GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Tiểu luận gia
công cơ khí " Gia
công bằng tia
nước có hạt mài "
GVHD: ao Quang Kờ
SVTH: Nguyờn Vn Anh
Mc lc
Tiu lun gia cụng c khớ " Gia cụng bng tia nc co ht mi " 1
Mc lc 2
I, T VN .
Trong bi cnh phỏt trin mnh m ca ngnh cụng ngh vt liu nh hin
nay, thỡ hng lot cỏc loi vt liu mi vi cỏc c tớnh c bit v c tớnh tt ó
c ra i ( hp kim cng, ceramic,compozit, vt liu tng hp) v c
ng dng ngy cng rng rói vo thc t cuc sng.Mt khỏc cỏc yờu cu v kt
cu cỏc chi tit ngy cng phc tp v yờu cu v cht lng ngy cng cao. Hn
na võn ờ vờ hiờu qua kinh tờ ky thuõt khi gia cụng cac loai võt liờu mi cung
c t lờn hang õu. Tuy nhiờn, cỏc phng phỏp gia cụng truyn thng (tin,
phay, bo, Khoeựt, Doa, Maứi, Xoùc, Chuoỏt,.) li khụng th ỏp ng c yờu
cu gia cụng cỏc loi vt liu ny; Chớnh vỡ th, vn gia cụng cỏc loi vt liu
mi cng l mt vn luụn luụn song hnh vi s phỏt trin ú.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Để đáp ứng yêu cầu gia công các loại vật liệu mới này thì hàng loạt các
phương pháp gia công mới được ra đời. Một trong những phương pháp này là: “
Gia công bằng tia nước có hạt mài ”. Đây là một phương pháp gia công đặc biệt
được đánh giá là có nhiều ưu điểm và đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế:
trong gia công cơ khí, công nghệ thực phẩm… với phương pháp gia công này thì
chúng ta có thể gia công đươc những vật liệu phức tạp mà vẫn đạt được độ chính
xác cao và đạt được hiệu quả kinh tế khi gia công.

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 Al
2
O
3
,
SiO
2
và garnet, các cỡ khoảng từ 60:100. Lượng hạt mài được thêm vào trong tia
nước xấp xỉ khoảng 0,3kg/phút sau khi thoát ra vòi phun.
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
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
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 PPGC tia laser hay tia plasma nếu cầu không có ảnh hưởng nhiệt
đường cắt vật liệu.
2. Các thông số cơ bản và thiết bị:
Các thông số cần chú ý khi gia công tia nước có hạt mài:
- Tỷ 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
- Chất lượng cần gia công
- Công suất máy bơm
- Biên dạng hình học cần gia công

dần dần lỗ vòi phun làm giảm hiệu suất phun. Trên hệ thống phải có một bơm
dùng để dẫn nước qua các bộ lọc 10mF,1mF,0.5mF.
Nhiều nơi nguồn nước không thỏa mãn các yêu cầu trên. Nếu nguồn nước
cung cấp không thỏa đáng thì thiết bị sẽ xảy ra sự cố. Ví dụ, nếu lượng CaCO
3
trong nước quá cao, nó sẽ kết tủa bên trong vòi phun. Có một vài phương pháp
xử lý nước khi sử dụng. Đơn giản nhất là làm mềm nước như nước sử dụng
trong gia đình. Phương pháp thứ 2 là thẩm thấu ngược bằng cách sử dụng
màng mỏng rất mịn những tạp chất ở kích thước phân tử. Phương pháp thứ 3 là
khử ion hóa hệ thống dẫn nước làm cho các ion âm như clorua,sunfate được
thay thế bằng ion hydroxyl và các ion dương như canxi, natri được thay thế bởi
hydro.

GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh

Hệ thống bơm tăng áp
Hình 2.48: Hệ thống bơm tăng áp
Cũng giống như thiết bị gia công tia nước, hệ thống bơm tăng áp dùng để
tạo dòng nước áp suất cao phải liên tục. Thường dùng loại bơm piston tăng áp
hai tác dụng kiểu thủy lực hơn là loại bơm kiểu trục khuỷu vì áp suất nước sinh
ra của bơm piston lớn. Thông thường 40,000:345,000kPa.
Kinh nghiệm cho thấy, gia công tia nước có hạt mài không thật sự cần đủ
áp suất 60.000psi cyar bơm tăng áp. Hạt mài thực hiện việc cắt gọt trong khi
nước đóng vai trò là môi trường để mang hạt mài xuyên qua chi tiết. Ngày nay
bơm kiểu trục khuỷu dạt áp suất 55,000psi. Vì nó đáp ứng được yêu cầu trên,
nên ngày càng nhiều máy sử dụng loại bơm này được tung ra thị trường.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Đường ống, khớp nối và các bộ phận phối nước tăng áp:

dòng tia, một số ít ở tâm. Như vậy khả năng cắt thật sự của dòng tia chủ yếu là
ở bề mặt ngoài.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Vòi phun:
Hình dáng kết cấu của vòi phun phải chịu được áp suất cao và tuân theo
nguyên tắc Bernuolli. Khi dòng nước đi ra vòi phun, áp suất hạ đến mức khi
quyển và vì vậy năng lượng động lực học của dòng chay tăng nghĩa là tốc độ
của dòng chảy tăng. Vì vậy các phần tử hạt mài sẽ được tăng tốc bởi tia nước.
Do hạt mài có khối lượng nhất định nên tốc độ của chúng không bằng tốc độ
của tia nước. Tia nước có tốc độ càng cao thì hạt mài dịch chuyển càng nhanh.
Khi đó một vòi phun có miệng hình côn là phù hợp nhất.
Có ít nhất hai yêu cầu cho sự tạo hình tia nước. Thứ nhất là để tăng tốc độ và
áp suất của chất lỏng với mục đích tăng tốc cho các phần tử hạt mài, thứ hai là
tia nước càng dài, càng thẳng sau khi ra khỏi vòi phun.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Giả sử rằng nước vòa từ phía bên trái và ra từ phía bên phải của vòi, đưa đến
kết quả là gia tăng tốc độ của dòng chất lỏng. Mặt nón có góc nghiêng làm
giảm diện tích thiết diện ngang của dòng chảy. Sau đó chất lỏng đi vào phần
hình trụ có chiều dài từ 2:5 lần đường kính.
Vật liệu làm vòi thường làm bằng các bít, ceramic, ruby, kim cương và
sapphire, trong đó sapphire là thông dụng nhất. Đường kính trong của vòi càng
nhỏ thì chiều sâu cắt càng lớn, chất lượng cắt càng cao. Đường kính điển hình
của các vòi phun là 0,25:0,35. Hiện tại một vòi tốt có thể cắt ngang xám dày
0.066inch với tốc độ 36inch/ph và tấm gang xám dày 0.88inch với tốc độ
4inch/ph.
Phân bố các pha trong tia nước có hạt mài:
Dòng tia nước có hạt mài bao gồm ba pha đó là: các hạt mài, chất lỏng và
không khí. Thành phần phần trăm mỗi pha phụ thuộc vào khoảng cách tính từ

- Hệ thống bàn/ khung hợp nhất
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
- Hệ thống công xôn lắp với sàn, bàn cắt rời
- Hệ thống công xôn/ bàn hợp nhất
Mỗi kiểu bàn khác nhau được sử dụng cho những trường hợp khác nhau,
phụ thuộc vào kích thước và phương pháp đưa ra chi tiết GC lên bàn.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Hệ thống chuyển động, điều khiển:
Để thực hiện quá trình GC thì phải có sự liên hệ chuyển động giữa chi tiết
GC và vòi phun. Trường hợp ngoại lệ là khoan thì cả hai đều đứng yên. Đối với
tất cả các quá trình khác thì có hai khả năng logic. Một là vòi phun có thể chuyển
động trên chi tiết nhờ vpaf một giàn chuyển động, trong khi đó chi tiết được giữ
cố định. Khả năng thứ 2 là đầu phun được cố định còn chi tiết chuyển động dưới
đầu phun. Cả hai khả năng đều đáng tin cậy.
Các phương pháp điều khiển quá trình gia công tia nước:
Khi gia công bằng gia công tia nước có hạt mài, cần phải chú ý tỷ lệ cấp hạt
mài và vận tốc gia công.
Hiện tượng trễ khi gia công thường xảy ra, chúng không nghiêm trọng khi
gia công đường thẳng, nhưng khi gia công đường cong hay góc phải giảm vận tốc
để hạt mài tác động lên bề mặt gia công và hạt mài ra khỏi vòi được coi là cùng
lúc.
Có một số giải pháp điều khiển được quá trình gia công:
Giải pháp 1: cách tiếp cận truyền thống
Dùng bộ điều khiển G-code. Đây là cách thường xuyên dùng dù cho việc
lập trình tốn nhiều thời gian. Tuy nhiên, để có độ chính xác tương đối cao, đường
cắt tối ưu phải thực hiện các công đoạn như sau:
- Hiệu chỉnh G-code, chú ý công việc lập trình để tạo ra các bước gia công
thích hợp. Phần mềm này đọc G-code là công việc khá lý thú và không có gì là

Trong bộ thu có trang bị ống lọc dùng để lọc nước. Dòng tia phải được phân
tán tỏng chiều dài ống. Các ống ngắn hơn cần phải làm bằng vật liệu cứng ở phần
cuối. Một số máy sử dụng các thùng chứa có tấm thép đáy dày 50mm để thu nước
và hạt mài.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Ngoài các thiết bị nói trên, để nâng cao tính năng sử dụng của máy, nha xuất cấp
thêm một số thiết bị, phụ tùng như:
- Thiết bị điều khiển áp suất, chiều sâu cắt, thông số ăn mòn…
- Chương trình điều khiển trục Z để gia công vật liệu khong bằng phẳng
- Đầu khoan tự động để khoan lỗ
- Thiết bị dò tìm cạnh và lỗ
- Đầu nghiêng để cắt góc nghiêng
- Hệ thống dọn ngọc hồng lựu tự động để giữ cho thùng nước sạch sẽ.
- Hệ thống tái sinh ngọc hồng lựu.
- Trục xoay cho cắt ống nhỏ, vật thể 3D
- Đồ gá…
Phần tử hạt mài:
Có nhiều loại vật liệu hạt mài khác nhau được sử dụng trong công nghệ
AWJC. Việc đánh giá vật liệu hạt mài của quá trình GC tia nước hạt mài bao
gồm mốt số tham số quan trọng sau:
- Cấu trúc vật liệu
- Độ cứng vật liệu
- Ứng xử cơ học
- Hình dáng hạt mài
- Sự phân bố kích thước hạt
- Kích thước trung bình của hạt
Dạng cấu trúc của vật liệu hạt mài bao gồm những đặc trưng sau:
- Tham số lưới
- Nhóm tinh thể và sự cân đối

-Các Oxit và dioxit kết hợp như sau:
Fe
3
Al
2
(SiO
4
)
3
-Fe và Al được thay thế Ca, Mg
Thành phần hóa học
SiO
2
41.34%;FeO 9.72%
Al
2
O
3
20.36%; CaO 2.97%;MgO 12.35%
Độ cứng 8-9 Mohs
Độ bền Dễ vỡ vụn đến dai
Hình dáng hạt Sắc, có góc, không đều
Tính dễ vỡ Dễ cán mỏng, mặt vỡ không đều
Màu Đỏ đến hồng
Tính trong suốt Mờ
Tỷ trọng 3.9g/cm
3
+4.1 g/cm
3
Chỉ số khúc xạ TB 1.83

Trong nhiều năm nay, công ty JetCut đã thử nghiệm gia công bằng tia nước
một số vật liệu với chiều dày được thể hiện ở bảng 2.12.
Bảng 2.12 chiều dày của vật liệu có thể gia công bằng tia nước.
Máy có áp suất 3800bar dùng 4,2lit/ph, miệng vòi có dường kính 0.38mm, vòi dài
1,14mm, lưu lượng hạt mài là 680g/ph.
Vật liệu
Chều dày (mm)
Tối thiểu Tối đa
Thép cacbon 0,254 76,2
Thép không gỉ 0,127 50,8
titanium 0,254 76,2
nhôm 1,524 76,2
Đồng, đồng thau 0,254 76,2
Nhựa 1,524 76,2
Đá cẩm thạch 6,35 76,2
Granite và thủy tinh 6,35 76,2
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Hãng jechlaser đưa ra tốc độ cắt cho các máy gia công tia nước có hạt mài
ZLWJ khi gia công một số vật liệu với các độ dày khác nhau như trong bảng 2.13.
Trong bảng này. Tất cả các giá trị tốc độ là giá trị trung bình. Tốc độ cắt thấp nhất
thì chất lượng cắt cao và ngược lại.
Bảng 2.13
Chiều dày (mm)
Tốc độ cắt
(mm/ph)
Chiều dày mm
Tốc độ cắt
(mm/ph)
Cắt thủy tinh với lưu lượng bơm 3,5 l/ph, áp suất 3000 bar

4. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng.
Vật liệu phụ trợ như titan, inconel, hợp kim đặc biệt, rẻ hơn các phương pháp gia
công khác.
Cắt được hầu như mọi vật liệu: thép tôi cứng, thép mềm, thép không gỉ (phần lớn
thép cắt ở cùng tốc độ dù có khác nhau về độ cứng), đồng thau, nhôm, vật liệu
giòn như thủy tinh, gốm, thạch anh và đá tấm mỏng, vật liệu dể cháy, cắt quặng
mỏng hoặc quặng dày, tạo được mọi hình dạng chỉ với mộ dụng cụ cắt.
Cắt với một phạm vi bề dày lớn với dung sai hợp lí, không sinh nhiệt, vùng gia
công không bị tác đông nhiệt, đây là phương pháp gia công 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.
GVHD: Đào Quang Kế
SVTH: Nguyễn Văn Anh
Hình 2.67: Một số chi tiết gia công bằng tia nước có hạt mài.
a) Chi tiết nhôm dày; b) Con rồng bằng kính chống đạn; c) Chi tiết
bằng thép.
III, Kết luận:
- Gia công bằng tia nước có hạt mài là một phát minh quan trọng của các PPGC
đặc biệt cả trong các ứng dụng công nghiệp và trong kiến trúc, phương pháp này
phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày và độ phức tạp của các đường cắt.
- Tạo ra lợi nhuận rất lớn nếu so sánh với các PPGC không truyền thống
như phương pháp cắt bằng tiện hay cắt bằng tia plasma, tia laser, tia lửa điện. Tia
nước và hạt mài có thể dùng để cắt các vật liệu tưỏng chừng như không thể gia
công bằng những PPGC thông thường được.
- Những thuận lợi của phương pháp gia công này vượt ra xa sự cạnh tranh về
giá cả so với kĩ thuật gia công khác. Gia công bằng tia nước có hạt mài cho phép
gia công những bề mặt khó khăn và phức tạp như những góc nằm bên trong, khớp