2. Về thực tiễn
4.1.THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM
4.1.1. Chuẩn bị máy
Thắ nghiệm ựược thiết kế dựa trên hệ thống thiết bị cắt bằng tia nước áp suất cao có tại tại xưởng thực hành của phòng thắ nghiệm trọng ựiểm công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt Ờ Viện Nghiên cứu Cơ khắ. ( địa chỉ: Số 4 Phạm Văn đồng, Cầu Giấy , Hà Nội). Hình 4.1 mô tả bố trắ thiết bị thắ nghiệm.
Hình 4.1. Bố trắ thiết bị thắ nghiệm tại xưởng thực hành
4.1.1.1. Thiết bị tạo áp
Thiết bị tạo áp của hãng Dardi Water Cutter Ờ Trung Quốc với các thông số kỹ thuật chắnh cho trong bảng 4.1.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 53
Bảng 4.1- Thông số kỹ thuật của bơm cao áp Dardi Water Cutter
Thông số đơn vị Giá trị
Tông số chung
Kiểu máy DWJ-A/5/DPSB6-1830 CNC
độ ồn dB Max 82
Kắch thước (W*D*H) mm 1900*970*1500 Trọng lượng Kg 1300
Nhiệt ựộ môi trường 0C 10 ọ 45 (ựộ ẩm không khắ 85%)
Bộ cao áp
Áp suất làm việc MPa 10 ọ 300 Áp suất làm việc liên tục MPa 280 Lưu lượng lớn nhất lắt/phút 3,8 Cần piston φ22mm, hành trình 173mm Số hành trình lớn nhất Hành trình kép/phút 35 Tỷ số nén 1 : 21,78 Lọc nước vào Lọc cấp 1 ựạt 5ộm Lọc cấp 2 ựạt 1,2ộm Lọc cao áp 3ộm Bộ thấp áp Thùng ựựng dầu Lắt 100 Áp suất làm việc MPa 0,5 ọ 22 Lưu lượng lắt/phút 0 ọ 100 Xi lanh truyền ựộng Piston φ 105mm Cần piston φ 22mm Hành trình 173mm Lọc dầu 10ộm
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 54
Thắ nghiệm tác giả lựa chọn tốc ựộ dịch chuyển v= 60mm/phút
4.1.1.2. Cụm cắt và ựiều khiển
Cụm cắt và ựiều khiển ựồng bộ của hãng Dardi Water Cutter Ờ Trung Quốc với các thông số kỹ thuật chắnh cho trong bảng 4.2
Bảng 4.2 Ờ Thông số kỹ thuật của bàn cắt DWJ-A-5
Thông số đơn vị Giá trị
Kiểu máy DARDI WATERJET
Trục X mm 1700
Trục Y mm 1200
Trục Z mm 200
Kắch thước (W x D x H) mm 2200 x 1700 x 800
Khối lượng trên bàn cắt kg/m2 800
độ chắnh xác vị trắ mm/m ổ 0.1
độ chắnh xác lặp lại mm/m ổ 0.05 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tốc ựộ cắt lớn nhất mm/phút 1500
Truyền ựộng Mô tơ bước 1 chiều
điều khiển 2 trục XY (2D)
Phần mềm Speedy robot forcrible Control
đầu cắt sử dụng trong thắ nghiệm của hãng hãng Dardi Water Cutter có các thông số kỹ thuật cho trong bảng 4.3
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 55
Bảng 4.3 Ờ Thông số kỹ thuật của ựầu cắt
Thông số đơn vị Giá trị
đường kắnh ựầu phun (d0) mm 0,76 đường kắnh ống dẫn hội tụ (dF) mm 1,2 Chiều dài ống dẫn hội tụ (lF) mm 70
4.1.1.3. Cụm cấp hạt mài
Cụm cấp hạt mài của hãng Dardi Water Cutter Ờ Trung Quốc
Bảng 4.4 Ờ Thông số kỹ thuật của hạt mài Vật liệu mài Name of Abrasive Màu sắc Colour Ký hiệu Symbol độ cứng (Mosh) Hardness (Mohs) Vị ựộ cứng (KG/mm2) Micro Handness (KG/mm2) Ký hiệu cỡ hạt Symbolic number of grain size Kắch thước hạt mài (ộm) Size range (ộm) Garnet abrasive Nâu Brown NB 8,2 2870 80 300 Hình 4.2 Ờ Cụm cấp hạt mài Hình 4.3 Ờ Hạt mài
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 56
4.1.2. Lựa chọn phôi
Như ựã trình bày ở phần mở ựầu, tác giả ựã lựa chọn nghiên cứu trên vật liệu là thép Cacbon kết cấu C45.
Lý do tác giả chọn vật liệu là thép các bon kết cấu C45 là vì: Gia công trên máy cắt tia nước chủ yếu là những chi tiết dạng tấm. Trong khi ựó vật liệu thép các bon C45 dạng tấm ựược sử dụng nhiều trong các chi tiết máy, ựặc biệt là những chi tiết vỏ máy, những chi tiết này thường có hình dáng phức tạp, thành phần hoá học và tắnh chất cơ lý của vật liệu cho trong bảng 4.5 và 4.6
Bảng 4.5 Ờ Thành phần hoá học của thép Cácbon chất lượng C45
đơn vị tắnh % Mác thép C Si Mn P ≤≤≤≤ S ≤≤≤≤ Cr Ni Cu Thành phần khác 45 0,42 ọọọọ 0,5 0,42 ọọọọ 0,5 0,42 ọọọọ 0,5 0,035 0,04 ≤≤≤≤ 0,25 ≤≤≤≤ 0,25 ≤≤≤≤ 0,25 -
Bảng 4.6 Ờ Cơ tắnh của thép Cacbon chất lượng C45
Cơ tắnh, ≥≥≥≥ độ cứng (HBS) Mác thép Trạng thái nhiệt
luyện σσσσB/MPa st/MPa δδδδS,% ψψψψ,% ak/J*cm-2 Cán nóng Ủ hoặc rấm nhiệt ựộ cao 45 Thường hoá 598 353 16 40 49 229 197
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 57
Trong sản xuất công nghiệp, chiều dày các chi tiết sử dụng thép C45 rất ựa dạng. Ở ựây tác giả chọn chiều dày của phôi trong thắ nghiệm của mình là 10mm ựể phù hợp với khả năng cắt của máỵ
Hình 4.4 mô tả kắch thước, hình dạng phôi và vị trắ các ựường cắt với các thông số áp suất cắt khác nhau trong thắ nghiệm.
Hình 4.4- Hình dạng, kắch thước phôi và vị trắ các ựường cắt
4.1.3. Giới hạn mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm
Trong chương 3 tác giả ựã nêu ra sơ ựồ tổng quát các yếu tố ảnh hưởng ựến kết quả cắt gọt (năng suất cắt, chất lượng mạch cắt) và cũng ựề cập ựến một vài thông số công nghệ có ảnh hưởng lớn của các nghiên cứu ựã ựược công bố. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Áp suất làm việc có ảnh hưởng lớn ựến năng suất cắt, chất lượng mạch cắt. Do vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của nó ựến kết quả cắt có một ý nghĩa rất lớn trong thực tế sản xuất.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 58
Trong luận văn này, tác giả chọn hướng nghiên cứu một thông số ảnh hưởng ựó là áp suất làm việc ựến chất lượng bề mặt cắt, cụ thể là ựộ nhám bề mặt mạch cắt. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của một luận văn cao học tác giả chỉ thực hiện ựược một số thắ nghiệm mang tắnh chất thăm dò trên một vật liệu cụ thể.
Chọn hình thức cắt trong thắ nghiệm là sử dụng phôi không quá dày ựể cắt ựứt hoàn toàn.
4.1.4. Phương pháp ựo và ựánh giá kết quả
Tiến hành ựo chiều sâu vùng nhẵn trên các mẫu bằng thước cặp 1/50 Tiến hành ựo ựộ nhám bề mặt cắt Rz trên máy ựo sử dụng ựầu dò cơ học. Việc ựo lấy kết quả ựược thực hiện trên các ựường ựồng mức với mỗi mẫu thắ nghiệm, các ựường ựồng mức cách mặt tia nước bắt ựầu cắt là 4mm thuộc vùng nhẵn.
Rút ra kết luận về ảnh hưởng của áp suất làm việc ựến ựộ nhám bề mặt mạch cắt, chiều sâu vùng nhẵn bóng, ựến năng suất cắt với vật liệu cụ thể là thép Cacbon kết cấu C45
Bên cạnh các kết luận cụ thể, ựặt tiền ựề cho các nghiên cứu thực nghiệm mở rộng sau nàỵ
4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất làm việc ựến ựộ nhám bề mặt mạch cắt mạch cắt
4.2.1.Thắ nghiệm ảnh hưởng của áp suất làm việc
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 59
Bảng 4.7 Ờ Bảng thông số thắ nghiệm
Thông số đơn vị Giá trị
đường kắnh ựầu phun mm 0,76 đường kắnh ống dẫn hội tụ (dF) mm 1,2 Chiều dài ống dẫn hội tụ (lF) mm 70 Khoảng cách cắt (s) mm 2
Loại hạt mài Garnet (Trung Quốc) độ lớn hạt mài Mesh 80: 300ộm Tốc ựộ dịch chuyển (v) mm/phút 60
Góc tới (γ) 900 Vật liệu thắ nghiệm C45
Thực hiện 8 thắ nghiệm với 8 thông số áp suất P khác nhau: P1 = 1500 bar (150MPa); P2 = 1700 bar (170MPa); P3 = 1900 bar (190MPa); P4 = 2100 bar (210MPa); P5 = 2300 bar (230MPa); P6 = 2500 bar (250MPa); P7 = 2700 bar (270MPa); P8 = 2900 bar (290MPa)
Tiến hành ựo chiều sâu vùng nhẵn trên 8 mẫu cắt ựược bằng thước cặp, ranh giới giữa vùng nhẵn và vùng có ựường sọc ựược xác ựịnh bằng mắt thường (xem hình 4.5)
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 60
Bảng 4.8 Ờ Kết quả ựo chiều sâu vùng nhẵn bóng
Thắ nghiệm số 1 2 3 4 5 6 7 8
Áp suất làm việc
(MPa) 150 170 190 210 230 250 270 290 Chiều sâu vùng
nhẵn bóng (mm) 9,3 9 8,7 8,2 7,9 7,7 7,3 6,9
Sau khi ựã xác ựịnh ựược chiều sâu vùng nhẵn. Tiến hành ựo ựộ nhám của các mẫu, chiều sâu vùng ựo là 4mm (xem hình 4.6). Việc ựo ựộ nhám chỉ thực hiện trên vùng nhẵn bóng
Hình 4.6- Mô tả vị trắ xác ựịnh ựộ nhám Rz trên các mẫu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Việc ựo ựược thực hiện trên máy ựo TR200 của hãng Time Group Inc, xuất xứ Trung Quốc, sử dụng ựầu dò cơ học, chọn khoảng dò chuẩn L =3mm, ựường kắnh ựầu dò 1ộm, kết quả ựo lấy theo tiêu chuẩn ISỌ Hình ảnh máy và hình ảnh quá trình ựo ựược mô phỏng trên hình 4.7 và 4.8
h đường ựo ựộ nhám Rz
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 61
Hình 4.7- Hình ảnh máy ựo ựộ nhám Rz
Hình 4.8- Quá trình ựo ựộ nhám Rz
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 62
Bảng 4.9 - Bảng kết quả ựo ựộ nhám Ra Vật liệu cắt Áp suất cắt [MPa] Tốc ựộ cắt [mm/ph] Khoảng cách cắt [mm] Kắch cỡ hạt mài [ộộộộm] đường kắnh vòi cắt [mm] Chiều dày phôi [mm] độ nhám Ra [ộộộộm] 150 60 2 300 0.76 10 2.35 170 60 2 300 0.76 10 2.519 190 60 2 300 0.76 10 2.632 210 60 2 300 0.76 10 2.69 230 60 2 300 0.76 10 2.774 250 60 2 300 0.76 10 2.823 270 60 2 300 0.76 10 2.89 Thép kết cấu C45 290 60 2 300 0.76 10 3.032
Hình 4.9 biểu diễn bề mặt mạch cắt ở các áp suất làm việc khác nhau ựược quét trên máy Scaner
Mẫu số 1: Áp suất làm việc P = 1500 bar (150 MPa)
Mẫu số 2: Áp suất làm việc P = 1700 bar (170 MPa)
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 63
Mẫu số 4: Áp suất làm việc P = 2100 bar (210 MPa)
Mẫu số 5: Áp suất làm việc P = 2300 bar (230 MPa)
Mẫu số 6: Áp suất làm việc P = 2500 bar (250 MPa)
Mẫu số 7: Áp suất làm việc P = 2700 bar (270 MPa)
Mẫu số 8: Áp suất làm việc P = 2900 bar (290 MPa) Hình 4.9 - Ảnh quét các bề mặt mạch cắt
4.2.2. đánh giá và biện luận kết quả
Từ bảng 4.9 ta xây dựng ựồ thị hình 4.10 mô tả mối quan hệ giữa áp suất làm việc và ựộ nhám bề mặt mạch cắt bằng phần mềm Matlap Simulink. Thông qua kết quả ựo ựược xây dựng hàm hồi quỵ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 64
CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH
TÌM HÀM HỒI QUY TRÊN PHẦN MỀM MATLAB *. CHƯƠNG TRÌNH
clc
clear all
disp ('SO LIEU THUC NGHIEM');
AS= [150 170 190 210 230 250 270 290 ];%Ap suat lam viec (MPa).
DN= [2.35 2.519 2.632 2.69 2.774 2.823 2.89 3.032]; %Do nham be mat (Micromet). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
disp ('VE DO THI CAC DIEM THUC NGHIEM'); figure(1), hold on, grid on
plot(AS,DN,'*')
disp ('LAP PHUONG TRINH HOI QUÝ); AS1 = AS(1:8);
DN1 = DN(1:8); format long
a = polyfit(AS1,DN1,4)
AS11 = linspace(AS(1),300,10); DN1 = polyval(a,AS11);
disp ('VE DO THI CUA HAM HOI QUÝ);
plot(AS11,DN1,'linewidth',3,'color','r') xlabel('Ap suat lam viec [MPa]');
ylabel('Do nham be mat Ra (Micromet)');
title('DUONG BIEU DIEN MOI QUAN HE GIUA AP SUAT LAM VIEC VA DO NHAM');
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 65
*.KẾT QUẢ
Hàm ựộ nhám là: DN Biến áp suất: AS Hàm số:
DN = an.ASn + an-1.ASn-1 + ... a1.AS+ a0
Hình 4.10 Ờ độ nhám phụ thuộc vào áp suất làm việc
Phương trình hồi quy tìm ựược có dạng bậc 4:
DN = a4.AS4 + a3.AS3 + a2.AS2 + a1.AS+ a0
a4 = - 0.000000000058594 ; a3 = 0.000000340356692 ; a2 = - 0.000218925781249 ;
a1 = 0.052777436192206 ; a0 = - 1.756526478790790
Vậy có thể ựơn giản: Gọi hàm ựộ nhám là: Y Biến áp suất là: X
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 66
Thì hàm số:
Y = - 0.000000000058594X4 + 0.000000340356692X3 - 0.000218925781249X2 + 0.052777436192206.X - 1.756526478790790
Hình 4.10 cho thấy ựộ nhám bề mặt mạch cắt có xu hướng tăng dần khi ta ta tăng áp suất làm việc. Kết quả này cơ bản giống với những nghiên cứu lý thuyết cũng như các công trình ựã ựược công bố mà tác giả ựã ựề cập trong chương 3. Tuy nhiên trên ựồ thị vẫn còn những ựiểm chưa tuân theo quy luật của nghiên cứu lý thuyết, vấn ựề này một phần do yếu tố chủ quan ựó là kết quả tác giả ựo ựược là sử dụng máy ựo bằng ựầu dò cơ học, kết quả ựo trên máy này nó phụ thuộc rất nhiều yếu tố như vị trắ ựặt ựầu dò, ựộ thăng bằng của thiết bị (ựộ nghiêng của ựầu dò), ựường kắnh ựầu dò, bán kắnh lõm nhấp nhô tế vi bề mặtẦNgoài ra các thắ nghiệm cụ thể khác nhau thì không hoàn toàn giống nhau bởi lẽ sự khác nhau giữa vật liệu thắ nghiệm (trong ựó có cả sự ựồng nhất của vật liệu), các thông số ựầu vào của thắ nghiệm, ựiều kiện thắ nghiệmẦ sẽ cho ra kết quả khác nhaụ
Từ kết quả ựo ựộ nhám trên và quan sát trên bề mặt mạch cắt ta thấy rằng:
* Bề mặt mạch cắt chia làm 2 vùng rõ rệt: Vùng phắa trên nhẵn và vùng phắa dưới có ựường sọc
* Trong vùng nhẵn, ựộ nhám có xu hướng tăng lên khi tăng áp suất làm việc, tuy nhiên giá trị thay ựổi tăng lên không ựáng kể (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Trong vùng nhẵn, ựộ nhám Ra ựo trên tiết diện ngang của cùng một mẫu gần như không thay ựổị Kết quả này tạo nên sự khác biệt lớn giữa vùng trên cùng một bề mặt cắt ựó là vùng nhẵn có ựộ bóng cao hơn rất nhiều so với vùng có ựường sọc như ựã nói ở trên.
Kết quả trên ựược giải thắch như sau:
Như tác giả ựã trình bày trong phần 2.2.2 ở chương 2, vai trò quyết ựịnh khả năng phá huỷ vật liệu của tia nước trộn hạt mài là ựộng năng của tia
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 67
nước, tức ựộng năng của hạt màị Khi ựộng năng của tia nước lớn hơn năng lượng ựược yêu cầu ựể phá huỷ vật liệu thì hành ựộng cắt phá vật liệu và vận chuyển chúng ựi ựược thực hiện. Tuy nhiên sự phân bố ựộng năng của hạt mài trong tia lại không ựồng nhất và có profin sóng trên mặt cắt ngang của tiạ Kết quả là vật liệu ựược rời ựi là không ựồng nhất, ựặc biệt là ở các tiết diện phắa dướị điều này dẫn ựến ựường sọc ựược tạo ra trên bề mặt mạch cắt.
Khi ta tăng áp suất làm việc tức là ta tăng tốc ựộ của dòng tia cũng là tăng số lượng hạt mài vào tham gia phá huỷ (trong cùng một ựơn vị thời gian), lúc này khối lượng vật liệu ựược bóc tách tăng lên. Do ựó số lượng hạt mài trực tiếp vào tham gia vào quá trình cắt giảm ựi (vì tốc ựộ cắt v không thay ựổi), ựiều này dẫn ựến tại cùng một ựơn vị thời gian trên cùng một ựơn vị diện tắch số lượng hạt mài trực tiếp tham gia cắt vật liệu ắt ựi, số hạt mài còn lại trong ựơn vị thời gian ựó không tham gia vào cắt mà chỉ trượt qua trên bề mặt mạch cắt sẽ tạo ra các vết của chúng. điều này dẫn ựến ựộ nhám tăng lên. Tuy nhiên mức ựộ tăng là không ựáng kể.
4.3. Kết luận chương 4
Trong chương này tác giả ựã giải quyết ựược * Lựa chọn phôi và xây dựng thắ nghiệm * Trển khai làm thắ nghiệm mang tắnh thăm dò * đo kiểm lấy số liệu từ mẫu thắ nghiệm
* Xác ựịnh ựược mức ựộ ảnh hưởng của suất làm việc ựến ựộ nhám bề mặt mạch cắt trong vùng nhẵn bóng.
* đối chiếu, so sánh với kết quả của các công trình nghiên cứu ựã ựược công bố.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
* Kết luận
Cắt vật liệu bằng tia nước áp suất cao có trộn hạt mài là phương pháp gia