ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******
BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HẠT MÀI
SUPREME GARNET SAU KHI GIA CÔNG BẰNG TIA
NƯỚC CÓ HẠT MÀI
Học Viên: Vũ Hồng Khiêm
Lớp: CHK12 CTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
HDKH: PGS.TS. Vũ Ngọc PiTHÁI NGUYÊN - 2011
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******
BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HẠT MÀI
SUPREME GARNET SAU KHI GIA CÔNG BẰNG TIA
NƯỚC CÓ HẠT MÀI
Học Viên: Vũ Hồng Khiêm
Lớp: CHK12 CTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
HDKH: PGS.TS. Vũ Ngọc Pi
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS. Vũ Ngọc Pi Vũ Hồng Khiêm

hay các vật liệu khác bằng cách sử dụng một tia nước có áp suất rất
cao và tốc độ lớn. Nó có thể cắt được kim loại, bê tông, đá, hay các
vật cứng khác.
Chương này sẽ giới thiệu về lịch sử gia công bằng tia nước,
các thiết bị chủ yếu của hệ thống AWJ , tham số quá trình và ưu
nhược điểm của nó.
1. Lịch sử phát triển
Năm 1950, Norman Franz một kỹ sư lâm nghiệp đã có mong
muốn tìm ra một phương pháp mới để cắt cây gỗ thành từng khúc.
Ông được xem như cha đẻ của hệ thống máy cắt bằng tia nước.
Dr.Franz phát hiện ra là hoàn toàn có thể cắt gỗ và vật liệu
khác bằng tia nước áp suất cao. Cho dù Dr.Franz chưa làm được một
cái máy cắt gỗ như mong muốn nhưng nghiên cứu của ông đã đặt
nền móng cho phương pháp gia công bằng tia nước và được hãng
Flow International nghiên cứu phát triển hệ thống cắt tia nước sau
này.
Năm 1965 thiết bị làm sạch bề mặt thép cán bằng tia nước
với áp suất 200 bar được sản xuất đầu tiên tại Đức.
Năm 1968 các nhà khoa học Mỹ đã chế tạo thành công một
thiết bị cắt bằng tia nước có áp suất đạt 700 bar.
Năm1970 tập đoàn Flow (Mỹ) đã phát minh một mẫu bơm
khuếch đại áp suất có tính ứng dụng cao cho máy cắt tia nước.
-2-
Dr. Mohamed Hashish, được coi như người khai sinh ra hệ
thống máy cắt tia nước dùng hạt mài. Năm 1980, hệ thống cắt tia
nước có hạt mài đầu tiên được dùng để cắt thép, kính và bê tông.
Năm 1983, Flow cung cấp cho thị trường chiếc máy cắt tia nước có
hạt mài đầu tiên cho việc cắt gương ôtô.
Ngành công nghiệp hàng không và vũ trụ đã giúp cho công
nghệ tia nước áp suất cao phát triển mạnh mẽ.

1.2.7. Bể chứa nước và dập năng lượng
1.3. Các tham số quá trình
Có rất nhiều tham số liên quan đến quá trình gia công AWJ, các
tham số này có thể chia thành hai nhóm gồm thông số quá trình và
các thông số mục tiêu [6]
Các thông số quá trình gồm có :
⋅ Thông số thuỷ lực gồm áp suất nước và đường kính vòi tăng
tốc.
⋅ Thông số trộn bao gồm đường kính và chiều dài vòi phun.
⋅ Thông số hạt mài gồm vật liệu hạt mài, kích thước, hình
dạng hạt mài và lưu lượng hạt mài.
-4-
⋅ Thông số cắt gồm khoảng cách từ vòi phun đến chi tiết gia
công, góc tác động và tốc độ cắt.
Các thông số mục tiêu gồm:
⋅ Vật liệu gia công.
⋅ Chiều sâu cắt.
⋅ Chất lượng cắt.
⋅ Khả năng công nghệ của quá trình gia công:
⋅ Chiều rộng vết cắt điển hình là 0,76 mm và lớn hơn.
⋅ Tầm ảnh hưởng của dòng tia lên đến 200mm đối với vật liệu
cứng. Áp suất hạ xuống sau 25mm.
1.4. Ưu nhược điểm của gia công bằng tia nước hạt mài
Gia công bằng tia nước có hạt mài có một số ưu điểm sau.
- Cắt được hầu như mọi vật liệu có độ bền cao… mà phương
pháp gia công truyền thống khó hoặc không thể gia công được.
- Cắt được các biên dạng phức tạp ở các hướng
- Tia nước có khả năng cắt qua những vật liệu bất thường,
không dẫn điện mà máy tia lửa điện EDM không thể gia công được.
- Có thể cắt các chi tiết dạng lưới.

-6-
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
Công nghệ cắt bằng tia nước áp suất cao (ASC) có 2 loại là
cắt bằng tia nước áp suất cao (Pure waterjet - WJ) và cắt bằng tia
nước có trộn hạt mài (Abrasive waterjet - AWJ).
Chương này sẽ đi tìm hiểu quá trình cắt của tia nước có hạt
mài, sự vỡ của hạt mài trong quá trình cắt và thực trạng nghiên cứu
về tái chế hạt mài.
2.1. Hạt mài sử dụng trong AWJ
Có rất nhiều loại hạt mài được sử dụng trong công nghệ AWJ,
chúng được chia làm 2 nhóm cơ bản:
• Nhóm hạt mài tự nhiên
• Nhóm hạt mài nhân tạo
Đặc điểm chung của hạt mài sử dụng trong công nghệ AWJ
Độ cứng
Độ cứng của hạt mài được xác định theo độ cứng vicker hoặc
độ cứng Mohs. Hiện nay trong công nghệ cắt bằng tia nước thường
dùng hạt mài có độ cứng (6.5 - 7.5)Mohs.
• Hình dạng hình học của hạt mài
Nhiều góc cạnh  Gần như có góc  gần ô van  Ô van  Tròn

Hình 2.1. Hình ảnh 3D các loại hạt mài thường gặp [18]
• Phân bố kích thước của hạt mài
Tất cả các hạt mài được phân loại theo cấp độ kích thước.
-7-
2.2. Thực trạng nghiên cứu về sự vỡ của hạt mài trong quá
trình cắt
Trong quá trình gia công bằng tia nước trộn hạt mài, quá trình
vỡ của hạt mài xảy ra ở hai giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất, xảy ra

Tái chế hạt Barton được J.Ohlsen [14] tiến hành nghiên cứu.
Tác giả đưa ra một công thức xác định hệ ‘số vỡ’.

ap,in
ap,out
D
d
d
φ
−=
1
Trong đó: d
ap,in
: đường kính hạt mài vào, d
ap,out
: đường kính
hạt mài ra.
Những ảnh hưởng đặc trưng của quá trình phân bố kích thước
hạt trong công nghệ AWJ được Labus et al. [12] nghiên cứu với hạt
mài garnet cỡ hạt 80. [12] Đã làm thí nghiệm đầu tiên về sự vỡ của
hạt ở trong buồng trộn. Kết quả là kích thước của các hạt mài sau khi
trộn chỉ còn 75-150 µm. Trong đó kích thước hạt ban đầu 180 ÷
250μm, chỉ có 20-22% tham gia cho quá trình cắt.
Việc kích thước hạt mài bị giảm trong quá trình trộn một số
tác giả thấy rằng, 70% ÷ 80% các hạt này bị vỡ chủ yếu phụ thuộc
vào kích thước hạt mài ban đầu, áp lực của bơm và vòi phun.
-9-
Ảnh hưởng của một số thông số về sự vỡ của hạt sau khi cắt
đã được[15]. M. Kantha Babu nghiên cứu.
Vật liệu gia công cũng là một tác nhân có ảnh hưởng lớn.

vấn đề về môi trường cần được đề ý quan tâm và nghiên cứu.
2.4. Kết luận chương 2
Để giảm chi phí hạt mài cần nghiên cứu tối ưu về lưu lượng
hạt mài cho quá trình cắt, khả năng sử dụng lại nhằm giảm chi phí về
hạt mài, giảm lượng chất thải công nghiệp, từ đó có cơ sở thiết kế
các hệ thống tái chế.
Trên thế giới cho đến nay đã có một số nghiên cứu về lĩnh vực
này. Tuy nhiên chưa có kết quả nghiên cứu nào về tái chế hạt mài
Supreme Granet. Hiệu quả của tái chế, khả năng cắt, chất lượng cắt,
kích thước hạt tối ưu khi tái chế loại hạt mài này còn chưa được khảo
sát. Quy trình tái chế cho hạt mài Supreme Granet cũng chưa được
nêu ra.
-11-
CHƯƠNG 3
Tái chế hạt mài Supreme Granet
Từ những vấn đề đã được đề cập ở chương 2 việc nghiên cứu
tái chế (tái sử dụng) hạt mài Supreme Garnet (xuất sứ Ấn độ) là có
cơ sở khoa học để tiến hành nghiên cứu. Bằng thực nghiệm sẽ chứng
minh được sự hiệu quả trong việc tái chế hạt mài thu hồi.
Nội dung chương này sẽ trình bày về khả năng tái chế của
hạt mài Supreme Granet.
3.1. Thiết lập các thông số thí nghiệm
Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm trọng điểm
quốc gia về công nghệ bề mặt, viện nghiên cứu Cơ khí.
Thiết bị đo kiểm
Quá trình thí nghiệm được tiến hành tuần tự theo các bộ
thông số công nghệ đã được thiết kế.
Vật liệu thí nghiệm
Khi đánh giá khả năng cắt (chiều sâu cắt) của hạt mài tái chế
và hạt mới tiến hành cắt trên phôi thép 45, dùng phôi cho thí nghiệm

Bước thứ 2. Làm khô vật liệu hạt mài.
Bước thứ 3. Tách phoi kim loại.
Bước thứ 4. Phân tích sàng
3.2.1. Kết quả và nhận xét
a, Tỷ lệ hạt mài mới.
Tiến hành sàng phân loại hạt mài mới nhằm xác định tỷ lệ
các cỡ hạt trong một bao
Hình 3.4. Phân bố kích thước hạt mài mới
b, Thành phần hạt mài tái chế.

Hình 3.5. Phân bố kích thước hạt mài sau tái chế
3.2. Khả năng cắt của hạt mài tái chế
3.2.1. Thí nghiệm
-14-
Để đánh giá khả năng cắt của hạt mài Supreme garnet tái chế
sau khi sàng, các hạt được trộn và sắp xếp theo cỡ từ >63(µm) cho
tới >300(µm).
Thông số hạt mài.
Thông số vòi phun: ROCTEC 100 WFE 14400
Thông số cắt.
Mẫu thép để cắt thí nghiệm.
Hình 3.8. Thí nghiệm khả năng cắt của hạt mài tái chế
Hình 3.9. Khả năng cắt của hạt mài tái chế
3.2.2. Kết quả và nhận xét
Bảng 3.7 và hình 3.9 biểu diễn kết quả của thí nghiệm xác
định khả năng cắt của hạt mài tái chế.
Từ kết quả của thí nghiệm (bảng 3.7 và hình 3.9) ta thấy tồn
tại một kích thước hạt tối ưu mà với kích thước đó hạt mài tái chế có
-15-
khả năng cắt cao nhất. kích thước tối ưu này cho hạt tái chế của

mài này có khả năng tái chế rất cao.
− Khả năng cắt của hạt mài tái chế cao hơn hạt mài mới.
− Cỡ hạt tối ưu để tái chế hạt Supreme Garnet là >125µm. Với cỡ
hạt này khả năng tái chế là 61,45% và khả năng cắt của nó sẽ cao
hơn hạt mài mới khoảng 18%
−
Chất lượng cắt (độ nhám bề mặt) khi cắt bằng hạt mài tái chế cao
hơn khi cắt bằng hạt mài mới.
-17-
CHƯƠNG 4.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
4.1. Kết luận
Luận văn này nhằm nghiên cứu tái chế hạt mài Supreme
Garnet. Nội dung nghiên cứu bao gồm nghiên cứu về khả năng tái
chế, nghiên cứu về khả năng cắt và chất lượng cắt của hạt mài tái
chế. Từ các kết quả của đề tài, có thể đưa ra một số kết luận sau:
- Đề tài này đã tập trung vào nghiên cứu tái chế hạt mài.
- Hạt mài Supreme Garnet tái chế được và có khả năng tái chế
rất cao.
- Khi cắt bằng hạt mài tái chế khả năng cắt, chất lượng cắt cao
hơn khi cắt bằng hạt mài mới.
- Kích thước tối ưu này cho hạt tái chế của Supreme garnet là
>125µm. Với cỡ hạt này khả năng tái chế là 61,45% và khả
năng cắt của nó sẽ cao hơn hạt mài mới khoảng 18%.
4.2. Hướng nghiên cứu tiếp
Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo về lĩnh vực này như sau:
1. Nghiên cứu đánh giá tính kinh tế của tái chế hạt mài
Supreme garnet.
2. Nghiên cứu tái chế hạt mài Supreme garnet cũng như các
loại hạt mài khác khi cắt với áp suất nước rất cao (trên

recharging in abrasive waterjet (AWJ) machining, Int. J.
Machining and Machinability of Materials, Vol. 6, Issue ¾,
2009, pp. 213-233.
[12]. T.J. Labus, K.F. Neusen, D.G. Alberts, T.J. Gores, Factors
influencing the particle size distribution in an abrasive
waterjet, Journal of Engineering for Industry, November
1991, Vol. 113, 402-411.
[13]. G. H. Louis, G. Meier, J. Ohlsen, Analysis of the process
output in abrasive water jet cutting, 8th American Water Jet
Conference, August 26-29, 1995, Houston, Texas, 137-151.
[14]. J. Ohlsen, Recycling von Feststoffen beim
Wasserabrasivestrahlverfahren, VDI Fortschritt-Berichte,
Reihe 15, Nr. 175, 1997.
[15]. M. Kantha Babu, O.V. Krishnaiah Chetty, A study on
recycling of abrasives in abrasive water jet machining, Wear
254 (2003), 763-773.
[16]. A.M. Hoogstrate, V.N. Pi, B. Karpuschewski, Cost
optimization for multiple-head AWJ cutting, BHR’s
conferece 2006, 13-15 September, Gdansk, Poland, 251-264.
[17]. D.A. Summers, Waterjet Technology, Chapman & Hall,
1995.
[18]. M. Kantha Babu, O.V. Krishnaiah Chetty, Studies on
recharging of abrasives in abrasive water jet machining, Int.
-20-
journal of Advanced Manufacturing Technology, 19 (2002),
697-703.
[19]. Endecotts website,
http://www.endecotts.com/products/sieves.aspx, (truy cập
ngày 18/10/2011).
[20]. Nguyễn Văn Kiền (2010), “Tính toán, thiết kế, chế tạo máy