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