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

51
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
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
RESEARCH OF IMPACT OF TRANSITION TO SPEED 
SERVICES WHEN CUTTING CIRCUIT QUALITY 
WATERJET CUTTING HIGH PRESSURE GRINDING 
GRAIN MIX
Trần Hải Đăng, Nguyễn Danh Đạo, Mạc Thị Nguyên 
Email: dangctts@gmail.com 
Trường Đại học Sao Đỏ
Ngày nhận bài: 15/6/2018 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 18/9/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018 
Tóm tắt
Những năm gần đây, công nghệ vật liệu đã tạo ra nhiều loại vật liệu mới có nhiều tính năng (cơ tính, 
lý tính, độ bền, độ cứng, độ dẻo cao), việc gia công chế tạo những vật liệu này gặp nhiều khó khăn, 
hạn chế như: năng suất, chất lượng, giá thành... và đặc biệt là ảnh hưởng nhiều đến cơ lý tính của vật 
liệu cơ bản. Công nghệ cắt bằng tia nước, áp suất cao đã ra đời và khắc phục được các hạn chế của 
các phương pháp gia công khác. Việc nghiên cứu các thông số công nghệ như áp suất làm việc, lưu 
lượng hạt mài, tốc độ dịch chuyển... có ý nghĩa quan trọng. Trong bài báo này, tác giả nghiên cứu thực 
nghiệm ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển đến chất lượng mạch cắt khi sử dụng công nghệ tia nước 
trộn hạt mài.
Từ khóa: Tia nước trộn hạt mài; hạt mài; tia nước áp suất cao.
Abstract
In recent years, materials technology has created many new materials with many features (mechanical, 
physical, strength, hardness, high ductility, etc), the processing and manufacturing materials the difficulties, 
limitations such as productivity, quality, cost, etc and especially affect the mechanical properties of the 
basic materials. Waterjet cutting technology, has launched a high pressure and overcome the limitations 
of other processing methods. The study of technological parameters such as working pressure, abrasive 
flow, speed of movement, etc has important implications. In this paper the authors studied experimentally 
the influence of speed quality circuit shifts to cut when using mixed technology abrasive waterjet.
Keywords: Mixing abrasive waterjet; abrasive grain; high-pressure water jet.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trên thế giới, công nghệ cắt bằng tia nước áp 
suất cao trộn hạt mài đã được nghiên cứu, phát 
triển và ứng dụng nhiều, tập trung chủ yếu ở các 
nước phát triển như: Đức, Mỹ, Pháp, Nhật Bản...
Công nghệ này sử dụng năng lượng của nước 
khi được nén với áp suất cao, việc bổ sung hạt 
mài vào tia nước đã nâng cao hiệu quả cắt của tia 
nước và được áp dụng vào gia công cắt gọt với 
tất cả mọi vật liệu và không làm ảnh hưởng đến 
tích chất cơ lý của vật liệu [1, 2, 3, 4]. Đã có nhiều 
nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công 
nghệ như ảnh hưởng áp suất làm việc, đường 
kính vòi phun, hạt mài, lưu lượng hạt mài, tốc độ 
dịch chuyển, khoảng cách cắt, góc cắt [5]. Tốc độ 
dịch chuyển có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất 
cắt, chất lượng mạch cắt (độ nhám bề mặt), việc 
nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ có ý nghĩa rất 
lớn trong thực tế sản xuất. 
2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ 
2.1. Vật liệu
Vật liệu thực nghiệm là thép không rỉ mác SUS 
316, tính chất cơ lý của vật liệu trong bảng 1.
Người phản biện: 1. PGS. TS. Nguyễn Đắc Trung
 2. TS. Lê Trung Kiên
52
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
Bảng 1. Đặc tính cơ lý của thép INOX mác SUS 316
Đặc tính Đơn vị Thông số
Độ cứng HB 150÷217
Độ bền kéo N/mm2 520
Tính gia công cơ Tốt
Tính chống mài mòn Tốt
Cấu trúc hạt Mịn
Trong sản xuất công nghiệp, chiều dày các chi tiết 
inox thường dùng chủ yếu từ 0,8 đến 18 mm. Tác 
giả chọn chiều dày phôi trong thí nghiệm là 18 mm.
2.2. Thiết bị
Thí nghiệm được thiết kế dựa trên hệ thống thiết 
bị cắt bằng tia nước áp suất cao hiện nay có tại 
Phòng thí nghiệm tia nước của Trung tâm các 
Công nghệ đặc biệt thuộc Viện Máy và Dụng cụ 
công nghiệp.
Thiết bị tạo áp của hãng Böhler – CHLB Đức 
với các thông số kỹ thuật chính cho trong 
bảng 2.
Bảng 2. Thông số kỹ thuật của bơm cao áp DYNATRONIC 424
Thông số Đơn vị Giá trị
Thông số chung
Kiểu máy DYNATRONIC 424
Kích thước (W x D x H) mm 1900 x 970 x 1500
Bộ cao áp
Áp suất làm việc MPa 10÷420
Áp suất làm việc liên tục MPa 380
Tỷ số nén 1:21,78
Bộ thấp áp
Áp suất làm việc MPa 0,5÷22
Lưu lượng l/ph 0÷100
Hình 1. Hình ảnh bơm cao áp DYNATRONIC 424
Trong thí nghiệm, tác giả lựa chọn áp suất làm 
việc là 300 MPa - Cụm cắt và điều khiển đồng bộ 
của hãng KLETT - CHLB Đức với các thông số kỹ 
thuật chính cho trong bảng 3.
53
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
Bảng 3. Thông số kỹ thuật của bàn cắt KWS2010
Thông số Đơn vị Giá trị
Kiểu máy KWS 2012
Kích thước (W x D x H) mm 2600 x 1530 x 1600
Khối lượng trên bàn cắt kg/m2 800
Tốc độ cắt lớn nhất mm/ph 9200
Điều khiển 2 trục XY (2D)
Phần mềm Speedy robot forcrible Control
Hình 2. Cụm cắt và điều khiển đồng bộ
Cụm cấp hạt mài của hãng Mitsubishi – Nhật bản 
Hình 3. Hình ảnh cụm cấp hạt mài
3. THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ 
DỊCH CHUYỂN
Các thông số thí nghiệm trong bảng 4.
Bảng 4. Bảng thông số thí nghiệm
Thông số Đơn vị Giá trị
Áp suất làm việc (p) MPa 300
Đường kính đầu phun mm 0,25
Khoảng cách cắt (s) mm 2
Loại hạt mài Olivin
Độ lớn hạt mài 80 Mesh
Lưu lượng hạt mài (mhm) g/s 12,9
Vật liệu thí nghiệm SUS 316
Thực hiện năm thí nghiệm với năm tốc độ cắt v 
khác nhau: v1 = 15 mm/ph; v2 = 30 mm/ph; v3 = 45 
mm/ph; v4 = 60 mm/ph; v5 = 75 mm/ph (hình 4).
Hình 4. Hình dạng, kích thước phôi và vị trí 
các đường cắt
Tiến hành đo chiều sâu vùng nhẵn trên năm mẫu 
cắt được bằng thước lá, ranh giới giữa vùng nhẵn 
và vùng có đường sọc được xác định bằng mắt 
thường (hình 5).
h 0
18
60
H­íng dÞch chuyÓn
Vïng nh½n bãng
Vïng cã ®­êng säc
Hình 5. Mô tả vùng nhẵn và vùng có đường sọc 
trên bề mặt mạch cắt
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Sau khi cắt, tiến hành đo chiều sâu vùng nhẵn 
trên các mẫu bằng thước lá, đo độ nhám bề mặt 
cắt Rz trên máy đo quang học. Việc đo lấy kết quả 
được thực hiện trên các đường đồng mức với mỗi 
mẫu thí nghiệm, các đường đồng mức cách nhau 
4 mm tính từ mặt tia nước bắt đầu cắt phép đo chỉ 
thực hiện ở vùng nhẵn.
54
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
Hình 6 biểu diễn ảnh chụp các mạch cắt ở các tốc 
độ dịch chuyển khác nhau
Hình 6. Ảnh chụp các mạch cắt ở năm tốc độ 
dịch chuyển
Hình 7 biểu diễn bề mạch cắt ở các tốc độ dịch 
chuyển khác nhau được quét trên máy Scanner.
Mẫu số 1: Tốc độ dịch chuyển v = 15 mm/ph 
Mẫu số 2: Tốc độ dịch chuyển v = 30 mm/ph
Mẫu số 3: Tốc độ dịch chuyển v = 45 mm/ph 
Mẫu số 4: Tốc độ dịch chuyển v = 60 mm/ph
Mẫu số 5: Tốc độ dịch chuyển v = 75 mm/ph
Hình 7. Ảnh chụp các mạch cắt ở năm tốc độ 
dịch chuyển
Kết quả đo chiều sâu vùng nhẵn bóng được ghi 
trong bảng 5.
Bảng 5. Kết quả đo chiều sâu vùng nhẵn bóng
Thí nghiệm số 1 2 3 4 5
Tốc độ dịch chuyển 
v (mm/ph) 15 30 45 60 75
Chiều sâu vùng 
nhẵn bóng h0 (mm)
>18 12 9 6 4,5
Năng suất cắt 
v x ho (mm2/ph)
(chính là năng 
suất cắt vùng 
nhẵn)
270 360 405 360 337,5
Tiến hành đo độ nhám được thực hiện trên máy 
đo quang học, sử dụng cặp vật kính có hệ số 
khuếch đại E = 0,28 µm/vạch. Tiến hành đo độ 
nhám của các mẫu trên bốn tiết diện khác nhau 
của mạch cắt, chiều sâu của từng tiết diện đo như 
sau: h1 = 4 mm; h2 = 8 mm; h3 = 12 mm; h4 = 16 
mm (hình 8). Việc đo độ nhám chỉ thực hiện trên 
vùng bề mặt nhẵn bóng (kết quả đo trong bảng 6).
18
60
4
8
12
16
Hình 8. Mô tả vị trí các tiết diện xác định độ 
nhám Rz
Bảng 6. Bảng kết quả đo độ nhám Rz
Giá trị Rz (μm)
Tốc độ 
dịch chuyển
Tiết diện đo
I II III IV
15 mm/ph 8,12 11,984 11,704 10,304
30 mm/ph 12,488 10,752 - -
45 mm/ph 12,544 10,024 - -
60 mm/ph 13,104 - - -
75 mm/ph 12,544 - - -
55
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
Hình 9. Chiều sâu vùng bề mặt nhẵn phụ thuộc 
vào tốc độ dịch chuyển
Hình 10. Năng suất cắt phụ thuộc vào 
tốc độ dịch chuyển
Có thể nhận thấy bề mặt mạch cắt chia làm hai 
vùng rõ rệt, vùng phía trên nhẵn và vùng phía dưới 
có sọc. 
Càng xuống sâu, động năng của hạt càng yếu và 
chúng càng bị đẩy đi lệch hướng về phía sau theo 
hướng chuyển động của tia. Do đó, các đường 
sọc bị cong về phía sau theo hướng chuyển động 
của tia và càng xuống sâu thì bán kính cong càng 
nhỏ. Kết quả này thấy rõ khi quan sát bề mặt cắt 
thực trên hình 7.
Tốc độ nhỏ thì chiều sâu vùng nhẵn bóng lớn hơn, 
tốc độ càng cao thì vùng nhẵn bóng càng nhỏ. 
Điều này được lý giải do động năng của tia, hay 
động năng của hạt mài, sự phân bố động năng 
không đều dẫn tới các đường sọc tạo ra trên mặt 
cắt. Tại vùng phía trên của mạch, hầu hết các hạt 
có mức động năng đáng kể để cắt hoặc phá hủy 
vật liệu, do đó bề mặt cắt nhẵn, không có đường 
sọc. Khi hạt tiếp tục đi sâu vào vật liệu, số hạt có 
động năng trên ngưỡng cắt giảm xuống, những 
hạt còn đủ mạnh tiếp tục cắt sâu xuống phía dưới, 
trong khi đó các hạt yếu hơn sẽ đi theo hướng 
khác, do vậy sẽ tạo ra những đường sọc trên 
bề mặt.
Trong vùng nhẵn, độ nhám Rz có xu hướng tăng 
lên khi tốc độ dịch chuyển tăng, tuy nhiên sự thay 
đổi không đáng kể, giá trị tăng của Rz không vượt 
quá cấp 1 cấp độ nhám.
Kết quả cho thấy với tốc độ V = 15 mm/ph thì 
chiều sâu vũng nhẵn bóng là lớn nhất và V = 45 
mm/ph thì năng suất cắt đạt giá trị lớn nhất.
5. KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dịch 
chuyển khi cắt vật liệu thép không rỉ SUS 316 cho 
thấy chất lượng mạch cắt phụ thuộc nhiều vào tốc 
độ dịch chuyển. 
- Tốc độ dịch chuyển càng nhỏ thì diện tích mặt 
nhẵn càng lớn, tuy nhiên năng suất cắt nhỏ.
- Tốc độ dịch chuyển càng cao thì diện tích mặt 
nhẵn càng nhỏ, luôn tồn tại một tốc độ tối ưu cho 
năng suất cắt lớn nhất. 
- Rz có xu hướng tăng lên khi tốc độ dịch chuyển 
tăng, tuy nhiên sự thay đổi không đáng kể, kết quả 
cho thấy tính công nghệ cao khi cắt bằng tia nước 
áp suất cao trộn hạt mài.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Trần Văn Địch (2003). Công nghệ chế tạo máy. Nhà 
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[3]. Đinh Văn Đệ (2013). Các phương pháp gia công 
đặc biệt. Trường Đại học Công nghiệp TP. 
Hồ Chí Minh.
[4]. Trần Ngọc Hưng (2009). Giới thiệu phương pháp 
trộn hạt mài có áp (Suspension) trong công nghệ 
cắt bằng tia nước áp suất dưới nước.
[5]. Nai – Shun Guo (1994). Schneidprozeβ und 
Schnittqualität beim Wasserabrasivstrahlschneiden. 
Dissertation Hanover.