Nghiên cứu bù tái chế hạt mài supreme garnet trong gia công tia nước có hạt mài

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU BÙ TÁI CHẾ HẠT MÀI SUPREME GARNET TRONG GIA CƠNG TIA NƯỚC CĨ HẠT MÀI Học Viên: Lê Xuân Hưng Lớp: CHK12 CNCTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: TS Vũ Ngọc Pi THÁI NGUYÊN - 2011 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CN CTM LỜI CẢM ƠN Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo: TS Vũ Ngọc Pi, Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp - người tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, giảng viên khoa Cơ khí - Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện tốt cho tơi q trình học tập thực đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến kỹ thuật viên thuộc trung tâm CTA-NARIME, Viện nghiên cứu Cơ khí – Bộ Cơng Thương anh chị em công ty cổ phần TNHH Phúc Sinh, Huyện Từ Liêm – Hà Nội Luận văn phần công việc nội dung nghiên cứu NCS Trần Quốc Hùng – trường CĐ Kinh tế, kỹ thuật Thái Nguyên Tôi xin cảm ơn ý kiến đóng góp giúp đỡ anh Hùng suốt thời gian tơi thực thí nghiệm cho luận văn Tơi xin cám ơn ý kiến đóng góp quý báu bạn đồng nghiệp, động viên gia đình giúp cho tơi hồn thành luận văn Tuy nhiên, thời gian có hạn, nên luận văn hẳn cịn nhiều thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến nhà khoa học bạn bè đồng nghiệp để đề tài hồn thiện Tơi xin cam đoan luận văn cơng trình tơi tìm hiểu tổng hợp nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nêu luận văn Thái Nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2011, Lê Xuân Hƣng Học viên:Lê Xuân Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CN CTM DANH MỤC BẢNG BIỂU Tiêu đề bảng Số hiệu Trang Bảng 2.1 Một số tiêu chuẩn về kí ch thước hạt mài 20 Bảng 2.2 Phân nhóm kí ch thước hạt theo cỡ hạt mài tương ứng 21 Bảng 2.3 Tính chất số loại hạt mài dùng cho cắt tia nước 22 áp suất cao Bảng 2.4 Các đặc tính số hạt mài 22 Bảng 2.5 Các thông số kỹ thuật hạt mài corindon 23 Bảng 2.6 Các thông số kỹ thuật hạt mài SiC 23 Bảng 2.7 Các thông số kỹ thuật hạt mài Garnet 23 Bảng 2.8 Các thông số kỹ thuật hạt mài Olivin AFS 90 23 Bảng 2.9 Các thông số kỹ thuật hạt mài Supreme Garnet 24 Bảng 2.10 Các thông số q trình thí nghiệm nghiên cứu Babu 30 Bảng 3.1 Thành phần hóa học vật liệu thí nghiệm C45 41 Bảng 3.2 Các thơng số q trình thí nghiệm nghiên cứu vỡ hạt 41 Bảng 3.3 Phân loại hạt mài tái chế 44 Bảng 3.4 Khả tái chế hạt mài Supreme garnet 44 Bảng 3.5 Tỷ lệ lượng hạt mài bù tái chế 45 Bảng 3.6 Khả cắt hạt mài bù tái chế 48 Bảng 3.7 Thành phần hóa học vật liệu thí nghiệm Al 6061-T6 50 Bảng 3.8 Kết đo độ nhám Ra mẫu Al6061-T6 51 Học viên:Lê Xuân Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CN CTM DANH MỤC HÌNH VẼ Tiêu đề hình Số hiệu Trang Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống gia công tia nước có hạt mài 10 Hình 1.2 Hệ thống bơm cấp nước hãng Flow 11 Hình 1.3 Bơm khuếch đại 11 Hình 1.4 Hệ thống bơm khuếch đại áp 12 Hình 1.5 Ống dây dẫn nước cao áp dạng vịng xoắn đàn hồi 12 Hình 1.6 Sơ đồ ngun lý đầu cắt 13 Hình 1.7 Sơ đồ đầu cắt quỹ đạo chuyển động hạt mài 14 Hình 1.8 Hệ thống cấp điều chỉnh lưu lượng hạt mài 15 Hình 2.1 Hình ảnh loại hạt mài thường gặp 19 Hình 2.2 Ảnh hưởng áp suất nước, chiều dài ống, đường kính ống 27 hội tụ hình dáng bình trộn tới hệ số vỡ, kích thước hạt mài sau vỡ Hình 2.3 Cơ chế vỡ hạt mài 28 Hình 2.4 Hạt mài Ấn độ trước sau vỡ 28 Hình 2.5 Hạt mài GMA cỡ #80 30 Hình 2.6 Kích thước trung bình loại hạt mài tái chế 32 Hình 2.7 Ảnh hưởng hạt mài tái chế tới chiều sâu cắt lớn 31 Hình 2.8 Ảnh hưởng hạt mài tái chế tới nhám bề mặt gia công 31 Hình 2.9 Khả tái chế cua hạt mài Ấn độ 31 Hình 2.10 Ảnh hưởng hạt mài tái chế đến bề rộng rãnh cắt 32 Hình 2.11 Ảnh hưởng hạt mài bù tái chế tới khả cắt 33 Hình 2.12 Tỷ lệ cỡ hạt mài mới, tái chế lần I, tái chế lần II 34 Hình 2.13 Khả cắt hạt mài tái chế 34 Hình 2.14 Khả cắt hạt mài bù tái chế 35 Hình 2.15 Chất lượng cắt hạt mài GMA tái chế 36 Hình 2.16 Chất lượng cắt hạt mài bù tái 37 Học viên:Lê Xuân Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CN CTM Hình 3.1 Máy cắt tia nước có hạt mài bể chứa hạt mài 40 Hình 3.2 Phơi thép 45 dùng để cắt thí nghiệm thu hồi hạt mài tái chế 41 Hình 3.3 Máy sàng phân loại hạt mài 43 Hình 3.4 Sàng hãng Endecotts tiêu chuẩn ISO3310-1 43 Hình 3.5 Tỷ lệ thành phần hạt mài 43 Hình 3.6 Thành phần hạt mài theo cỡ 45 Hình 3.7 Thiết bị thí nghiệm xác định khả cắt hạt mài 47 Hình 3.8 Phơi thí nghiệm sơ đồ tính hmax 47 Hình 3.9 Kết phơi thí nghiệm sau cắt 48 Hình 3.10 Khả cắt hạt mài bù tái chế 49 Hình 3.11 Ảnh chụp hạt mài Supreme garnet 49 Hình 3.12 Sự cắt trễ tia nước 50 Hình 3.13 Ảnh hưởng lưu lượng hạt mài loại hạt mài đến độ nhám 52 bề mặt đo cách mặt 2mm Hình 3.14 Ảnh hưởng lưu lượng hạt mài loại hạt mài đến độ nhám 52 bề mặt đo cách mặt 10 mm Học viên:Lê Xuân Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CN CTM MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG BIỂU .2 DANH MỤC HÌNH VẼ CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CƠNG TIA NƢỚC CĨ HẠT MÀI………………………………………………………………………… 1.1 Lịch sử đời xu hƣớng phát triển 1.2 Các thiết bị hệ thống gia công tia nƣớc có hạt mài 1.2.1 Hệ thống cấp nước 1.2.2 Cụm bơm khuếch đại áp 10 1.2.3 Đường ống cao áp 12 1.2.4 Đầu cắt 13 1.2.5 Hệ thống cấp điều chỉnh lưu lượng hạt mài 14 1.2.6 Hệ thống điều khiển chuyển động 16 1.2.7 Bể chứa hạt mài, phoi dập lượng lại tia nước sau cắt 16 1.3 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp gia công tia nƣớc có hạt mài 16 1.4 Thách thức gia cơng tia nƣớc có hạt mài 17 CHƢƠNG TỔNG QUAN 18 2.1 Tổng quan nghiên cứu vỡ hạt mài AWJ .18 2.1.1 Các loại hạt mài sử dụng AWJ 18 2.1.2 Chọn hạt mài làm đối tượng nghiên cứu của luận văn 25 2.1.3 Tổng quan nghiên cứu vỡ của hạt mài AWJ 25 2.3 Thực trạng nghiên cứu tái chế bù tái chế hạt mài .29 2.4 Kết luận chƣơng 38 Học viên:Lê Xuân Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CN CTM CHƢƠNG BÙ TÁI CHẾ HẠT MÀI SUPREME GARNET 39 3.1 Khả tái chế hạt mài Supreme garnet 39 3.1.1 Thiết lập thơng số thí nghiệm 40 3.1.2 Kết thảo luận khả tái chế của hạt mài Supreme garnet 43 3.2 Nghiên cứu phƣơng pháp bù tái chế cho hạt mài Supreme Garnet 45 3.3 Khả cắt hạt mài bù tái chế 46 3.3.1 Thiết lập thơng số cho thí nghiệm 46 3.3.2 Xác định kích thước hạt tối ưu cho bù tái chế 48 3.4 Chất lƣợng cắt hạt mài bù tái chế 50 3.4.1 Thiết lập thông số cho thí nghiệm 50 3.4.2 Kết thảo luận 51 3.5 Kết luận chƣơng 52 KẾT LUẬN VÀ CÁC KIẾN NGHỊ CHUNG .54 Kết luận luận văn 54 Đề xuất hƣớng nghiên cứu tiếp 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC BÀI BÁO ĐÃ XUẤT BẢN 58 Học viên:Lê Xuân Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CN CTM CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP GIA CƠNG TIA NƢỚC CĨ HẠT MÀI Gia cơng tia nước phương pháp gia công tiên tiến phát triển gần đây, lượng tia nước áp suất cao (ASC) sử dụng để gia công vật liệu Công nghệ cắt tia nước ASC có loại cắt tia nước (pure waterjet - WJ) cắt tia nước có hạt mài (Abrasive waterjet - AWJ) Cắt tia nước nghĩa dùng tia nước có áp suất cao để cắt vật liệu cần gia công Phương pháp sử dụng để cắt loại vật liệu có độ cứng khơng q cao như: bìa các-tơng, da, vải, nhựa, thức ăn hoặc nhôm mỏng Cắt tia nước có hạt mài (AWJ) cắt loại vật liệu khó gia cơng như: thép khơng gỉ, kính, ceramics, titan… Trong phương pháp này, hạt mài trộn vào tia nước áp suất cao gia tốc nhờ áp lực tia nước AWJ có nhiều ưu điểm ngày áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác Trong chương này, tác giả giới thiệu lịch sử xu hướng phát triển gia cơng tia nước có hạt mài, thiết bị chủ yếu hệ thống gia công AWJ, ưu nhược điểm thách thức gia công AWJ 1.1 Lịch sử đời xu hƣớng phát triển Ngay từ đầu thể kỷ 20, người biết lợi dụng tia nước áp suất cao công việc khai thác mỏ Dòng nước áp suất cao giúp tách khoáng vật từ đá với suất cao TS Norman Franz, kỹ sư lâm nghiệp, xem cha đẻ hệ thống máy cắt tia nước Ông người nghiên cứu sử dụng tia nước ASC thành công cụ cắt vào năm 1950 Để tạo đượ c tia nước ASC, ông đặt khối lượng lớn lên cột nước tập trung tia nước vào vòi phun nhỏ Kết áp suất sinh cao chí cịn cao áp suất nước dùng lúc Từ kết đó, ơng phát hồn tồn cắt gỗ vật liệu khác tia nước áp suất cao Học viên:Lê Xuân Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CN CTM TS Franz tìm cách trì liên tục áp suất cao cho tia nước không thành công đồng thời tuổi thọ thiết bị cắt thời tính phút, khơng phải hàng trăm ngày Mặc dù ông chưa thể chế tạo máy cắt gỗ nghiên cứu ơng đặt móng công ty Flow International phát triển thành hệ thống cắt tia nước hoàn thiện ngày Sự cống hiến đáng ghi nhận Flow năm 1970 Flow phát triển mẫu bơm khuếch đại có tính ứng dụng cao Năm 1979, tiến sĩ Mohamed Hashish – người làm việc phòng thí nghiệm FLow (Mỹ) tìm cách tăng khả cắt máy cắt tia nước để cắt kim loại Ơng tìm giải pháp kỹ thuật trộn thêm hạt mài vào dịng tia nước có áp suất vận tốc cao để tăng khả cắt [1] Ông coi cha đẻ phương pháp gia cơng tia nước có hạt mài Kể từ cắt tia nước có hạt mài ứng dụng rộng rãi sản xuất công nghiệp dân dụng Ngày , với sự phá t triển của kỹ thuật, công nghệ tia nước áp suất cao đã được nghiên cứu ứng dụng các ngành công nghiệp y học Năm 1994, người Đức đã đăng ký bản quyền phát minh về ứng dụng cắt và làm tia nước áp suất c ao y tế Với ứng dụng , tia nước với áp suất làm việc từ đến 30MPa được sử dụng làm dao mổ phẫu thuật Một điều lý thú cắt phần cứng thể xương , muối hoặc đường đã được dùng để là m hạt mài , chúng tồn tại thể thể chấp nhận Năm 2002, Flow phát triển hệ thống cắt Dynamic Waterjet cho phép cắt vật liệu nhanh hơn, không bị gờ, mở rộng khả cho ứng dụng phương pháp gia công So với ngày nay, ứng dụng cắt gỗ mà TS Franz đề xuất ứng dụng nhỏ ứng dụng công nghệ tia nước ASC Hiện , thiết bị cắt bằng tia nước có hạt mài sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển Mỹ , Đức, Trung quốc , Áo, Pháp, Nhật, Hà Lan nhiều lĩnh vực khác từ sản xuất dân dụng y tế Học viên:Lê Xuân Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành CN CTM 1.2 Các thiết bị hệ thống gia cơng tia nƣớc có hạt mài Như giới thiệu công nghệ gia công tia nước ASC gồm loại cắt tia nước (pure waterjet) cắt tia nước có hạt mài (abrasive waterjet) Ở hình 1.1 sơ đồ nguyên lý hệ thống cơng nghệ gia cơng tia nước có hạt mài Một hệ thống AWJ thông thường gồm thành phần chính: - Hệ thớng cấp nước sạch; - Cụm bơm khuếch đại áp; - Các đường ống áp lực cao; - Đầu cắt tạo tia nước ASC trộn hạt mài; - Hệ thống cấp điều chỉnh lưu lượng hạt mài; - Hệ thống điều khiển chuyển động; - Bể nước chứa hạt mài, phoi dập lư ợng lại tia nước sau cắt Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống gia cơng tia nước có hạt mài [2] 1.2.1 Hệ thống cấp nước Để đảm bảo hoạt động hệ thống cắt bằng tia nước hạt mài được ổn đị nh , kéo dài tuổi thọ , trước hế t hệ thớng cấp nước cho máy phải có phận khử nước cứng, bộ phận làm sạch nước bằng lọc thô và lọc tinh Học viên:Lê Xuân Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trường ĐH KTCN – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ... nghiên cứu tiếp Để nghiên cứu bù tái chế hạt mài Supreme garnet gia công tia nước có hạt mài hồn thiện, số đề xuất cho nghiên cứu lĩnh vực sau: - Nghiên cứu tái chế, bù tái chế cho loại hạt mài. .. cắt hạt mài tái chế nghiên cứu: hạt mài bù tái chế có khả cắt cao hạt Trong với kích thước >125µm kích thước hạt tối ưu cho hạt mài bù tái chế vì, có khả cắt cao (cao hạt 8%) Khi lượng hạt mài tái. .. khả tái chế hạt mài Supreme garnet nghiên cứu: hạt mài Supreme garnet có khả tái chế tốt Lượng hạt mài tái chế có tỷ lệ 71.03%, 66.63%, 61.45% 54.99% tương ứng tái chế hạt mài với kích thước hạt