Phương pháp gia công tia nước

Gia công tia nước (Water jet cutting)

I. Giới thiệu phương pháp gia công bằng tia nước (Water jet cutting)

1. Khái niệm gia công tia nước

Gia công bằng tia nước là phương pháp gia công dùng tia nước với áp suất cao tác động vào vùng chi tiết cần gia công.

2. Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia công bằng tia nước

Gia công tia nước thực hiện bằng cách đưa một lượng lớn nước qua một đường ống nhỏ. Thể tích nước không đổi đi qua tiết diện giảm dần sẽ làm các phần tử nước tăng áp suất một cách nhanh chóng. Áp suất này khi ra khỏi ống tác động một lực cắt lớn vào vật liệu gia công. Áp suất cực đại khoảng 2.10⁸ Pa – 4. 10⁸ Pa của các phần tử đã được gia tốc tiếp xúc với một vùng diện tích bé của chi tiết gia công. Tia nước cuốn trôi vật liệu bị bóc ra khỏi chi tiết gia công. Áp suất cực đại và tác động của các phần tử trong dòng tia làm cho vết nứt phát triển cho tới khi vật liệu bị cắt hoàn toàn.

Nước từ thùng cấp nước đi qua bộ lọc và hòa trộn, sau đó nhờ ống dẫn chất lỏng đi qua bộ khuếch đại để tăng áp đến đầu phun. Tại đầu phun tia nước được phun ra mạnh hay yếu là nhờ van tiết lưu. Van này được điều khiển bởi một bộ điều khiển.

Nguyên lý hoạt động gia công bằng tia nước

3. Thiết bị và dụng cụ sử dụng trong gia công tia nước

Một máy gia công tia nước gồm các bộ phận chính sau đây:

1. Cơ cấu đầu cắt dùng để định hình tia nước.
2. Hệ thống mang và hút để đưa các phần tử vào trong dòng tia nước.
3. Một bơm tăng áp để gia tăng áp suất của nước.

Hệ thống của một máy gia công tia nước

Sơ đồ của hệ thống bơm và cung cấp nước

Dụng cụ vòi phun có đường kính 0,1-0,4mm để tia nước có đủ năng lượng cho quá trình cắt cần cung cấp một áp suất lên đến 400 MPa và vận tốc phun lên đến 900 m/s. Đầu phun gồm có vòng kẹp và vòi phun. Vòng kẹp được làm bằng thép không rỉ và vòi phun được làm bằng ngọc bích, hồng ngọc hoặc kim cương. Những lưu chất được dùng rộng rãi trong gia cong tia nước là Polymer, vì chúng có thể tạo thành dòng kết dính.

Hình dáng đầu vòi phun

Một thiết bị tia nước đơn thuần, được thực hiện theo nguyên lý nước được đưa vào bơm cao áp tạo nên áp suất lớn từ p = (1÷4)10³ bar hoặc p = (4÷9)10³ bar. Nước có áp suất cao được đưa đến vòi phun chế có đường kính Ø 0,1÷0,4 mm. Vòi phun đặt trong đầu cắt đưa nước đến ống hội tụ, tạo nên tia nước có năng lượng phá hủy lớn tác dụng vào bề mặt gia công. Tốc độ cắt phụ thuộc vào vật liệu và chiều dày vật liệu cắt. Chiều dày thường không quá 15mm để đảm bảo mặt cắt không có ba via.

Máy gia công tia nước đơn thuần

II. Ưu điểm và phạm vi ứng dụng của gia công bằng tia nước

1. Ưu điểm của phương pháp gia công bằng tia nước

Công nghệ cắt bằng tia nước có những ưu điểm so với cắt bằng dao kim loại như sau:

• Dao kim loại sau một thời gian sử dụng sẽ bị mòn, nhưng tia nước thì luôn sắc.
• Dao kim loại cần phải luôn luôn hướng theo phương tiếp tuyến với phương cắt, nhưng tia nước lại không cần định hướng chính xác.
• Dùng dao kim loại rất khó cắt dọc theo các đường cong, đặc biệt là đường cong lõm còn tia nước không phân biệt hình dạng đường bao.
• Miệng cắt của tia nước rất mảnh, do đó có thể tiết kiệm được vật liệu.
• Trong vùng cắt tỏa nhiệt ít, do đó không làm biến dạng vật liệu gia công. Gia công được những vật liệu rất mềm nhưng có cũng có thể gia công được những vật liệu rất cứng.
• Gia công bằng tia nước là một phát minh quan trọng của các phương pháp gia công đặc biệt cả trong những ứng dụng công nghiệp và trong kiến trúc.
• Tạo ra lợi nhuận rất lớn nếu so sánh với các phương pháp gia công bằng tiện hay cắt bằng tia Plasma, tia Laser, tia lửa điện. Cắt bằng tia nước có thể gia công những vật liệu tưởng chừng như không gia công được.
• Gia công được những bề mặt phức tạp như : Những góc nằm bên trong, khớp V, những hình dáng kiến trúc nghệ thuật
• Gia công bằng tia nước là một quá trình gia công lạnh và sạch nên loại bỏ hoàn toàn các vùng ảnh hưởng nhiệt, khói độc, phân lớp khi đúc, ứng suất nhiệt, lớp biến cứng bề mặt, sự biến dạng của kim loại,…
• Chất lượng vết cắt rất cao, có thể cắt nhôm, thủy tinh, cao su, vật liệu tổng hợp và các vật liệu khác.

2. Phạm vi ứng dụng của phương pháp gia công bằng tia nước:

Gia công tia nước thường được dùng trong các lĩnh vực:

• Cắt đứt hoặc cắt định hình các bề mặt kim loại hoặc phi kim loại.
• Khoan lỗ bằng tia nước áp lực cao.
• Ứng dụng trong công nghiệp giúp làm sạch bề mặt sản phẩm.
• Ứng dụng tia nước trong kỹ thuật đào đường hầm.
• Gia công các vật liệu dạng tấm mỏng như vật liệu nhựa, vải, composite, gạch lát sàn, da, thảm và cát tông,…

Gia công cắt đá bằng tia nước

Gia công tia nước cho chi tiết phức tạp

Gia công chi tiết bánh răng bằng tia nước

Bài viết trên tôi đã giới thiệu đến các bạn về phương pháp gia công bằng tia nước. Mong rằng bài viết của tôi đã giúp bạn có thêm nhiều kiến thức về phương pháp gia công này. Chúc bạn thành công!

Tham khảo: Các khóa học lập trình và vận hành máy CNC tại TechK bên dưới nhé!

✨ Khóa học MasterCAM 2D - Lập trình gia công phay CNC

✨ Khóa học MasterCAM 3D - Lập trình gia công phay CNC

✨ Khóa học MasterCAM - Lập trình gia công tiện CNC

✨ Khóa học Lập trình và Vận hành máy phay CNC

✨ Khóa học Lập trình và Vận hành máy tiện CNC

TRỊNH TẤN VINH - TRUNG TÂM ĐÀO TẠO VÀ CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TECHK