được sử dụng trong cơng nghệ AWJC. Việc đánh giá vật liệu hạt mài của quá trình GC tia nước hạt mài bao gờm mớt sớ tham sớ quan trọng sau: Cấu trúc vật liệu Đợ cứng vật liệu Ứng xử cơ học Hình dáng hạt mài Sự phân bớ kích thước hạt Kích thước trung bình của hạt Dạng cấu trúc của vật liệu hạt mài bao gờm những đặc trưng sau: Tham sớ lưới Nhóm tinh thể và sự cân đới Thành phần hóa học Cơng thức hóa học tinh thể Tính dễ vỡ Các tạp chất Bảng: tính chất cấu trúc vật liệu hạt mài Vật liệu Mức tiêu hao % Hằng sớ lưới A Thể tích A3 Alamandine 5-60 11.522 1529.62 Xpenxactin - 11.613 1566.15 Pyrope - 11.457 1503.88 Grossunlare 30 11.867 1671.18 Andradite 80-90 12.091 1767.61 Vật liệu Đợ cứng Mohs Knoop Oxit nhơm 8-9 2.100 Xỉ đờng - 1.050 Đá hờng lựu 7.5 1.350 Bi thủy tinh 5.5 400-600 Đặc điểm Chú giải Mơ tả chung - Kết hợp giữa aimandite và pyrope - Khoảng vật đờng nhất - Khơng trơ về hóa học -Các Oxit và dioxit kết hợp như sau: Fe3Al2(SiO4)3 -Fe và Al được thay thế Ca, Mg Thành phần hóa học SiO2 41.34%;FeO 9.72% Al2O3 20.36%; CaO 2.97%;MgO 12.35% Đợ cứng 8-9 Mohs Đợ bền Dễ vỡ vụn đến dai Hình dáng hạt Sắc, có góc, khơng đều Tính dễ vỡ Dễ cán mỏng, mặt vỡ khơng đều Màu Đỏ đến hờng Tính trong suớt Mờ Tỷ trọng 3.9g/cm3+4.1 g/cm3 Chỉ sớ khúc xạ TB 1.83 Điểm nóng chảy 1.3150C Từ tính Nhẹ Tính hút ẩm Trơ Hình 2.26: Hình dạng của một số hạt mài 3. Các thơng số cơng nghệ và khả năng cơng nghệ: 3.1 Các thơng số cơng nghệ cơ bản của quá trình cắt: Áp suất tia nước. Đường kính tia nước. Tốc độ của dịng tia lên đến 285 fps (1950 m/ph), khoảng 2,5 lần tốc độ âm thanh. Độ xa. Tốc độ nạp hạt mài. Tốc độ cắt từ 25 – 130 m/ph. Tốc độ cắt càng lớn thì chất lượng bề mặt càng tốt. Tốc độ nạp vật liệu (lượng chạy dao) 3.2 Khả năng cơng nghệ : Chiều rộng cắt điển hình là 0,76mm và lớn hơn. Tầm ảnh hưởng của dịng tia lên đến 200mm dối với vật liệu cứng. Áp suất hạ xuống sau 25mm. Độ chính xác phụ thuộc vào loại máy được sử dụng. Loại máy lớn với đầu phun dịch chuyển trên khung đạt độ chính xác 0.38mm. Các máy cỡ trung cĩ thể độ chính xác 0,127mm. Các máy hiện đại hiện nay cĩ thể đạt độ chính xác 0.064mm, độ thẳng đạt 0,05mm. Trong nhiều năm nay, cơng ty JetCut đã thử nghiệm gia cơng bằng tia nước một số vật liệu với chiều dày được thể hiện ở bảng 2.12. Bảng 2.12 chiều dày của vật liệu cĩ thể gia cơng bằng tia nước. Vật liệu Chều dày (mm) Tối thiểu Tối đa Thép cacbon 0,254 76,2 Thép khơng gỉ 0,127 50,8 titanium 0,254 76,2 nhơm 1,524 76,2 Đồng, đồng thau 0,254 76,2 Nhựa 1,524 76,2 Đá cẩm thạch 6,35 76,2 Granite và thủy tinh 6,35 76,2 Máy cĩ áp suất 3800bar dùng 4,2lit/ph, miệng vịi cĩ dường kính 0.38mm, vịi dài 1,14mm, lưu lượng hạt mài là 680g/ph. Hãng jechlaser đưa ra tốc độ cắt cho các máy gia cơng tia nước cĩ hạt mài ZLWJ khi gia cơng một số vật liệu với các độ dày khác nhau như trong bảng 2.13. Trong bảng này. Tất cả các giá trị tốc độ là giá trị trung bình. Tốc độ cắt thấp nhất thì chất lượng cắt cao và ngược lại. Bảng 2.13 Chiều dày (mm) Tốc độ cắt (mm/ph) Chiều dày mm Tốc độ cắt (mm/ph) Cắt thủy tinh với lưu lượng bơm 3,5 l/ph, áp suất 3000 bar 5 2500 40 60 10 1400 50 40 15 500 60 35 20 350 80 20 25 200 100 12 30 100 Cắt đá granite với lưu lượng bơm 3,5 l/ph, áp suất 3500 bar 5 600-1000 50 50-100 10 300-500 60 30-70 20 200-300 70 25-60 25 150-200 80 20-40 30 100-200 100 10-20 40 80-130 Cắt plastic-Acryl-PVC với lưu lượng bơm 3,5 l/ph, áp suất 3000 bar 3 4000 25 500 4 3000 30 300 5 2000 40 70 10 1300 50 40 12 1000 60 30 15 800 70 20 20 600 80 10 Cắt thép cacbon với lưu lượng bơm 3,5 l/ph, áp suất 3500 bar 1 800-1500 12 60-140 2 700-1000 15 50-130 3 500-800 20 30-100 4 300-600 25 30-70 5 200-400 30 20-50 10 70-150 4. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng. Vật liệu phụ trợ như titan, inconel, hợp kim đặc biệt, rẻ hơn các phương pháp gia cơng khác. Cắt được hầu như mọi vật liệu: thép tơi cứng, thép mềm, thép khơng gỉ (phần lớn thép cắt ở cùng tốc độ dù cĩ khác nhau về độ cứng), đồng thau, nhơm, vật liệu giịn như thủy tinh, gốm, thạch anh và đá tấm mỏng, vật liệu dể cháy, cắt quặng mỏng hoặc quặng dày, tạo được mọi hình dạng chỉ với mộ dụng cụ cắt. Cắt với một phạm vi bề dày lớn với dung sai hợp lí, khơng sinh nhiệt, vùng gia cơng khơng bị tác đơng nhiệt, đây là phương pháp gia cơng lạnh. Độ nhám bề mặt cĩ thể tốt như các phương pháp gia cơng truyền thống. Lực cắt khơng đáng kể, vì thế cĩ rất ít hoặc khơng cĩ. Chi phí thấp; trung tâm AWJM sử dụng file DXF sẵn cĩ ( hoặc bản vẽ CAD khác ). Khơng tốn chi phí cho khuơn, đồ gá hay khơng yêu cầu chương trình CNC phức tạp, tỉ mỉ. Hình 2.67: Một số chi tiết gia cơng bằng tia nước cĩ hạt mài. Chi tiết nhơm dày; b) Con rồng bằng kính chống đạn; c) Chi tiết bằng thép. III, Kết luận: - Gia cơng bằng tia nước có hạt mài là một phát minh quan trọng của các PPGC đặc biệt cả trong các ứng dụng cơng nghiệp và trong kiến trúc, phương pháp này phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày và độ phức tạp của các đường cắt. - Tạo ra lợi nhuận rất lớn nếu so sánh với các PPGC khơng truyền thống như phương pháp cắt bằng tiện hay cắt bằng tia plasma, tia laser, tia lửa điện. Tia nước và hạt mài cĩ thể dùng để cắt các vật liệu tưỏng chừng như khơng thể gia cơng bằng những PPGC thơng thường được. - Những thuận lợi của phương pháp gia cơng này vượt ra xa sự cạnh tranh về giá cả so với kĩ thuật gia cơng khác. Gia cơng bằng tia nước có hạt mài cho phép gia cơng những bề mặt khĩ khăn và phức tạp như những gĩc nằm bên trong, khớp V, những hình dáng kiến trúc nghệ thuật …cĩ thể gia cơng với độ chính xác ngang hoặc cao hơn các phương pháp cũ. Bởi vì quá trình gia cơng này sử dụng phần mềm CAD do đĩ cĩ khả năng gia cơng và lặp lại mà các phương pháp khác khơng cĩ. - Gia cơng bằng tia nước cĩ hạt mài có thể gia cơng các vật liệu tổng hợp, nhựa mà khơng gặp các sai số do nhiệt, hoặc cĩ sự xuống cấp của các chi tiết cơ khí. Khơng phải trả chi phí cho các dụng cụ hay khuơn mẫu kèm theo. - Từ đĩ lên gia cơng bằng tia nước là một phương pháp gia cơng cĩ hiệu quả rất lớn IV, TÀI LIÊU THAM KHẢO 1] Phạm Ngọc Tuấn – Nguyễn Văn Tường, Các Phương Pháp Gia Cơng Đặc Biệc, NXBĐHQGTPHCM, 2007. [2] GS.TSTrần Văn Địch – PGS.TS Nguyễn Trọng Bình – PGS.TS Nguyễn Thế Đạt – PGS.TS Nguyễn Văn Tiếp – PGS.TS Trần Xuân Việt, Cơng Nghệ Chế Tạo Máy, NXBKHKT, 2005. [3] PGS. TS. Đào Quang Kế - PGS.TS. Hồng Đình Hiếu. [4] www.cokhiviet.com [5] www.waterjet.org