-1-

Ngày nay các loại vật liệu mới ra đời có nhiều ưu điểm
nổi bật như: độ bền, độ cứng cao, khả năng chịu nhiệt, chịu mài
mòn tốt vv Tuy nhiên, các đặc điểm quý báu này của vật liệu
mới cũng làm cho chúng trở nên rất khó hoặc thậm chí không thể
gia công khi sử dụng các phương pháp gia công truyền thống. Vì
vậy, đồng thời với việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công
của các phương pháp gia công truyền thống, cần phải nghiên cứu
tìm ra các phương pháp gia công có cơ chế mới cũng như hoàn
thiện các phương pháp gia công có cơ chế mới (gia công bằng tia
nước có hạt mài, gia công bằng lade, mài điện hoá …) để gia
công có hiệu quả các vật liệu mới.
Năm 1979 TS. Mohamed Hashis đã phát minh ra phương
pháp gia công bằng tia nước có hạt mài nhờ trộn hạt mài vào tia
nước có áp lực cao. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như: gia
công được các vật liệu khó gia công (titan, thép không rỉ, thủy
tinh …), không sinh nhiệt trong quá trình gia công, thân thiện với
môi trường … Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của phương pháp
này là giá thành gia công cao. Do đó, giảm giá thành, tăng lợi
nhuận gia công là hướng nghiên cứu rất hiệu quả và đã có những
nghiên cứu đã tập trung vào 2 hướng đó là: tối ưu hóa quá trình
gia công và tái chế, bù tái chế hạt mài.
 làtái sử dụng lại hạt
mài vỡ ra sau khi cắt Sau khi tái chế, các hạt mài tái chế cũng có
thể sử dụng với việc bổ xung thêm các hạt mài mới. Quá trình mà
ở đó các hạt mài mới được bổ xung vào hạt mài tái chế gọi là quá
trình .
Theo hướng nghiên cứu tái chế và bù tái chế hạt mài với
mỗi một loại hạt mài ta có thể xác định cỡ hạt mài tối ưu cho hạt
mài tái chế và hạt mài bù tái chế nhằm đạt chiều sâu cắt lớn nhất.

Hệ thống cấp nước sạch; Cụm bơm khuếch đại áp; Các đường
ống áp lực cao; Đầu cắt tạo ra tia nước ASC trộn hạt mài; Hệ
thống cấp và điều chỉnh lưu lượng hạt mài; Hệ thống điều khiển
chuyển động; Bể nước chứa hạt mài, phoi và dập năng lượng còn
lại của tia nước sau khi cắt.
>?" ,@6:A($,B $$(* ( ,-.

C!%) (* ( ,-.
Từ những tìm hiểu trên đây, mặt dù công nghệ gia công
AWJ có nhiều ưu điểm nhưng có nhược điểm là giá thành gia
công cao. Giá thành gia công cao khiến AWJ chưa được ứng
dụng rộng rãi tại Việt Nam. Do đó giảm giá thành gia công và
thời gian cắt cũng như nâng cao lợi nhuận gia công là thách thức
lớn đối với những người nghiên cứu về công nghệ gia công AWJ.
Song song với hướng tối ưu hóa quá trình gia công, tái sử dụng
hạt mài là giải pháp hiệu quả vì không những giảm được giá
thành gia công mà còn giảm thiểu hạt mài thải ra môi trường.
-4-
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
Hiện nay, công nghệ AWJ chưa được ứng dụng rộng rãi
tại Việt Nam do giá thành của gia công AWJ rất cao. Trong tổng
giá thành của AWJ, giá thành của hạt mài chiếm phần lớn nhất
khoảng 54% [5]. Giá thành hạt mài phụ thộc vào lưu lượng hạt
mài, số đầu cắt, giá hạt mài, giá thành hệ thống… Tuy nhiên, hạt
mài có thể tái sử dụng do đó có thể giảm được giá thành mua hạt
mới.
;D E"(   !"8F4G8H%) IJ
;K)6,@45LM %) IJ
 !"#$
Trong công nghệ cắt bằng tia nước ASC việc lựa chọn cỡ

) và loại hạt mài.
Hiện tượng vỡ của hạt mài đã được nghiên cứu khá nhiều.
Trong đó, G Galecki và M. Maurkewicz (1987) là những người
đầu tiên nghiên cứu về vỡ hạt mài trong quá trình trộn. Trong
[13] đã chỉ ra thấy rằng một số lượng lớn từ 70% đến 80% những
hạt mài ban đầu này bị vỡ trong giai đoạn thứ nhất.
Labus [15] đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất nước tới
sự vỡ hạt, với áp suất nước thấp (từ 0-205 MPa) có ảnh hưởng
lớn đến việc lượng hạt vỡ hơn so với áp suất nước cao (274-342
MPa). Thêm vào đó nghiên cứu cũng chỉ ra rằng với hạt mài cỡ
#80 sau khi vỡ hạt mài sẽ có cỡ hạt 180 µm tới 63µm hoặc nhỏ
hơn.
Ohlsen (1997) thực hiện nghiên cứu tái chế hạt Barton (hạt
mài Mỹ) [16]. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của các thông số
quá trình như: áp suất nước, lưu lượng hạt mài, đường kính hạt
mài, chiều dài, đường kính vòi phun, vận tốc dịch chuyển tới sự
vỡ hạt đã được nghiên cứu. Để đánh giá sự vỡ của hạt mài, tác giả
đưa ra một công thức xác định “Hệ số vỡ” có dạng:

'
+
)
)
,
,
1 −=
φ
trong đó, d
ap,in
và d

chi ra hạt mài trong quá trình trộn và quá trình cắt bị vỡ nên
đường kính hạt mài giảm. Sau nhiều lần tái chế đường kính hạt
mài cũng giảm đi và dẫn tới khả năng cắt của hạt mài tái chế cũng
giảm đi. Tuy nhiên, bề mặt gia công khi này lại nhám ít hơn [12].
Chất lượng cắt được đánh giá bằng nhám bề mặt chi tiết gia công
qua thông số Ra. Ta thấy hạt mài tái chế khi cắt sẽ cho chất lượng
bề mặt tốt hơn hạt mài mới. Lý do là hạt mài tái chế có kích
thước hạt nhỏ hơn nên rãnh cắt sẽ mịn hơn.
Ngoài ra ảnh hưởng của hạt mài tái chế tới chiều rộng
rãnh cắt (chiều rộng mặt trên và mặt dưới) cũng được nghiên cứu.
Ngoài nghiên cứu về khả năng tái chế và khả năng cắt của
hạt mài tái chế của hạt mài Ấn độ, Kantha Babu và Krishnaiah
Chetty còn nghiên cứu về bù tái chế hạt mài. Với cỡ hạt lớn hơn
90µm và bù thêm một lượng hạt mài mới lần lượt là 20, 40, 60,
80 và 100%, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của bù tái chế hạt mài
tới khả năng cắt và độ nhám bề mặt gia công và bề rộng rãnh cắt
-7-
khi gia công phôi nhôm hình chêm. Nghiên cứu chỉ ra rằng lượng
hạt mài mới bổ sung thêm vào hạt mài tái chế ảnh hưởng tới khả
năng cắt và chất lượng cắt. Khi lượng hạt mài mới bù thêm vào là
40% khả năng cắt đạt lớn nhất còn khi bù thêm 60% sẽ cho độ
nhám bề mặt nhỏ nhất còn chiều rộng rãnh cắt sẽ tăng dần theo
lượng hạt mài mới bù vào. Như vậy chất lượng cắt của hạt mài tái
chế và bù tái chế đều tốt hơn khi cắt bằng hạt mới và khả năng cắt
gần xấp xỉ với khả năng cắt của hạt mới.
Năm 2008 Vũ Ngọc Pi trong [3] đã nghiên cứu về tái chế
và bù tái chế hạt mài GMA – một loại hạt mài của Úc được sử
dụng rộng rãi trong công nghệ làm sạch và trong AWJ. Để phân
loại hạt mài tác giả sử dụng sàng với các cỡ 45, 63, 75, 90, 106,
125, 150, 180, 212, 250, 300, 355 và 425µm. Để xác định khả

CHƯƠNG 3. BÙ TÁI CHẾ HẠT MÀI
SUPREME GARNET
Trên thực tế tái sử dụng hạt mài có 2 cách:
Cách thứ nhất, ta sẽ thu hồi hạt mài trong bể chứa nước
của máy sau đó tái chế và sử dụng không kèm việc bổ sung thêm
hạt mài mới gọi là . Tuy nhiên ta chỉ thu hồi được
một lượng hạt mài còn có khả năng cắt, số còn lại sẽ vỡ ra quá
nhỏ không có khả năng cắt hoặc rất khó tái chế.
Cách thứ hai, ta sẽ bổ sung thêm một lượng hạt mài mới
vào lượng hạt mài tái chế nhằm duy trì lượng hạt mài trong quá
trình cắt gọi là .
>QR P A(#"$%&&(% &
Khả năng tái chế của hạt mài được hiểu là phần trăm hạt
mài thu hồi được sau khi cắt tương đối lớn (khoảng trên 50%) và
thuận lợi trong thu hồi và tái chế. Để xác định khả năng tái chế
của hạt mài trước hết ta phải thu hồi sau đó làm sạch hạt mài, tách
phoi, sấy khô và cuối cùng sàng phân loại hạt mài. Tiếp theo thí
nghiệm xác định khả năng cắt, chất lượng cắt với các cỡ hạt mài
vừa sàng phân loại. Nếu khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt
mài tái chế gần bằng hoặc hơn so với hạt mài mới và lượng hạt
mài thu hồi được tương đối lớn nghĩa là hạt mài đó có khả năng
tái chế.
Tỷ lệ hạt mài tái chế thu hồi được phụ thuộc vào cỡ hạt nào
được chọn. Cỡ hạt càng nhỏ tỷ lệ hạt mài thu hồi được càng cao
nhưng với cỡ hạt nhỏ sẽ khó sàng phân loại do hạt mài nhỏ dễ bít
mắt sàng gây khó khăn cho tái chế hạt mài. Ngoài ra tỷ lệ hạt mài
thu hồi phụ thuộc vào bản chất hạt mài, sự vỡ của hạt mài trong
quá trình gia công, các yếu tố như vật liệu chi tiết gia công, thông
số công nghệ và thông số quá trình.
>KO$* 4=S <

Vòi phun
Phôi
Thùng
chứa
Hạt
mài
Nước
-11-
Trong thí nghiệm này, 75kg hạt mài Supreme garnet #80
được chia làm 3 lần cắt và thu hạt (mỗi lần 25kg). Hạt mài được
thu hồi nhờ một thùng chứa có chứa đầy nước nhằm giảm vận tốc
các hạt mài khi chúng ra khỏi phôi sau khi cắt để chúng không bị
vỡ thêm khi va vào thành thùng chứa hoặc va vào các hạt mài
khác.
• >&-;#?$&5"#$
6 4@ATiến hành cắt phôi thép 45 theo sơ đồ thí
nghiệm như hình 3.1 và hạt mài sau khi cắt được thu hồi vào một
bể chứa.
6 4A Hạt mài được làm sạch để loại bỏ tạp chất
và hạt mài vỡ quá nhỏ. Đồng thời dùng nam châm tách phoi thép
ra khỏi hỗn hợp hạt mài. Kết quả thu được những thùng chứa lẫn
nước và hạt mài đã được làm sạch.
6 4: Sấy khô hạt mài bằng lò sấy.
6 4A Tách phoi lần thứ hai để đảm bảo hỗn hợp
hạt mài được sạch.
6 * của quá trình tái chế là sàng phân loại hạt
mài ra các cỡ từ 63µm cho tới 350µm.
>;QE"R8R)K"O 8FTR P A(
#"$%&&(% &UVW
Trong phần này sẽ trình bày về nghiên cứu sự vỡ của hạt

212
2.75 2.18 2.52 2.48 9.93
150 < hạt <
180
2.38 2.3 2.65 2.44 9.77
125 < hạt <
150
1.63 1.55 1.67 1.62 6.47
106 < hạt <
125
1.33 1.25 1.30 1.29 5,17
90 < hạt <
106
1.10 1.08 1.12 1.10 4.40
75 < hạt <
90
1.13 1.00 1.25 1.13 4.51
63 < hạt <
75
0.58 0.40 0.32 0.43 1.73
Tổng cộng
19.76
18.1
4
20.0
5 19.32
77.27
Kết quả khả năng tái chế của hạt mài ứng với các cỡ hạt
mài khác nhau được cho trong bảng 3.4. Từ kết quả ta thấy với
hạt từ cỡ >180 µm khả năng tái chế chỉ có 45,21%. Với các hạt

Lượng
hạt mới
bù
(kg)
1 >150 54.99 45.01 11.25
2 >125 61.45 38.55 9.64
3 >106 66.63 33.37 8.34
4 >90 71.03 28.97 7.24
Khi có thêm lượng hạt mới bổ sung vào kích thước trung bình
của hỗn hợp hạt sẽ thay đổi dẫn tới khả năng cắt, chất lượng cắt
sẽ thay đổi theo. Do đó cần nghiên cứu thực nghiệm để xác định
ảnh hưởng này.
>>QR P ZA(
Năng suất cắt được xác định bởi thể tích vật liệu bị bóc tách
trên một đơn vị thời gian. Mặt khác, thể tích vật liệu bị bóc tách
được xác định thông qua chiều sâu cắt và bề rộng rãnh cắt. Tuy
nhiên, bề rộng rãnh cắt không có ý nghĩa nhiều đến hiệu quả cắt
gọt do đó hiệu quả cắt gọt phụ thuộc nhiều nhất ở chiều sâu cắt. Vì
vậy, chiều sâu cắt lớn nhất - h
max
(mm) là đại lượng được lựa chọn
để nghiên cứu đánh giá khả năng cắt của tia nước hạt mài.
-14-
Trong phần này, hạt mài bù tái chế với các cỡ hạt khác
nhau và hạt mài mới được sử dụng để cắt với cùng các thông số
quá trình để xác định khả năng cắt của hạt mài bù tái chế so với
hạt mới. Qua đó, kích thước hạt tối ưu khi tái chế và bù tái chế
hạt mài Supreme garnet #80 sẽ được xác định.
>>KO$* 4=)S <
Thiết lập cho thí nghiệm được miêu tả trong hình 3.7 và

Kết quả thí nghiệm (xem hình 3.10) cho thấy hạt bù tái
chế cắt tốt hơn hạt mới từ 4 đến 8%. Từ hình 3.10 cũng thấy rằng,
cỡ hạt tối ưu để bù tái chế là >125µm vì chúng cho khả năng cắt
cao nhất (cao hơn 8% so với hạt mới). Ngoài ra, theo kết quả trên
bảng 3.6, với cỡ hạt này khả năng tái chế đạt khá cao 61.45% và
do đó tiết kiệm được lượng hạt mới bù thêm (38.55%).
>C]K,@ ZA(
>CKO$* 4=)S <
Các thiết lập thí nghiệm để đánh giá độ nhám bề mặt khi
cắt bằng hạt mài tái chế và bù tái chế tương tự như thí nghiệm
trong phần 3.3. Điểm khác biệt là phôi thí nghiệm là hợp kim
nhôm Al6061-T6 (thành phần hóa học trong bảng 3.7) để sau khi
cắt không bị gỉ và dễ đo độ nhám; tiết diện phôi hình chữ nhật
20x60 mm.
>C;QE"R8R)K"O
Các cỡ hạt mài (µm)
,-./JK7L1!"#$*
&5
Khả năng cắt của hạt
mài
bù tái chế (-)
,-./.MN!G"#$$'""
#$O5OP&#Q#RO'&#R<8##
5
6
7
Lưu lượng (g/s)
Độ nhám bề mặt Ra
(µm)
-16-

-17-
đó lượng hạt mài tái được là 61.45% và lượng hạt mài mới cần bổ
sung thêm là 38.55%.
- Ảnh hưởng của lưu lượng hạt mài và loại hạt mài (bù tái
chế và hạt mới) tới chất lượng cắt cũng được phân tích. Chất
lượng cắt của hạt mài tái chế và bù tái chế đều tốt hơn hạt mới.
- Lưu lượng hạt mài được khuyến cáo nên sử dụng là 6 g/s
sẽ cho chất lượng bề mặt tốt nhất.
-18-
KẾT LUẬN VÀ CÁC KIẾN NGHỊ CHUNG
Đề tài nghiên sử dụng phương pháp nghiên cứu thực
nghiệm nhằm xác định khả năng tái chế, phương pháp bù tái chế,
khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài Supreme garnet.
Chương này tác giả đưa ra kết luận chính của đề tài đồng thời đề
xuất những hướng nghiên cứu tiếp theo.
QK"O A(K"O 8P 
+ Khả năng tái chế của hạt mài Supreme garnet đã được
khảo sát: hạt mài Supreme garnet có khả năng tái chế tốt. Có thể
tái chế chúng với tỷ lệ 66.63%, 61.45% và 54.99% tương ứng khi
tái chế hạt mài với các kích thước hạt >106, >125 và >150µm.
+ Khả năng cắt của hạt mài tái bù tái chế được nghiên
cứu; qua đó đã xác định được kích thước hạt tối ưu cho hạt hạt
mài bù tái chế
- Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng cắt của hạt mài
bù tái chế cao hơn hạt mài mới từ 4% đến 8% với mọi cỡ hạt
- Cỡ hạt >125µm là kích thước hạt tối ưu cho hạt mài bù
tái chế vì với kích thước này khả năng cắt của hạt mài bù tái chế
là lớn nhất (cao hơn 8% so với khả năng cắt của hạt mới).
+ Cắt bằng hạt mài bù tái chế cho chất lượng bề mặt tốt
(độ nhám bề mặt nhỏ hơn) hơn khi cắt bằng hạt mài mới

‘Energy efficiency of abrasive waterjet cutting beyond 400
MPa’, BHR’s Conference 2006, Gdansk, Poland, pp.251–
264.
[6]. Momber. A, (2008), T6%C''W Springer.
[7]. Nominal Dimensions of Standard Sieve,
http://www.coleparmer.com, truy cập ngày 15/10/2011.
[8] Công ty đá mài Hải Dương,672# 
"'="#$
[9]. Trần Anh Quân (2003), “Nghiên cứu công nghệ tia nước áp
suất cao trong công nghiệp làm sạch”. Luận án Tiến sĩ kỹ
thuật, Viện máy dụng cụ công nghiệp.
[10]. Supremegarnet company website,
http://www.supremegarnet.com, truy cập ngày 15/10/2010
[11]. Babu. M. K, Krishnaiah Chetty.O.V (2002), “Studies on
recharging of abrasives in abrasive water jet machining”,
Int. journal of Advanced Manufacturing Technology, (19)
pp 697-703.
[12]. Babu. M. K, Krishnaiah Chetty.O.V (2003), “A study on
recycling of abrasives in abrasive water jet machining”,
Wear 254, pp 763-773.
-20-
[13]. Galecki, G. and Mazurkiewicz, M. (1987) ‘Hydro-abrasive
cutting head – energy transfer efficiency’, Proceedings of
4th American Waterjet Conference, New York, pp.172-177.
[14]. Louis. H, Meier. G. and Ohlsen. J (1995) “Analysis of the
process output in abrasive water jet cutting”, 8th American
Water Jet Conference, August 26–29, Houston, Texas,
pp.137–151.
[15]. Labus, T.J., Neusen, K.F., Alberts, D.G. and Gores, T.J.
(1991) ‘Factors influencing the particle size distribution in

(2009), T%&]&9<5W, NXB Khoa
học và kỹ thuật Hà Nội.