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

LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DỊCH CHUYỂN<br /> ĐẾN CHẤT LƯỢNG MẠCH CẮT KHI CẮT BẰNG TIA<br /> NƯỚC ÁP SUẤT CAO TRỘN HẠT MÀI<br /> RESEARCH OF IMPACT OF TRANSITION TO SPEED<br /> SERVICES WHEN CUTTING CIRCUIT QUALITY<br /> WATERJET CUTTING HIGH PRESSURE GRINDING<br /> GRAIN MIX<br /> Trần Hải Đăng, Nguyễn Danh Đạo, Mạc Thị Nguyên<br /> Email: dangctts@gmail.com<br /> Trường Đại học Sao Đỏ<br /> Ngày nhận bài: 15/6/2018<br /> Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 18/9/2018<br /> Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018<br /> <br /> Tóm tắt<br /> <br /> Những năm gần đây, công nghệ vật liệu đã tạo ra nhiều loại vật liệu mới có nhiều tính năng (cơ tính,<br /> lý tính, độ bền, độ cứng, độ dẻo cao…), việc gia công chế tạo những vật liệu này gặp nhiều khó khăn,<br /> hạn chế như: năng suất, chất lượng, giá thành... và đặc biệt là ảnh hưởng nhiều đến cơ lý tính của vật<br /> liệu cơ bản. Công nghệ cắt bằng tia nước, áp suất cao đã ra đời và khắc phục được các hạn chế của<br /> các phương pháp gia công khác. Việc nghiên cứu các thông số công nghệ như áp suất làm việc, lưu<br /> lượng hạt mài, tốc độ dịch chuyển... có ý nghĩa quan trọng. Trong bài báo này, tác giả nghiên cứu thực<br /> nghiệm ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển đến chất lượng mạch cắt khi sử dụng công nghệ tia nước<br /> trộn hạt mài.<br /> Từ khóa: Tia nước trộn hạt mài; hạt mài; tia nước áp suất cao.<br /> Abstract<br /> <br /> In recent years, materials technology has created many new materials with many features (mechanical,<br /> physical, strength, hardness, high ductility, etc), the processing and manufacturing materials the difficulties,<br /> limitations such as productivity, quality, cost, etc and especially affect the mechanical properties of the<br /> basic materials. Waterjet cutting technology, has launched a high pressure and overcome the limitations<br /> of other processing methods. The study of technological parameters such as working pressure, abrasive<br /> flow, speed of movement, etc has important implications. In this paper the authors studied experimentally<br /> the influence of speed quality circuit shifts to cut when using mixed technology abrasive waterjet.<br /> Keywords: Mixing abrasive waterjet; abrasive grain; high-pressure water jet.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công<br /> nghệ như ảnh hưởng áp suất làm việc, đường<br /> Trên thế giới, công nghệ cắt bằng tia nước áp<br /> kính vòi phun, hạt mài, lưu lượng hạt mài, tốc độ<br /> suất cao trộn hạt mài đã được nghiên cứu, phát<br /> triển và ứng dụng nhiều, tập trung chủ yếu ở các dịch chuyển, khoảng cách cắt, góc cắt [5]. Tốc độ<br /> nước phát triển như: Đức, Mỹ, Pháp, Nhật Bản... dịch chuyển có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất<br /> Công nghệ này sử dụng năng lượng của nước cắt, chất lượng mạch cắt (độ nhám bề mặt), việc<br /> khi được nén với áp suất cao, việc bổ sung hạt nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ có ý nghĩa rất<br /> mài vào tia nước đã nâng cao hiệu quả cắt của tia lớn trong thực tế sản xuất.<br /> nước và được áp dụng vào gia công cắt gọt với<br /> 2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ<br /> tất cả mọi vật liệu và không làm ảnh hưởng đến<br /> tích chất cơ lý của vật liệu [1, 2, 3, 4]. Đã có nhiều 2.1. Vật liệu<br /> Người phản biện: 1. PGS. TS. Nguyễn Đắc Trung Vật liệu thực nghiệm là thép không rỉ mác SUS<br /> 2. TS. Lê Trung Kiên 316, tính chất cơ lý của vật liệu trong bảng 1.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 51<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> Bảng 1. Đặc tính cơ lý của thép INOX mác SUS 316 2.2. Thiết bị<br /> Đặc tính Đơn vị Thông số Thí nghiệm được thiết kế dựa trên hệ thống thiết<br /> Độ cứng HB 150÷217 bị cắt bằng tia nước áp suất cao hiện nay có tại<br /> Độ bền kéo N/mm2 520 Phòng thí nghiệm tia nước của Trung tâm các<br /> Tính gia công cơ Tốt<br /> Công nghệ đặc biệt thuộc Viện Máy và Dụng cụ<br /> Tính chống mài mòn Tốt<br /> Cấu trúc hạt Mịn công nghiệp.<br /> <br /> Trong sản xuất công nghiệp, chiều dày các chi tiết Thiết bị tạo áp của hãng Böhler – CHLB Đức<br /> inox thường dùng chủ yếu từ 0,8 đến 18 mm. Tác với các thông số kỹ thuật chính cho trong<br /> giả chọn chiều dày phôi trong thí nghiệm là 18 mm. bảng 2.<br /> Bảng 2. Thông số kỹ thuật của bơm cao áp DYNATRONIC 424<br /> <br /> Thông số Đơn vị Giá trị<br /> Thông số chung<br /> Kiểu máy DYNATRONIC 424<br /> Kích thước (W x D x H) mm 1900 x 970 x 1500<br /> Bộ cao áp<br /> Áp suất làm việc MPa 10÷420<br /> <br /> Áp suất làm việc liên tục MPa 380<br /> Tỷ số nén 1:21,78<br /> Bộ thấp áp<br /> Áp suất làm việc MPa 0,5÷22<br /> <br /> Lưu lượng l/ph 0÷100<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Hình ảnh bơm cao áp DYNATRONIC 424<br /> <br /> Trong thí nghiệm, tác giả lựa chọn áp suất làm của hãng KLETT - CHLB Đức với các thông số kỹ<br /> việc là 300 MPa - Cụm cắt và điều khiển đồng bộ thuật chính cho trong bảng 3.<br /> <br /> <br /> 52 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018<br />  LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br /> <br /> <br /> Bảng 3. Thông số kỹ thuật của bàn cắt KWS2010<br /> <br /> Thông số Đơn vị Giá trị<br /> Kiểu máy KWS 2012<br /> Kích thước (W x D x H) mm 2600 x 1530 x 1600<br /> Khối lượng trên bàn cắt kg/m 2<br /> 800<br /> T ốc độ c ắ t l ớ n n h ấ t mm/ph 9200<br /> Điều k hiển 2 trục XY (2D)<br /> P hần m ềm Speedy robot forcrible Control<br /> <br /> Thực hiện năm thí nghiệm với năm tốc độ cắt v<br /> khác nhau: v1 = 15 mm/ph; v2 = 30 mm/ph; v3 = 45<br /> mm/ph; v4 = 60 mm/ph; v5 = 75 mm/ph (hình 4).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Cụm cắt và điều khiển đồng bộ<br /> Cụm cấp hạt mài của hãng Mitsubishi – Nhật bản<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Hình dạng, kích thước phôi và vị trí<br /> các đường cắt<br /> <br /> Tiến hành đo chiều sâu vùng nhẵn trên năm mẫu<br /> cắt được bằng thước lá, ranh giới giữa vùng nhẵn<br /> và vùng có đường sọc được xác định bằng mắt<br /> thường (hình 5).<br /> <br /> Hình 3. Hình ảnh cụm cấp hạt mài H­íng dÞch chuyÓn<br /> <br /> 60<br /> 3. THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ<br /> DỊCH CHUYỂN Vïng nh½n bãng<br /> h0<br /> <br /> 18<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Các thông số thí nghiệm trong bảng 4. Vïng cã ®­êng säc<br /> <br /> Bảng 4. Bảng thông số thí nghiệm<br /> Thông số Đơn vị Giá trị<br /> Hình 5. Mô tả vùng nhẵn và vùng có đường sọc<br /> trên bề mặt mạch cắt<br /> Áp suất làm việc (p) MPa 300<br /> 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Đường kính đầu phun mm 0,25<br /> Sau khi cắt, tiến hành đo chiều sâu vùng nhẵn<br /> Khoảng cách cắt (s) mm 2<br /> trên các mẫu bằng thước lá, đo độ nhám bề mặt<br /> Loại hạt mài Olivin<br /> cắt Rz trên máy đo quang học. Việc đo lấy kết quả<br /> Độ lớn hạt mài 80 Mesh được thực hiện trên các đường đồng mức với mỗi<br /> Lưu lượng hạt mài (mhm) g/s 12,9 mẫu thí nghiệm, các đường đồng mức cách nhau<br /> 4 mm tính từ mặt tia nước bắt đầu cắt phép đo chỉ<br /> Vật liệu thí nghiệm SUS 316<br /> thực hiện ở vùng nhẵn.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 53<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> <br /> Hình 6 biểu diễn ảnh chụp các mạch cắt ở các tốc Kết quả đo chiều sâu vùng nhẵn bóng được ghi<br /> độ dịch chuyển khác nhau trong bảng 5.<br /> <br /> Bảng 5. Kết quả đo chiều sâu vùng nhẵn bóng<br /> <br /> <br /> Thí nghiệm số 1 2 3 4 5<br /> <br /> Tốc độ dịch chuyển<br /> 15 30 45 60 75<br /> v (mm/ph)<br /> <br /> Chiều sâu vùng<br /> >18 12 9 6 4,5<br /> nhẵn bóng h0 (mm)<br /> <br /> <br /> Hình 6. Ảnh chụp các mạch cắt ở năm tốc độ Năng suất cắt<br /> dịch chuyển v x ho (mm2/ph)<br /> (chính là năng 270 360 405 360 337,5<br /> Hình 7 biểu diễn bề mạch cắt ở các tốc độ dịch suất cắt vùng<br /> nhẵn)<br /> chuyển khác nhau được quét trên máy Scanner.<br /> <br /> Tiến hành đo độ nhám được thực hiện trên máy<br /> đo quang học, sử dụng cặp vật kính có hệ số<br /> khuếch đại E = 0,28 µm/vạch. Tiến hành đo độ<br /> nhám của các mẫu trên bốn tiết diện khác nhau<br /> Mẫu số 1: Tốc độ dịch chuyển v = 15 mm/ph của mạch cắt, chiều sâu của từng tiết diện đo như<br /> sau: h1 = 4 mm; h2 = 8 mm; h3 = 12 mm; h4 = 16<br /> mm (hình 8). Việc đo độ nhám chỉ thực hiện trên<br /> vùng bề mặt nhẵn bóng (kết quả đo trong bảng 6).<br /> <br /> 60<br /> <br /> Mẫu số 2: Tốc độ dịch chuyển v = 30 mm/ph<br /> 4<br /> 8<br /> 12<br /> 16<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 18<br /> Hình 8. Mô tả vị trí các tiết diện xác định độ<br /> nhám Rz<br /> Mẫu số 3: Tốc độ dịch chuyển v = 45 mm/ph Bảng 6. Bảng kết quả đo độ nhám Rz<br /> <br /> Giá trị Rz (μm)<br /> <br /> Tiết diện đo<br /> <br /> <br /> Tốc độ<br /> Mẫu số 4: Tốc độ dịch chuyển v = 60 mm/ph dịch chuyển I II III IV<br /> <br /> <br /> <br /> 15 mm/ph 8,12 11,984 11,704 10,304<br /> <br /> 30 mm/ph 12,488 10,752 - -<br /> <br /> 45 mm/ph 12,544 10,024 - -<br /> Mẫu số 5: Tốc độ dịch chuyển v = 75 mm/ph<br /> 60 mm/ph 13,104 - - -<br /> Hình 7. Ảnh chụp các mạch cắt ở năm tốc độ<br /> 75 mm/ph 12,544 - - -<br /> dịch chuyển<br /> <br /> <br /> 54 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018<br />  LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC<br /> <br /> sọc. Khi hạt tiếp tục đi sâu vào vật liệu, số hạt có<br /> động năng trên ngưỡng cắt giảm xuống, những<br /> hạt còn đủ mạnh tiếp tục cắt sâu xuống phía dưới,<br /> trong khi đó các hạt yếu hơn sẽ đi theo hướng<br /> khác, do vậy sẽ tạo ra những đường sọc trên<br /> bề mặt.<br /> <br /> Trong vùng nhẵn, độ nhám Rz có xu hướng tăng<br /> lên khi tốc độ dịch chuyển tăng, tuy nhiên sự thay<br /> đổi không đáng kể, giá trị tăng của Rz không vượt<br /> quá cấp 1 cấp độ nhám.<br /> Hình 9. Chiều sâu vùng bề mặt nhẵn phụ thuộc<br /> vào tốc độ dịch chuyển Kết quả cho thấy với tốc độ V = 15 mm/ph thì<br /> chiều sâu vũng nhẵn bóng là lớn nhất và V = 45<br /> mm/ph thì năng suất cắt đạt giá trị lớn nhất.<br /> <br /> 5. KẾT LUẬN<br /> <br /> Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dịch<br /> chuyển khi cắt vật liệu thép không rỉ SUS 316 cho<br /> thấy chất lượng mạch cắt phụ thuộc nhiều vào tốc<br /> độ dịch chuyển.<br /> <br /> - Tốc độ dịch chuyển càng nhỏ thì diện tích mặt<br /> nhẵn càng lớn, tuy nhiên năng suất cắt nhỏ.<br /> <br /> Hình 10. Năng suất cắt phụ thuộc vào - Tốc độ dịch chuyển càng cao thì diện tích mặt<br /> tốc độ dịch chuyển nhẵn càng nhỏ, luôn tồn tại một tốc độ tối ưu cho<br /> năng suất cắt lớn nhất.<br /> Có thể nhận thấy bề mặt mạch cắt chia làm hai<br /> vùng rõ rệt, vùng phía trên nhẵn và vùng phía dưới - Rz có xu hướng tăng lên khi tốc độ dịch chuyển<br /> có sọc. tăng, tuy nhiên sự thay đổi không đáng kể, kết quả<br /> cho thấy tính công nghệ cao khi cắt bằng tia nước<br /> Càng xuống sâu, động năng của hạt càng yếu và áp suất cao trộn hạt mài.<br /> chúng càng bị đẩy đi lệch hướng về phía sau theo<br /> hướng chuyển động của tia. Do đó, các đường<br /> sọc bị cong về phía sau theo hướng chuyển động TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> của tia và càng xuống sâu thì bán kính cong càng<br /> [1]. Trần Văn Địch (2003). Công nghệ chế tạo máy. Nhà<br /> nhỏ. Kết quả này thấy rõ khi quan sát bề mặt cắt xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.<br /> thực trên hình 7.<br /> [3]. Đinh Văn Đệ (2013). Các phương pháp gia công<br /> Tốc độ nhỏ thì chiều sâu vùng nhẵn bóng lớn hơn, đặc biệt. Trường Đại học Công nghiệp TP.<br /> tốc độ càng cao thì vùng nhẵn bóng càng nhỏ. Hồ Chí Minh.<br /> Điều này được lý giải do động năng của tia, hay [4]. Trần Ngọc Hưng (2009). Giới thiệu phương pháp<br /> động năng của hạt mài, sự phân bố động năng trộn hạt mài có áp (Suspension) trong công nghệ<br /> không đều dẫn tới các đường sọc tạo ra trên mặt cắt bằng tia nước áp suất dưới nước.<br /> cắt. Tại vùng phía trên của mạch, hầu hết các hạt [5]. Nai – Shun Guo (1994). Schneidprozeβ und<br /> có mức động năng đáng kể để cắt hoặc phá hủy Schnittqualität beim Wasserabrasivstrahlschneiden.<br /> vật liệu, do đó bề mặt cắt nhẵn, không có đường Dissertation Hanover.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 55<br />