LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br />
<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DỊCH CHUYỂN<br />
ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠCH CẮT KHI CẮT BẰNG TIA<br />
NƯỚC ÁP SUẤT CAO TRỘN HẠT MÀI<br />
RESEARCH OF IMPACT OF TRANSITION TO SPEED<br />
SERVICES WHEN CUTTING CIRCUIT QUALITY<br />
WATERJET CUTTING HIGH PRESSURE GRINDING<br />
GRAIN MIX<br />
Trần Hải Đăng, Nguyễn Danh Đạo, Mạc Thị Nguyên<br />
Email: dangctts@gmail.com<br />
Trường Đại học Sao Đỏ<br />
Ngày nhận bài: 15/6/2018<br />
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 18/9/2018<br />
Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018<br />
<br />
Tóm tắt<br />
<br />
Những năm gần đây, công nghệ vật liệu đã tạo ra nhiều loại vật liệu mới có nhiều tính năng (cơ tính,<br />
lý tính, độ bền, độ cứng, độ dẻo cao…), việc gia công chế tạo những vật liệu này gặp nhiều khó khăn,<br />
hạn chế như: năng suất, chất lượng, giá thành... và đặc biệt là ảnh hưởng nhiều đến cơ lý tính của vật<br />
liệu cơ bản. Công nghệ cắt bằng tia nước, áp suất cao đã ra đời và khắc phục được các hạn chế của<br />
các phương pháp gia công khác. Việc nghiên cứu các thông số công nghệ như áp suất làm việc, lưu<br />
lượng hạt mài, tốc độ dịch chuyển... có ý nghĩa quan trọng. Trong bài báo này, tác giả nghiên cứu thực<br />
nghiệm ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển đến chất lượng mạch cắt khi sử dụng công nghệ tia nước<br />
trộn hạt mài.<br />
Từ khóa: Tia nước trộn hạt mài; hạt mài; tia nước áp suất cao.<br />
Abstract<br />
<br />
In recent years, materials technology has created many new materials with many features (mechanical,<br />
physical, strength, hardness, high ductility, etc), the processing and manufacturing materials the difficulties,<br />
limitations such as productivity, quality, cost, etc and especially affect the mechanical properties of the<br />
basic materials. Waterjet cutting technology, has launched a high pressure and overcome the limitations<br />
of other processing methods. The study of technological parameters such as working pressure, abrasive<br />
flow, speed of movement, etc has important implications. In this paper the authors studied experimentally<br />
the influence of speed quality circuit shifts to cut when using mixed technology abrasive waterjet.<br />
Keywords: Mixing abrasive waterjet; abrasive grain; high-pressure water jet.<br />
<br />
1. ĐẶT VẤN ĐỀ nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công<br />
nghệ như ảnh hưởng áp suất làm việc, đường<br />
Trên thế giới, công nghệ cắt bằng tia nước áp<br />
kính vòi phun, hạt mài, lưu lượng hạt mài, tốc độ<br />
suất cao trộn hạt mài đã được nghiên cứu, phát<br />
triển và ứng dụng nhiều, tập trung chủ yếu ở các dịch chuyển, khoảng cách cắt, góc cắt [5]. Tốc độ<br />
nước phát triển như: Đức, Mỹ, Pháp, Nhật Bản... dịch chuyển có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất<br />
Công nghệ này sử dụng năng lượng của nước cắt, chất lượng mạch cắt (độ nhám bề mặt), việc<br />
khi được nén với áp suất cao, việc bổ sung hạt nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ có ý nghĩa rất<br />
mài vào tia nước đã nâng cao hiệu quả cắt của tia lớn trong thực tế sản xuất.<br />
nước và được áp dụng vào gia công cắt gọt với<br />
2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ<br />
tất cả mọi vật liệu và không làm ảnh hưởng đến<br />
tích chất cơ lý của vật liệu [1, 2, 3, 4]. Đã có nhiều 2.1. Vật liệu<br />
Người phản biện: 1. PGS. TS. Nguyễn Đắc Trung Vật liệu thực nghiệm là thép không rỉ mác SUS<br />
2. TS. Lê Trung Kiên 316, tính chất cơ lý của vật liệu trong bảng 1.<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 51<br />
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br />
<br />
Bảng 1. Đặc tính cơ lý của thép INOX mác SUS 316 2.2. Thiết bị<br />
Đặc tính Đơn vị Thông số Thí nghiệm được thiết kế dựa trên hệ thống thiết<br />
Độ cứng HB 150÷217 bị cắt bằng tia nước áp suất cao hiện nay có tại<br />
Độ bền kéo N/mm2 520 Phòng thí nghiệm tia nước của Trung tâm các<br />
Tính gia công cơ Tốt<br />
Công nghệ đặc biệt thuộc Viện Máy và Dụng cụ<br />
Tính chống mài mòn Tốt<br />
Cấu trúc hạt Mịn công nghiệp.<br />
<br />
Trong sản xuất công nghiệp, chiều dày các chi tiết Thiết bị tạo áp của hãng Böhler – CHLB Đức<br />
inox thường dùng chủ yếu từ 0,8 đến 18 mm. Tác với các thông số kỹ thuật chính cho trong<br />
giả chọn chiều dày phôi trong thí nghiệm là 18 mm. bảng 2.<br />
Bảng 2. Thông số kỹ thuật của bơm cao áp DYNATRONIC 424<br />
<br />
Thông số Đơn vị Giá trị<br />
Thông số chung<br />
Kiểu máy DYNATRONIC 424<br />
Kích thước (W x D x H) mm 1900 x 970 x 1500<br />
Bộ cao áp<br />
Áp suất làm việc MPa 10÷420<br />
<br />
Áp suất làm việc liên tục MPa 380<br />
Tỷ số nén 1:21,78<br />
Bộ thấp áp<br />
Áp suất làm việc MPa 0,5÷22<br />
<br />
Lưu lượng l/ph 0÷100<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 1. Hình ảnh bơm cao áp DYNATRONIC 424<br />
<br />
Trong thí nghiệm, tác giả lựa chọn áp suất làm của hãng KLETT - CHLB Đức với các thông số kỹ<br />
việc là 300 MPa - Cụm cắt và điều khiển đồng bộ thuật chính cho trong bảng 3.<br />
<br />
<br />
52 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018<br />
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br />
<br />
<br />
Bảng 3. Thông số kỹ thuật của bàn cắt KWS2010<br />
<br />
Thông số Đơn vị Giá trị<br />
Kiểu máy KWS 2012<br />
Kích thước (W x D x H) mm 2600 x 1530 x 1600<br />
Khối lượng trên bàn cắt kg/m 2<br />
800<br />
T ốc độ c ắ t l ớ n n h ấ t mm/ph 9200<br />
Điều k hiển 2 trục XY (2D)<br />
P hần m ềm Speedy robot forcrible Control<br />
<br />
Thực hiện năm thí nghiệm với năm tốc độ cắt v<br />
khác nhau: v1 = 15 mm/ph; v2 = 30 mm/ph; v3 = 45<br />
mm/ph; v4 = 60 mm/ph; v5 = 75 mm/ph (hình 4).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 2. Cụm cắt và điều khiển đồng bộ<br />
Cụm cấp hạt mài của hãng Mitsubishi – Nhật bản<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 4. Hình dạng, kích thước phôi và vị trí<br />
các đường cắt<br />
<br />
Tiến hành đo chiều sâu vùng nhẵn trên năm mẫu<br />
cắt được bằng thước lá, ranh giới giữa vùng nhẵn<br />
và vùng có đường sọc được xác định bằng mắt<br />
thường (hình 5).<br />
<br />
Hình 3. Hình ảnh cụm cấp hạt mài Híng dÞch chuyÓn<br />
<br />
60<br />
3. THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ<br />
DỊCH CHUYỂN Vïng nh½n bãng<br />
h0<br />
<br />
18<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Các thông số thí nghiệm trong bảng 4. Vïng cã ®êng säc<br />
<br />
Bảng 4. Bảng thông số thí nghiệm<br />
Thông số Đơn vị Giá trị<br />
Hình 5. Mô tả vùng nhẵn và vùng có đường sọc<br />
trên bề mặt mạch cắt<br />
Áp suất làm việc (p) MPa 300<br />
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br />
Đường kính đầu phun mm 0,25<br />
Sau khi cắt, tiến hành đo chiều sâu vùng nhẵn<br />
Khoảng cách cắt (s) mm 2<br />
trên các mẫu bằng thước lá, đo độ nhám bề mặt<br />
Loại hạt mài Olivin<br />
cắt Rz trên máy đo quang học. Việc đo lấy kết quả<br />
Độ lớn hạt mài 80 Mesh được thực hiện trên các đường đồng mức với mỗi<br />
Lưu lượng hạt mài (mhm) g/s 12,9 mẫu thí nghiệm, các đường đồng mức cách nhau<br />
4 mm tính từ mặt tia nước bắt đầu cắt phép đo chỉ<br />
Vật liệu thí nghiệm SUS 316<br />
thực hiện ở vùng nhẵn.<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 53<br />
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br />
<br />
<br />
Hình 6 biểu diễn ảnh chụp các mạch cắt ở các tốc Kết quả đo chiều sâu vùng nhẵn bóng được ghi<br />
độ dịch chuyển khác nhau trong bảng 5.<br />
<br />
Bảng 5. Kết quả đo chiều sâu vùng nhẵn bóng<br />
<br />
<br />
Thí nghiệm số 1 2 3 4 5<br />
<br />
Tốc độ dịch chuyển<br />
15 30 45 60 75<br />
v (mm/ph)<br />
<br />
Chiều sâu vùng<br />
>18 12 9 6 4,5<br />
nhẵn bóng h0 (mm)<br />
<br />
<br />
Hình 6. Ảnh chụp các mạch cắt ở năm tốc độ Năng suất cắt<br />
dịch chuyển v x ho (mm2/ph)<br />
(chính là năng 270 360 405 360 337,5<br />
Hình 7 biểu diễn bề mạch cắt ở các tốc độ dịch suất cắt vùng<br />
nhẵn)<br />
chuyển khác nhau được quét trên máy Scanner.<br />
<br />
Tiến hành đo độ nhám được thực hiện trên máy<br />
đo quang học, sử dụng cặp vật kính có hệ số<br />
khuếch đại E = 0,28 µm/vạch. Tiến hành đo độ<br />
nhám của các mẫu trên bốn tiết diện khác nhau<br />
Mẫu số 1: Tốc độ dịch chuyển v = 15 mm/ph của mạch cắt, chiều sâu của từng tiết diện đo như<br />
sau: h1 = 4 mm; h2 = 8 mm; h3 = 12 mm; h4 = 16<br />
mm (hình 8). Việc đo độ nhám chỉ thực hiện trên<br />
vùng bề mặt nhẵn bóng (kết quả đo trong bảng 6).<br />
<br />
60<br />
<br />
Mẫu số 2: Tốc độ dịch chuyển v = 30 mm/ph<br />
4<br />
8<br />
12<br />
16<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
18<br />
Hình 8. Mô tả vị trí các tiết diện xác định độ<br />
nhám Rz<br />
Mẫu số 3: Tốc độ dịch chuyển v = 45 mm/ph Bảng 6. Bảng kết quả đo độ nhám Rz<br />
<br />
Giá trị Rz (μm)<br />
<br />
Tiết diện đo<br />
<br />
<br />
Tốc độ<br />
Mẫu số 4: Tốc độ dịch chuyển v = 60 mm/ph dịch chuyển I II III IV<br />
<br />
<br />
<br />
15 mm/ph 8,12 11,984 11,704 10,304<br />
<br />
30 mm/ph 12,488 10,752 - -<br />
<br />
45 mm/ph 12,544 10,024 - -<br />
Mẫu số 5: Tốc độ dịch chuyển v = 75 mm/ph<br />
60 mm/ph 13,104 - - -<br />
Hình 7. Ảnh chụp các mạch cắt ở năm tốc độ<br />
75 mm/ph 12,544 - - -<br />
dịch chuyển<br />
<br />
<br />
54 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018<br />
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br />
<br />
sọc. Khi hạt tiếp tục đi sâu vào vật liệu, số hạt có<br />
động năng trên ngưỡng cắt giảm xuống, những<br />
hạt còn đủ mạnh tiếp tục cắt sâu xuống phía dưới,<br />
trong khi đó các hạt yếu hơn sẽ đi theo hướng<br />
khác, do vậy sẽ tạo ra những đường sọc trên<br />
bề mặt.<br />
<br />
Trong vùng nhẵn, độ nhám Rz có xu hướng tăng<br />
lên khi tốc độ dịch chuyển tăng, tuy nhiên sự thay<br />
đổi không đáng kể, giá trị tăng của Rz không vượt<br />
quá cấp 1 cấp độ nhám.<br />
Hình 9. Chiều sâu vùng bề mặt nhẵn phụ thuộc<br />
vào tốc độ dịch chuyển Kết quả cho thấy với tốc độ V = 15 mm/ph thì<br />
chiều sâu vũng nhẵn bóng là lớn nhất và V = 45<br />
mm/ph thì năng suất cắt đạt giá trị lớn nhất.<br />
<br />
5. KẾT LUẬN<br />
<br />
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dịch<br />
chuyển khi cắt vật liệu thép không rỉ SUS 316 cho<br />
thấy chất lượng mạch cắt phụ thuộc nhiều vào tốc<br />
độ dịch chuyển.<br />
<br />
- Tốc độ dịch chuyển càng nhỏ thì diện tích mặt<br />
nhẵn càng lớn, tuy nhiên năng suất cắt nhỏ.<br />
<br />
Hình 10. Năng suất cắt phụ thuộc vào - Tốc độ dịch chuyển càng cao thì diện tích mặt<br />
tốc độ dịch chuyển nhẵn càng nhỏ, luôn tồn tại một tốc độ tối ưu cho<br />
năng suất cắt lớn nhất.<br />
Có thể nhận thấy bề mặt mạch cắt chia làm hai<br />
vùng rõ rệt, vùng phía trên nhẵn và vùng phía dưới - Rz có xu hướng tăng lên khi tốc độ dịch chuyển<br />
có sọc. tăng, tuy nhiên sự thay đổi không đáng kể, kết quả<br />
cho thấy tính công nghệ cao khi cắt bằng tia nước<br />
Càng xuống sâu, động năng của hạt càng yếu và áp suất cao trộn hạt mài.<br />
chúng càng bị đẩy đi lệch hướng về phía sau theo<br />
hướng chuyển động của tia. Do đó, các đường<br />
sọc bị cong về phía sau theo hướng chuyển động TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
của tia và càng xuống sâu thì bán kính cong càng<br />
[1]. Trần Văn Địch (2003). Công nghệ chế tạo máy. Nhà<br />
nhỏ. Kết quả này thấy rõ khi quan sát bề mặt cắt xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.<br />
thực trên hình 7.<br />
[3]. Đinh Văn Đệ (2013). Các phương pháp gia công<br />
Tốc độ nhỏ thì chiều sâu vùng nhẵn bóng lớn hơn, đặc biệt. Trường Đại học Công nghiệp TP.<br />
tốc độ càng cao thì vùng nhẵn bóng càng nhỏ. Hồ Chí Minh.<br />
Điều này được lý giải do động năng của tia, hay [4]. Trần Ngọc Hưng (2009). Giới thiệu phương pháp<br />
động năng của hạt mài, sự phân bố động năng trộn hạt mài có áp (Suspension) trong công nghệ<br />
không đều dẫn tới các đường sọc tạo ra trên mặt cắt bằng tia nước áp suất dưới nước.<br />
cắt. Tại vùng phía trên của mạch, hầu hết các hạt [5]. Nai – Shun Guo (1994). Schneidprozeβ und<br />
có mức động năng đáng kể để cắt hoặc phá hủy Schnittqualität beim Wasserabrasivstrahlschneiden.<br />
vật liệu, do đó bề mặt cắt nhẵn, không có đường Dissertation Hanover.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 55<br />