Từ kết quả thí nghiệm cho thấy rằng khả năng thâm nhập sâu theo chiều hướng tâm sẽ tỷ lệ thuận với thời gian định vị của tia nước tại vị trí đó. Để khoan lỗ sâu 30.5mm, vật liệu Vonfram, có thể đạt tốc độ khoảng 160mm/h. Với áp lực tia nước 345Mpa, đường kính tia nước là 0.33mm, lưu lượng dòng hạt mài là 3.75g/s với hạt hồng ngọc có kích thước #100.
• Trường hợp khoan mà đầu khoan có dao động:
Tốc độ quay của phôi ảnh hưởng rất lớn đến hình dáng của lỗ khoan. Đồ thị hình 1.9 cho ta thấy điều đó.Trên đồ thị ta thấy đặc tính hình học của lỗ thay đổi từ độ sâu thực tế ở giữa đến độ sâu thực tế ở hai bên cạnh. Đồ thị được biểu diễn trên tọa độ hai trục, trục phía trên là biểu diễn sự thay đổi về vận tốc. Điều này được xác định bằng thực nghiệm. Đó cũng không phải là giới hạn thực hiện được bề mặt
26
phẳng của lỗ từ phía trước vòi phun, tương tự như hình dạng lỗ ở phía trước của vòi phun sẽ thay đổi cách nào cũng được.
Hình 1.8 Ảnh hưởng của tốc độ quay lên hình dạng lỗ
Hình 1.9 Các dạng dao động của tia trên bề mặt phôi quay tròn
Hình 1.9avà 1.9b cho ta thấy hình ảnh của quay đạo vòi phun trên bề mặt của phôi. Ta thấy rằng với tổ hợp các vận tốc trên đây thì không có một lỗ nào có thể khoan được cả. Tuy nhiên tia nước sẽ khắc một đường vào phôi. Nhưng khi vận tốc quay của phôi thay đổi chỉ 5% thôi thì kết quả về mức độ bao phủ của tia nước hầu như toàn bộ bề mặt ở vùng định khoan, với các thông sốđó ta có thể dùng để khoan lỗ. Nhanh chóng bao phủ toàn bộ bề mặt cần khoan là một điều rất quan trọng để ngăn cản quá trình tạo ra những đỉnh cao và hốc sâu, mà chính chúng sẽ làm chệch hướng của vòi phun và tạo nên những kết quả không mong muốn. Tỷ lệ tần số dao
27
động của vòi phun với tốc độ quay của phôi cần phải là một số không nguyên. Trong thực tế, tốc độ quay không chính xác sẽ tạo ra độ bao phủ hoàn toàn.
• Trường hợp khoan mà đầu khoan đứng yên và có tiết diện hình vuông
Hình 1.10là kết cấu một vòi phun tiết diện vuông làm việc ở áp lực 379 MPa. Trường hợp này nhiều tia nước song song được sử dụng để tăng tốc độ của dòng hạt mài trong ống trộn tiết diện vuông. Lỗ của từng tia nước không cùng kích thước. Tia nước có đường kính lớn hơn được xếp phía ngoài, điều đó cho phép đường cong năng lượng tương thích với thế năng khi khoan. Tối ưu hóa việc phân chia năng lượng bằng cách chọn kích thước lỗ đầu ra đã được thực hiện bằng kích thước giới hạn.
Hình 1.10 Trường hợp khoan đầu đứng yên và có tiết diện vuông
Quá trình quay của phôi dưới trục tia nước có tiết diện vuông tạo nên các lỗ có kích thước khác nhau dựa vào vị trí tương đối của tia nước so với trục quay. Ta nhận thấy rằng các thông số hình học có thể đo đạc được như là phía đáy phẳng được tạo ra.
Trong thí nghiệm khi người ta khoan lỗ trong vonfram với tốc độ 115mm/h với hai tia nước đường kính 0.254 mm, tương đương với năng lượng của tia nước đơn có đường kính 0.33 mm. Cần hiểu rằng khi khoan vonfram thông thường tốc độ giảm từ 160 xuống 116mm/h. Nguyên nhân của sự giảm sút đó là do tia nước bị dàn
28
trải ra một diện tích rộng hơn trong ống trộn có tiết diện vuông. Tuy nhiên việc giảm tốc độ khoan không tỷ lệ thuận với sự suy giảm mật độ năng lượng. Điều đó được khuyến khích vì với việc tối ưu hóa quá trình phân bố năng lượng và sử dụng nhiều tia nước(bên trong một ống trộn đơn) tốc độ khoan sẽ cao hơn.
Khi khoan vật liệu cứng bằng tia nước có ống trộn tiết diện vuông một điều quan trọng đểđạt được hiệu quả cao là phải tối ưu hóa việc phân chia năng lượng.
Kết quả thí nghiệm cho thấy một số tiết diện cắt ngang của lỗ khoan bằng phương pháp khoan khi tia nước xoay tròn. Hiệu quả của khoảng cách bán kính được biểu diễn trên hình thí nghiệm của thí nghiệm 3,4,5. Bán kính bằng không có nghĩa rằng chỉ có rãnh hướng tâm sẽ cắt theo đường kính tương ứng với mũi khoan(hiệu quả của khoảng cách bị loại bỏ) và mũi khoan không được mở rộng ra. Khoảng cách nếu lớn hơn bán kính mũi khoan thì kết quả gia công sẽ là một vòng tròn mà ở đó mũi khoan có thể đứng nguyên sẽ được mở rộng. Trong trường hợp này đường kính lỗ khoan sẽ lớn hơn hai lần đường kính mũi khoan. Để giảm kích thước lỗ khoảng cách bán kính cần phải nhỏ hơn không đáng kể so với bán kính mũi khoan. Do đó đường kính mũi khoan cần gần bằng bán kính yêu cầu của lỗ.
Hình1.11
Ảnh quỹđạo của tia hạt xoay trên bề mặt phôi
Để thực hiện thí nghiệm trên người ta dùng mũi khoan 12,7mm để khoan lỗ đường kính 14mm, khoảng cách bán kính 0,32mm. Lõi giữa sẽ là kết quả cho khoảng cách này là tương ứng toán học là 0,32mm. Tuy nhiên do sự phân bố tia
29
nước, tiếp tục khoan trục sẽ bị kéo dài ra. Trong thực tế thì sự hình thành lõi ở trung tâm không ảnh hưởng lớn đến quá trình khoan lỗ thủng.
Khoan lỗ bằng AWJ xoay về mặt kỹ thuật có thể thực hiện được và có hiệu quả hơn là khi khoan bằng AWJ không xoay với tiết diện hình vuông. Góc AWJ cần có để nâng cao tốc độ khoan.