BÀI TẬP VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT

Bài Tập Các Phương Pháp Gia Công Đặc Biệt GVHD:Đinh Minh Diệm

BAI TÂP VÊ PHƯƠNG PHAP GIA CÔNG ĐĂC BIÊT

PHƯƠNG PHAP GIA CÔNG BĂNG TIA NƯƠC

I. Nguyên ly gia công, các thông sô, kha năng công nghệ, đặc điêm và pham vi ưng dung.1. Nguyên ly gia công : - Cắt bằng tia nước (Water Jet Cutting-WJC) là một quá trình sử dụng tia nước ở áp suất cao để gia công vật liệu. Vết cắt hoặc rãnh có độ rộng xấp xỉ 1mm. Đường kính lỗ nhỏ nhất có thể cắt được là 1,5mm. Phương pháp này còn được gọi là gia công bằng thuỷ động lực học.- Để tăng khả năng cắt bằng tia nước nhằm cắt các vật liệu cứng như thép, thủy tinh, bê tông hay vật liệu composite, … người ta thêm vào tia nước những hạt mài. Vì thế phương pháp này được gọi là gia công tia nước có hạt mài. Nguyên lý của phương pháp này cũng như gia công tia nước nhưng khác ở chổ là trong quá trình hình thành tia nước áp suất cao thì cho thêm vào dòng hạt mài. Vận tốc rất cao của dòng tia khi đi qua lỗ phun sẽ tạo chân không để hút các hạt mài từ ống chứa hạt mài, sau đó, hạt mài sẽ trộn với nước trong ống trộn. Việc cấp hạt mài trong quá trình gia công quyết định năng suất gia công.

- Đầu tiên nước từ thùng cấp nước đi qua bộ lọc và hòa trộn. Sau đó nhờ ống dẫn chất lỏng đi qua bộ khuyếch đại để tăng áp đến đầu phun. Tại đầu phun tia nước được phun ra mạnh hay yếu là nhờ van tiết lưu. Van này được điều khiển bởi một bộ điều khiển. Tia nước sau khi ra khỏi đầu phun có áp suất rất lớn (thường từ 100 - 400 MPa), tốc độ tia nước từ 400 - 1000m/s. Với áp suất này, khi tia nước chạm vào bề mặt vật liệu gia công nó tạo nên áp lực lớn hơn độ bền nén của vật liệu, bề

SVTH: Nguyễn Đưc Song Hào_12C1LT


mặt vật liệu bị nát ra và tia nước xuyên qua tạo thành vết cắt, cắt chi tiết gia công. Vậy tia nước tạo đóng vai trò như một cái cưa cắt một vết hẹp trên vật liệu- Để tăng tính hiệu quả cắt của tia nước trong công nghệ tia nước áp suất cao, người ta đưa hạt mài hòa vào với dòng tia. Những hạt mài nhỏ, cứng và có cạnh sắt khi chuyển động cùng với tia nước lúc ra khỏi đầu cắt có một năng lượng phá hủy rất lớn, cho nên chúng là tác nhân chính của quá trình cắt gọt.

- Vòi phun của thiết bị gia công bằng tia nước - Vòi phun của thiết bị gia công bằng tia nước có hạt mài

- Đối với gia công tia nước có hạt mài, khi thêm những hạt mài vào tia nước sẽ làm phức tạp quá trình gia công vì phải bổ sung một số thông số và những thông số này phải được điều khiển. Những thông số thêm vào cho quá trình là loại hạt mài, cỡ hạt và tốc độ dòng chảy. Các loại vật liệu hạt mài thường được sử dụng là Al2O3, SiO2 và garnet, các cỡ hạt khoảng từ 60 đến 100. Lượng mài được thêm vào trong tia nước xấp xỉ khoảng 0,3 kg/phút sau khi thoát ra vòi phun. Đường kính lỗ của vòi khoảng từ 0,25 - 0,63 mm. Sở dĩ kích cỡ hơn một chút so với sự gia công bằng tia nước là để có được tốc độ dòng chảy cao hơn và năng lượng nhiều hơn vì bên trong nó có chứa hạt mài.

- Áp suất nước trong gia công bằng tia nước có hạt mài giống trong gia công bằng tia nước. Khoảng cách cho phép phải ít hơn để giảm đến mức tối thiểu hiệu quả phân tán của chất lỏng cắt mà hiện giờ có chứa những hạt mài. Khoảng cách cho phép điển hình là khoảng ¼ hay ½ khoảng cách trong gia công tia nước. Phương pháp gia công tia nước hay tia nước có hạt mài có thể sử dụng thay thế cho các phương pháp gia công tia laser hay tia plasma nếu yêu cầu không có ảnh hưởng nhiệt tại đường cắt vật liệu. Sau đây là sơ đồ hai nguyên lý chính của tia nước trộn hạt mài.

Nguyên ly tia nước trộn hat mài không áp Nguyên ly tia nước trộn hat mài có áp(Abrasive Water Injection Jet – AWIJ) (Abrasive Water Suspenssion Jet – AWSJ)



Hinh 2: Sơ đô gia công băng tia nươc co hat mai.

- Do thành phần không khí của tia AWIJ (Nguyên lý tia nước trộn hạt mài không áp) rất lớn (từ 90 đến 95 %), nên ứng dụng của nó cho cắt dưới nước chỉ dừng ở độ sâu không quá 20m. Với tia AWSJ (Nguyên lý tia nước trộn hạt mài có áp) ta chỉ có hai thành phần nước và hạt mài, nên có thể ứng dụng cắt ở độ sâu đến 6000m và sâu hơn nữa.

2. Các thông sô công nghệ và kha năng công nghệ :Các thông số công nghệ cơ bản của quá trình cắt là : - Áp suất tia nước (20,000 -60,000 PSI hay 1300 – 4000 bar). - Đường kính tia nước. - Tốc độ của dòng tia lên đến 285 fps (1950 mph), khoảng 2,5 lần tốc độ âm thanh.

- Độ xa. - Tốc độ nạp hạt mài. - Tốc độ cắt , 1 – 5 inch/ph. Tốc độ cắt càng lớn thì chất lượng bề mặt càng tốt. - Tốc độ nạp vật liệu (lượng chạy dao) Khả năng công nghệ :



- Chiều rộng cắt điển hình là 0,030" và lớn hơn. - Tầm ảnh hưởng của dòng tia lên đến 8’’ đối với vật liệu cứng. Ap suất hạ xuống sau 1’’. - Độ chính xác phụ thuộc vào loại máy được sử dụng. Loại máy lớn với đầu phun dịch chuyển trên khung đạt độ chính xác ±0,015’’. Các máy cỡ trung có thể độ chính xác ±0,005’’. Các máy hiện đại có thể đạt độ độ chính xác ±0,0025’’, độ thẳng đạt 0,002’’ Có sự khác biệt lớn về dung sai đạt được giữa các nhà sản khác nhau. Hầu hết sự thay đổi này đến từ sự khác biệt ở công nghệ điều khiển, và một vài khác biệt từ kết cấu máy. Ngày nay nột số máy có khả năng đạt độ chính xác gia công một số chi tiết đến ±0,001’’ thậm chí trong một số trường hợp còn tốt hơn (mặc dù ±0,002’’ thì có lẽ thực tế hơn).

3. Ưu nhược điêm và pham vi ưng dung.

a. Ưu điêm.- Cắt được hầu như mọi vật liệu: thép tôi cứng, thép mềm, thép không rỉ (phần lớn thép cắt ở cùng tốc độ dù có khác nhau về độ cứng), đồng thau, nhôm, vật liệu giòn như thuỷ tinh, gốm, thạch anh, và đá, tấm mỏng, vật liệu dễ cháy, cắt quặng mỏng hoặc quặng dày, tạo được mọi loại hình dạng với chỉ một dụng cụ cắt. - Cắt với một phạm vi bề dầy lớn với dung sai hợp lý, không sinh nhiệt, vùng gia công không chịu tác động nhiệt, đây là phương pháp gia công cắt lạnh. - Độ nhám bề mặt có thể tốt như các phương pháp gia công truyền thống. - Lực cắt không đáng kể, vì thế có rất ít hoặc không có, chất lượng vết cắt rất cao.- Vết cắt có thể bắt đầu ở bất ky chỗ nào mà không cần phải khoan mồi trước và có thể cắt đượ vật liệu cán mỏng.- Có khả năng tự động hóa và người máy hóa rất cao. Đặc biệt thích ứng với hệ thống CAD/CAM.- Không có chất hóa học như cắt bằng hạt mài. Môi trường gia công trong sạch.- Chi phí thấp.- It loãng phí chất thải sau khi gia công.

b.Nhược điêm.- Khó kiểm soát được độ chính xác của tia nước, giá thành thiết bị còn đắt.

c.Pham vi ưng dung. - Gia công cắt : phương pháp gia công bằng tia nước được ứng dụng trong các ngành hàng không, thực phẩm, nghệ thuật đồ họa, công nghiệp ôtô, giày dép, cao su, nhựa, đồ chơi, gỗ, luyện kim, giấy, chế tạo máy… - Làm sạch bề mặt trong ngành xây dựng và chế tạo máy. Một số vật liệu được cắt bằng tia nước là : các tông, thảm, lie (làm nút chai), giấy, plastic, sản phẩm gỗ, cao su, da, giấy, lá kim loại mỏng, gạch, vật liệu composite… Tùy loại vật liệu mà chiều dày cắt lên đến 25mm và cao hơn. So với



các phương pháp khác, cắt bằng tia nước có năng suất cao và sạch, nên nó cũng được dùng trong công nghệ thực phẩm để cắt và thái mỏng sản phẩm. Khi đó người ta sử dụng dung dịch chất lỏng là cồn, glyxêrin hoặc dầu ăn.

II. So sánh với một sô phương pháp gia công khác. So sánh với gia công tia laser - Gia công được nhiều vật liệu mà laser không thể gia công (vật liệu phản xạ, như nhôm và đồng). - Tính đồng nhất vật liệu không phải là đặc tính quan trọng. - Dòng tia nước không tạo nhiệt lên chi tiết. Vì thế không có biến dạng nhiệt và độ cứng không tăng. - Tia nước có thể đạt được độ chính xác bằng hoặc hơn tia laser. - Giá thành rẻ hơn. - Gia công đuợc vật liệu dầy hơn. - Dòng tia tạo mài an toàn hơn, không có khói độc, không có lửa. - Có tính môi trường hơn. - Bảo trì đơn giản hơn. - Tia hạt mài có khả năng đạt dung sai tương tự trong gia công chi tiết mỏng và đạt độ chính xác cao hơn trong gia công chi tiết dầy So sánh với gia công tia lửa điện - Gia công nhanh hơn tia lửa điện. - Khả năng gia công phạm vi vật liệu rộng lớn hơn. - Tính đồng nhất không phải là đặc tính quan trọng đối với gia công tia nước. - Dòng hạt mài tạo lỗ xuyên cho chính nó. - Không sinh nhiệt. - Dòng tia nước có khả năng bỏ qua những bất thường của vật liệu mà có thể những bất thường này làm cho EDM mất tia lửa điện.

III. Các san phâm cua phương pháp gia công băng tia nước.- Gia công bằng tia nước có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: trong gia công my nghệ, trang sức, thực phẩm, công nghệ chế tạo máy…



Hinh 3: Cac san phâm trong gia công băng tia nươc.

Ngày nay, lĩnh vực gia công cắt gọt đang phát triển rất mạnh mẽ trên thế giới. Đặc biệt là trong lĩnh vực gia công cắt gọt kim loại với nhiều loại máy hiện đại như trung tâm gia công CNC, máy gia công bằng tia lửa điện, máy cắt dây, máy gia công bằng tia laser, máy cắt plasma, . . ..Việc ra đời của công nghệ gia công vật liệu bằng tia nước đã mở ra hướng phát triển mới cho lĩnh vực cắt gọt vật liệu. Công nghệ cắt bằng tia nước có khả năng cắt được trên nhiều loại vật liệu khác nhau như bê tông, đá, gỗ, vải hay các loại vật liệu kim loại. Và một đặc điểm công nghệ nổi bậc nữa là có thể cắt được vật liệu có độ dày trên 20 inch. Với những đặc điểm trên, công nghệ cắt bằng tia nước có những đặc điểm vượt trội hơn so với công nghệ cắt gọt khác. Hiện nay, nhiều dòng máy ứng dụng công nghệ này đã ra đời, phát triển đa dạng và ngày càng được sử dụng phổ biến trên thế giới. Các lĩnh vực công nghiệp có thể ứng dụng như ngành ôtô, giày dép, sao su, chế tạo máy nhựa, giấy, xây dựng….



Hinh 4: Cac may CNC đươc ưng dung trong gia công căt got



- Mặc dù VN được xem là quốc gia có nguồn nước mặt và nước ngầm tương đối dồi dào. Tuy nhiên, việc quản lý, sử dụng và bảo vệ chưa tốt khiến các nguồn nước mặt ngày càng bị ô nhiễm do một lượng lớn chất thải công nghiệp và sinh hoạt gây nên, còn nguồn nước ngầm bị nhiễm các chất hữu cơ khó phân hủy.

- Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề dối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải. Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp là rất nặng.

IV. Kêt Luận:- Trước đây nguồn nước được xem là nguồn tài nguyên không bao giờ cạn kiệt nhưng với sự phát triển của nhiều nghành công nghiệp đã làm cho nguồn nước có thể cạn kiệt bất cứ lúc nào. Vì vậy việc ứng dụng gia công bằng tia nước trong lĩnh



vực gia công cơ khí đã góp phần giải quyết phần nào gánh nặng về việc ô nhiễm môi trường của chúng ta hiện nay.


Documents

BÀI TẬP VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT