Nghiên cứu chế độ công nghệ cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao bằng tia nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -[\ - NGUYỄN HỮU MINH NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CẮT VẬT LIỆU KIM LOẠI CÓ ĐỘ CỨNG CAO BẰNG TIA NƯỚC CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY Mà SỐ NGÀNH : 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – 6/ 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH -[\ - Cán hướng dẫn khoa học: GS.TSKH BÙI SONG CẦU …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 1: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… Cán chấm nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …….…… tháng ………… năm …………………… Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -[\[\ - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Hữu Minhø Phái : Nam Sinh ngày 26 tháng 11 năm 1975 Nơi sinh: Hà Nội Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy Mã số : 00403089 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CẮT VẬT LIỆU KIM LOẠI CÓ ĐỘ CỨNG CAO BẰNG TIA NƯỚC NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phần lý thuyết: - Tìm hiểu thiết bị công nghệ cắt TNASC - Phân tích động học động lực học dòng tia Phần thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất cắt cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 20 tháng năm 2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày tháng năm 2005 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS TSKH Bùi Song Cầu II VI VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: HOÏ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT GS.TSKH Bùi Song Cầu ……… CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG QLKH-SĐH Ngày Tháng Năm 2005 CHỦ NHIỆM NGÀNH PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh PGS TS Trần Doãn Sơn LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ tia nước áp suất cao (TNASC) xây dựng từ năm 30 kỷ 20 Đầu tiên Liên Xô ứng dụng lónh vực khai thác mỏ ngầm lòng đất Cùng với thời gian, phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ chế tạo máy, công nghệ vật liệu, công nghệ thông tin, … tạo thiết bị tạo TNASC với áp suất ngày lớn, nhanh chóng ứng dụng rộng rãi nhiều lónh vực nước Nhật, Anh, Mỹ, Đức, Canada, Trung Quốc, … Với đặc tính công nghệ riêng, TNASC ứng dụng vào ngành như: Cơ khí chế tạo máy, công nghệ làm sạch, công nghệ dệt may, công nghệ thực phẩm, … với áp suất từ vài trăm tới hàng nghìn bar Nội dung đề tài nhằm nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ (áp suất, vận tốc cắt) cắt TNASC đến suất cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao với mục đích làm sở nâng cao hiệu sử dụng thiết bị cắt kim loại cóđộ cứng cao Xin chân thành cảm ơn GS TSKH Bùi Song Cầu tận tình hướng dẫn, cảm ơn lãnh đạo Viện máy dụng cụ công nghiệp, thầy cô môn Chế tạo máy Trường ĐHBK Tp Hồ Chí Minh bạn đồng nghiệp giúp đỡ hoàn thành luận văn Tác giả Nguyễn Hữu Minh TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày với nhịp độ phát triển khoa học kỹ thuật ngày đại, loại vật liệu kim loại có độ bền, độ cứng cao, chịu nhiệt, chịu mài mòn cao, … dùng nhiều thiết bị, máy móc, nhiều lónh vực Điều đòi hỏi phải có giải pháp công nghệ để gia công vật liệu với suất, chất lượng đem lại hiệu Do việc phát triển ứng dụng công nghệ tia nước vào cắt vật liệu có độ bền, độ cứng cao coi giải pháp đáp ứng nhu cầu Trên Thế Giới, nước phát triển TNASC ứng dụng nhiều ngành công nghệp mức độ như: làm sạch, cắt, bóc tách bề mặt, … đem lại hiệu cao Tại Việt Nam, Viện máy dụng cụ công nghiệp đơn có trang bị thiết bị tạo TNASC bao gồm 02 hệ thống làm Hãng URACA – CHLB Đức với áp suất tới 2800 bar 02 hệ thống cắt Hãng BưHLER - Áo với áp suất tới 4200 bar nhiên, vấn đề làm để khai thác ứng dụng thiết bị sản xuất cách có hiệu Nội dụng Luận văn: “Nghiên cứu chế độ công nghệ cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao tia nước” gồm phần sau: - Tìm hiểu thiết bị công nghệ cắt TNASC - Phân tích động học động lực học dòng tia - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ (áp suất, vật tốc cắt) đến suất cắt cắt vật liệu kim loại có độ cứng cao -KÖJ - ABSTRACT Nowadays, toghether with developmental rate of more and modern technical science, kinds of metal material which have durability, high hardness, bear high temperature, corrosion … are used in equipment, machinery, in many frelds This requires to have new technology solution to process these materials with capacity, quality, high effect Therefore, applicable development of water jet technology into materials with high durability, hardress is considered as asolution to meet the above demand In the world, in the development countries, water jetting technology has been applied in many industrial branches at levels such as: cleaning, cutting, peeling off surfaces …, it has brought to high effect In Vietnam, Institute for machinery and industrial intruments is a first unit to be equipped with the water jetting technology manufacturing including two cleaning systems of URACA factory – Germany with pressure of 2800 bar and two cutting systems of BöHLER factory – Austin with pressure of 4200 bar However, the insufficient problem is how to exploit, apply this equipment in manufacture effectively Content of the thesis: “Research technology regime of cutting metal materials with high hardness by water jet” including the main parts as follows: - Researching about the cutting equipment by water jetting technology - Analyzing, explaining the cutting structure by water jet - Researching influence of technology parameters (pressure, cutting speed) to the cutting capacity when cutting materials with high hardness -KƯJ - LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC Mục lục Danh mục ký hiệu từ viết tắt Mở đầu Chương I: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình công nghệ tia nước áp suất cao giới Việt Nam 1.2 Các lónh vực ứng dụng công nghệ tia nước áp suất cao 10 1.2.1 Các ứng dụng giới 10 1.2.2 Các ứng dụng Việt Nam 16 1.3 Ưu nhược điểm công nghệ cắt tia nước áp suất cao 18 1.4 Tính chất vật liệu kim loại có độ cứng cao 19 1.4.1 Thép dụng cụ 19 1.4.2 Hợp kim cứng 21 Chương II: LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ TIA NƯỚC ÁP SUẤT CAO 23 2.1 Khái niệm tia nước áp suất cao 23 2.2 Phân loại công nghệ tia nước áp suất cao 23 2.3 Động lực học tia nước áp suất cao 28 2.3.1 Tia nước liên tục 28 2.3.2 Tia nước va đập 30 2.3.3 Đặc trưng động học tia nước tác động lên bề mặt chi tiết 33 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2.4 Cơ chế bóc tách vật liệu tia nước áp suất cao 35 2.4.1 Cơ chế bóc tách vật liệu tia nước khiết 35 2.4.2 Cơ chế bóc tách vật liệu tia nước trộn hạt mài 36 2.5 Các thông số công nghệ trình cắt tia nước áp suất cao 38 Chương III: XÁC ĐỊNH LƯU LƯNG HẠT MÀI CHO QUÁ TRÌNH CẮT VẬT LIỆU KIM LOẠI CÓ ĐỘ CỨNG CAO 39 3.1 Giới thiệu hệ thống cắt tia nước áp suất cao 39 3.1.1 Cụm tạo áp 41 3.1.2 Cụm đầu phun 47 3.1.3 Hệ thống đường ống cao áp 48 3.1.4 Cụm cấp hạt mài 49 3.1.5 Cụm bàn cắt 50 3.1.6 Cụm điều khiển 52 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm cắt vật liệu thép 9XC qua nhiệt luyện 52 3.2.1 Chuẩn bị thí nghiệm 52 3.2.2 Lựa chọn vật liệu nghiên cứu thực nghiệm 55 3.3 Xác định lưu lượng hạt mài trình cắt vật liệu 9XC 57 Chương IV NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN NĂNG SUẤT CẮT VẬT LIỆU KIM LOẠI CÓ ĐỘ CỨNG CAO 63 4.1 Thiết kế thí nghiệm 63 4.2 Mục tiêu nghiên cứu mô hình quan hệ thực nghiệm 64 LUẬN VĂN THẠC SĨ 4.3 Kiểm tra tính đồng thí nghiệm 66 4.4 Qui hoạch thực nghiệm 68 Chương V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 5.1 Kết luận 75 5.2 Kiến nghị 76 Tài liệu tham khảo 77 -KƯJ - LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Nội dung Ký hiệu Đơn vị 01 Vận tốc dòng tia nước trước đầu phun v1 m/s 02 Vận tốc dòng tia nước sau đầu phun v2 m/s 03 Áp suất tia nước trước khỏi đầu phun p1 Pa 04 Áp suất tia nước sau khỏi đầu phun p2 Pa 05 Gia tốc trọng trường g m/s2 06 Tỷ trọng nước ρ Kg/m3 07 Tốc độ âm môi trường nước c0 m/s 08 Đường kính đầu phun d0 mm 09 Đường kính ống hội tụ dF mm 10 Chiều dài ống hội tụ lF mm 11 Tốc độ dịch chuyển v Mm/ph 12 Áp suất làm việc p Pa 13 Khoảng cách cắt H mm 14 Góc tới tia nước γ Rad 15 Chiều sâu cắt t mm 16 Năng suất cắt Q mm2/ph 17 Lưu lượng hạt mài mhm g/s 18 Lưu lượng nước mn l/ph 19 Vận tốc hạt mài vhm m/s 20 Vận tốc tia nước m/s 14 PASS Home Outline The outline expands and contracts as you either click on a plus or minus sign, or double-click on a topic This gives you quick, intuitive access to all of the procedures in PASS In the example shown here, we clicked on “Equivalence and Non-Inferiority Tests”, then on “Means”, then on “Two Independent Means”, and finally on “Non-Inferiority using Ratios” to highlight it If we double-clicked on “Non-Inferiority using Ratios”, that procedure would be displayed 17 CHAPTER Spreadsheet Introduction This chapter discusses the operation of the Spreadsheet, one of the three main windows of the NCSS system The other two windows, the Output window and Procedure window will be discussed in other chapters The Spreadsheet is the window that lets you enter, view, and modify your data It is the first screen that you are presented with when you start the program The operation of the NCSS spreadsheet is similar to the operation of other spreadsheets with which you are familiar In fact, it has most of the operational features of Microsoft Excel Since the operation of these spreadsheets is so common, we will not spend a lot of space teaching them to you We will now go over the details First, we will discuss the menu bar which appears at the top of the spreadsheet window Spreadsheet Menus You should be familiar with the operation of pulldown menus We will discuss the various options that are on these menus File Menu The File Menu controls the opening and closing of databases Note that some of the basic File Menu operations are also provided on the Toolbar We will now discuss each of these options New This option closes the current database (if any) and creates a new database A dialog box appears that lets you select the type of database: S0 or S0Z See the Introduction to the Database chapter for details on the differences between these two types of databases When you create a new S0Z database, an expanded dialog box will appear that will allow you to specify the name of the database, the number of variables (columns), and the maximum length of the numeric and text values You can increase the number of variables and the length of the record using the Insert-Columns operation Open The Open option lets you open existing NCSS databases It will cause the Open Dialog box to appear from which you can select a file If you want to open a S0Z database, change the type of files that are scanned for by the dialog box These files will have the extension “S0Z.” When selecting an S0 database, note that you select the file with the S0 extension Attempting to open NCSS files with other extensions (such as S1, S2, etc.) will produce unpredictable results 18 Spreadsheet Note that the database is copied into memory Once you open a database, you actually have two copies of it—one in memory and one on your disk No automatic relationship is maintained between the loaded database and the disk database Changes made to the copy in memory will not automatically change your disk database files unless you save them! Close This option closes the current database If you have made changes to the database, you will be prompted to save it before it is closed (erased from memory) Note that you cannot undo the close operation Add a Sheet Each datasheet contains 256 variables This option lets you add an additional datasheet to your database When selected, an additional Datasheet Tab will appear at the bottom of the spreadsheet and additional variables are added to the Variable Info sheet Import This option lets you import data from various other spreadsheets, databases, and statistical systems into NCSS There is a whole chapter devoted to this topic, so refer to that chapter for further details Remove Last Sheet When your database (spreadsheet-type only) contains two or more datasheets, this option will remove the last one from the database Note that the datasheet must be blank before it can be removed If the last datasheet contains data, select the data and cut it to remove it This will clear the datasheet so that it can be removed Printer Setup This option brings up a window that lets you set parameters of your printer(s) Page Setup This option lets you specify the format of your datasheet printout You can specify headers, footers, margins, page order (across or down), and scale (size of the print) It is often used to enable the printing of the row and column labels Headers and footers can contain text and special formatting codes The following table lists the special formatting codes Header and footer codes can be entered in upper or lower case Format Code Description &L Left-aligns the characters that follow &C Centers the characters that follow &R Right-aligns the characters that follow &D Prints the current date &T Printers the current time &F Prints the worksheet name (this is an internal name that may not be useful) &P Prints the page number &P+number Prints the page number plus number &P-number Prints the page number minus number Chapter Spreadsheet 19 && Prints an ampersand &N Prints the total number of pages in the document The following font codes must appear before other codes and text or they are ignored The alignment codes (e.g., &L, &C, and &R) restart each section; new font codes can be specified after an alignment code Format Code Description &B &I &U &S &”fontname” &nn Use bold font Use an italic font Underline the header Strikeout the header Use the specified font Use the specified font size - must be a two digit number Print This option prints the entire datasheet or a portion that you designate Note that you must print each datasheet of a database separately If the row and column labels not show in your printout, select Page Setup from the File menu and check the appropriate selection boxes Save This option saves the current database Remember that a database consists of several files All of those files will be replaced Save As This option saves the current database to a database with a different name For example, if you are working on a database called “XYZ” and will be making changes to it, you might want to save a copy of it as “XYZ1” so that any mistakes you might have made will not destroy your original data Export This option lets you export the current database to another format for use in other spreadsheets, databases, etc There is a chapter devoted to this topic, so we refer you to that chapter for further details Exit This option quits the NCSS system Previously Open Files A list of previously open databases is presented You may select any of them to revert to that database directly 20 Spreadsheet Edit Menu The Edit Menu controls the editing of databases Note that some of the basic Edit Menu operations are provided on the Toolbar Undo Undo allows you to undo the last edit operation made Note that only the most recent edit operation may be undone Also not that the undo only works for S0 databases It does not work for S0Z databases When you make wholesale changes to your database (by cutting or pasting, for example), the Undo system requires a lot of memory to store additional information needed for an undo operation If you see system resources getting low, make an additional change to a single cell This will reset the undo system and free up system memory Cut The Cut option copies the currently selected (highlighted) data to the Windows clipboard and clears those cells This data may be pasted at another location within NCSS or to another Windows program We will discuss the process of selecting cells later in this chapter Copy The Copy option copies the currently selected (highlighted) data to the Windows clipboard The selected data is untouched The copied data may be pasted at another location within NCSS or to another Windows program We will discuss the process of selecting cells later in this chapter Paste The Paste option copies data from the clipboard to the current datasheet at the currently selected location The contents of the clipboard may have come from a previous Cut or Copy operation within NCSS or from another Windows program For example, an easy way to analyze the means from an analysis of variance is to copy them from the Output screen and paste them in a datasheet Furthermore, a quick way to import data from an Excel spreadsheet is to copy the data in Excel and paste it into an NCSS datasheet The Paste option behaves differently depending on whether part of the datasheet is selected (highlighted) The data on the clipboard acts like a rectangular array of data (it has rows and columns) If there is no selection on the datasheet, the paste operation will place the data on your spreadsheet just as it appeared when it was copied to the clipboard However, if the spreadsheet has a selected area, the paste operation will two things First, it will insert the data inside the selected area only (extra data will be omitted) Second, it will repeat either all or part of the clipboard so that the selected area is filled Chapter Spreadsheet 21 Paste Rotated This option works like the Paste option (above), except that the data are rotated ninety degrees so that the rows become the columns and the columns become the rows The following example shows the result of using this option: Data that was Copied Result of Paste Rotated Operation Clear The Clear option erases the data that is selected Note that unlike the Cut option, the Clear option does not put the data on the clipboard Insert The Insert option inserts rows or columns into your datasheet at the current position of the cursor When you select Insert, a dialog box appears that allows you to indicate whether you want to insert rows or columns (variables) The number of rows (or columns) inserted is determined by the number of rows (or columns) selected Hence, the steps to insert columns are as follows: Select the number of columns you want to insert, beginning your selection at the column where you want them added Select Insert from the Edit Menu Select Columns from the dialog box A datasheet on an S0 database contains exactly 256 variables When you insert new variables, the current variables are shifted to the right The variables at the right of the datasheet are "pushed off" the datasheet and lost For this reason, NCSS first checks to make sure that there are enough empty variables at the edge of the datasheet to accommodate the inserted variables If you find that you don't have room to insert variables that you need, simply add a new datasheet, cut the last several variables at the right of the datasheet, and paste them to the next datasheet This will make room for inserting variables When you insert columns in a S0Z database, a new database is created with the new column count The record size is increased by ten bytes for each new variables (assuming that you are using the default ten bytes per number) Delete The Delete option removes the currently selected rows or columns from your datasheet When you select Delete, a dialog box appears that lets you indicate whether to delete rows (or columns) The number of rows (or columns) deleted is determined by the number of rows (columns) selected 22 Spreadsheet Fill This option brings up the Fill window which fills the current variable (or the currently selected block of cells) with the value specified The value may be incremented so that special patterns such as 1,2,3,4 may be easily generated Find This option searches through your data for a designated value Once you have started a find operation, use the Find Next button continues your search You can search for a single digit or for the complete number Replace The Replace option allows you to quickly replace data throughout your datasheet You can replace only those cells that match a certain pattern, or you can replace individual letters and digits Variable Info This main brings up a submenu that lets you modify information about the variable such as its name, label, format, data type, or transformation Each of the items on the submenu call up dialog windows that let you modify the corresponding information Data Menu The Data Menu lets you display or modify the database It also lets you reduce the number of rows that are processed using the Filter procedure Data Report This option brings up the Data Report procedure which lets you create a nicely formatted printout of all or part of your data Sort The Sort option lets you sort a datasheet by up to three variables The sort may be either ascending or descending on a sorted variable To sort your data, simply select the variables you want to sort on and click the Ok button Note that the sort procedure rearranges only the datasheet on which the variables reside Other sheets are untouched Filter This option brings up the Filter window which allows you to edit a data filter Most of the statistical and graphic procedures allow the activation of a Filter A filter is a logical expression that defines which observations (rows) on the database are used and which are skipped (ignored) When no filter is specified, all rows are processed For example, you might want to limit an analysis to the females or to those individuals weighing over 200 pounds You would use a filter to accomplish this The following steps must be taken to activate the filter: Specify the filter in the Filter procedure This procedure is displayed by selecting the Filter item from the Data menu (that is, by selecting this option) Enter one or more filter statements The syntax of these statements is discussed below Check the Filter System Active box Chapter Spreadsheet 23 Run the filter procedure to activate the filter This is accomplished by selecting Run Procedure from the Run menu or pressing the Run button (the first button on the menu bar) In each procedure that you want to use the filter, check the Filter Active box For example, in the Descriptive Stats procedure you must check the Filter Active to activate the filter in that procedure The Filter procedure works similarly to other procedures We will now discuss each of the options that appear on the Statements tab Filter System Active This option specifies whether the filter is activated It must be checked in order for the filter to work Keep Row If You can specify several filter expressions This option specifies how these expressions are combined If you select the "And" option, the conditions in all of the expressions must be met in order to retain the row in the analysis If you select the "Or" option, the condition on only one of the expressions must be met to retain the row in the analysis Filter Statements These boxes contain the filter statements Each box may contain several filter expressions separated by semicolons Examples of valid filter statements are: C1