Gia công bằng tia nước có hạt mài

Phương pháp gia công bằng tia nước (Water Jet Machining-WJM) thích hợp cho việc cắt nhựa, thực phẩm, cao su, vải,… 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.

[You must be registered and logged in to see this image.]

Vì thế phương pháp này được gọi là gia công tia nước có hạt mài (Abrasive Water Jet Machining-AWJM). Phương pháp này được phát triển đầu tiên vào năm 1974 để làm sạch kim loại trước khi xử lý bề mặt.

Nguyên lý gia công

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.

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, với cỡ 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.

[You must be registered and logged in to see this image.]

Thiết bị

Các bộ phận chính của một thiết bị gia công tia nước có hạt mài cũng giống như gia công tia nước, bao gồm các bộ phận chính sau:

*
Bộ lọc: làm sạch nước để tăng tuổi thọ hệ thống.
*
Bộ tăng áp: tăng áp lực của nước.
*
Bộ phận phân phối nước: đường ống, khớp nối và các bộ phận phân phối nước tăng áp.
*
Đầu trộn: trộn nước áp lực cao và hạt mài.
*
Đầu cắt: dẫn hướng tia nước.
*
Giàn máy NC: định vị đầu cắt.
*
Bộ phận thu gom nước đã phun.

Các thông số công nghệ và khả năng công nghệ

Các thông số cần chú ý khi gia công tia nước có hạt mài là: tỉ lệ cấp hạt mài, đường kính ống trộn, đường kính miệng vòi phun, áp suất nước trong vòi, khả năng cắt vật liệu, chiều dày chi tiết gia công, chất lượng cần gia công, công suất máy bơm, biên dạng hình học cần gia công…

Các thông số công nghệ cơ bản của quá trình cắt là:

*
Áp suất tia nước.
*
Đường kính tia nước.
*
Tốc độ của dòng tia lên đến 1950 m/ph.
*
Độ xa.
*
Tốc độ nạp hạt mài.

Tốc độ cắt từ 25 - ÷ 130mm/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 vết cắt điển hình là 0,76mm và lớn hơn.
*
Tầm ảnh hưởng của dòng tia lên đến 200mm đối với vật liệu cứng. Áp suất hạ xuống sau 25mm.
*
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 ±0,38mm. Các máy cỡ trung có thể độ chính xác ±0,127mm. Các máy hiện đại hiện nay có thể đạt độ độ chính xác ±0,064mm, độ thẳng đạt 0,05mm.

Một số đặc điểm và ứng dụng

*
Cắt các vật liệu rất cứng như titan, inconel, hợp kim đặc biệt, rẻ hơn các phương pháp gia công khác (plasma, laser,…).
*
Cắt được hầu như mọi vật liệu: thép tôi cứng, thép mềm, thép không rỉ, 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 dày 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
*
Chi phí thấp: trung tâm AWJM sử dụng file DXF sẵn có (hoặc bản vẽ CAD khác). Không tốn chi phí cho khuôn, đồ gá hay không yêu cầu chương trình CNC phức tạp, tỉ mỉ.

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.

[You must be registered and logged in to see this image.]

[You must be registered and logged in to see this link.]