nghiên cứu khả năng tái sử dụng hạt mài supreme garnet sau khi gia công bằng tia nước có hạt mài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ………… …………… LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng tái sử dụng hạt mài Supreme garnet sau khi gia công bằng tia nước có hạt mài Hƣớng dẫn khoa học: TS. Vũ Ngọc Pi Thái nguyên 11-2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁ O DỤ C VÀ ĐÀ O TẠ O ĐẠ I HỌ C THÁ I NGUYÊN TRƢỜ NG ĐẠ I HỌ C KỸ THUẬ T CÔNG NGHIỆ P 000 THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngà nh: Công nghệ chế tạ o má y Đề tà i: “Nghiên cứu khả năng tái sử dụng hạt mài Supreme garnet sau khi gia công bằng tia nước có hạt mài” Học viên : Vũ Hồng Khiêm Lớp : Cao học K12 - CNCTM Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy DUYỆT BGH KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠ I HỌ C NGƢỜI HƢỚ NG DẪ N KHOA HỌ C TS. Vũ Ngọc Pi HỌC VIÊN Vũ Hồng Khiêm Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 Lời cảm ơn Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo TS Vũ Ngọc Pi (Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp) người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn ban giám đốc cùng tập thể cán bộ giáo viên, giảng viên Trung tâm thí nghiệm, Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Xin gửi lời cảm ơn đến các kỹ thuật viên thuộc trung tâm CTA- NARIME, Viện nghiên cứu Cơ khí Bộ Công Thương, Công ty cổ phần Phúc Sinh (Cầu diễn, Từ liêm, Hà nội), trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật. Luận văn này là một phần trong Luận án của nghiên cứu sinh Trần Quốc Hùng. Tôi xin chân thành cảm ơn NCS Trần Quốc Hùng, người đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm thí nghiệm. Tôi cũng xin cảm ơn những đóng góp ý kiến quý báu của các bạn đồng nghiệp, sự động viên của gia đình đã giúp cho tôi hoàn thành luận văn này. Tuy nhiên với khả năng nhận thức và trình độ hiểu biết còn nhiều hạn chế, thời gian có hạn, nên luận văn này chắc hẳn còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp để tôi tiến bộ hơn, hoàn thiện hơn trong việc nghiên cứu khoa học sau này. Thái Nguyên, tháng 11/2011 Vũ Hồng Khiêm Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Mục Lục Lời cảm ơn 1 Danh mụ c cá c ký hiệ u, chƣ̃ viế t tắ t 4 Danh mục các hình 5 Danh mục các bảng 7 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 8 1.1. Lch s phát trin 8 1.2. Hệ thống công nghệ 11 1.2.1. Hệ thống cấp nƣớc 12 1.2.3. Đƣờng ống cao áp 14 1.2.4. Đu ct 15 1.2.5. Hệ thố ng cấp hạt mài 17 1.2.6. Hệ thố ng điề u khiể n chuyể n độ ng 18 1.2.7. Bể chƣ́ a nƣớ c và dậ p năng lƣợ ng 19 1.3. Các tham số quá trình 20 1.4. Ƣu nhƣợc đim của gia công bằng tia nƣớc hạt mài 20 1.5. Kết luận chƣơng 1 22 CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN 24 2.1. Hạt mài s dụng trong AWJ 24 Đc đim chung của hạt mài s dụng trong công nghệ AWJ 25 2.2. Thực trạng nghiên cứu về sự vỡ của hạt mài trong quá trình ct 30 2.3. Thực trạng nghiên cứu về tái chế hạt mài 34 2.4. Kết luận chƣơng 2 37 CHƢƠNG 3. TÁI CHẾ HẠT MÀI SUPREME GARNET 39 3.1. Khả năng tái chế của hạt mài Supreme Garnet 39 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 3.1.1. Thiết lập các thông số thí nghiệm 40 3.1.2. Thiết b thí nghiệm và dụng cụ đo, kim tra. 40 3.1.3. Vậ t liệ u thí nghiệ m 42 3.1.4. Quy trình thu hồi và tái chế hạt mài 43 3.1.5. Kết quả và nhận xét 45 3.2. Khả năng ct của hạt mài tái chế 48 3.2.1. Thí nghiệm 48 3.2.2. Kết quả và nhận xét 51 3.3. Chất lƣợng ct của hạt mài tái chế 51 3.3.1. Thí nghiệm 52 3.3.2. Kết quả và nhận xét 52 3.4. Kết luận chƣơng 3 54 CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 56 4.1. Kết luận 56 4.2. Hƣớng nghiên cứu tiếp 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Phụ lục A: 61 Phụ lục B: 62 Phụ lục C: 63 Phụ lục D: 65 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Danh mụ c cá c ký hiệ u, chƣ̃ viế t tắ t STT Ký hiệu  ngha Ghi chú 1 TNASC Tia nƣớc áp suất cao 2 ASC Áp suất cao 3 AWJ Abrasive water jet 4 WJC Water Jet Cutting Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Danh mục các hình STT Tên các hình Trang Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống gia công bằng tia nƣớc có hạt mài 12 Hình 1.2. Hệ thống bơm cấp nƣớc của hãng Flow [2] 13 Hình 1.3. Bơm khuếch đại [3] 14 Hình 1.4. Hệ thống bơm khuếch đại áp [4] 15 Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý đu ct 16 Hình 1.6. Sơ đồ đu ct và quỹ đạo chuyn động của hạt mài 17 Hình 1.7. Hệ thống cấp và điều chỉnh lƣu lƣợng hạt mài [29] 19 Hình 1.8. Các hƣớng di chuyn của đu ct 19 Hình 1.9. Một số kết cấu của b chứa nƣớc và dập năng lƣợng 20 Hình 2.1. Hình ảnh 3D các loại hạ t mà i thƣờng gp 26 Hình 2.2. Quy đổi kích thƣớc của hạt mài [8] 26 Hình 2.3. Cơ chế phá vỡ của hạt mài [11] 30 Hình 2.4. Hạt GMA # 80 mới (a), hạt GMA tái chế vòng 1 (> 90μm) (b) 30 Hình 2.5. Cấu trúc giá thành gia công trong AWJ [16] 33 Hình 2.6. Mẫu thí nghiệm của M.Kantha Babu và O.V.Krishnaiah Chetty 34 Hình 3.1. Thí nghiệm xác đnh khả năng tái chế hạt mài 42 Hình 3.2. Sàng của hãng Endecotts tiêu chuẩn -ISO3310-1 43 Hình 3.3. Máy sàng phân loại hạt mài 43 Hình 3.4. Phân bố kích thƣớc hạt mài mới 44 Hình 3.5. Phân bố kích thƣớc hạt mài sau tái chế 45 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Hình 3.6. Thành phn hạt mài theo các cỡ 46 Hình 3.7. Phôi ct thí nghiệm thép C45 kích thƣớc 150x100x30 46 Hình 3.8. Thí nghiệm khả năng ct của hạt mài tái chế 47 Hình 3.9. Khả năng ct của hạt mài tái chế 47 Hình 3.10. Hình dáng hạt mài 48 Hình 3.11. Sự cắ t trễ của tia nƣớc 49 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng hạt mài và loại hạt mài đến độ nhám bề mt khi đo cách mt trên của mẫu 2mm 50 Hình 3.13. Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng hạt mài và loại hạt mài đến độ nhám bề mt khi đo cách mt trên của mẫu 10mm 50 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Danh mục các bảng STT Tên các bảng Trang Bảng 2.1. Độ cứng của 10 khoáng vật cơ bản [7] 25 Bảng 2.2. Một số tiêu chuẩ n về kích thƣớ c hạ t mà i [coleparmer] 27 Bảng 2.3. Tính chất một số loại hạt mài dng cho AWJ 28 Bảng 2.4. Tính chất một số loại hạt mài dng cho AWJ [TS. Quân] 28 Bảng 2.5. Đc đim của mộ t số loạ i hạ t mà i dù ng trong công nghệ AWJ 29 Bảng 3.1. Các thông số trong quá trình thí nghiệm nghiên cứu vỡ của hạt 40 Bảng 3.2. Thành phn hóa học của vật liệu thí nghiệm C45 [24] 41 Hình 3.3. Thành phn hóa học của vật liệu thí nghiệm Al 6061T6 [24] 41 Bảng 3.4. Phân bố kích thƣớc hạt mài mới 44 Bảng 3.5. Phân bố kích thƣớc hạt mài sau tái chế 45 Bảng 3.6. Khả năng tái chế của hạt mài Supreme granet so với hạt mới 46 Bảng 3.7. Đánh giá khả năng ct của hạt mài tái chế 47 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CK CTM Học viên:Vũ Hồng Khiêm Trường ĐH KTCN – ĐHTN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU Ct bằng tia nƣớc là một công cụ có khả năng ct kim loại hay các vật liệu khác bằng cách s dụng một tia nƣớc có áp suất rất cao và tốc độ lớn. Nguyên lý của quá trình này tƣơng tự nhƣ sự xói mòn bởi nƣớc ở trong tự nhiên nhƣng nhanh hơn và tập trung hơn. Nó thƣờng đƣợc s dụng cho việc ct các vật mẫu hoc tham gia vào một nguyên công trong quy trình sản xuất các bộ phận máy móc, thiết b. Nó cũng đƣợc s dụng đ ct tạo hình dáng, tạo lỗ, khoan, chạm khc trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau từ khai thác mỏ đến hàng không vũ trụ. Nó có th ct đƣợc kim loại, bê tông, đá, hay các vật cứng khác. Chƣơng này sẽ giới thiệu về lch s gia công bằng tia nƣớc, các thiết b chủ yếu của hệ thống Abrasive water jet (AWJ), tham số quá trình và ƣu nhƣợc đim của nó. 1.1. Lch s phát trin Năm 1950, Norman Franz - một kỹ sƣ lâm nghiệp đã có mong muốn tìm ra một phƣơng pháp mới đ ct cây gỗ thành tƣ̀ ng khú c . Ông đƣợc xem nhƣ cha đẻ của hệ thống máy ct bằng tia nƣớc và là ngƣời đu tiên dùng tia nƣớc siêu áp lực (Ultra High Pressure - UHP) làm một công cụ ct vào những năm đó. Đ tạo ra áp lực của tia nƣớc, ông đt một khối lƣợng lớn lên một cột nƣớc và tập trung tia nƣớc vào một vòi phun nhỏ. Kết quả là áp suất sinh ra rất cao, trong một số trƣờng hợp còn cao hơn cả áp suất nƣớc đang đƣợc dng tại thời đim đó. Từ kết quả thu đƣợc, Dr.Franz phát hiện ra là hoàn toàn có th ct gỗ và vật liệu khác bằng tia nƣớc áp suất cao. Tiếp theo ông tìm cách duy trì dòng nƣớc một cách [...]... Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nƣớc ở áp suất cao (ASC) để gia công vật liệu Công nghệ gia công bằng tia nƣớc ASC gồm 2 loại đó là cắt bằng tia nƣớc (pure waterjet) và cắt bằng tia nƣớc có hạt mài (abrasive waterjet- AWJ) Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống công nghệ gia công tia nƣớc có hạt mài Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống gia công bằng tia nƣớc có hạt mài Một hệ thống AWJ thông... thành các hạt mài mới dài sắc sau khi tái chế trong khi các hạt dài mới có thể tạo thành các hạt mài tròn khi tái chế Vì vậy, sau quá trình cắt, các dạng hạt mài hình tròn của hạt GMA khi tái chế là các hạt nhỏ hơn các hạt mới (Hình 2.4) Chính vì lý do đó mà hạt mài GMA tái chế sắc góc cạnh hơn và hiệu suất cắt của chúng tốt hơn các hạt mài mới [11] Hình 2.3 cho thấy cơ chế phá vỡ mài mòn hạt Cơ... các hạt mài với nhau) Vì vậy, nghiên cứu cơ chế vỡ của các hạt mài có ý nghĩa quan trọng cho nghiên cứu tái chế hạt mài Các ảnh hƣởng đến quá trình vỡ của hạt mài bao gôm: câu tao buông trộn, chiêu ̀ ́ ̣ ̀ ̀ dài ống hội tụ, vât liêu gia công, chiêu day vât liêu gia công, đô cƣng vât liêu gia công, ̣ ̣ ̀ ̀ ̣ ̣ ̣ ́ ̣ ̣ V căt, P căt, lƣu lƣơng hat mai, loại hạt mài ́ ́ ̣ ̣ ̀ Hiện tƣợng vỡ của hạt mài. .. phƣơng pháp gia công này đã đƣợc áp dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong gia công cắt gọt Tuy nhiên, gia công bằng tia nƣớc có hạt mài vẫn còn có một số hạn chế riêng của nó - Ở Việt Nam công nghê tia nƣớc ASC đã đƣợc nghiên cƣu nhƣng chƣa nhiều ̣ ́ Để có thể ứng dụng công nghê tiên tiến này một cách hiệu quả , ngoài việc thừa hƣởng ̣ những thành quả nghiên cƣu trên thế giới đã đƣợc công bố , cần... Chuyên ngành CK CTM TỔNG QUAN Công nghệ cắt bằng tia nƣớc áp suất cao (ASC) có 2 loại là cắt bằng tia nƣớc áp suất cao (Pure waterjet - WJ) và cắt bằng tia nƣớc có trộn hạt mài (Abrasive waterjet AWJ) Cắt bằng tia nƣớc áp suất cao là sử dụng tia nƣớc thuần khi t (không có hạt mài) Dựa vào áp suất cao để cắt vật liệu Nó đƣợc sử dụng để cắt các loai vật liệu có độ cứng không quá cao nhƣ: bìa... Cắt bằng tia nƣớc có hạt mài (Abrasive waterjet machinning – AWJ) Hạt mài đƣợc trộn vào tia nƣớc áp suất cao và đƣợc gia tốc nhờ áp lực của tia nƣớc, nó có thể cắt những loại vật liệu khó gia công nhƣ: thép không gỉ, kính, cermics, titan… AWJ có nhiều ƣu điểm và ngày nay đƣợc áp dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Chƣơng này sẽ đi tìm hiểu quá trình cắt của tia nƣớc có hạt mài, sự... khoảng (300-150) μm Vật liệu gia công cũng là một tác nhân có ảnh hƣởng lớn Hạt mài bị vỡ lớn nhất khi cắt thép, tiếp theo là Tital và Nhôm Khả năng tái chế hạt mài phụ thuộc rất nhiều vào chế độ cắt thô, cắt tinh 2.3 Thực trạng nghiên cứu về tái chế hạt mài Công nghệ AWJ (Abrasive water jet), liên tuc đƣơc nghiên cứu phát triển nhằm ̣ ̣ nâng cao hiêu qua ƣng dung vao công nghiêp Trên thƣc tê... quá trình cắt Trong quá trình gia công bằng tia nƣớc trộn hạt mài, quá trình vỡ của hạt mài xảy ra ở hai giai đoạn : Giai đoạn thứ nhất , xảy ra trong quá trình trộn (do tƣơng 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 tƣơng tác giữa các hạt mài Học viên:Vũ Hồng Khi m Số hóa bởi Trung tâm Học liệu... nay, phƣơng pháp gia công này đã đƣợc áp dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong ́ gia công cắt gọt So sánh với các phƣơng pháp gia công khác, gia công bằng tia nƣớc có hạt mài có một số ƣu điểm sau Học viên:Vũ Hồng Khi m Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 20 Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - Chuyên ngành CK CTM Cắt đƣợc hầu nhƣ mọi vật liệu có độ bền cao ,... kích thƣớc Nghiên ̣ ̀ cƣu cũng đã chỉ ra các hạt mài bị vỡ chủ yếu ở trong quá trình trộn ́ Trong thực tế, các hạt mài có xu hƣớng dính kết vào nhau thành một khối lớn và vài hạt nhỏ Nếu một hạt đƣợc chia thành hai hạt lớn và nhiều hạt nhỏ,thì hạt tròn sẽ thƣờng đƣợc phân tách thành hai hạt dài hình 2.3 (a); còn hạt dài sẽ gãy ra hai hạt tròn hình 2.3 (b) Điều đó có nghĩa là các hạt mài tròn có thể . THUẬT CÔNG NGHIỆP ………… …………… LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng tái sử dụng hạt mài Supreme garnet sau khi gia công bằng tia. thƣớc hạt mài mới 44 Bảng 3.5. Phân bố kích thƣớc hạt mài sau tái chế 45 Bảng 3.6. Khả năng tái chế của hạt mài Supreme granet so với hạt mới 46 Bảng 3.7. Đánh giá khả năng ct của hạt mài. CÔNG NGHIỆ P 000 THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngà nh: Công nghệ chế tạ o má y Đề tà i: Nghiên cứu khả năng tái sử dụng hạt mài Supreme garnet sau khi gia