XÂY DỰNG MỘT SỐ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGÀNH CHẾ TẠO MÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ HỘI THẢO XÂY DỰNG MỘT SỐ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGÀNH CHẾ TẠO MÁY KỶ YẾU Nha Trang, tháng 11 năm 2010 MỤC LỤC Trang Một số hướng nghiên cứu gia cơng tia lửa điện Nguyễn Văn Tường Một số hướng nghiên cứu khoa học với máy phay CNC trục Nguyễn Văn Tường Những ñịnh hướng nghiên cứu khoa học Trần Ngọc Nhuần Nghiên cứu chế độ cơng nghệ cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao tia nước có hạt mài Nguyễn Hữu Thật Mơ hình hóa 3D chế tạo vịng mài kim cương 11 Ngô Quang Trọng 16 MỘT SỐ HƯỚNG NGHIÊN CỨU VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ðIỆN Nguyễn Văn Tường Mở đầu Phương pháp gia cơng tia lửa ñiện ñược phát triển vào năm 1943 Liên Xơ hai vợ chồng người Nga trường đại học Moscow Giáo sư-Tiến sĩ Boris Lazarenko Tiến sĩ Natalya Lazarenko Cho đến phương pháp gia cơng ñã ñược phổ biến rộng rãi khắp nơi giới Nguyên tắc phương pháp bắn phá chi tiết ñể tách vật liệu nguồn lượng nhiệt lớn ñược sinh cho hai ñiện cực tiến gần Trong hai ñiện cực này, đóng vai trị dao đóng vai trị phơi q trình gia cơng Phương pháp gia cơng có hai dạng gia cơng dùng ñiện cực thỏi dùng dây cắt Hai phương pháp gia cơng ngày cải tiến nhờ tiến kỹ thuật ñiều khiển, ñiện tử cơng nghệ thơng tin Bài viết trình bày số nghiên cứu năm gần ñây gia cơng tia lửa điện giới Một số hướng nghiên cứu gia cơng tia lửa điện Ngoài nghiên cứu truyền thống tia lửa ñiện nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công loại vật liệu khác nhau, nghiên cứu ñộ mòn dụng cụ, nghiên cứu cải tiến hệ ñiều khiển…, ñang tập trung vào số vấn ñề chủ yếu sau: • Nâng cao suất gia cơng nâng cao độ tin cậy nhờ kỹ thuật điều khiển cao cấp • Sử dụng tia lửa ñiện ñể gia công loại vật liệu Cả gia cơng điện cực dây điện cực thỏi ñược phát triển ñể gia công loại vật liệu có tính chống mịn cao các-bít xê-men-tít vật liệu gốm dẫn điện khác • Tạo phương pháp gia cơng lai với tia lửa điện Một số nhánh nhỏ nghiên cứu gia công tia lửa ñiện giới là: Tạo loại vật liệu dụng cụ có tính cắt gọt tốt: - Trong gia công dây cắt, người ta ñang nghiên cứu tạo loại dây cắt nâng cao độ xác gia cơng, đặc biệt cắt góc - Trong gia cơng điện cực thỏi, người ta nghiên cứu tạo loại vật liệu composite kim loại ñể tạo ñiện cực dụng cụ Các kỹ thuật ñiều khiển - Sử dụng kỹ thuật thụ cảm trực tuyến (on-line sensing techniques) để điều khiển mịn dụng cụ gia cơng điện cực thỏi - ðiều khiển chuyển ñộng chuyển ñộng phức tạp ñiện cực thỏi dạng hình trụ để gia cơng bề mặt phức tạp (như phay CNC) thay dùng điện cực dụng cụ có hình dáng 3D phức tạp Các chiến lược gia cơng gia cơng xung điện Xây dụng ñánh giá chiến lược gia công bề mặt 3D, phát triển mơ hình gia cơng 3D nhằm tiên ñoán nhám bề mặt ñạt ñược với chiến lược gia công khác Trong cắt dây tia lửa ñiện: - Nghiên cứu phát triển loại dung dịch điện mơi mới, điện cực để gia cơng ñạt hiệu cao gia công vật liệu làm dao các-bít, kim cương - nhân tạo gốm Nghiên cứu sử dụng dầu thay nước khử khống Gia cơng hai bước: gia cơng nước khử khống, gia cơng dầu Gia cơng tia lửa điện khơ Trong gia cơng tia lửa điện khơ, điện cực dụng cụ chế tạo dạng ống thành mỏng Gas khí áp suất cao ñược cung cấp xuyên qua ống ñể tống hạt phoi khỏi khe hở ñiện cực dụng cụ chi tiết gia công, làm mát khu vực Hình trình bày nguyên lý gia cơng tia lửa điện khơ Kỹ thuật gia cơng phát triển nhằm giảm nhiễm mơi trường chất điện mơi gia cơng tia lửa ñiện Các nghiên cứu gần ñây kỹ thuật nghiên cứu áp dụng gia công vật liệu các-bít, so sánh thời gian gia cơng gia cơng tia lửa điện khơ có sử dụng dầu làm chất điện mơi Một số nghiên cứu khác nghiên cứu chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng, mịn dụng cụ,… Hình Gia cơng tia lửa ñiện khô Kết hợp rung ñộng gia công tia lửa điện Rung động đưa vào gia cơng tia lửa để mở rộng ứng dụng phương pháp gia công nâng cao suất gia cơng vật liệu khó gia công Các nghiên cứu khu vực áp dụng rung ñộng cho ñiện cực dụng cụ cho phôi kết hợp hai; nghiên cứu sử dụng gia cơng tia lửa điện có rung động để gia cơng vi lỗ, mịn dụng cụ Micro EDM Hướng nghiên cứu nghiên cứu áp dụng công nghệ gia cơng tia lửa điện để: - Cắt dây tia lửa điện sử dụng dây cắt có đường kính 0,02 bé ñể cắt vật liệu dẫn ñiện Xung điện micro với điện cực dụng cụ có đối tượng với kích cỡ micro - Khoan lỗ có đường kính từ 5-10 µm Khả nghiên cứu gia cơng tia lửa điện mơn Chế tạo máy Hiện môn Chế tạo máy, ðại học Nha Trang, có 01 máy cắt dây trục 01 máy xung ñiện ZNC Với thiết bị này, Bộ mơn triển khai số hướng nghiên cứu sau: - Các nghiên cứu mịn điện cực dụng cụ - Các nghiên cứu chất lượng bề mặt - Các nghiên cứu sử dụng loại điện mơi khác nhau, kể gia cơng tia lửa điện khơ - Các nghiên cứu gia công loại vật liệu Một số từ khóa ðể tìm hiểu thêm tình hình nghiên cứu gia cơng tia lửa ñiện kỹ thuật gia công tia lửa ñiện, nghiên cứu viên sử dụng số từ khóa sau: - W-EDM: cắt dây tia lửa điện - Wire EDM rotary spindle: cắt dây tia lửa ñiện trục quay trịn - Electrode: điện cực, - Dielectrics: chất điện mơi - Dry EDM: gia cơng tia lửa ñiện khô - Micro-wire EDM: cắt vi dây Die-sinking micro-EDM: gia cơng vi xung điện Tài liệu tham khảo Phạm Ngọc Tuấn, Nguyễn Văn Tường Các phương pháp gia cơng đặc biệt, NXB ðại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2007 N M Abbas, D G Solomon, M.F Bahari A review on current research trends in electrical discharge machining International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 1214–1228 http://www.mech.kuleuven.be/pp/research/edm MỘT SỐ HƯỚNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VỚI PHAY CNC TRỤC Nguyễn Văn Tường Mở đầu Trong dịng máy CNC máy phay trục phổ biến Hiện tại, hầu hết trường ñại học kỹ thuật Việt Nam có đào tạo chun ngành Chế tạo máy ñều trang bị loại thiết bị Do ñó, năm gần ñây nhiều nhà nghiên cứu nước ñã ñang triển khai ñề tài nghiên cứu mà ñối tượng máy phay CNC trục Bài viết giới thiệu số hướng nghiên cứu khoa học liên quan đến cơng nghệ phay CNC trục Một số hướng nghiên cứu 2.1 Nghiên cứu nhám bề mặt Nhám bề mặt thông số chất lượng bề mặt quan trọng, ảnh hưởng ñến khả làm việc chi tiết máy Hơn nữa, nhân tố ảnh hưởng đến chi phí gia công Nhám bề mặt thông số tham chiếu hữu ích việc xác định tính ổn định q trình gia cơng Do đó, việc tiên đốn nhám bề mặt giúp đánh giá tính ổn định q trình gia cơng Các thơng số thường ñược ñưa vào nghiên cứu nhám bề mặt là: chế ñộ cắt (tốc ñộ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt), thơng số hình dáng hình học dao, vật liệu làm dao vật liệu chi tiết gia công Việc nghiên cứu nhám bề mặt thường thực thực nghiệm Thơng số nhám ñược chọn ñây thường Ra 2.2 Tối ưu hóa thơng số chế độ cắt Việc tối ưu hóa thơng số chế độ cắt phay ñược thực nhiều cách tiếp cận khác nhau, ví dụ: + Phương pháp Feasible Direction + Phương pháp Taguchi + Phương pháp Particle Swarm Optimization + Phương pháp Ant Colony Optimization + Dùng kỹ thuật Tribes + Phương pháp Genetic Algorithm + Phương pháp Linear Programming Technique + Phương pháp Simulated Annealing + Phương pháp Memetic Algorithm + Phương pháp Immune Algorithm + Phương pháp Genetic Expression Programming Có nhiều sử dụng nhiều thơng số chế độ cắt khác q trình tối ưu hóa tốc ñộ cắt, chiều sâu cắt, lượng chạy dao, bề dày phoi cắt, lực cắt, số lần chuyển dao, đường kính dao chiều dao ba thơng số đầu sử dụng phổ biến Hàm mục tiêu trình tối ưu hóa chi phí gia công, suất gia công nhám bề mặt 2.3 Nghiên cứu lực cắt Lực cắt yếu tố có ảnh hưởng mạnh mẽ đến chất lượng bề mặt, tốc độ mịn dao chi phí gia cơng Cho dù nhiều nhà khoa học ñã tiến hành nghiên cứu dự đốn lực cắt phay lý thuyết lẫn thực nghiệm, nhiên hầu hết nghiên cứu đưa nhiều giả thuyết chưa mơ ñầy ñủ nhân tố ảnh hưởng ñến lực cắt, làm giảm ñộ tin cậy ñánh giá lực cắt Do nghiên cứu lực cắt tiếp tục ñược triển khai, phay CNC Trong nghiên cứu gần ñây, yếu tố thường dùng đến q trình mơ lực cắt bề dày cắt, bề rộng cắt, lượng chạy dao, góc trước dao, … Việc mơ hình hóa lực cắt thực phương pháp tiếp cận Response Surface Methodology, Genetic Algorithm 2.4 Một số hướng nghiên cứu khác - Nghiên cứu việc gia cơng loại vật liệu có độ cứng cao hợp kim titan, niken, crom-niken, loại vật liệu composite kim loại - Nghiên cứu ứng dụng loại dao có lớp phủ vào gia công kim loại hợp kim dao phủ TiC, TiCN, TiN, TiAlN, alpha Al2O3, CBN - Nghiên cứu mài mịn dao (thực nghiệm, mơ phỏng) - Nghiên cứu chế tạo đồ gá mở rộng khả cơng nghệ máy phay CNC trục - Nghiên cứu gia công ảo máy phay CNC trục Một số từ khóa Spindle speed, feed rate, depth of cut, CNC milling, surface roughness, optimization, cutting forces, inconel, tool wear, 3-axis milling/machining, end milling operation, wear simulation, modeling of cutting forces, virtual milling process, milling parameters, optimization of milling parameters Kết luận Có nhiều hướng nghiên cứu khác cơng nghệ phay CNC triển khai giới Với khả môn Chế tạo máy, trường ðại học Nha Trang, triển khai số nghiên cứu ứng dụng phay CNC trục trung tâm gia công VMC 2216 trường Tài liệu tham khảo B Ganesh Babu, V Selladurai and R Shanmugam (2008) Analytical modeling of cutting forces of end milling operation on aluminum silicon carbide particulate metal matrix composite material using response surface methodology ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol 3, No 2, Haslina Arshad, Zainal Rasyid Mahayuddin, Che Hassan Che Haron, Rosilah Hassan (2008) Flank Wear Simulation of a Virtual End Milling Process European Journal of Scientific Research, Vol.24 No.1, pp.148-156 Mohd Saupi Bin Mohd Sauki (2008) Optimization of milling parameters using ant colony optimization Universiti Malaysia Pahang Sanjit Moshat, Saurav Datta, Asish Bandyopadhyay and Pradip Kumar Pal (2010) Optimization of CNC end milling process parameters using PCA-based Taguchi method International Journal of Engineering, Science and Technology, Vol 2, No 1, , pp 92-102 Ab Rashid M.F.F., Gan S.Y., and Muhammad N.Y (2009) Mathematical Modeling to Predict Surface Roughness in CNC Milling World Academy of Science, Engineering and Technology 53 Wen-Hsiang Lai (2000) Modeling of Cutting Forces in End Milling Operations Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol 3, No 1, pp 15-22 NHỮNG ðỊNH HƯỚNG KHI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Trần Ngọc Nhuần Tìm chọn đề tài nghiên cứu ðề tài ñược giao ðề tài tự chọn: - Từ mâu thuẫn nảy sinh thực tiễn sống cá nhân - Mâu thuẫn nảy sinh trình nhà nghiên cứu tiếp xúc với thông tin - Mâu thuẫn nảy sinh trình tiếp xúc với sở, với thực tiễn, hội nghị, hội thảo… - Khi tiếp xúc với người xung quanh Tuy nhiên chọn ñề tài cần phải quan tâm: - ðề tài có ý nghĩa khoa học hay khơng? - Có ý nghĩa thực tiễn hay khơng? - Có cấp thiết cần phải nghiên cứu? - Có đủ điều kiện để hồn thành? - Có phù hợp với sở thích khơng? - Có tính khả thi? - Thời gian thực Trong giai đoạn tại, đề tài mang tính chất lý thuyết khó thực khó thuyết phục Vì việc chọn đề tài nên vào ứng dụng thực tiễn đời sống Chính đề tài nên thực dạng nhóm Chúng ta tiến hành ñiều tra thực tế, nắm bắt u cầu người tiêu dùng sau lập bảng yêu cầu ñưa ñề tài cần nghiên cứu, tính tốn chế tạo sản phẩm Hoặc dạng khác phát triển có chưa hoàn thiện ðể tạo cho sinh viên tiếp cận với công việc nghiên cứu khoa học ứng dụng kiến thức vào thực tế, ñồng thời sinh viên cộng tác viên tốt, thành viên tốt nhóm, đồng thời người trực tiếp thu thập số liệu hoàn thành nội dung cụ thể Các mơn học thiết kế đố án giaocho sinh viên tự tìm lấy đề hướng dẫn giáo viên môn học giáo viên mơn Các đề tài nên vào ứng dụng thực tế, ví dụ: - Thiết kế hệ truyền ñộng ñể ñưa thang máy lên xuống nhà cao tầng, - Thiết kế thiết bị phục vụ cho nhà hàng, - Cải tiến thiết bị phục vụ cho sở sản xuất… Tất điều tạo số liệu sống động, khả thi phục vụ hình thành nên ñề tài thiết thực tạo sản phẩm mang thương hiệu Trường Những giả ñịnh Giả ñịnh dạng dự báo, ñược hình thành tuyên bố mà người nghiên cứu ñề nghị ñể dẫn tới câu trả lời cho câu hỏi nghiên cứu 3.Các tài liệu liên quan Cần phải thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu (cả sở vật chất, phương pháp nghiên cứu lẫn kiến thức) Tốt ta lập thành danh mục cụ thể Trình tự Là mơ tả chi tiết bước trình tiến hành, phân chia thời gian, kinh phí thực Lựa chọn phương pháp thu thập thông tin ðiều tra chọn mẫu Nghiên cứu thực địa Phân tích nội dung Sử dụng thơng tin thứ cấp Tư liệu thí nghiệm Xử lý kết thu thập Lập bảng danh mục thông tin thu thập Sắp xếp thứ tự ưu tiên Tiến hành tính tốn kiểm tra Kiểm nghiệm lại thực tế, thu thập tiếp thông tin Xử lý cuối Viết báo cáo tổng kết báo cáo tóm tắt NGHIÊN CỨU CHẾ ðỘ CÔNG NGHỆ CẮT VẬT LIỆU KIM LOẠI CÓ ðỘ CỨNG CAO BẰNG TIA NƯỚC CĨ HẠT MÀI Nguyễn Hữu Thật ðặt vấn đề Ngày nay, khoa học cơng nghệ phát triển, để gia cơng kim loại người ta thay công nghệ cũ kỷ, truyền thống công nghệ tiên tiến hơn, công nghệ cắt kim loại tia nước kết hợp với dung dịch hạt mài nhằm bóc tách bề mặt gia cơng ðặc tính quan trọng cơng nghệ tia nước có áp suất cực lớn tác động lên hạt mài có hình dáng đa dạng, xem lưỡi cắt va ñập vào bề mặt kim loại cần gia cơng làm bong tróc tạo thành mạch cắt Ưu điểm lớn cơng nghệ vết nhỏ, sạch, chất lượng bề mặt vết cắt cao, hao phí kim loại suất cao so với công nghệ truyền thống khác cắt khí Từ ưu điểm lớn thế, nước giới ñã ứng dụng nhiều công nghiệp Tuy nhiên Việt Nam, hạn chế mặt tài chính, khoa học, cơng nghệ an tồn vận hành nên cơng nghệ chưa ñược áp dụng rộng rãi Trước vấn đề đó, tơi bắt tay vào xây dựng định hướng “nghiên cứu chế độ cơng nghệ cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao tia nước kết hợp với dung dịch hạt mài Tôi hy vọng với định hướng nhằm góp phần đưa cơng nghệ cắt kim loại nước ta phát triển Tình hình công nghệ tia nước áp suất cao (TNASC) giới Việt Nam Vào năm 70 phát triển ngành khí với phát triển ngành công nghệ vật liệu, thiết bị tạo TNASC tăng dần áp suất tuổi bền Những thiết bị tạo TNASC với áp suất lên tới 4000 bar Thiết bị tạo TNASC khiết ñược ứng dụng rộng rãi nhiều ngành cơng nghiệp Tuy nhiên, có hạn chế định loại hình vật liệu cắt tia nước Với chế dịch chuyển vật liệu thâm nhập nước phá hủy rộng rãnh nứt bề mặt vật liệu Thiết bị cắt vật liệu có ñộ cứng thấp như: gỗ, vật liệu nhân tạo, nhựa tổng hợp, … Năm 1980 hiệu cắt TNASC ñược nâng cao rõ rệt phát minh trộn thêm hạt mài vào tia nước Lúc TNASC thực ứng dụng vào gia cơng cắt gọt, cắt tất loại vật liệu kể vật liệu có tính chất khơng ñồng vật liệu tổng hợp có cấu tạo gồm nhiều lớp vật liệu khác Khi trộn hạt mài vào tia nước, tia nước tăng tốc hạt mài, tạo cho hạt mài có động cực lớn ðộng năng lượng để bóc tách vật liệu cắt Lúc cắt tất vật liệu, khơng phụ thuộc vào tính chất lý, cấu tạo vật liệu [6] Năm 1994, ðức ñã ứng dụng TNASC vào y học Tia nước mảnh có áp suất từ 50 - 300 bar ñược sử dụng dao dùng ñể phẫu thuật Khi cắt phương pháp nước khơng gây dị ứng mà cịn thể tiếp nhận 70% thể nước Một phát minh cắt phần cứng thể xương, người dùng ñường muối ñể thay hạt mài, ñường muối giống nước khơng gây dị ứng cho thể mà thể tiếp nhận [2], [3] 10 Hiện giới TNASC ñược ứng dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp nước phát triển: ðứng đầu ðức, My, Pháp, Ao, Nhật, … TNASC ñược ứng dụng ñể cắt hầu hết loại vật liệu Công nghệ tia nước áp suất cao 3.1 Ngun lý gia cơng TNASC dịng tia có vận tốc cực lớn Dịng tia tạo nên thiết bị bơm cao áp, nước ñược nén với áp suất cao sau đẩy qua đường ống cao áp ngồi qua đầu phun, đầu phun có đường kính nhỏ nhiều lần so với đường kính đường ống cao áp Q trình tạo TNASC q trình chuyển hóa lượng, tích lũy lượng sau vận chuyển lượng, cuối giải phóng lượng [1] Hình Phương pháp trộn hạt mài khơng áp Tia nước sau khỏi đầu phun có cấu trúc gồm vùng (hình 2): - Vùng tia liên tục - Vùng tạo giọt - Vùng hóa sương Hình Sơ ñồ cấu trúc tia nước tốc ñộ cao khơng khí Vùng lõi cắt vùng áp dụng cho cắt vật liệu 11 3.2 Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ TNASC Phạm vi ứng dụng TNASC rộng rãi nhiều ngành công nghiệp Phổ biến dùng làm cắt - Ứng dụng làm - Ứng dụng cắt vật liệu: + Cắt tia nước khiết + Cắt tia nước có trộn hạt mài Tia nước trộn hạt ñược phân thành 02 loại: + Tia nước trộn hạt mài khơng áp + Tia nước trộn hạt mài có áp Hình Ứng dụng cắt tia nước trộn hạt mài không áp cắt thép dày Tại Việt Nam, TNASC biết đến vịng - năm trở lại ñây Năm 1998 Viện máy dụng cụ cơng nghiệp đơn vị có thiết bị tạo TNASC với áp suất tối ña lên tới 2800 bar Thiết bị dùng cơng nghệ làm ðầu tiên trình diễn làm vỏ tàu Nhà máy đóng tàu Bạch ðằng Nhà máy đóng tàu Sơng Cấm Chất lượng bề mặt sau làm cao so với phương pháp phun cát Nhưng chuẩn bị ñồ gá chưa tốt nên kết thu cịn hạn chế suất, nhiên thực tế cho thấy công nghệ thân thiện với mơi trường Hình Ứng dụng công nghệ TNASC làm vỏ tàu 3.3 Ưu nhược điểm cơng nghệ cắt tia nước áp suất cao Ưu điểm: - Có thể cắt hầu hết tất loại vật liệu như: Thép, hợp kim, kim loại màu, vật liệu gốm nhân tạo, composit, đá, kính, cao su, vật liệu cấu tạo gồm nhiều lớp khác - Trong trình cắt sinh nhiệt nhỏ, không sinh bụi, phản ứng hóa học, thân thiện khơng gây nhiễm mơi trường, cải thiện mơi trường làm việc 12 - Có thể cắt ñược vật liệu nhạy cảm với nhiệt (một số chất dẻo) - ðược dùng cắt phá, tháo gỡ bom mìn đạn dược, tháo dỡ lị phản ứng hạt nhân - Chất lượng mạch cắt cao - Lực cắt phản lực nhỏ, ñơn giản cho ñồ gá Nhược ñiểm: - Giá thành ñầu tư thiết bị cao - Chi phí bảo dưỡng bảo trì cao - Giá thành sử dụng cao - ðiều kiện an toàn vận hành cao Với đặt tính cơng nghệ riêng biệt, TNASC tương lai ñược sử dụng ñể thay công nghệ cũ, lạc hậu Hướng nghiên cứu ñề tài Nội dung nghiên cứu ñề tài là: - Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ cắt kim loại tia nước giới Việt Nam - Công nghệ cắt kim loại tia nước có áp suất cao kết hợp với dung dịch hạt mài - Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ đến suất cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao - Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ Trong phạm vi giới hạn đề tài, tơi tập trung vào hướng nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ thiết bị đến suất chất lượng mạch cắt kim loại tia nước áp suất cao Sau ñánh giá ñược mức ñộ ảnh hưởng thông số trên, tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa thơng số cơng nghệ thiết bị nhằm ñưa kết tốt Khi cắt tia nước áp suất cao, yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạch cắt mơ tả sơ ñồ sau: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN CHẤT LƯỢNG MẠCH CẮT TRONG CÔNG NGHỆ CẮT BẰNG TNASC CĨ TRỘN HẠT MÀI Các thơng số thiết bị - Kiểu đầu phun, đường kính đầu phun - Lưu lượng, loại hạt, kích thước, hình dáng hạt mài Các thơng số công nghệ - Áp suất (P) - Vận tốc cắt (V) - Khoẳng cách cắt (H) Các tiêu ñánh giá kết - Năng suất cắt - Chất lượng mạch cắt - Chiều sâu cắt - Chiều rộng mạch cắt Hình Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạch cắt 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Van Vĩnh:“ Cơ học chất lỏng ứng dụng ”, Nhà xuất giáo dục, 2001 [2] Trần Anh Quân : “Nghiên cứu công nghệ tia nước áp suất cao làm công nghiệp”, Luận án tiến sỹ, Viện máy dụng cụ công nghiệp 2003 [3] Richard K Miller, CmfgE – Waterjet cutting: “Technology and industrial applicatons”, SAEI Technical Publications, 1985, Madison, GA [4].Hua Liu: “A study of the cutting performance in abrasive waterjet contouring of Alumina Ceramics and associated jet dynamic characteristics”, Qeensland University of Technology, 2004 [5] www.berkeleychemical.com [6] www.waterjet-tech.com [7] www.waterjets.org [8] www.omax.com [9] www.usjetting.com [10] www.con4prog.com [11] www.hiendaihoa.com 14 MƠ HÌNH HĨA 3D CHẾ TẠO VỊNG MÀI KIM CƯƠNG Ngơ Quang Trọng Trong q trình thiêu kết, chế tạo vịng mài kim cương Tại ñiều kiện thiêu kết khác nhau, xuất ứng suất nhiệt khác nhau, mà dẫn đến phá hủy q trình chế tạo vịng mài Vì thế, theo liệu ИСМ НАНУ (Trung tâm nghiên cứu vật liệu rắnKhapcơp-Ucraina ) 90% hạt kim cương bị phá hủy б а Kim cương tổng hợp với pha kim loại hạt а Kim cương tổng hợp với hình thành vết nứt Hình Mục đích, phương pháp vấn ñề nghiên cứu vòng mài kim cương ðể nghiên cứu việc tối ưu hóa đặc tính vịng mài kim cương trình chế tạo chúng Phương pháp ñược tiếp cận nghiên cứu cường ñộ biến dạng vùng bị thiêu kết mẫu ba chiều vịng mài kim cương Mục đích làm tăng hiệu hạt mài kim cương từ sở tính tốn khoa học cho việc chọn lựa đặc tính vòng mài kim cương liên kết kim loại, gốm hợp chất hữu cơ, mà ñảm bảo nguyên vẹn hạt kim cương giai ñoạn chế tạo dụng cụ mài ðể ñạt ñược mục tiêu giải nhiệm vụ sau: Nghiên cứu phương pháp mơ hình hóa q trình thiêu kết vòng mài kim cương phương pháp phần tử hữu hạn Nghiên cứu phương pháp khảo sát bảo tồn hạt kim cương vòng dạng liên kết khác Khảo sát trình thiêu kết lớp vòng mài kim cương liên kết kim loại, gốm hợp chất hữu phương pháp mơ hình hóa 3D trạng thái cường độ tới hạn chúng, nhằm xác ñịnh ảnh hưởng thơng số kỹ thuật q trình thuộc tính liên kết, kích thước hạt kim cương mật độ hạt vịng mài Từ đó, đưa khuyến nghị trình thiêu kết hợp lý Ưu điểm phương pháp mơ hình hóa đơn giản giá thành thấp Nó cho phép nghiên cứu phối trộn ñặc tính hạt, liên kết, chế độ thiêu kết, mà phương pháp cổ truyền khơng thể thực Kiểu tính tốn thứ đưa cho mảnh vòng kim cương, bao gồm hạt kim cương, có liên kết kim loại xung quanh Ở có thay đổi kích thước hạt, tương ứng 15 với dạng hạt từ 50/40 đến 500/400 micrơmet, thay ñổi nhiệt ñộ ứng suất nhiệt, đồng thời nghiên cứu thuộc tính lý hóa phần tử thiêu kết Kiểu tính tốn thứ khảo sát mảnh vòng kim cương, bao gồm số hạt kim cương, ứng với dạng liên kết chung Tại kiểu tính có thay đổi tỉ lệ kích thước hạt kim cương kích thước khối liên kết bao bọc xung quanh hạt đó, mà tương ứng với khác tính chất hạt thành phần phần trăm hạt kim cương lớp thiêu kết Т Т Р Р Р+Т a Р+Т a1 a Cвязка Алмазне зерно Cвязка Алмазне зерно Металофаза Металофаза b b1 c c b Hình Mơ hình hóa kiểu hạt kim cương kiểu nhiều hạt Mơ hình hóa mẫu hạt nghiên cứu: Trong mẫu hạt liên kết ñược nghiên cứu vật thể đàn hồi đặc Hạt kim cương mơ hình hóa dạng mặt với kích thước phụ thuộc vào ñộ hạt nghiên cứu, từ 50x30x30 ñến 500x300x300 micrômet Tồn pha kim loại hạt kim cương mơ hình hóa xen kẽ theo hướng tự Hàm lượng thể tích 0,1-10% tùy thuộc vào kiểu hạt Chuỗi liên kết ñược ñưa dạng mảnh lăng trụ với kích thước từ 0,5x0,5x1,1 đến 3x3x6 mm phụ thuộc vào kích cỡ mật độ hạt Mẫu đặt tải trọng tĩnh phân bố ñều ñồng hướng dạng áp lực nhiệt ñộ Kết nhận ñược: Ảnh hưởng áp lực lên toàn vẹn hạt: ðối với việc ñặt hệ thống tải trọng vùng ứng suất nguy hiểm phân bố đỉnh khối mặt, thực tế không gây phá hủy hạt Các tính tốn rằng, khối “hạt kim cương liên kết” với áp lực, phạm vi tất khoảng giá trị kỹ thuật, với loại liên kết khác kiểu hạt kim cương khác ảnh hưởng khơng đáng kể ñến ứng suất hệ thống nghiên cứu khơng dẫn đến trạng thái phá hủy hạt kim cương Ảnh hưởng nhiệt ñộ: Ứng suất gây ảnh hưởng nhiệt độ, có tác động lớn nhiều có hình ảnh khác hẳn phân bố trạng thái ứng suất Sự gia tăng ứng suất nhận thấy chu vi hình cầu, nội tiếp khối mặt, vị trí tập trung pha kim loại hạt Với gia tăng nhiệt ứng suất hệ thống nghiên cứu ñã gia tăng Rõ ràng rằng, nguyên nhân khơng đồng cấu trúc hạt kim cương, có khác biệt lớn hệ số giãn nở nhiệt kim cương pha kim loại, tác ñộng gia tăng nhiệt từ bên xuất ứng suất nhiệt từ bên hạt 16 Quá trình thiêu kết thể gốm nhiệt độ 7000C Q trình thiêu kết thể gốm nhiệt độ 8000C Hình 3 Ảnh hưởng ñồng thời áp suất nhiệt ñộ: Ứng suất xuất hệ thống “hạt kim cương liên kết” tác dụng ñồng thời ngoại lực nhiệt ñộ, theo phân bố giá trị tới hạn chúng giống hình ảnh ứng suất nhiệt, giá trị cao mức bình thường chúng 12% cho ñiều kiện Ứng suất, vượt giới hạn bền hạt kim cương phân bố dọc theo lớp pha kim loại, gây vết nứt bên hạt Bên cạnh việc gia tăng nhiệt ñộ thiêu kết, làm gia tăng ñộ bền liên kết kim loại dẫn ñến ñiều ứng suất chúng hạt tăng lên dẫn đến giá trị giới hạn bền ñối với loại kim cương ðiểm nhiệt mà hình thành nên ứng suất tới hạn vùng pha kim loại ñược ñưa vào Với tăng lên ñộ bền khối liên kết với gia tăng trị số ứng suất vùng gia tăng quan sát mà lan truyền ra, phá hủy đồng thời tất vùng thể tích hạt kim cương Главные напряжения σ, МПа 800 700 600 500 400 300 200 100 25 50 75 100 125 150 Концентрацияk, % 175 200 Biểu ñồ ứng suất mật ñộ hạt 1- Liên kết kim loại; 2- Liên kết gốm; 3- Liên kết hữu Hình 17 Chỉ số kiểu hạt kim cương nhỏ thể tích chiếm giữ pha kim loại ñưa vào chúng lớn, tạo lớn diện tích chiếm giữ độ lớn ứng suất hạt Thực nghiệm rằng, gia tăng hàm lượng kim loại ñưa vào hạt kim cương từ 0,1 đến 0,6% dẫn đến gia tăng đại lượng ứng suất lên đến lần Ảnh hưởng mật ñộ hạt kim cương: Mật ñộ hạt kim cương lớp kim cương bị thiêu kết có ảnh hưởng đến trạng thái biến dạng ứng suất chúng, hình thành nên ứng suất tổng hợp hệ thống Khi hệ thống ñưa vào vài hạt kim cương, khoảng cách chúng xác định mật độ hạt, trường ứng suất hạt tác ñộng lên trường ứng suất hạt lân cận Làm gia tăng trạng thái ứng suất khơng gian hạt Do làm tăng ứng suất hạt Lần ñầu tiên, sở mơ hình hóa 3D trạng thái biến ñổi ứng suất vùng thiêu kết, ñã xác ñịnh ñược khuyến nghị có khoa học cấu tạo tối ưu phần tử ñược thiêu kết: kiểu liên kết, kiểu hạt kim cương, kích cỡ hạt mật ñộ thiêu kết việc ñảm bảo nguyên vẹn hạt vòng mài sau chúng chế tạo ðó nghiên cứu đồng thời phương cách để tìm sản phẩm giai ñoạn chu kỳ sống chúng Tài liệu tham khảo: Безруков Г.Н., Бутузов В.П., Хателишвили Г.В., Чернов Д.В Изучение состава включений в синтетических кристаллах алмаза методом локального анализа // ДАН СССР – 1972 – т 204 – №1 – C 84-87 2.Бочка А.В., Григорьев О.Н., Джамаров С.С и др Влияние структурных факторов на механические свойства СТМ на основе нитрида бора // Порошковая металлургия – 1979 – №10 – С 61-69 Ваврда Й О составе и структурных формах металлических включений в синтетических алмазах // Сверхтвердые материалы – 1981 – №3 – С 27-30 18