ÚC – Từ xưa, con người đã phát hiện sức mạnh của những viên đá sắc nhọn và khả năng cắt gọt của chúng. Loài người cũng nhận ra rằng, bằng cách kết hợp áp lực và sự va đập với vận tốc lớn, vật chịu lực tác động sẽ bị phá vỡ. Từ khái niệm cơ bản này, nhiều công cụ cắt gọt đã được chế tạo. Ngày nay, các máy công cụ hiện đại vẫn ứng dụng nguyên lý đó, với xu hướng phát triển hướng tới tốc độ cao và những dao cắt phủ kim cương trở nên sắc bén hơn.

Nước được công nhận là một công cụ “mềm” đầu tiên khi các dòng sông tự mở đường để xuyên qua lòng đất. Vào thời kỳ Ai Cập cổ đại, con người đã đổi hướng các nhánh sông để sục rửa đất cát nhằm tìm kiếm vàng và các khoáng sản. Đến thế kỷ 19, các dòng nước có vận tốc cao hơn đã được sử dụng để xói mòn và vận chuyển quặng ra khỏi các tầng địa chất cứng hơn như than đá. Khi các hoạt động khai thác mỏ mang lại lợi nhuận cao xuất hiện ở thành phố California (Mỹ), các loại máy bơm đã được phát triển vào thế kỷ 20 để tạo ra các tia nước nhanh hơn, tạo điều kiện cho sự ra đời của công nghệ cắt bằng tia nước vào năm 1970. Việc ứng dụng bơm tăng áp (intensifier pump) đã cho phép tạo ra các tia nước có vận tốc cao, đủ khả năng cắt đá và các vật liệu mềm.

Trong bài viết lần này, các chuyên gia từ công ty Techni Waterjet sẽ chia sẻ nội dung về ảnh hưởng của tốc độ dòng nước trong công nghệ cắt bằng tia nước.

Nguyên lý hoạt động của công nghệ cắt bằng tia nước có hạt mài
Vào năm 1980, tập đoàn Flow đã tiên phong trong việc tạo ra các hạt mài sắc cạnh chuyển động với vận tốc cao, có khả năng cắt được kim loại và các vật liệu cứng. Công nghệ này được gọi là cắt bằng tia nước có hạt mài (AWJ – abrasive waterjet), cần có các hệ thống bơm áp suất cao để giúp hạt mài đạt được vận tốc mong muốn.

Tuy nhiên, có hai giới hạn chính đối với mức áp suất sử dụng. Giới hạn thứ nhất là hiện tượng vật lý: nước sẽ hóa băng và không thể bơm được nếu áp suất đạt mức 150.000 psi ở nhiệt độ phòng. Để đạt được mức áp suất cao hơn, nước phải được gia nhiệt. Giới hạn thứ hai nằm ở độ tin cậy của thiết bị phần cứng và tính kinh tế, bởi áp suất càng cao thì hệ thống càng cần vật liệu chế tạo bền bỉ hơn và các giải pháp làm kín (seal) tốt hơn.

Tối ưu tốc độ và tiết kiệm chi phí
Cùng với sự tiến bộ của công nghệ, có thể ứng dụng mức áp suất cao hơn để thu được các tia nước có vận tốc lớn hơn. Nhờ vào tốc độ va đập (vận tốc) cao tạo ra ứng suất cắt lớn, nước và các hạt mài tương đối mềm vẫn có thể xuyên thủng các vật liệu cứng hơn, giống như hiện tượng một cọng rơm có thể găm xuyên qua thân cây trong một trận bão lớn. Hãy tham khảo biểu đồ bên dưới để thấy rõ cách tối ưu vận tốc tia nước tại các mức áp suất khác nhau, cũng như vận tốc của hạt mài khi pha trộn thêm 10% tỷ trọng hạt mài vào dòng nước.

Một trong những động lực quan trọng nhất của việc tăng vận tốc tia nước chính là giảm lượng hạt mài cần thiết, bởi điều này vốn tiêu tốn chi phí nhất trong quá trình vận hành. Khi vận tốc dòng cắt tăng lên, sẽ cần ít khối lượng hạt mài hơn. Ngược lại, nếu muốn vận hành ở vận tốc hạt mài thấp hơn (đồng nghĩa với việc sử dụng bơm áp suất thấp hơn), bắt buộc bù đắp cho sự sụt giảm vận tốc đó bằng cách tăng khối lượng hạt mài sử dụng, điều này sẽ làm tăng cao chi phí vận hành.

Các thế hệ máy bơm hiện nay đã có thể vận hành ổn định ở mức áp suất 90.000 psi, việc tăng vận tốc hạt mài mang lại lợi ích rất lớn trong việc giảm mức độ tiêu hao vật liệu, từ đó tiết kiệm tối đa chi phí. Vì vậy, khi doanh nghiệp đang cân nhắc đầu tư máy cắt bằng tia nước, hãy chọn dòng máy có áp suất cao nhất để có thể hoàn thành công việc nhanh hơn và tối ưu hóa hóa chi phí.

Để xem các tin bài khác về “Cắt bằng tia nước”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Shop Metalworking Technology