tom tat noi dung luan an hung
TRANSCRIPT
1
GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết của đề tài - Gia công bằng tia nước trộn hạt mài là một trong những phương pháp gia
công tiên tiến. Phương pháp này có thể gia công được hầu hết các loại vật liệu trong chế tạo cơ khí mà các phương pháp gia công truyền thống khó hoặc không thể thực hiện được;
- Nghiên cứu nâng cao hiệu quả của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế sử dụng trong công nghệ gia công bằng tia nước trộn hạt mài là rất cấp thiết. 2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là khả năng cắt, chất lượng cắt của các hạt mài: - Hạt mài mới Supreme garnet cỡ hạt 80; - Hạt mài tái chế (hạt mài được sử dụng lại sau khi sử lý); - Hạt mài bù tái chế (hạt mài mới + hạt mài tái chế) khi gia công thép tấm
không gỉ mác SUS 201 và SUS 304 mạ mầu một mặt bằng phương pháp tia nước trộn hạt mài. 3. Mục đích nghiên cứu Xây dựng được cơ sở khoa học ứng dụng hiệu quả hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế trong công nghệ gia công bằng tia nước trộn hạt mài. 4. Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm ra được khối lượng hạt mài tái sử dụng, từ hạt mài Supreme garnet cỡ hạt 80;
- Tìm ra được khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế so với hạt mài mới;
- Đánh giá được hiệu quả kinh tế của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế so với việc sử dụng hạt mài mới. 5. Phương pháp nghiên cứu a) Nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu bản chất cắt của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế; - Nghiên cứu hiệu quả của việc sử dụng hạt mài tái chế và bù tái chế.
b) Nghiên cứu thực nghiệm Xác định khả năng cắt, chất lượng cắt của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án a) Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Xây dựng được cơ sở khoa học về khả năng cắt của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế trong công nghệ cắt bằng tia nước trộn hạt mài;
- Chứng minh hiệu quả của việc sử dụng hạt mài tái chế và bù tái chế trong phương pháp gia công bằng tia nước trộn hạt mài. b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Kết quả nghiên cứu ứng dụng được vào thực tế sản xuất để giảm chi phí gia công bằng tia nước trộn hạt mài;
2
- Lập chỉ dẫn khi sử dụng hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế, giúp nhà sản xuất ứng dụng thuận lợi.
7. Các điểm mới của luận án - Hạt mài Supreme garnet cỡ hạt 80 có khả năng tái chế tốt, kết quả thu hồi hạt mài khi gia công thép tấm không gỉ mác SUS 304 chiều dày 15.8mm từ hạt mài có kích thước lớn hơn 90m đạt được xấp xỉ 58,8%; - Khả năng cắt của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế từ hạt mài Supreme garnet luôn tương đương khả năng cắt của hạt mài mới, nên hạt mài tái chế và bù tái chế có thể được sử dụng chế độ cắt như hạt mài mới;
- Sau khi ra khỏi vòi phun các hạt mài có nhiều kích thước khác nhau. Tuy nhiên, các hạt mài có kích thước từ 90 đến 150 µm là các hạt cắt đạt chiều sâu cắt lớn nhất;
- Kích thước hạt mài thích hợp cho tái chế hoặc bù tái chế được xác định là những hạt mài có kích thước từ 90m trở lên; - Khi tái chế được xấp xỉ 58,8% thì giá thành của hạt mài tái chế bằng (30 40)% của giá thành hạt mài mới và giá thành của hạt mài bù tái chế bằng (60 65)% giá thành của hạt mài mới. Điều này chỉ ra rằng nếu sử dụng hạt mài tái chế và bù tái chế từ hạt mài Supreme garnet cho phép giảm đáng kể chi phí trong gia công. 8. Bố cục của luận án
Nội dung luận án được trình bày trên 125 trang. Ngoài phần mở đầu và phần kết luận chung được trình bày trên 4 trang, nội dung luận án gồm 5 chương: Chương 1. Tổng quan về gia công bằng tia nước trộn hạt mài, vấn đề tái
chế và bù tái chế hạt mài (17 trang); Chương 2. Thiết bị, Hạt mài, thông số và mẫu thí nghiệm (26 trang); Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm xác định hiệu quả hạt mài tái chế (28 trang); Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm xác định hiệu quả hạt mài bù tái chế (33 trang); Chương 5. Đánh giá hiệu quả kinh tế của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế (17 trang).
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG BẰNG TIA NƯỚC TRỘN HẠT MÀI, VẤN ĐỀ TÁI CHẾ VÀ BÙ TÁI CHẾ HẠT MÀI
1.1. Tổng quan về gia công bằng tia nước hạt mài - Gia công bằng tia nước trộn hạt mài sau vòi tăng tốc là tạo ra dòng nước ở
áp suất rất cao (350 MPa), được dẫn cưỡng bức đi qua một lỗ có đường kính rất nhỏ (0,33 mm) để tạo ra một tia nước có vận tốc rất lớn (gần 1000 m/s). Khi tia nước có vận tốc rất lớn này đi qua một cửa cấp hạt mài, do có chênh lệch áp suất, dòng hạt mài sẽ bị hút vào hòa trộn với tia nước trong buồng trộn và được tia nước đẩy đi với vận tốc bằng 50 70% vận tốc tia nước (500 700 m/s). Ở vận tốc rất cao này, các hạt mài tuy có khối lượng rất nhỏ nhưng lại có một động
3
năng phá hủy vô cùng lớn. Khi bắn vào bề mặt phôi, động năng của các hạt mài chuyển thành lực cắt cơ học, cắt phoi từ phôi gia công một cách dễ dàng;
- Nhược điểm của phương pháp gia công bằng tia nước trộn hạt mài là chi phí cho gia công tương đối cao và lượng chất thải sau gia công đổ ra môi trường rất lớn (ở châu Âu, chi phí cho một giờ gia công từ (250 300) đôla/giờ. Ở Việt Nam chi phí cho một giờ gia công từ (2,5 5,0) triệu đồng/giờ. 1.1.1. Quy luật ảnh hưởng một số thông số cơ bản đến khả năng cắt bằng tia nước trộn hạt mài 1.1.1.1. Ảnh hưởng của p, Vdc, qhm đến hmax
a)
b)
c)
Hình 1.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của một số thông số cơ bản đến chiều sâu cắt lớn nhất (hmax) [80]
a) Áp suất nước (p); b) Vận tốc dịch chuyển đầu cắt (Vdc); c) Lưu lượng hạt mài (qhm).
Quy luật ảnh hưởng của một số thông số cơ bản đến chiều sâu cắt lớn nhất được trình bày trên hình 1.2. Quan sát hình 1.2 thấy rằng: - Chiều sâu cắt lớn nhất tăng tỷ lệ thuận với áp suất nước (hình 1.2a); - Chiều sâu cắt lớn nhất tỷ lệ nghịch với vận tốc dịch chuyển đầu cắt (hình 1.2b); - Chiều sâu cắt lớn nhất phụ thuộc vào lưu lượng khối lượng hạt mài tham gia cắt. Khi tăng lưu lượng khối lượng hạt mài tham gia cắt thì chiều sâu cắt tăng nhưng khi khối lượng hạt mài tăng quá một giá trị nào đó thì chiều sâu cắt lớn nhất lại bắt đầu giảm (hình 1.2c). 1.1.1.2. Quan hệ giữa áp suất nước, đường kính vòi phun đến lưu lượng hạt mài - Lưu lượng hạt mài tăng tỷ lệ thuận với áp suất nước. Áp suất nước xấp xỉ 325MPa thì lưu lượng hạt mài tối ưu là 9g/s [61];
- Lưu lượng hạt mài tăng tỷ lệ thuận với đường kính vòi phun. Đường kính vòi phun xấp xỉ bằng 1,1mm thì lưu lượng hạt mài tối ưu là 9g/s; 1.1.1.3. Ảnh hưởng của khoảng cách gia công đến độ sâu cắt tối đa
- Khoảng cách gia công (khoảng cách từ đầu vòi phun đến bề mặt gia công) xấp xỉ bằng 2mm thì độ sâu cắt đạt được tối đa [5, 89, 93];
- Độ sâu cắt tối đa giảm dần khi khoảng cách gia công > 2mm. 1.1.1.4. Ảnh hưởng của đường kính và chiều dài vòi phun [48]
- Tỷ lệ loại bỏ vật liệu gia công tăng khi đường kính vòi phun tăng từ 0.7 đến 1,3 mm và giảm khi đường kính vòi phun >1,6 mm;
hmax (mm)
P (MPa) Vdc (mm/ph)
hmax (mm)
qhm (g/s)
hmax (mm)
4
- Chiều dài vòi phun xấp xỉ bằng 40mm cho độ sâu cắt lớn nhất. Nhưng để kết hợp giữa tuổi bền và khả năng cắt tốt nhất, chiều dài vòi phun phải nằm trong khoảng từ 75 đến 105 mm. Thường bằng 76,2; 88,9 và 101,6 mm (quy đổi từ kích thước hệ anh). 1.1.1.5. Ảnh hưởng của đường kính vòi tăng tốc và đường kính vòi phun - Khả năng cắt lớn nhất đạt được khi tỷ lệ giữa đường kính vòi phun và đường kính vòi tăng tốc và nằm trong khoảng từ 3 đến 4 [93]. 1.2. Tổng quan về tái chế và bù tái chế hạt mài
Để nâng cao hiệu quả gia công bằng tia nước hạt mài đã có một số nghiên cứu về tái chế và bù tái chế cho hạt mài Barton garnet, hạt mài GMA garnet và hạt mài Garnet miền nam Ấn Độ, kết quả như sau:
- Khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài Barton garnet và hạt mài GMA garnet tái chế đã được chứng minh là tốt hơn hạt mài mới [35, 89];
- Khả năng cắt của hạt mài Garnet tái chế (nguồn gốc miền nam Ấn độ) đã được chứng minh chỉ bằng 82% so với hạt mài mới khi cắt nhôm - Al6061.
Để nghiên cứu tái chế và bù tái chế hạt mài cần thiết phải hiểu về vỡ của hạt mài và ảnh hưởng của các thông số đến vỡ của hạt mài trong quá trình gia công, đã có một số nghiên cứu về vấn đề này như sau: 1.2.2. Quá trình vỡ của hạt mài trong gia công
Trong quá trình gia công, vỡ của hạt mài xảy ra ở hai giai đoạn là giai đoạn trộn và giai đoạn cắt:
- Giai đoạn trộn do hạt mài va chạm với thành buồn trộn và thành trong của vòi phun và do bản thân chúng va chạm với nhau;
- Giai đoạn cắt do hạt mài va chạm với phôi, va chạm với nam dập sóng nước và bản thân chúng va chạm với nhau;
- Do bị vỡ trong quá trình trộn nên kích thước hạt mài trung bình sau khi ra khỏi vòi phun nhỏ hơn so với kích thước hạt mài ở đầu vào vòi phun.
- Quá trình vỡ của hạt mài phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại hạt mài, kích thước hạt mài, lưu lượng hạt mài, áp suất nước gia công, vật liệu gia công, chiều dày của vật liệu, … 1.3. Giới hạn nội dung nghiên cứu của đề tài luận án 1.3.1. Nội dung thí nghiệm Các thí nghiệm cắt bằng tia nước trộn hạt mài được tiến hành trên phôi thép không gỉ SUS304 và SUS201 bao gồm: - Thí nghiệm cắt bằng hạt mài mới; - Thí nghiệm cắt bằng hạt mài tái chế; - Thí nghiệm cắt bằng hạt mài bù tái chế. 1.3.2. Đánh giá kết quả thí nghiệm
- Tìm ra được khối lượng hạt mài tái sử dụng từ hạt mài Supreme garnet cỡ hạt 80;
- Tìm ra được khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế so với hạt mài mới;
5
- Xác định kích thước hợp lý của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế; - Xây dựng được cơ sở khoa học ứng dụng hiệu quả hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế trong công nghệ gia công bằng tia nước trộn hạt mài;
- Đánh giá được hiệu quả kinh tế của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế so với việc sử dụng hạt mài mới.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Từ tổng quan về phương pháp gia công bằng tia nước trộn hạt mài, vấn đề tái chế và bù tái chế hạt mài có thể kết luận như sau:
- Cơ chế hạt mài bị vỡ do tương tác với thành buồng trộn, thành trong của vòi phun, tương tác với phôi và giữa chúng tương tác với nhau. Sự vỡ của hạt mài ảnh hưởng tới chất lượng cắt khi gia công;
- Kích thước của hạt mài < 60m có khả năng cắt kém; - Khả năng cắt của hạt mài còn phụ thuộc vào lịch sử hình thành hạt mài; - Hạt mài Supreme garnet cỡ hạt 80 (xuất xứ Ấn Độ), đang được ứng dụng
phổ biến trong gia công bằng tia nước trộn hạt mài ở Việt Nam nhưng chưa có nghiên cứu nào về tái chế và bù tái chế cho hạt mài này cũng như đánh giá hiệu quả việc sử dụng chúng. Vì vậy, đề tài: “Nâng cao hiệu quả của hạt mài tái chế và bù tái chế trong gia công bằng tia nước áp suất cao” sẽ có tính khoa học và tính ứng dụng cao.
Chương 2. THIẾT BỊ, HẠT MÀI, THÔNG SỐ VÀ MẪU THÍ NGHIỆM
2.1. Thiết bị 2.1.1. Máy gia công bằng tia nước trộn hạt mài
Model M23120B Flow Waterjet: - Áp suất nước cực đại do bơm tạo ra cho việc cắt vật liệu: 380 MPa; - Áp suất nước chọn cho quá trình cắt liên tục: 350 MPa.
2.1.2. Thiết bị phân loại hạt mài Có nhiều phương pháp có thể phân loại hạt mài. Trong đề tài này chọn cách
phân loại hạt mài bằng sàng vì khả năng phù hợp của nó với thực tế sản xuất. Sàng hạt mài được chế tạo theo tiêu chuẩn ISO 3310-1.
Mục đích phân loại hạt mài bằng sàng là để xác định khối lượng, kích thước hạt mài trước khi vào buồng trộn vòi phun và sau khi ra khỏi vòi phun tham gia cắt phôi. 2.1.3. Thiết bị đo độ nhám bề mặt
- Model: MITUTOYO Surftes SJ-301. - Thông số độ nhám được sử dụng để đánh giá chất lượng bề mặt cắt bằng
tia nước trộn hạt mài mới, hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế.
6
2.1.4. Thiết bị chụp hình dạng hạt mài Ký hiệu (Model): JSM-5410LV scanning microscope, được sử dụng để
quan sát sự thay đổi hình dạng hình học của hạt mài trước khi vào buồng trộn vòi phun và sau khi ra khỏi vòi phun để tham gia cắt. 2.2. Xác định hạt mài cho nghiên cứu
Đề tài chọn hạt mài Supreme garnet cỡ hạt 80 đang được sử dụng ở Việt Nam. 2.3. Vật liệu phôi và mẫu phôi thí nghiệm Vật liệu phôi thí nghiệm là thép SUS 201 và thép SUS 304. Ảnh mẫu phôi phù hợp cho thí nghiệm xác định độ sâu cắt lớn nhất (hình 2.20). Phương pháp tính độ sâu cắt lớn nhất được mô tả trên hình 2.21.
Hình 2.20. Ảnh phôi thép SUS 304 và
SUS 201 có chiều dày thay đổi
Hình 2.21. Sơ đồ phương pháp tính
chiều sâu cắt lớn nhất
2.4. Thiết lập các thông số cho thí nghiệm cắt bằng tia nước áp suất cao trộn hạt mài 2.4. Xác định thông số đầu vào của thí nghiệm
Nhóm các thông số cần điều chỉnh được gồm: - Vận tốc dịch chuyển đầu cắt: Vdc (mm/ph); - Khối lượng lưu lượng hạt mài: qhm (g/s); - Loại hạt mài: hạt mài mới, hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế. Nhóm các thông số không cần điều chỉnh trong quá trình gia công gồm: - Áp suất làm việc: P (MPa); - Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt gia công: (mm); - Đường kính lỗ vòi tăng tốc: dori (mm); - Đường kính lỗ vòi phun: df (mm) và chiều dài vòi phun: lf (mm).
2.4.2. Xác định thông số đầu ra của thí nghiệm - Độ sâu cắt lớn nhất hmax(mm); - Độ nhám bề mặt (Ra), chiều rộng rãnh cắt trên và dưới.
2.4.3. Thiết lập các thông số thí nghiệm xác định khả năng tái chế - Máy thí nghiệm M23120B Flow Waterjet; - Áp suất nước làm việc liên tục: 350 MPa;
hmax = AB.sin
hmax A
B
C
Chiều dày thay đổi
7
- Đường kính lỗ vòi tăng tốc: 0.33 mm; - Đường kính lỗ vòi phun: 1,02 mm, chiều dài vòi phun: 101,6 mm; - Vận tốc dịch chuyển đầu cắt: 100 mm/ph; - Khoảng cách gia công: 2mm; - Lưu lượng hạt mài: 9g/s; - Loại hạt mài: Supreme garnet cỡ hạt 80; - Phôi thí nghiệm: SUS 304 kích thước (500 x 200 x 15.8) mm; - Góc đầu cắt so với mặt phôi gia công: 900; - Kết quả thí nghiệm: khối lượng hạt mài thu hồi được sau gia công (kg).
2.4.4. Thiết lập các thông số thí nghiệm xác định độ sâu cắt lớn nhất của hạt mài Các thông số thí nghiệm xác định độ sâu cắt lớn nhất được thiết lập giống
như mục 2.4.3 ngoại trừ các phần khác như sau: - Vận tốc dịch chuyển đầu cắt là: 100, 125, 150, 175 và 200 mm/ph; - Loại hạt mài: hạt mới, hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế; - Phôi thí nghiệm: SUS 304, SUS 201 có chiều dày thay đổi (hình 2.20); - Kết quả của thí nghiệm: Độ sâu cắt đạt được lớn nhất (hmax).
2.4.5. Thiết lập các thông số thí nghiệm xác định độ nhám bề mặt Các thông số thí nghiệm xác định độ nhám bề mặt được thiết lập giống như
mục 2.4.3 ngoại trừ các phần khác như sau: - Phôi thí nghiệm là thép SUS 304 có kích thước 30 x 30 x 10mm;
- Vận tốc dịch chuyển của đầu cắt: 10, 20, 30, 40 và 50 mm/ph; - Loại hạt mài: hạt mới, hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế; Kết quả thí nghiệm: Giá trị độ nhám Ra của các bề mặt gia công cắt bằng
hạt mài mới, hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế đo theo hướng tiến của đầu cắt ở các độ sâu cách nhau 5mm theo chiều sâu cắt trên phôi.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Từ phân tích trong nội dung chương 2 cho phép kết luận như sau: - Chọn được hệ thống thiết bị phù hợp cho thí nghiệm, đảm bảo độ tin cậy
cho kết quả nghiên cứu tại Việt Nam; - Chọn được bộ thông số kỹ thuật cho các thí nghiệm: áp suất nước gia
công cắt, vận tốc dịch chuyển đầu cắt, lưu lượng hạt mài và khoảng cách gia công; - Chọn được hạt mài phục vụ nội dung nghiên cứu: Supreme garnet cỡ hạt 80,
hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế; - Chọn được vật liệu mẫu thí nghiệm (thép SUS 304, SUS 201) và thiết kế
mẫu thí nghiệm phù hợp với nội dung nghiên cứu; - Chọn được các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá kết quả nghiên cứu: Độ sâu cắt
lớn nhất, tình trạng, độ nhám bề mặt gia công và chiều rộng rãnh cắt.
8
Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HIỆU QUẢ HẠT MÀI TÁI CHẾ
Mục tiêu nghiên cứu của chương này là xác định khả năng thu hồi của hạt mài tái chế, xác định kích thước hạt mài hợp lý cho tái chế, khả năng cắt, chất lượng cắt và hiệu quả của hạt mài tái chế. 3.1. Xác định khả năng thu hồi của hạt mài mới Supreme garnet cỡ hạt 80
Ký hiệu kích thước của hạt mài bằng chữ (S). Tiến hành thí nghiệm theo các thông số đã thiết lập ở mục 2.4.3. Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm thu hồi hạt mài Supreme garnet cỡ hạt 80 so với đầu vào
TT Khoảng kích thước Kết quả tái chế (%) 1 90 µm < S < 355 µm 58.8 2 106 µm < S < 355 µm 53.4 3 125 µm < S < 355 µm 47.0 4 150 µm < S < 355 µm 38.7 5 180 µm < S < 355 µm 27.4 6 212 µm < S < 355 µm 16.4 7 250 µm < S < 355 µm 4.6
Quan sát bảng 3.1 thấy rằng khi thu hồi từ hạt mài có kích thước càng nhỏ thì khối lượng hạt mài thu hồi được càng nhiều. Tỷ lệ thu hồi hạt mài khi gia công thép SUS 304 chiều dày 15.8mm, từ hạt mài có kích thước 90 µm được 58,8% do đó rất khả thi cho tái chế. 3.2. Nghiên cứu phân bố khối lượng, kích thước hạt mài Supreme garnet trong quá trình gia công bằng tia nước trộn hạt mài 3.2.1. Phân bố khối lượng, kích thước của hạt mài mới trước và sau khi cắt phôi
Bảng 3.2. Khối lượng và kích thước hạt mài mới trước và sau khi cắt phôi
TT Khoảng kích thước hạt mài (m)
Khối lượng hạt mài trước khi cắt phôi (%)
Khối lượng hạt mài sau khi cắt phôi (%)
1 300m < S < 355m 50 0
2 250m < S 300m 32.52 4.52
3 212m < S 250m 14.48 11.8
4 180m < S 212m 2.32 11.04
5 150m < S 180m 0.68 11.28
6 125m < S 150m - 8.28
7 106m < S 125m - 6.4
8 90m < S 106m - 5.4
9
Nhận xét : Sau khi cắt phôi, khối lượng và kích thước của hạt mài mới thay đổi rất nhiều. Tiến hành thu hồi, làm sạch và phân loại hạt mài bằng sàng (lấy lại những hạt mài có kích thước > 90m) kết quả được trình bày trong bảng 3.2.
Để nghiên cứu khối lượng và kích thước hạt mài như thế nào sẽ đóng vai trò quyết định khả năng cắt và chất lượng cắt vật liệu, quá trình phân bố khối lượng, kích thước của hạt mài trước vòi phun và sau khi ra khỏi vòi phun đã được tiến hành xem xét. 3.2.2. Phân bố khối lượng, kích thước của hạt mài trước vòi phun và sau khi ra khỏi vòi phun
Các mẫu hạt mài tái chế được thiết lập theo khoảng kích thước hạt mài thu hồi. Mẫu số 1: 90m S < 355m Mẫu số 3: 125m S < 355 Mẫu số 2: 106m S < 355m Mẫu số 4: 150m S < 355m
Ngoài ra, quy ước mẫu hạt mài Supreme garnet cỡ hạt 80 là “hạt mài mới”.
Hình 3.2. Đồ thị kết quả thí nghiệm khối lượng, kích thước của hạt mài mới trước khi
vào và sau khi ra khỏi vòi phun để tham gia cắt
Quan sát hình 3.2 và hình 3.3 thấy rằng khối lượng hạt mài mới (hình 3.2) và hạt mài tái chế (hình 3.3) theo từng khoảng kích thước sau khi ra khỏi vòi phun tham gia cắt khác hoàn toàn khối lượng hạt mài ở đầu vào. Cụ thể là khối lượng theo từng khoảng kích thước ở đầu vào giảm xuống rất mạnh. Điều này chứng tỏ rằng trong quá trình trộn và tăng tốc, hạt mài có kích thước lớn sẽ vỡ thành hạt mài có kích thước nhỏ. Do bị vỡ nên khối lượng theo từng khoảng kích thước hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun mới thực sự đóng vai trò quyết định khả năng cắt và chất lượng cắt vật liệu gia công chứ không phải khối lượng, kích thước của hạt mài ở đầu vào.
10
Hình 3.3. Đồ thị kết quả thí nghiệm khối lượng, kích thước của hạt mài tái chế (mẫu số 1)
trước khi vào và sau khi ra khỏi vòi phun để tham gia cắt phôi
3.2.3. Hình dạng hình học của hạt mài mới và hạt mài tái chế trước khi vào buồng trộn vòi phun và sau khi ra khỏi vòi phun Quan sát hình 3.7 thấy rằng, kích thước và hình dáng của các hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun khác với đầu vào: các hạt mài có nhiều cạnh sắc hơn và có kích thước nhỏ hơn trước khi vào buồng trộn vòi phun (hình 3.7b và hình 3.7d).
a)
b)
c)
d)
Hình 3.7. Ảnh hình dạng hạt mài trước khi vào buồng trộn vòi phun và sau khi ra khỏi vòi phun a) Hạt mài mới trước khi vào buồng trộn vòi phun b) Hạt mài mới sau khi ra khỏi vòi phun c) Hạt mài tái chế trước khi vào buồng trộn vòi phun d) Hạt mài tái chế sau khi ra khỏi vòi phun
Sở dĩ có các đặc điểm trên là do hạt mài trong quá trình trộn chúng va chạm với thành buồng trộn và thành vòi phun có độ cứng rất cao (HRA = 89 95) hoặc cũng có thể do bản thân chúng va chạm với nhau nên đã bị vỡ ra [61]. Do bị vỡ nên các hạt mài to trở thành nhiều hạt nhỏ hơn (kích thước giảm đi) như mô tả trên hình 3.8.
Trên thực tế các hạt mài thường có su hướng vỡ ra một vài mảnh to và một số mảnh nhỏ. Nếu một hạt bị vỡ ra thành hai mảnh to và một số mảnh nhỏ thì thường một hạt tròn có su hướng vỡ thành các hạt dài (Hình 3.8a). Điều đó có
11
nghĩa là nếu nhiều hạt tròn thì sẽ có su hướng vỡ thành các hạt dài, sắc cạnh (hình 3.8a) và ngược lại nhiều hạt dài sẽ vỡ thành nhiều hạt tròn (hình 3.8b).
a)
b)
Hình 3.8. Sơ đồ cơ chế vỡ của hạt mài [89] a) Ảnh hạt tròn sẽ vỡ thành hai hạt dài và các mảnh nhỏ b) Ảnh hạt dài sẽ vỡ thành hai hạt tròn và các mảnh nhỏ
Từ cơ chế vỡ đó với các hạt mài tròn khi đi vào buồng trộn thì sau khi ra khỏi vòi phun sẽ bị vỡ thành nhiều hạt dài và sắc cạnh. Với các hạt mài dài khi đi vào buồng trộn thì sau khi ra khỏi vòi phun sẽ bị vỡ thành nhiều hạt tròn và sắc cạnh. Vì vậy, khả năng cắt của hạt mài mới cũng như khả năng cắt của hạt mài tái chế không phụ thuộc hoàn toàn vào hình dạng hình học, kích thước hạt mài ở đầu vào mà chủ yếu phụ thuộc vào hình dạng hình học, kích thước của hạt mài cũng như sự phân bố kích thước hạt mài sau khi chúng ra khỏi vòi phun.
3.3. Đánh giá khả năng cắt của hạt mài tái chế
Hình 3.9. Hình ảnh thí nghiệm xác
định độ sâu cắt lớn nhất
3.3.1. Thí nghiệm Quá trình gá kẹp phôi và tiến hành cắt phôi bằng tia nước trộn hạt mài được mô tả như hình 3.9. Các thông số còn lại sử dụng trong thí nghiệm đã được trình bày ở mục 2.4.4. 3.3.2. Kết quả và nhận xét Kết quả thí nghiệm cho 5 mẫu hạt mài được mô tả trên hình 3.10 (một mẫu hạt mài mới và 4 mẫu hạt mài tái chế).
Phân tích hình 3.10 cho 5 mẫu hạt mài thấy rằng: - Nếu chỉ xét các hạt mài lớn hơn 90m tham gia cắt thì, khối lượng hạt mài ở các khoảng kích thước (>150, >180 và >212)m tương đối như nhau còn khối lượng hạt mài ở các khoảng kích thước (>90, >106, >125 và >250)m rất khác nhau. Như vậy, nếu cho rằng khối lượng hạt mài ở các khoảng kích thước (>150, >180 và >212)m tương đối như nhau sẽ bóc tách phoi tương đối giống nhau thì độ sâu cắt của tia nước trộn hạt mài lúc này chỉ phụ thuộc vào khối lượng hạt mài ở các khoảng kích thước khác nhau của từng mẫu;
- Mẫu hạt mài mới có khối lượng, kích thước hạt mài lớn hơn 250m là lớn nhất nhưng không cắt đạt độ sâu lớn nhất. Chứng tỏ khối lượng hạt mài sau khi
12
ra khỏi vòi phun có kích thước lớn hơn 250m không phải là hạt cơ bản để cắt đạt độ sâu lớn nhất. Điều này cũng rất phù hợp với kết luận của tác giả J. Ohlsen [35];
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
> 90 > 106 > 125 > 150 > 180 > 212 > 250
Khối
lượn
g hạ
t mài
(gam
)
hạt mài mới, cắt sâu 26mmhạt mài tái chế - mẫu số 1, cắt sâu 27mmhat mài tái chế - mẫu số 2, cắt sâu 26.8mmhạt mài tái chế - mẫu số 3, cắt sâu 26.8mmhạt mài tái chế - mẫu số 4, cắt sâu 26.5mm
Hình 3.10. Đồ thị quan hệ giữa khối lượng và kích thước hạt mài tái chế của các mẫu hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun để tham gia cắt phôi
- Hạt mài tái chế (mẫu số 1) có khối lượng, kích thước hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun nằm trong khoảng từ (90 150)m lớn nhất trong 5 mẫu hạt mài và có khối lượng, kích thước hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun nằm trong khoảng từ (212 300)m gần như nhỏ nhất nhưng lại cắt phôi SUS 304 đạt được độ sâu lớn nhất. Điều này chỉ ra rằng hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun có kích thước từ (90 150)m là hạt cơ bản để cắt đạt độ sâu lớn nhất; - Hạt mài tái chế (mẫu số 2, 3, 4) sau khi ra khỏi vòi phun có khối lượng và kích thước hạt mài nằm trong khoảng từ (90150)m lớn hơn mẫu hạt mài mới và khối lượng, kích thước hạt mài và nằm trong khoảng từ (212 300)m nhỏ hơn hạt mài mới, nên khả năng cắt sẽ bằng và hơn hạt mài mới một chút.
3.4. Đánh giá chất lượng cắt của hạt mài tái chế 3.4.1. Thí nghiệm về tình trạng, độ nhám bề mặt và chiều rộng rãnh cắt
Tiến hành cắt phôi theo các thông số đã thiết lập ở mục 2.4.5. Hình ảnh của bề mặt gia công bằng tia nước trộn hạt mài mới và tia nước trộn hạt mài tái chế tại vận tốc dịch chuyển đầu cắt (Vdc) bằng :10, 20, 30, 40 và 50 mm/ph được mô tả trên hình 3.12a và 3.12b
3.4.2. Kết quả và nhận xét 3.4.2.1. Kết quả thí nghiệm và nhận xét về tình trạng bề mặt gia công Quan sát hình 3.12a và hình 3.12b nhận thấy: Quá trình cắt bằng tia nước trộn hạt mài mới hoặc trộn hạt mài tái chế với vận tốc dịch chuyển đầu cắt (Vdc = 10mm/ph), bề mặt M1 và T1 rất mịn, không thấy có sự khác biệt về tình trạng của bề mặt.
Kích thước hạt mài (m)
13
Vdc = 10 mm/ph
Vdc = 20mm/ph
Vdc = 30mm/ph
Vdc = 40mm/ph
a)
b)
Vdc = 50mm/ph
Hình 3.12. Hình ảnh tình trạng bề mặt gia công bằng tia nước trộn hạt mài trên phôi thép SUS 304 tại các Vdc khác nhau
a) Bằng tia nước trộn hạt mài mới; b) Bằng tia nước trộn hạt mài tái chế.
14
Khi vận tốc dịch chuyển đầu cắt tăng lên bằng (20, 30, 40, 50)mm/ph, tương ứng với bề mặt cắt là M2, M3, M4 và M5 hoặc T2, T3, T4 và T5 đã bắt đầu hiện lên sự khác biệt rõ rệt theo chiều tăng của vận tốc dịch chuyển đầu cắt. Cụ thể bề mặt cắt được chia thành hai khu vực rõ rệt. Ở phía lối vào của tia nước trộn hạt mài là khu vực bề mặt cắt có chất lượng cao. Tiếp theo là khu vực cắt thô, bề mặt của khu vực này được đặc trưng bởi các đường gợn sóng có chiều cong ngược với chiều chuyển động của đầu cắt. Vết gợn sóng tăng dần theo vận tốc dịch chuyển đầu cắt và chiều sâu cắt đạt được. Nguyên nhân trên bề mặt gia công bằng tia nước trộn hạt mài mới và hạt mài tái chế hình thành vết gợn sóng và vùng cắt trễ có trị số tăng dần theo vận tốc dịch chuyển đầu cắt và độ sâu cắt đạt được là do sự suy giảm năng lượng của tia nước trộn hạt mài khi cắt sâu vào phôi, cũng như sự phân phối hạt mài không đồng đều làm cho tia nước trộn hạt mài không đủ khả năng cắt bỏ vật liệu trong vùng cắt mà lệch hướng về phía bề mặt đã gia công. Quá trình thoát ra khỏi phôi khi bị lệch hướng của tia nước trộn hạt mài tạo nên trên bề mặt các đường gợn sóng do xói mòn. Để không còn đường gợn sóng trên bề mặt gia công, khi các thông số khác đã chọn hợp lý, chỉ bằng cách giảm vận tốc dịch chuyển đầu cắt xuống đến một giá trị thích hợp. Vì vận tốc dịch chuyển đầu cắt xác định sự phân bố năng lượng của hạt mài tác động lên quá trình bóc tách phoi trong vùng cắt, cho nên việc tăng hay giảm vận tốc dịch chuyển đầu cắt đồng nghĩa với việc giảm hay tăng năng lượng tác động lên vùng cắt.
3.183.052.87
2.743.21
3.11
3.062.87
2.532.72.66
2.79
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
5 10 15 20 25 30
Độ nhám bề mặt khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài mới
Độ nhám bề mặt khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài tái chế - mẫu số 1
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn giá trị độ nhám theo độ sâu cắt khi gia công thép SUS304
bằng hạt mài mới và hạt mài tái chế (mẫu số 1) tại Vdc = 10mm/ph
Các giá trị độ nhám bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài mới (quan sát trên hình 3.13) lớn hơn các giá trị độ nhám bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài tái chế. Vì kích thước trung bình của hạt mài tái chế nhỏ hơn so với hạt mài mới sau khi ra khỏi vòi phun, dẫn đến số lượng hạt mài tham gia cắt nhiều hơn
Giá
trị đ
ộ nh
ám b
ề m
ặt (
m)
Độ sâu cắt tại các vị trí khác nhau của bề mặt gia công (mm)
15
nên sau khi cắt sẽ để lại nhiều vết cắt chồng chéo dẫn đến giá trị Ra nhỏ hơn. Khi so sánh trong một cấp độ nhám thấy rằng các giá trị Ra vẫn nằm trong một khoảng kích thước của cùng một cấp độ nhám. Như vậy có thể kết luận: tình trạng bề mặt và chất lượng bề mặt khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài tái chế tương đương như khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài mới. 3.4.2.3. Kết quả thí nghiệm và nhận xét về chiều rộng rãnh cắt
Hình ảnh biên dạng rãnh cắt thực tế mác thép không gỉ SUS 304 có chiều dày 30mm bằng tia nước trộn hạt mài mới và tia nước trộn hạt mài tái chế, ở các vận tốc dịch chuyển đầu cắt khác nhau: 10, 20, 30, 40 và 50mm/ph được mô tả trên hình 3.15. Quan sát hình 3.15 thấy rằng: - Chiều rộng rãnh cắt ở mặt trên của phôi đều như nhau ở mọi vận tốc dịch chuyển đầu cắt. Chiều rộng rãnh cắt ở mặt dưới của phôi chỉ bằng chiều rộng rãnh cắt ở mặt trên của phôi khi vận tốc dịch chuyển đầu cắt bằng 10mm/ph. Ngoài ra khi vận tốc dịch chuyển đầu cắt tăng thì chiều rộng rãnh cắt ở mặt dưới của phôi bị côn (thu hẹp lại); - Chiều rộng rãnh cắt phụ thuộc vào vận tốc dịch chuyển đầu cắt. Vận tốc dịch chuyển đầu cắt phù hợp, rãnh cắt sẽ thẳng từ trên xuống dưới. Vận tốc dịch chuyển đầu cắt lớn, rãnh cắt bị côn (trên rộng, dưới hẹp). Vận tốc dịch chuyển đầu cắt quá nhỏ rãnh cắt cũng bị côn nhưng độ côn ngược lại với khi vận tốc dịch chuyển đầu cắt lớn (trên hẹp dưới rộng). Do vậy chỉ tồn tại một vận tốc dịch chuyển đầu cắt thích hợp để đạt được chiều rộng rãnh cắt song song. Trong thí nghiệm này chính là vận tốc dịch chuyển đầu cắt bằng 10mm/ph; Nguyên nhân rãnh cắt bị côn ở lối ra khi tăng vận tốc dịch chuyển đầu cắt là do khi cắt vào sâu trong phôi động năng của hạt mài bị giảm, vận tốc dịch chuyển đầu cắt tăng, nên không đủ thời gian cho các hạt mài tiếp theo có động năng đủ lớn cắt phôi theo đúng quỹ đạo. Qua các thí nghiệm đã chỉ ra rằng biên dạng rãnh cắt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài mới và tia nước trộn hạt mài tái chế là như nhau.
Hình 3.15. Hình ảnh biên dạng rãnh cắt ở mặt trên và mặt dưới của phôi gia công khi
cắt bằng hạt mài mới và hạt mài tái chế
16
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Từ các kết quả các thí nghiệm nghiên cứu, đánh giá về khả năng cắt, chất lượng cắt của hạt mài tái chế so với hạt mài mới, rút ra những kết luận sau:
- Có thể thu hồi được xấp xỉ 58.8% hạt mài với kích thước > 90m tái sử dụng để cắt thép không gỉ mác SUS 304 chiều dày 15,8mm bằng phương pháp tia nước trộn hạt mài;
- Kích thước và hình dạng các hạt mài bị thay đổi sau vòi phun đã tạo cho hạt mài có nhiều góc cắt thuận lợi và kích thước phù hợp dẫn đến khả năng cắt tốt hơn đặc biệt trong dải kích thước từ 90 300m;
- Kích thước hạt mài xác định tái chế tốt nhất > 90m; - Chiều rộng của rãnh được cắt bằng hạt mài tái chế tương đương với khi
cắt bằng hạt mài mới; - Độ nhám bề mặt (Ra) khi gia công bằng hạt mài tái chế nhỏ hơn khi gia công bằng hạt mài mới nhưng vẫn nằm trong cùng một cấp độ nhám với hạt mài mới;
- Do khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài tái chế tương đương của hạt mài mới, điều này cho phép sử dụng hạt mài tái chế với các thông số công nghệ cắt tương tự như đối với hạt mài mới.
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HIỆU QUẢ HẠT MÀI BÙ TÁI CHẾ
Mục tiêu nghiên cứu của chương 4 là tìm ra khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài bù tái chế, đồng thời xác định dải kích thước phù hợp của hạt mài bù tái chế. Trên cơ sở đó đánh giá hiệu quả của việc sử dụng hạt mài bù tái chế. 4.1. Nghiên cứu phân bố khối lượng, kích thước của hạt mài bù tái chế trước khi vào buồng trộn vòi phun và sau khi ra khỏi vòi phun
Do hạt mài bị vỡ ra trong quá trình trộn và tăng tốc nên, kích thước hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun để tham gia cắt vật liệu gia công không như kích thước hạt mài ở đầu vào. Vì vậy, khối lượng và kích thước hạt mài bù tái chế trước khi vào buồng trộn, vòi phun và sau khi ra khỏi vòi phun phải được nghiên cứu, thử nghiệm, xác định để làm cơ sở khoa học chứng minh cho khả năng cắt và đánh giá hiệu quả sử dụng của chúng, gồm các nội dung sau:
4.1.1. Nội dung thí nghiệm 4.1.1.1. Các phương pháp bù tái chế - Phương pháp thứ nhất: Tiến hành bù áp đặt khối lượng hạt mài mới bằng: 20%; 40%; 60%; 80% và 100% khối lượng hạt mài tái chế được có kích thước từ 90m trở lên. Sau đó tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của từng tỷ lệ bù áp đặt đến khả năng cắt và chất lượng cắt khi cắt bằng các mẫu hạt mài bù tái chế này.
- Phương pháp thứ hai: Tiến hành bù duy trì khối lượng hạt mài đầu vào. Hạt mài mới được bù vào từng khoảng kích thước của hạt mài tái chế cho đủ
17
100% khối lượng hạt mài ở đầu vào. Sau đó tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng đến khả năng cắt và chất lượng cắt khi cắt bằng các mẫu hạt mài bù tái chế này.
Tương tự như hạt mài mới và hạt mài tái chế, khối lượng, kích thước của hạt mài bù tái chế sau quá trình trộn đi ra khỏi vòi phun để tham gia cắt khác hoàn toàn với khối lượng, kích thước hạt mài ở đầu vào. Như vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng, kích thước hạt mài đến khả năng cắt và chất lượng cắt phải nghiên cứu bằng khối lượng, kích thước của hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun. 4.2. Khả năng cắt của hạt mài Supreme garnet bù tái chế 4.2.1 Thí nghiệm Quá trình gá kẹp phôi và tiến hành cắt tương tự như khi cắt bằng hạt mài tái chế. Điểm khác ở đây là sử dụng hạt mài bù tái chế. 4.2.2. Kết quả và nhận xét a. Theo phương pháp bù áp đặt Tổng hợp kết quả độ sâu cắt đạt được của tia nước trộn các mẫu hạt mài bù tái chế theo khối lượng, kích thước hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun được trình bày trong bảng 4.16. Bảng 4.16. Kết quả thí nghiệm độ sâu cắt phôi lớn nhất của các mẫu hạt mài bù tái chế (bù áp đặt) theo khối lượng, kích thước của hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun
TT Mẫu hạt mài
hmax (mm)
Kích thước hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun (m) >90 >106 >125 >150 >180 >212 >250 >300
Khối lượng hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun (gam)
1 hạt mới 24.7 30 36 42 78 76 81 42 0
2 bù 20% 28 44.2 49.3 56.2 76.3 75.2 79.3 32.0 0
3 bù 40% 27.5 42.1 47.4 54.1 76.4 75.2 79.4 33.4 0
4 bù 60% 27.1 40.6 46.0 52.6 76.8 75.4 79.8 34.5 0
5 bù 80% 26.6 39.5 44.9 51.5 76.9 75.4 79.9 35.3 0
6 bù 100% 25.7 38.5 44 50.5 77 75.5 80 36 0
Quan sát bảng 4.16 cho 6 mẫu hạt mài (một mẫu hạt mài mới và 5 mẫu hạt mài bù tái chế theo phương pháp bù áp đặt) thấy rằng: - Độ sâu cắt lớn nhất (hmax) của tia nước trộn hạt mài mới nhỏ hơn của tia nước trộn hạt mài bù tái chế theo phương pháp bù áp đặt; - Độ sâu cắt lớn nhất (hmax) của tia nước trộn hạt mài bù tái chế theo phương pháp bù áp đặt tỷ lệ nghịch với khối lượng hạt mài mới bù vào. b. Theo phương pháp bù duy trì khối lượng đầu vào không đổi Tương tự phương pháp bù áp đặt, kết quả độ sâu cắt lớn nhất của tia nước trộn các mẫu hạt mài bù duy trì khối lượng đầu vào không đổi theo khối lượng, kích thước hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun được tổng hợp lại và được trình bày trong bảng 4.17. Quan sát bảng 4.17 nhận thấy:
18
- Khả năng cắt của các mẫu hạt mài bù duy trì khối lượng đầu vào cũng tăng tỷ lệ thuận với mẫu hạt mài có khối lượng, kích thước hạt mài từ (90 150)m và tăng tỷ lệ nghịch với khối lượng hạt mài có kích thước trên 250m. Do vậy, hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun có kích thước từ (90 150)m cũng là hạt cơ bản để cắt đạt độ sâu lớn nhất. Mẫu hạt mài bù tái chế nào có khối lượng hạt mài cơ bản nhiều hơn sẽ cắt được sâu hơn; - Độ sâu cắt đạt được lớn nhất (hmax) của tia nước trộn hạt mài bù tái chế tỷ lệ nghịch với khối lượng hạt mài mới bù vào.
Bảng 4.17. Kết quả thí nghiệm độ sâu cắt phôi lớn nhất của các mẫu hạt mài bù tái chế (bù duy trì) theo khối lượng, kích thước của hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun
TT
Mẫu hạt mài mới và hạt
mài bù tái chế
hmax (mm)
Kích thước hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun (m)
>90 >106 >125 >150 >180 >212 >250 >300
Khối lượng hạt mài sau khi ra khỏi vòi phun (gam)
1 hạt mới 26 30 36 42 78 76 81 42 0
2 bù 41.2% 26.3 40 45 52 77 75 80 35 0
3 bù 46.6% 26.2 39 45 51 77 75 80 36 0
4 bù 53% 26.2 38.0 43.5 50 77.1 75.5 80.1 36.4 0
5 bù 61.3% 26.1 37 42 49 77 76 80 37 0
- So sánh giữa hai phương pháp bù tái chế: bù theo một tỷ lệ định trước và bù duy trì khối lượng đầu vào nhận thấy, khả năng cắt của hạt mài bù tái chế theo phương pháp bù duy trì khối lượng đầu vào tương đương với khả năng cắt khi bù áp đặt theo một tỷ lệ định trước nào đó. Như vậy, để đơn giản và thuận tiện cho việc bù tái chế với khối lượng hạt mài tái chế được, các nghiên cứu tiếp theo chỉ xét cho phương pháp bù duy trì khối lượng đầu vào không đổi. 4.3. Xác định kích thước hạt mài bù tái chế hợp lý
1.00
1.13
1.11
1.09
1.05
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
1.15
New bù > 90 bù > 106 bù > 125 bù > 150
Khả
năn
g cắ
t so
với h
ạt m
ài m
ới
Hình 4.10. Biểu đồ khả năng cắt lớn nhất tương ứng các mẫu hạt mài bù tái chế Mẫu hạt mài bù tái chế
Khả
năn
g cắ
t so
với h
ạt m
ài m
ới
19
Tiến hành gá kẹp phôi và cắt phôi bằng tia nước trộn các mẫu hạt mài bù duy trì khối lượng đầu vào không đổi. Kết quả được mô tả trên hình 4.10.
Quan sát hình 4.10 nhận thấy: hệ số cắt của hạt mài bù tái chế lớn hơn của hạt mài mới là 1.13, 1.11, 1.09 và 1.05 lần tương ứng với bù hạt mài mới vào hạt mài tái chế có kích thước từ 90, 106, 125 và 150m trở lên. Vì hạt mài bù tái chế có kích thước từ 90m trở lên cho khả năng cắt lớn nhất cho nên, kích thước hạt mài bù tái chế hợp lý được xác định là từ 90m trở lên. 4.4. Đánh giá chất lượng cắt của hạt mài bù tái chế 4.4.1. Thí nghiệm về độ nhám và chiều rộng rãnh cắt Tiến hành cắt phôi theo các thông số đã thiết lập ở mục 2.4.5. Hình ảnh của bề mặt gia công bằng tia nước trộn hạt mài bù tái chế khi gia công mác thép SUS 304 chiều dày 30mm tại các vận tốc dịch chuyển của đầu cắt khác nhau được mô tả trên hình 4.11. Ký hiệu các bề mặt cắt bằng tia nước trộn hạt mài bù tái chế là B1, B2, B3, B4 và B5 tương ứng với vận tốc dịch chuyển của đầu cắt là: 10, 20, 30, 40 và 50 mm/ph (hình 4.11).
Hình 4.11. Hình ảnh tình trạng bề mặt thép SUS 304 khi cắt bằng tia nước trộn hạt
mài bù tái chế tại các vận tốc dịch chuyển của đầu cắt khác nhau
Quan sát hình 4.11 nhận thấy: Chất lượng bề mặt khi cắt bằng hạt mài bù tái chế tuân theo đúng quy luật như khi cắt bằng hạt mài mới và hạt mài tái chế (đã nghiên cứu ở chương 3). 4.4.2. Kết quả và nhận xét 4.4.2.1. Tình trạng bề mặt cắt
1. Vùng cắt chất lượng cao 2. Vùng cắt thô (gợn sóng) 3. Diện tích vùng cắt trễ
Hình 4.12. Hình ảnh tình trạng bề mặt khi vận tốc dịch chuyển của đầu cắt bằng 60mm/ph
Khi vận tốc dịch chuyển của đầu cắt và độ sâu cắt tăng cũng làm tăng độ lớn các đường gợn sóng và diện tích cắt trễ - phần chưa được cắt hết (hình 4.12); Để không còn đường gợn sóng và vùng cắt trễ trên bề mặt gia công khi các thông số khác đã chọn tối ưu chỉ bằng cách giảm vận tốc dịch chuyển của đầu cắt xuống đến một giá trị hợp lý.
20
4.4.2.2. Độ nhám bề mặt cắt Độ nhám bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài bù tái chế nhỏ hơn độ nhám bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài mới. 4.4.2.3. Chiều rộng rãnh cắt
Quan sát rãnh cắt ở mặt trên và mặt dưới của phôi thí nghiệm (hình 4.15) thấy rằng bề rộng rãnh cắt ở mặt trên của phôi và ở mặt dưới của phôi khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài bù tái chế cũng tuân theo quy luật như khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài tái chế.
Hình 4.15. Hình ảnh biên dạng rãnh cắt ở mặt trên và mặt dưới của phôi gia công
khi vận tốc dịch chuyển đầu cắt thay đổi
4.4.2.4. So sánh chất lượng cắt bằng tia nước trộn hạt mài mới, hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế bằng chỉ tiêu độ nhám
2.75
3.213.11
2.74
3.052.87
3.18
2.82
2.292.42 2.46
2.642.66 2.72.79 2.532.87
3.06
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
5 10 15 20 25 30
Độ nhám bề mặt khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài mới
Độ nhám bề mặt khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài tái chế
Độ nhám bề mặt khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài bù tái chế
Hình 4.16. Đồ thị biểu diễn độ nhám bề mặt gia công tại các vị trí khác nhau khi gia công bằng hạt mài mới, hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế tại Vdc =10mm/ph
Giá trị đo độ nhám bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài mới, tia nước trộn hạt mài tái chế và tia nước trộn hạt mài bù tái chế được mô tả trên hình 4.16.
Quan sát hình 4.16 nhận thấy: Các giá trị độ nhám bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài tái chế nhỏ nhất, sau đó đến các giá trị độ nhám bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài bù tái chế và cuối cùng các giá trị độ nhám bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài mới là lớn nhất;
Giá
trị đ
ộ nh
ám b
ề m
ặt (
m)
Độ sâu cắt tại các vị trí khác nhau của bề mặt gia công (mm)
21
Khi xét theo một cấp độ nhám nhất định thì các giá trị đó vẫn nằm trong một khoảng kích thước từ (2.5 3.2)m của cùng một cấp độ nhám. Như vậy có thể kết luận rằng: chất lượng bề mặt gia công bằng tia nước trộn hạt mài tái chế và tia nước trộn hạt mài bù tái chế là tương đương như khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài mới.
a. Hạt mài mới
b. Hạt mài tái chế
c. Hạt mài bù tái chế
Hình 4.17. Hình ảnh độ nhám (x 1000) của bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài tại Vdc = 10mm/ph
Nguyên nhân: Chất lượng bề mặt cắt phụ thuộc vào số lượng hạt mài tham gia cắt. Số lượng hạt mài tham gia cắt nhiều sẽ để lại nhiều vết cắt chồng chéo lên nhau, dẫn đến giá trị độ nhám của bề mặt giảm. Để có thể thấy rõ hơn giá trị độ nhám bề mặt khi gia công bằng hạt mài tái chế là nhỏ nhất, giá trị độ nhám bề mặt khi gia công bằng hạt mài mới là lớn nhất và giá trị độ nhám bề mặt khi gia công bằng hạt mài bù tái chế nằm ở giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất. Quan sát hình ảnh độ nhám của bề mặt khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài mới, tia nước trộn hạt mài tái chế và tia nước trộn hạt mài bù tái chế được máy đo ghi lại (hình 4.17) thấy rằng: sự dao động của biên dạng bề mặt, khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài mới có nhiều xung nhấp nhô lớn hơn sự dao động của biên dạng bề mặt, khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài tái chế và bù tái chế. Do vậy, chất lượng của bề mặt (Ra) khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài tái chế và tia nước trộn hạt mài bù tái chế tốt hơn khi cắt bằng hạt mài mới là hoàn toàn phù hợp với kết quả đã trình bày.
22
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Từ các kết quả của chương 4 có thể rút ra những kết luận sau: - Để đơn giản và thuận tiện cho việc bù tái chế thì nên chọn phương pháp
bù tái chế duy trì khối lượng đầu vào; - Khả năng cắt của hạt mài bù tái chế (theo phương pháp bù duy trì khối
lượng đầu vào) luôn tương đương khả năng cắt của hạt mài mới và đạt giá trị cao nhất, khi bù hạt mài mới vào hạt mài tái chế có kích thước từ 90m trở lên;
- Kích thước hạt mài bù tái chế hợp lý được xác định là từ 90m trở lên; - Độ nhám bề mặt (Ra) khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài bù tái chế lớn hơn
độ nhám bề mặt khi cắt bằng hạt mài tái chế nhưng vẫn nhỏ hơn độ nhám bề mặt khi cắt bằng hạt mài mới. Nếu xét trong một khoảng kích thước giới hạn cho một cấp độ nhám (từ 2.5 3.2m) thì chúng cùng thuộc một cấp độ nhám;
- Do khả năng cắt và chất lượng cắt khi sử dụng hạt mài bù tái chế tương đương hạt mài mới. Điều này cho phép sử dụng các thông số điều khiển quá trình cắt tương tự như sử dụng hạt mài mới.
Chương 5. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA HẠT MÀI TÁI CHẾ VÀ HẠT MÀI BÙ TÁI CHẾ
5.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế của hạt mài tái chế 5.1.1. Tính giá thành cho hạt mài tái chế
Giá thành hạt mài tái chế được tính phương trình 5.1 [89]:
tchêw
hnhtlhhttctc Gk
CCCC
.,,,
(5.1)
Sau khi tính toán, thay các giá trị vào phương trình 5.1 có được: Ctc = 4977 đồng/kg (giá thành cho 1kg hạt mài tái chế khi kgs = 1) Ctc = 4446 đồng/kg (giá thành cho 1kg hạt mài tái chế khi kgs = 0.5)
Phân tích phương trình (5.1) thấy rằng giá thành của hạt mài tái chế chỉ phụ thuộc vào chi phí lương. Tiến hành khảo sát giá thành hạt mài tái chế khi chi phí lương cho công nhân vận hành máy và người quản lý tăng dần đến 50% thì chi phí cho hạt mài tái chế tăng thêm cao nhất là 15% nhưng giá thành hạt mài tái chế vẫn nhỏ hơn giá thành hạt mài mới.
5.1.2. Xét các ảnh hưởng đến giá thành hạt mài tái chế
Phân tích hình 5.3 thấy rằng, khi hệ số sử dụng máy tái chế giảm thì giá thành hạt mài tái chế tăng lên. Vì vậy, cần tìm cách để hệ số sử dụng máy tái chế tiến dần đến 1. Có thể dùng một hệ thống tái chế cho nhiều đầu cắt tia nước trộn hạt mài hoặc tính toán lượng hạt mài tái chế để lựa chọn hệ thống tái chế phù hợp. Điều này dẫn đến lợi nhuận thu được từ tái chế hạt mài đạt mức cao nhất.
23
4870497751095279
58255507
43924870 4711 4597 4512 4446
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Hệ số sử dụng máy tái chế
Giá
thàn
h hạ
t mài
(đồn
g/kg
)
Kgs = 1Kgs = 0.5
Hình 5.3. Ảnh hưởng của hệ số sử dụng
máy đến giá thành hạt mài tái chế
Hình 5.5. Đồ thị biểu diễn tương quan
giá thành hạt mài và chi phí cắt cho 1 m chiều dài của các loại hạt mài khác nhau
5.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế của hạt mài bù tái chế Sau khi nghiên cứu khả năng cắt của hạt mài bù tái chế khi gia công mác
thép không gỉ SUS 201 và SUS 304. Bù tái chế được chọn theo phương pháp duy trì khối lượng đầu vào không đổi. Kích thước hợp lý của hạt mài bù tái chế được xác định từ 90m trở lên. Để có thể triển khai trong thực tế sản xuất cần phải tiến hành đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng hạt mài bù tái chế trên cơ sở giá thành hạt mài tái chế ở mục 5.1.1. 5.2.1. Phương pháp tính giá thành cho hạt mài bù tái chế
Chi phí cho một đơn vị hạt mài bù tái chế bằng tổng chi phí cho khối lượng hạt mài tái chế được và chi phí cho khối lượng hạt mài mới bổ xung vào chia cho tổng khối lượng hạt mài bù tái chế (phương trình 5.2). Theo kết luận ở mục 4.3, mẫu hạt mài bù tái chế được chọn cho thực tế sản xuất có tỷ lệ bù hạt mài mới vào hạt mài tái chế có kích thước > 90m là 41.2%. Vậy chi phí cho hạt mài bù tái chế được tính theo công thức:
100.)100.(,
,tctctcmnew
mbtcrCrC
C
(đồng/kg) (5.2)
Sau khi thay số và tính toán, giá thành hạt mài bù tái chế theo (5.2) là: - Cbtc = 9107 đồng/kg, khi máy tái chế chạy 1 ca và kgs = 1. - Cbtc = 8795 đồng/kg, khi máy tái chế chạy 1 ca và kgs = 0.5 So sánh giá thành của hạt mài bù tái chế với giá thành của hạt mài mới thấy
rằng: giá thành của hạt mài bù tái chế cao nhất chỉ gần bằng 2/3 giá thành của hạt mài mới. Vì vậy khi gia công bằng tia nước trộn hạt mài, nếu dùng hạt mài bù tái chế, giá trị lợi nhuận tăng lên tối thiểu bằng 1/3 giá thành của hạt mài mới. 5.2.2. Ảnh hưởng của khối lượng hạt mài tái chế được đến giá thành hạt mài bù tái chế
Tính toán theo phương trình 5.2 thấy rằng giá thành hạt mài bù tái chế phụ thuộc vào khối lượng hạt mài tái chế được. Theo tính toán khi khối lượng hạt mài tái chế được giảm xuống còn 30% thì chi phí cho hạt mài bù tái chế vẫn còn ít hơn chi phí cho hạt mài mới đến 20% (giá thành hạt mài mới là 15000 đồng/kg).
24
5.3. So sánh tính kinh tế để lựa chọn hạt mài Phân tích hình 5.5 thấy rằng nếu chi phí cho 1 m chiều dài cắt bằng nhau thì chi phí cho giá thành hạt mài phụ thuộc mạnh vào hệ số cắt của hạt mài. Do vậy khi sử dụng hạt mài tái chế có hệ số cắt bằng và cao hơn hệ số cắt của hạt mài mới nhưng có giá thành nhỏ hơn nên chi phí cắt cho 1m dài sẽ giảm đáng kể.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 5
Từ các kết quả của chương 5 có thể rút ra những kết luận sau: - Giá thành cao nhất của hạt mài tái chế từ hạt mài Supreme garnet cỡ hạt
80 chỉ bằng (30 40)% giá thành hạt mài mới khi gia công thép không gỉ SUS 304 chiều dày 15,8mm;
- Khi tái chế được xấp xỉ 30 58% thì giá thành hạt mài bù tái chế bằng 80% đến 60% giá thành của hạt mài mới;
- Chi phí cho gia công bằng tia nước trộn hạt mài sẽ giảm đáng kể khi hạt mài được tái sử dụng.
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN
1) Hạt mài Supreme garnet cỡ hạt 80 có khả năng tái chế tốt, kết quả thu
hồi hạt mài khi gia công thép tấm không gỉ mác SUS 304 chiều dày 15.8mm từ hạt mài có kích thước lớn hơn 90m đạt được xấp xỉ 58%;
2) Khả năng cắt của hạt mài tái chế và hạt mài bù tái chế từ hạt mài Supreme garnet luôn tương đương khả năng cắt của hạt mài mới, nên hạt mài tái chế và bù tái chế có thể được sử dụng chế độ cắt như hạt mài mới;
3) Xác định chế độ cắt cho các vật liệu khác nhau khi sử dụng hạt mài tái chế hoặc hạt mài bù tái chế, có thể áp dụng được bảng hệ số khả năng gia công của các loại vật liệu bằng tia nước trộn hạt mài như trong gia công bằng tia nước trộn hạt mới; 4) Sau khi ra khỏi vòi phun các hạt mài có nhiều kích thước khác nhau. Tuy nhiên, các hạt mài có kích thước từ 90 đến 150µm là các hạt cắt đạt chiều sâu cắt lớn nhất;
5) Kích thước hạt mài thích hợp cho tái chế hoặc bù tái chế được xác định là những hạt mài có kích thước từ 90m trở lên;
6) Trong cùng chế độ cắt thì giá trị độ nhám bề mặt (Ra) khi cắt bằng tia nước trộn hạt mài bù tái chế lớn hơn giá trị độ nhám bề mặt khi cắt bằng hạt mài tái chế nhưng lại nhỏ hơn giá trị độ nhám bề mặt khi cắt bằng hạt mài mới;
7) Khi tái chế được xấp xỉ 58% thì giá thành của hạt mài tái chế chỉ bằng (30 40)% của giá thành hạt mài mới và giá thành của hạt mài bù tái chế chỉ bằng (60 65)% giá thành của hạt mài mới./.