ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HẠT MÀI SUPREME GARNET SAU KHI GIA CÔNG BẰNG TIA NƯỚC CÓ HẠT MÀI Học Viên: Vũ Hồng Khiêm Lớp: CHK12 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: PGS.TS. Vũ Ngọc Pi THÁI NGUYÊN - 2011 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HẠT MÀI SUPREME GARNET SAU KHI GIA CÔNG BẰNG TIA NƯỚC CÓ HẠT MÀI Học Viên: Vũ Hồng Khiêm Lớp: CHK12 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: PGS.TS. Vũ Ngọc Pi HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS. Vũ Ngọc Pi Vũ Hồng Khiêm THÁI NGUYÊN - 2011 1. Tính cấp thiết của đề tài Sự phát triển của khoa học kỹ thuật gắn liền với sự ra đời của các vật liệu mới mà chúng có các ưu điểm nổi bật như độ bền, độ cứng cao, khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn tốt vv… Tuy nhiên, các đặc điểm này của vật liệu mới cũng làm cho chúng trở nên rất khó hoặc thậm chí không thể gia công khi sử dụng các phương pháp gia công truyền thống. Vì vậy, song song với việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công của các phương pháp gia công truyền thống, cần thiết phải nghiên cứu để tìm ra các phương pháp gia công có cơ chế mới cũng như hoàn thiện các phương pháp gia công có cơ chế mới (gia công bằng tia nước có hạt mài, gia công bằng la de, mài điện hoá …) để gia công có hiệu quả các vật liệu khó gia công. Từ những lý do nêu trên, việc nghiên cứu “Tái chế hạt mài Supreme garnet trong gia công bằng tia nước có hạt mài” là rất cần thiết và cấp bách. 2. Ý nghĩa của đề tài 2.1. Ý nghĩa khoa học - Đóng góp và hoàn thiện lý thuyết về tái chế hạt mài; - Nâng cao hiệu quả của gia công bằng tia nước có hạt mài. 2.2. Ý nghĩa thực tiễn Các kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng để tái chế hạt mài Supreme Garnet (có nguồn gốc Ấn độ - là một trong những hạt mài được dùng nhiều trong gia công bằng tia nước có hạt mài); Từ đó nâng cao hiệu quả của gia công bằng tia nước có hạt mài sử dụng hạt mài Supreme garnet. -1- CHƯƠNG 1 Giới thiệu Cắt bằng tia nước là một công cụ có khả năng cắt kim loại hay các vật liệu khác bằng cách sử dụng một tia nước có áp suất rất cao và tốc độ lớn. Nó có thể cắt được kim loại, bê tông, đá, hay các vật cứng khác. Chương này sẽ giới thiệu về lịch sử gia công bằng tia nước, các thiết bị chủ yếu của hệ thống AWJ , tham số quá trình và ưu nhược điểm của nó. 1. Lịch sử phát triển Năm 1950, Norman Franz một kỹ sư lâm nghiệp đã có mong muốn tìm ra một phương pháp mới để cắt cây gỗ thành từng khúc. Ông được xem như cha đẻ của hệ thống máy cắt bằng tia nước. Dr.Franz phát hiện ra là hoàn toàn có thể cắt gỗ và vật liệu khác bằng tia nước áp suất cao. Cho dù Dr.Franz chưa làm được một cái máy cắt gỗ như mong muốn nhưng nghiên cứu của ông đã đặt nền móng cho phương pháp gia công bằng tia nước và được hãng Flow International nghiên cứu phát triển hệ thống cắt tia nước sau này. Năm 1965 thiết bị làm sạch bề mặt thép cán bằng tia nước với áp suất 200 bar được sản xuất đầu tiên tại Đức. Năm 1968 các nhà khoa học Mỹ đã chế tạo thành công một thiết bị cắt bằng tia nước có áp suất đạt 700 bar. Năm1970 tập đoàn Flow (Mỹ) đã phát minh một mẫu bơm khuếch đại áp suất có tính ứng dụng cao cho máy cắt tia nước. -2- Dr. Mohamed Hashish, được coi như người khai sinh ra hệ thống máy cắt tia nước dùng hạt mài. Năm 1980, hệ thống cắt tia nước có hạt mài đầu tiên được dùng để cắt thép, kính và bê tông. Năm 1983, Flow cung cấp cho thị trường chiếc máy cắt tia nước có hạt mài đầu tiên cho việc cắt gương ôtô. Ngành công nghiệp hàng không và vũ trụ đã giúp cho công nghệ tia nước áp suất cao phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên mãi đến năm 1986, Công nghệ UHP được nghiên cứu để mở rộng những ứng dụng của nó. Năm 1989-1990, tia nước áp suất cao bắt đầu được ứng dụng để cắt thép và bê tông dưới biển ở độ sâu đến 400m. Năm 1991, trung tâm thí nghiệm Geesthacht đã thực hiện khoan thép không rỉ ở độ sâu 600m. Năm 1994, người Đức đã đăng ký bản quyền về ứng dụng cắt và làm sạch bằng tia nước áp suất cao trong y học. Năm 2002, công ty Flow phát triển hệ thống cắt Dynamic Waterjet cho phép cắt vật liệu nhanh hơn, không để lại gờ sau khi cắt, kết quả này đã mở rộng khả năng cho các ứng dụng cắt bằng tia nước rộng rãi hơn. Các vật liệu cố thể cắt bằng phương pháp này như thép không rỉ, titan, ceramic, hợp kim nhôm, vật liệu tổng hợp cho dụng cụ thể thao, sợi và nhựa sử dụng cho nội thất ôtô…Công nghệ cắt bằng tia nước áp suất cao tiếp tục được phát triển. 1.2. Hệ thống công nghệ Công nghệ gia công bằng tia nước ASC gồm 2 loại đó là cắt bằng tia nước (pure waterjet) và cắt bằng tia nước có hạt mài (abrasive waterjet- AWJ). -3- Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống gia công bằng tia nước có hạt mài Một hệ thống AWJ thông thường gồm 7 thành phần chính: 1.2.1. Hệ thống cấp nước 1.2.2. Cụm bơm khuếch đại áp. 1.2.3. Đường ống cao áp 1.2.4. Đầu cắt 1.2.5. Hệ thống cấp hạt mài 1.2.6. Hệ thống điều khiển chuyển động 1.2.7. Bể chứa nước và dập năng lượng 1.3. Các tham số quá trình Có rất nhiều tham số liên quan đến quá trình gia công AWJ, các tham số này có thể chia thành hai nhóm gồm thông số quá trình và các thông số mục tiêu [6] Các thông số quá trình gồm có : ⋅ Thông số thuỷ lực gồm áp suất nước và đường kính vòi tăng tốc. ⋅ Thông số trộn bao gồm đường kính và chiều dài vòi phun. ⋅ Thông số hạt mài gồm vật liệu hạt mài, kích thước, hình dạng hạt mài và lưu lượng hạt mài. -4- ⋅ Thông số cắt gồm khoảng cách từ vòi phun đến chi tiết gia công, góc tác động và tốc độ cắt. Các thông số mục tiêu gồm: ⋅ Vật liệu gia công. ⋅ Chiều sâu cắt. ⋅ Chất lượng cắt. ⋅ Khả năng công nghệ của quá trình gia công: ⋅ Chiều rộng vết cắt điển hình là 0,76 mm và lớn hơn. ⋅ Tầm ảnh hưởng của dòng tia lên đến 200mm đối với vật liệu cứng. Áp suất hạ xuống sau 25mm. 1.4. Ưu nhược điểm của gia công bằng tia nước hạt mài Gia công bằng tia nước có hạt mài có một số ưu điểm sau. - Cắt được hầu như mọi vật liệu có độ bền cao… mà phương pháp gia công truyền thống khó hoặc không thể gia công được. - Cắt được các biên dạng phức tạp ở các hướng - Tia nước có khả năng cắt qua những vật liệu bất thường, không dẫn điện mà máy tia lửa điện EDM không thể gia công được. - Có thể cắt các chi tiết dạng lưới. - Quá trình cắt không tạo ra nhiệt do - An toàn cho người và môi trường. - Dụng cụ cắt rất đơn giản (chỉ có một vòi phun). - Cắt được ở dưới nước - Lực cắt rất nhỏ - Quá trình cắt có thể hoàn toàn tự động. Một số nhược điểm như. - Lượng hạt mài lớn. Giá thành gia công cao -5- - Do ảnh hưởng của tia nước nên khi cắt làm cho bề mặt bị côn - Chất lượng cắt không phải lúc nào cũng đáp ứng được yêu cầu và ổn định. Do tia nước bị lệch khi đi vào vùng cắt - Cắt bằng tia nước hạt mài việc xử lý lượng chất thải sinh ra lớn hơn rất nhiều. 1.5. Kết luận chương 1 Công nghệ tia nước ASC từ khi ra đời đã không ngừng được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp. Việc tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện cho phương pháp gia công này là rất cần thiết. Hạt mài trộn vào tia nước với mục đích làm tăng khả năng cắt của tia nước ASC. Tia nước ASC thuần và tia nước ASC có trộn hạt mài được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ và y học. Mặc dù phương pháp gia công này đã được áp dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong gia công cắt gọt. Tuy nhiên, gia công bằng tia nước có hạt mài vẫn còn có một số hạn chế riêng của nó. Ở Việt Nam công nghệ tia nước ASC đã được nghiên cứu nhưng chưa nhiều. -6- CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN Công nghệ cắt bằng tia nước áp suất cao (ASC) có 2 loại là cắt bằng tia nước áp suất cao (Pure waterjet - WJ) và cắt bằng tia nước có trộn hạt mài (Abrasive waterjet - AWJ). Chương này sẽ đi tìm hiểu quá trình cắt của tia nước có hạt mài, sự vỡ của hạt mài trong quá trình cắt và thực trạng nghiên cứu về tái chế hạt mài. 2.1. Hạt mài sử dụng trong AWJ Có rất nhiều loại hạt mài được sử dụng trong công nghệ AWJ, chúng được chia làm 2 nhóm cơ bản: • Nhóm hạt mài tự nhiên • Nhóm hạt mài nhân tạo Đặc điểm chung của hạt mài sử dụng trong công nghệ AWJ Độ cứng Độ cứng của hạt mài được xác định theo độ cứng vicker hoặc độ cứng Mohs. Hiện nay trong công nghệ cắt bằng tia nước thường dùng hạt mài có độ cứng (6.5 - 7.5)Mohs. • Hình dạng hình học của hạt mài Nhiều góc cạnh  Gần như có góc  gần ô van  Ô van  Tròn Hình 2.1. Hình ảnh 3D các loại hạt mài thường gặp [18] • Phân bố kích thước của hạt mài Tất cả các hạt mài được phân loại theo cấp độ kích thước. -7- 2.2. Thực trạng nghiên cứu về sự vỡ của hạt mài trong quá trình cắt Trong quá trình gia công bằng tia nước trộn hạt mài, quá trình vỡ của hạt mài xảy ra ở hai giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất, xảy ra trong quá trình trộn . Giai đoạn thứ hai xẩy ra trong quá trình cắt. Các ảnh hưởng đến quá trình vỡ của hạt mài bao gồm: cấu tạo buồng trộn, chiều dài ống hội tụ, vật liệu gia công, chiều dày vật liệu gia công, độ cứng vật liệu gia công, V cắt, P cắt, lưu lượng hạt mài, loại hạt mài. G Galecki và M. Maurkewicz [9] là những người đầu tiên nghiên cứu về hiện tượng vỡ của hạt mài trong quá trình trộn. Kretschmer và Aust [10] đã nghiên cứu và chỉ ra rằng, hiện tượng vỡ của hạt mài chủ yếu sảy ra trong buồng trộn. Trong thực tế, các hạt mài có xu hướng dích kết vào nhau thành một khối lớn và vài hạt nhỏ. Nếu một hạt được chia thành hai hạt lớn và nhiều hạt nhỏ,thì hạt tròn sẽ thường được phân tách thành hai hạt dài hình 2.3 (a); còn hạt dài sẽ gãy ra hai hạt tròn hình 2.3 (b). Vì vậy, sau quá trình cắt, các dạng hạt mài hình tròn của hạt GMA khi tái chế là các hạt nhỏ hơn các hạt mới (Hình 2.4). Chính vì lý do đó mà hạt mài GMA tái chế sắc góc cạnh hơn và hiệu suất cắt của chúng tốt hơn các hạt mài mới [11]. Hình 2.3. Cơ chế phá vỡ của hạt mài -8- [...]... hơn hạt mài mới khoảng 18% − Chất lượng cắt (độ nhám bề mặt) khi cắt bằng hạt mài tái chế cao hơn khi cắt bằng hạt mài mới -18- CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 4.1 Kết luận Luận văn này nhằm nghiên cứu tái chế hạt mài Supreme Garnet Nội dung nghiên cứu bao gồm nghiên cứu về khả năng tái chế, nghiên cứu về khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài tái chế Từ các kết quả của đề tài, có. .. một số kết luận sau: - Đề tài này đã tập trung vào nghiên cứu tái chế hạt mài - Hạt mài Supreme Garnet tái chế được và có khả năng tái chế rất cao - Khi cắt bằng hạt mài tái chế khả năng cắt, chất lượng cắt cao hơn khi cắt bằng hạt mài mới - Kích thước tối ưu này cho hạt tái chế của Supreme garnet là >125µm Với cỡ hạt này khả năng tái chế là 61,45% và khả năng cắt của nó sẽ cao hơn hạt mài mới khoảng... Độ nhám khi đo cách mặt trên của mẫu 2mm, 10mm 3.4 Kết luận chương 3 Từ các kết quả của chương này, có thể rút ra một số kết luận như sau: − Có thể tái chế được hạt mài Supreme Garnet Thêm vào đó hạt mài này có khả năng tái chế rất cao − Khả năng cắt của hạt mài tái chế cao hơn hạt mài mới − Cỡ hạt tối ưu để tái chế hạt Supreme Garnet là >125µm Với cỡ hạt này khả năng tái chế là 61,45% và khả năng cắt... Supreme garnet là >125µm (hình 3.9) 3.3 Chất lượng cắt của hạt mài tái chế Trong gia công bằng tia nước có hạt mài, chất lượng cắt được đánh giá bằng hai thông số là độ nhám bề mặt sau khi gia công và chiều rộng rãnh cắt 3.3.1 Thí nghiệm Thí nghiệm so sánh độ nhám bề mặt sau gia công được cắt bằng hạt mài tái chế và với hạt mài mới được thực hiện giống như khi xác định khả năng tái chế của hạt mài Có hai... Hướng nghiên cứu tiếp Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo về lĩnh vực này như sau: 1 Nghiên cứu đánh giá tính kinh tế của tái chế hạt mài Supreme garnet 2 Nghiên cứu tái chế hạt mài Supreme garnet cũng như các loại hạt mài khác khi cắt với áp suất nước rất cao (trên 400MPa) 3 Nghiên cứu sử lý các hạt mài do quá trình gia công tia nước thải ra để giảm thiểu ô nhiễm môi trường -19- TÀI LIỆU THAM KHẢO... Chetty [19] công bố nghiên cứu tái chế hạt mài của địa phương (nguồn: Nam Ấn Độ) Gần đây Vũ Ngọc Pi [11] đã nghiên cứu về tái chế và bù tái chế hạt mài GMA (một loại hạt mài của Úc được sử dụng nhiều trong công nghệ AWJ và làm sạch)với các nội dung chính sau Khả năng tái chế của hạt mài GMA #80 với các cỡ hạt khác nhau và với nhiều vòng tái chế (3 vòng) Khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài tái chế... mặt gia công (mm) 5mm Góc của vòi phun và bề mặt gia công 900 Vật liệu gia công C45 Chiều dày phôi (mm) 15mm Áp suất (MPa) 250 MPa Vận tốc dịch chuyển (mm/ph) 50 mm/ph 3.2 Khả năng tái chế của hạt mài Supreme Garnet Để xác định khả năng tái chế của hạt mài trước hết ta phải thu hồi hạt mài sau quá trình cắt rồi mới mang đi tái chế Nếu khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài tái chế gần bằng. .. của lưu lượng hạt mài để có nhiều giá trị so sánh - Để đánh giá độ nhám sau khi gia công, tiến hành đo các mẫu phôi sau khi cắt tại hai vị trí: 3.3.2 Kết quả và nhận xét Kết quả đo độ nhám bề mặt với các mẫu - Độ nhám bề mặt khi cắt bằng hạt mài tái chế nhỏ hơn khi cắt bằng hạt mài mới - Lưu lượng hạt mài tăng thì độ nhám bề mặt gia công khi cắt giảm (đúng cả với hạt mài tái chế và hạt mài mới) -17-... mới nhằm xác định tỷ lệ các cỡ hạt trong một bao Hình 3.4 Phân bố kích thước hạt mài mới b, Thành phần hạt mài tái chế Hình 3.5 Phân bố kích thước hạt mài sau tái chế 3.2 Khả năng cắt của hạt mài tái chế 3.2.1 Thí nghiệm -15Để đánh giá khả năng cắt của hạt mài Supreme garnet tái chế sau khi sàng, các hạt được trộn và sắp xếp theo cỡ từ >63(µm) cho tới >300(µm) Thông số hạt mài Thông số vòi phun: ROCTEC... hạt mài này còn chưa được khảo sát Quy trình tái chế cho hạt mài Supreme Granet cũng chưa được nêu ra -12CHƯƠNG 3 Tái chế hạt mài Supreme Granet Từ những vấn đề đã được đề cập ở chương 2 việc nghiên cứu tái chế (tái sử dụng) hạt mài Supreme Garnet (xuất sứ Ấn độ) là có cơ sở khoa học để tiến hành nghiên cứu Bằng thực nghiệm sẽ chứng minh được sự hiệu quả trong việc tái chế hạt mài thu hồi Nội dung chương . HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HẠT MÀI SUPREME GARNET SAU KHI GIA CÔNG BẰNG TIA NƯỚC CÓ HẠT MÀI Học Viên: Vũ Hồng Khi m. là một trong những hạt mài được dùng nhiều trong gia công bằng tia nước có hạt mài) ; Từ đó nâng cao hiệu quả của gia công bằng tia nước có hạt mài sử dụng hạt mài Supreme garnet. -1- CHƯƠNG. pháp gia công có cơ chế mới (gia công bằng tia nước có hạt mài, gia công bằng la de, mài điện hoá …) để gia công có hiệu quả các vật liệu khó gia công. Từ những lý do nêu trên, việc nghiên cứu