Giáo trình Công nghệ laser - Chương 5: Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình gia công

Ch−¬ng 5 Nh÷ng nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh gia c«ng

Nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng gia c«ng c¾t vµ ®ét lç b»ng laser vµ chÊt

l−îng s¶n phÈm bao gåm nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau. Tuy nhiªn cã thÓ ph©n thµnh hai

nhãm chÝnh : ¶nh h−ëng cña thiÕt bÞ c¾t vµ ¶nh h−ëng cña c«ng nghÖ c¾t.

5.1 ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè thiÕt bÞ c¾t :

C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh c¾t do c¸c th«ng sè cña thiÕt bÞ g©y nªn bao

gåm: ¶nh h−ëng lo¹i m¸y ph¸t , thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vµ c¸c thiÕt bÞ hæ trî kh¸c...

§èi víi thiÕt bÞ , do m¸y ph¸t laser cã nhiÒu lo¹i ( r¾n, láng, khÝ , hçn hîp...) vµ

øng víi mçi lo¹i c¸c ®Æc tÝnh cña m¸y l¹i kh¸c nhau nh− b−íc sãng, tÇn sè , c−êng ®é

xung , d¹ng xung....C¸c yÕu tè nµy ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng c¾t còng nh− ®é chÝnh x¸c

cña vËt c¾t .

Tuú thuéc vµo c«ng suÊt cña m¸y ph¸t c¸c nhµ c«ng nghÖ cÇn ph¶i chän cho phï

hîp víi lo¹i vËt liªô cÇn c¾t . Trªn b¶ng 5-1 dÉn ra mèi quan hÖ gi÷a n¨ng l−îng riªng

khi c¾t víi mét sè vËt liÖu phi kim .

B¶ng 5-1 [6]

VËt liÖu

N¨ng l−îng c¾t riªng

KJ/g

80

Composite

TÐctolit

50

Tectolit thuû

tinh

47

Thuû tinh th¹ch anh

Thuû tinh th−êng

Amiant tÊm

Nhùa

45

31

20

2,0

0,2

C¸c ton

Ngoµi ra h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc vËt gia c«ng phô thuéc vµo c«ng suÊt m¸y ph¸t .

Trªn h×nh 5-1 biÓu diÔn sù phô thuéc gi÷a c«ng suÊt m¸y ph¸t vµ chiÒu s©u xuyªn thÊu

cña lç.

62

h,

mm

Tiªu cù :

1

2

1- f = 50 mm

2 - f = 100 mm

3- f = 200 mm

20

10

0

3

50

100 150 200 P (w)

H×nh 5-1 ¶nh h−ëng cña c«ng suÊt m¸y ph¸t ®Õn chiÒu s©u lç c¾t [5]

, [6]

Khi c«ng suÊt m¸y ph¸t t¨ng lªn kh¶ n¨ng c¾t ®−îc vËt liÖu cµng dµy h¬n . MÆt

kh¸c khi tiªu cù cña thÊu kÝnh thay ®æi còng lµm thay ®æi chiÒu dµy c¾t ®−îc.

Trong qu¸ tr×nh khoan lç, chiÒu s©u cña lç chÞu ¶nh h−ëng nhiÒu sè l−îng xung

trong nh÷ng thêi gian kh¸c nhau . Trªn h×nh 6-2 h×nh d¹ng ®−êng cong cña ®å thÞ thÓ

hiÖn chiÒu s©u cña lç c¾t t¨ng lªn khi sè l−îng xung cµng t¨n, nh−ng ®Õn mét sè l−îng

xung nµo ®ã th× kh¶ n¨ng t¨ng ®−êng kÝnh lç kh«ng ®¸ng kÓ n÷a .

h, mm

0,7

1

2

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

3

4

5

1 2 3 4 5 6 7 8

H×nh 5-2 Sù phô thuéc gi÷a ®é s©u lç víi sè xung [5]

VËt liÖu ferit, chiÒu dµy 0,8 mm, n¨ng l−îng 1 xung lµ :

1 - 0,2 Jun; 2- 0,25 Jun; 3-0,35 Jun; 4-0,4 Jun; 5- 0,5 Jun

n, sè xung

63

Vc

D_{§Çu c¾t}

H×nh 5-3 Sù phô thuéc ®−êng kÝnh ®Çu má c¾t vµ vËn tèc c¾t [6]

Ngoµi ra ®é chÝnh x¸c gia c«ng cßn phô thuéc vµo c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. ViÖc

®iÒu khiÓn qóa tr×nh c¾t b»ng c¸c m¸y CNC sÏ cho phÐp ®¹t ®−îc ®é chÝnh x¸c s¶n phÈm

c¾t vµ chÊt l−îng vËt c¾t cao còng nh− t¨ng n¨ng suÊt qu¸ tr×nh c¾t .

5.2 ¶nh h−ëng cña c«ng nghÖ c¾t :

C¸c th«ng sè cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn h×nh d¹ng chiÒu s©u c¾t

còng nh− chÊt l−îng cña vËt gia c«ng .C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng cña c«ng nghÖ bao gåm tèc

®é c¾t , vÞ trÝ cña tiªu cù, ¸p suÊt dßng khÝ thæi ...

Tãc ®é c¾t cã quan hÖ mËt thiÕt víi kh¶ n¨ng c¾t chiÒu s©u còng nh− h×nh d¹ng tiÕt

diÖn ngang lç c¾t. Tèc ®é c¾t cµng cao th× chiÒu dµy c¾t cµng gi¶m Trªn h×nh 6-4 dÉn ra

®å thÞ biÔu diÔn quan hÖ gi÷a chiÒu s©u c¾t ®Õn chiÒu dµy cña vËt c¾t .

Tèc ®é c¾t

V

m/ph

2

Nguån laser 1,5 KW

1 - KhÝ ni t¬, (P=14 Bar)

6

2 - KhÝ O₂/N₂(PP=6Bar)

1

5

4

3

2

1

2

4

6

8

10 S, ChiÒu dµy c¾t (mm)

H×nh 5-4 Sù phô thuéc cña tèc ®é c¾t vµo chiÒu dµy vËt c¾t [17].

-VËt liÖu c¾t :thÐp cacbon A42

- C«ng suÊt nguån 1,5 Kw- §−êng kÝnh ®Çu c¾t laser

1,8mm - ¸p suÊt dßng khÝ hç trî c¾t 2bar (c¸ch bÒ mÆt 2mm)

64

Tuy nhiªn cã mét ®iÒu thó vÞ lµ khi tèc ®é c¾t cµng cao th× chiÒu réng r·nh c¾t

nhËn ®−îc cµng hÑp h¬n . Nguyªn nh©n nµy ®−îc gi¶i thÝch do sù truyÒn nhiÖt ra xung

quanh vïng c¾t gi¶m ®i . Trªn h×nh 6-5 dÉn ra c¸c r·nh c¾t kh¸c nhau khi sö dông c¸c tèc

®é c¾t kh¸c nhau ®Ó c¾t thuû tinh tectolÝt dµy 5mm , P = 2 kw .

1 - Tèc ®é c¾t 6,6m/ph

2 - Tèc ®é c¾t 16,6 m/ph

3 - Tèc ®é c¾t 25 m/ph

4 - Tèc ®é c¾t 33 m/ph

1

2

3

4

V₁< V₂< V₃< V₄.

H×nh 5-5 : Phô thuéc tiÕt diÖn r·nh c¾t vµo tèc ®é c¾t [6]

VÞ trÝ tiªu ®iÓm cña chïm tia laser so víi bÒ mÆt vËt gia c«ng lç ¶nh h−ëng rÊt ®¸ng

kÓ ®Õn h×nh d¸ng lç khoan còng nh− chiÒu s©u lç . Trªn h×nh 6-6 dÉn ra sù thay ®æi vÞ trÝ

tiªu ®iÓm cña chïm tia laser so víi bÒ mÆt ngang cña vËt gia c«ng . Râ rµng lµ khi tiªu

®iÓm cña chïm tia n»m ®óng trªn bÒ mÆt trªn cña vËt gia c«ng th× h×nh d¸ng cña lç khoan

theo chiÒu s©u ®Òu ®Æn h¬n vµ chiÒu s©u cña lç ®¹t ®−îc hîp lý nhÊt .

VÞ trÝ tiªu ®iÓm

H×nh 5-6 : Phô thuéc h×nh d¹ng cña lç gia c«ng vµ chiÒu s©u cña lç

vµo vÞ trÝ ®Æt tiªu ®iÓm cña chïm laser [4]

65

H×nh 5-6 : Phô thuéc h×nh d¹ng cña lç gia c«ng vµ chiÒu s©u cña lç

vµo vÞ trÝ ®Æt tiªu ®iÓm cña chïm laser [4

] a/ Mô tả hình học, b/ Ảnh trên mẫu kim tương của mẫu thí nghiệm

Ngoµi ra bÒ mÆt mÐp c¾t ®¹t ®−îc chÊt l−îng cao hay kh«ng cßn phô thuéc vµo

c«ng nghÖ c¾t cã sö dông dßng ¸p lùc khÝ thæi hç trî hay kh«ng còng nh− h−íng dÞch

chuyÓn chïm tia laser trong khi c¾t ?

Trªn h×nh 5-7 (a, b, c) lµ m« h×nh c¾t cã xØ vµ kh«ng cã xØ c¾t ë mÐp r·nh c¾t khi sö dông

chïm laser c¾t cã sö dông nguån khÝ thæi .Khi h−íng dÞch chuyÓn cña ®Çu c¾t dao ®éng

qua l¹i trong qu¸ tr×nh c¾t theo c¶ hai ph−¬ng x vµ y th× s¶n phÈm c¾t sÏ nh½n h¬n (H5-7b)

[11]

66

a/ Khi c¾t theo ®−êng th¼ng

a/

MÐp c¾t

Xû

MÐp c¾t

Xû

b/

b/ Qu¸ tr×nh c¾t cã chuyÓn ®éng ngang th× mÐp c¾t nh½n h¬n

MÐp c¾t

Kh«ng cã xû

c/

c/ Khi cắt Cã sö dông khÝ ®Ó thæi

H×nh 5-7 Mét sè d¹ng mÐp c¾t khi cã sö dông khÝ thæi [11]

Ngay c¶ lo¹i khÝ dïng trong qu¸ tr×nh thæi c¾t còng ¶nh h−ëng ®Õn chiÒu dµy c¾t vµ tèc

®é c¾t cùc ®¹i.

chïm tia laser t¸c dông.

h,

mm

2

1

5

10

V, m/s

10

b/

20

V, m/s

a/

H×nh 5-8 Sù phô thuéc vµo tr¹ng thµnh phÇn líp s¬n phñ trªn bÒ mÆt thÐp 45 ®¸nh bãng.

a - Khi V<= 6 m/s [6]

b - Khi V > 6 m/s

67

R ,

Cm

0,3

0,2

0,1

0,0

10⁴10⁵

10⁶

KG/cm²

H×nh 5-9

Sù phô thuéc b¸n kÝnh lç vµo ¸p lùc ph¶n lùc cña h¬i [8]

§Ó gi¶m tiªu hao nguån nhiÖt ng−êi ta sö dông dßng khÝ hæ trî nh»m ®¶y c¸c s¶n

phÈm ch¸y ra khái r¶nh c¾t d−íi t¸c dông cña ®éng lùc häc dßng khÝ v−ît qu¸ giíi h¹n søc

c¨ng bÒ mÆt cña c¸c giät kim lo¹i láng.

68