tiểu luận cơ khí về gia công

Mục lục
Trang
1. giới thiệu chủ đề nghiên cứu:
1.1 giới thiệu lĩnh vực nghiên cứu. 3
1.2 giới thiệu vấn đề nghiên cứu và mục đích nghiên cứu. 4
1.3 giới thiệu lịch sử hình thành và nguồn phát laser trong các máy cắt. 6
2. tổng quan về nghiên cứu:
2.1 tổng quan các tài liệu liên quan tới vấn đề nghiên cứu. 8
2.2 Phần nghiên cứu của các tác giả trước.
2.2.1 các nhân tố ảnh hưởng tới kết quả bề mặt gia công của phôi. 9
2.2.2 Nghiên cứu độ nhám bền mặt khi cắt thép các bon thấp. 13
2.2.3 chất lượng bề mặt sau khi cắt laser. 15
2.3 Kết luận các phần nghiên cứu trên. 18
3. đề xuất hướng nghiên cứu sử dụng nguồn laser cắt thép các bon thấp:
3.1 mục tiêu nghiên cứu. 20
3.2 Phương pháp nghiên cứu. 20
3.3 Các công cụ cần thiết cho nghiên cứu. 20
3.4 Dự kiến kết quả đạt được. 22
3.5. hướng phát triển. 23
4. Kết luận: 24
-Các mục tiêu đã đạt được của các nghiên cứu trước.
- Các tồn tại của các nghiên cứu trước.
5. tài liệu tham khảo. 24
Lời nói đầu
Phương pháp gia công(cắt) kim loại bằng tia laser là một trong các phương pháp
gia công đặc biệt nó là một môn khoa học trong ngành kỹ thuật cơ khí.
Phương pháp này ra đời nhằm thay thế giải quyết cho các phương pháp gia công
truyền thống như:tiện, phay, bào, hàn,chuốt…vì gia công truyền thống không gia
công được hoặc gia công không đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật đối với vật liệu mới
vì vật liệu mới hiện nay có đặc điểm:độ cứ,độ bền cao,khả năng chụi mài mòn tốt
chụi đựng được trong các môi trương hóa chất…

Phương pháp gia công đặc biệt có khẳ năng gia công được tất cả các loại vật liệu
mới với bất kỳ cơ tính nào,gia công được hầu hết các chi tiết phức tạp,tiết kiệm
được nguyên vật liệu, đạt độ chính xác cao và hoàn toàn cơ khí hóa tự động hóa
Trong bài tiểu luận cơ khí này, giới thiệu về phương pháp gia công lase khả năng
công nghệ và các đặc điểm kỹ thuật, các nhân tố ảnh hưởng, các nghiên cứu của
các tác giả trước về tác động tới phôi khi gia công với nguồn năng lượng này đồng
thời đưa ra hướng hạn chết một số các nhược điểm thông qua thực nghiệm như có
thế cắt ở chế độ nào phù hợp nhất với vật liệu nào tốt nhất.
Bài tiểu luận chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu xót mong các thầy cô giáo và các bạn
bổ xung và sửa chữa cho bài dần được hoàn thiện hơn. Chúng em xin cảm ơn!
1.Giới thiệu đề tài nghiên cứu
1.1. Giới thiệu về lĩnh vực nghiên cứu
- Gia công cơ khí là việc sử dụng những công cụ máy móc, thiết bị, phôi đề tạo
ra ra các chi tiết phù hợp với yêu cầu . có nhiều các phương pháp gia công khác
nhau: hàn ,cắt, dập, đúc … . Trong đó gia công cắt gọt được phổ biến hơn cả chiếm
khoảng 50-60% khối lượng lao động trong máy cơ khí và cũng chiến 50 % giá
thành sản phẩm. Hiện nay có hai phương pháp đang được sử dụng để cắt gọt:
phương pháp truyền thống và phương pháp gia công tiến tiến.
- Các phương pháp gia công truyền thống như: Tiện , phay , khoan và mài; các
phương pháp này sử dụng các dụng cụ cắt chủ yếu là dao, đá mài tiếp xúc trực tiếp
với phôi và lấy đi các phoi. Phương pháp này đang được áp dụng một cách rộng rãi
và có hiệu quả tuy nhiên có một số hạn chế, ví dụ: gia công một số vật liệu nào đó
( kim cương, kính, hợp kim cứng…) cực kỳ khó khăn hoặc không thực hiện được,
một số các sản phẩm đặc trưng ngành không gian và công nghệ cao. Từ đó các kỹ
sư đã nghiên cứu ra các phương pháp gia công khác hoàn toàn với gia công truyền
thống đó là phương pháp gia công tiên tiến: Sử dụng dạng năng lượng khác: tia lửa
điện, laze, tia nước, tia electron, điện hóa mài mòn điện hóa, sóng siêu âm, tia
plasmar…
Gia công phương pháp tiên tiến sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau để
biến đổi phôi thay vì sử dụng các dụng cụ cắt thông dụng do dó có nhiều đặc điểm

ưu việt hơn so với các phương pháp truyền thống. Phương pháp gia công khi sử
dụng tia laze là một trong số những phương pháp tiên tiến đó.
-Nguyên do chọn lựa đề tài: do một số các ưu điểm khi cắt bằng nguồn laser so với
các phương pháp khác:
+ õy l phng phỏp tiờn tin nờn cú u vit hn cỏc phng phỏp tip xỳc thụng
thng: Khụng dựng dng c ct, khụng dựng lc ct, ch gia cụng ờm hn cỏc
gia cụng khỏc.
+ S chớnh xỏc v kh nng gia cụng cỏc l nh v ng ct chun xỏc vi bin
dng xung quanh vựng gia cụng ớt.
+Cú kh nng lm vic trong mụi trng khụng khớ, khớ tr, chõn,khụng,hoc ngay
c trong cht lng hay cht rn truyn quang, khụng cú vn tớch in trong mụi
trng.
+Ct c nhng v trớ phc tp, v trớ khú tip cn, cú kh nng to ra cỏc rónh
rt hp.
+Cú kh nng t ng húa cao.gia cụng t chớnh xỏc cao, b mt phng v cỏc
b mt phc tp, thớch ng vi h thng CAD/CAM.
=> nhng u im ny ma phng phỏp gia cụng ny ó c quan tõm phỏt trin
chng nhng trong ngnh cụng nghip ch to m cũn trong ngnh truyn thng,y
hc, o lng [1]
1.2. Gii thiu v vn nghiờn cu v mc ớch nghiờn cu.
Vn nghiờn cu.
Phng phỏp gia cụng bng tia laze s dng ngun nng lng laze gia cụng.
Tựy theo mc nng lng v c tớnh tia laze m c ng dng khỏc nhau vd nh
:Tỏc dng v quang nh v, tỏc dng v gia cụng,tỏc dng trong y t, sn
xut
õy ta ch quan tõm ti lazer gõy tỏc dng nhit v ng dng nú trong vic ct
kim loi.
Ngun laser c s dng lm ngun nng lng cho cỏc quỏ trỡnh, ng dng
nhiu trong k thut, tp chung vo ng dng c th ngi ta s chia ra cỏc
phng phỏp ct sau:

+ Phơng pháp đột biến về nhiệt: Đây là phơng pháp lợi dụng sự tập trung nhiệt
đột ngột tại một điểm rất nhỏ trên bề mặt vật cắt và liên tục phát triẻn với tốc độ
cao (cở m/s), gây nờn gẫy đột biến và tạo nên rãnh cắt. Phơng pháp này thờng
dùng khi cắt vật liệu dòn.
+Phơng pháp cắt bằng khoan dùng tia laser khoan các lổ sâu hoặc không sâu, sau
đó bẻ gẫy bằng cơ học. Phơng pháp này thờng dùng khi cắt vật liệu dòn.
+Phơng pháp nóng chảy, đốt cháy và thổi: Làm cho vật liệu nóng chảy, cháy sau
đó thổi các sản phẩm cháy đi ,tạo nên rãnh cắt. Trong quá trình nóng chảy đồng
thời xảy ra phản ứng cháy cung cấp nhiệt bổ sung nên năng lơng tơng đơng
tăng lên rất nhiều (10 lần) so với khoan cắt
+Phơng pháp nóng chảy và thổi: Nung nóng chảy vùng bị cắt và dùng khí áp suất
cao thổi chung ra khỏi vùng cắt và tạo nên rãnh cắt.
+Phơng pháp bay hơi: Sử dụng nguồn nhiệt cao, tập trung làm cho vật liệu bay
hơi tạo nên rãnh cắt.
+Phơng pháp cắt nguội : Dùng laser có dãi tần số vùng cực tím có năng lợng
siêu cao để cắt. Phơng pháp này dùng để cắt vật liệu platic, vi phẩu thuật. Chất
lợng mép cắt rất cao. [2]
Trong ni dung tiu lun ny s trỡnh by cỏc nh hng ca vic ct vt liu s
dng phơng pháp nóng chảy và thổi: Nung nóng chảy vùng bị cắt và dùng khí áp
suất cao thổi chỳng ra khỏi vùng cắt và tạo nên rãnh cắt, s dng nghiờn cu
vn ct kim loi st cỏc bon.
Mc ớch nghiờn cu
- Tỡm hiu v ngun gc lch s hỡnh thnh tia lazer
- Tỡm hiu v cu to ngun nng lng to ra tia laser
- Nghiờn cu laze ct kim loi vt liu (thộp)
- nghiờn cu nh hng cht lng b mt ct khi ct vi tia laser vi thộp
cỏc bon thp
- sut hng nghiờn cu nh hng nhit gia cụng khi s dng ngun
nng lng ln laser ct vt liu st cỏcbon v so sỏnh kt qu gia cụng vi
cỏc phng phỏp khỏc.

1.3 giới thiệu lịch sử hình thành và nguồn phát laser trong các máy cắt:
A.Tìm hiểu về nguồn gốc tia laze:
- Tia laser đầu tiên được phát minh vào tháng 5 năm 1960 bởi Maiman. Nó là
loại laser hồng ngọc (rắn).
Laser uranium đầu tiên bởi phòng thí nghiệm IBM (tháng 11 năm 1960).
Laser khí Helium-Neon đầu tiên bởi Phòng thí nghiệm Bell vào năm 1961.
Laser bán dẫn đầu tiên bởi Robert Hall ở phòng thí nghiệm General Electric năm
1962.
Laser khí CO2 và Nd:YAG đầu tiên bởi phòng thí nghiệm Bell năm 1964.
Laser hóa năm 1965, laser khí kim loại năm 1966,…
Để sử dụng gia công vật liệu, laser phải có đủ năng lượng. Người ta thường dùng
các laser sau để gia công vật liệu: laser CO2, laser Nd-YAG hoặc laser Nd-thủy
tinh và laser excimer
Trong lĩnh vực gia công kim loại thường dùng laser rắn vì công suất chùm tia
tương đối lớn và có kết cấu thuận tiện. [2]
B. Tìm hiểu về cấu tạo nguồn năng lượng laser trong gia công kim loại
2
5
4
1
3
Tia laser
Sự hình thành của laser:
Trong đó: hình 1
1. Môi trường hoạt tính:
Là môi trường chứa các hợp chất giúp biến đổi mức năng lượng nguồn sáng kích
thích (có mức năng lượng thấp) thành nhưng tia sáng có năng lượng cao laze: có
nhiều môi trường kể trên như CO2, Nd-YAG, thanh hồng ngọc…
2. Nguồn sáng kích thích:
Nguồn sáng ban đầu cung cấp năng lượng cho quá trình tạo ra tia laze, được điều

khiển thoong qua bộ điều khiển, sẽ điều khiển gián tiếp năng lượng đầu ra.
3. Buồng cộng hưởng quang học:
Có tác dụng biến đổi nguồn sáng kích thích thành trạng thái ánh sáng có năng
lượng mới laze, nhờ tác dụng của môi trường hoạt tính 1, tại đây ánh sáng sẽ đi qua
nhiều lần và biến đổi dần dần
4,5 gương phản xạ :
4 gương phản xạ toàn phần khi ánh sáng chiếu tớ nó được phản xạ lại.
5, gương phản xạ bán toàn phần phản xạ lại những tia sáng chưa đủ năng lượng,
khi tia sáng đủ năng lượng sẽ cho đi qua
Những tia sáng đủ năng lượng đi qua đó chính là tia laser. [1]
Laser-Beam Machining

2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
2.1 tổng quan các tài liệu liên quan tới vấn đề nghiên cứu
Các tài liệu liên quan: phương pháp gia công đặc biệt, công nghệ laser, đặc điểm
nhám bề mặt khi cắt với laser CO2 .
-phương pháp gia công đặc biệt nghiên cứu tới laser cắt các vật liệu khác nhau, khả
năng gia công laser với các phương pháp khác.
- công nghệ laser nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng tới phôi khi cắt bao gồm
công suất máy phát, các mối quan hệ giữa vận tốc, khả năng cắt của thiết bị
- c im nhỏm b mt khi ct thộp cỏc bon thp vi laser CO2 nờu ra c
nhng nh hng tựy theo mc ớch s dng m s la chn thụng s no lm tiờu
im:
Nu ct trong cụng nghip thỡ khi lng cụng vic ln nờn tc ct s nh
hng rt ln n hiu qu cụng vic, do ú m tc cn cao v cú th nhỏm
mc trung bỡnh. Vi mt s cỏc chi tit khụng cn nhỏm thỡ cú th tớnh toỏn
sao cho tc ln nht m nú t c.
Nu ng dng trong cỏc nghnh k thut cú chớnh sỏc cao thỡ yờu cu v tc
s khụng phi l ch yu na, t thc nghim t thit lp ra cỏc cụng thc tớnh toỏn
v tc no nng lng no chi tit s t nhỏm cao nht, chớnh sỏc nht t

ú s la chn cỏc thụng s phự hp
2.2 Phn nghiờn cu ca cỏc tỏc gi trc:
2.2.1, cỏc nhõn t nh hng ti kt qu b mt gia cụng ca
phụi:
-Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình cắt do các thông số của thiết bị gây nên bao
gồm: ảnh hởng loại máy phát , thiết bị điều khiển và các thiết bị hổ trợ khác
Đối với thiết bị , do máy phát laser có nhiều loại ( rắn, lỏng, khí , hỗn hợp ) và
ứng với mỗi loại các đặc tính của máy lại khác nhau nh bớc sóng, tần số ,
cờng độ xung , dạng xung Các yếu tố này ảnh hởng đến chất lợng cắt cũng
nh độ chính xác của vật cắt.
Các thông số của quá trình công nghệ ảnh hởng nhiều đến hình dạng chiều sâu
cắt cũng nh chất lợng của vật gia công .Các yếu tố ảnh hởng của công nghệ
bao gồm tốc độ cắt , vị trí của tiêu cự, áp suất dòng khí thổi
2.2.1.1 nh hng ca vt liu ct:
Mt u im khỏ ln l a s cỏc vt liu u thớch hp vi gia cụng ct: vi, giy,
g, thy tinh ri thộp c bit l thộp tm, titanium (thng dựng cho ngnh hng
khụng), nhụm ng thau . Thộp cỏc bon l loi vt liu kim loi d ct nht bng
laser. Cỏc loi thộp hp kimthp nh AISI 4140, 8620, cú iu kin ct tng t
nh thộp cỏc bon.[1]
-c tớnh v kh nng hp th nng lng ỏnh sỏng ca vt liu:
lng hp kim trong thộp tng thỡ quỏ trỡnh ct tr nờn khú khn hn. Vi thộp
dng c cú hm lng vonfram cao thỡ tc ct rt chm v cú x.
tuy nhiờn, kh nng ct ph thuc rt ln vo kh nng hp th ỏnh sỏng ca vt
liu, vi cỏc vt liu hp th kộm nh ng, nhụm, ỏnh sỏng s b phn li v cú
th lm hng cỏc thit b ct (u lazer) nờn cỏc ch ct bng phng phỏp khỏc
s c u tiờn hn.
lng CO2 cung cp ln (1500w) b dy l nh nhau nhng ,nhụm l vt liu d
ct hn c, sau ú l titan v ng. Vi ng tc ct chm hn rt nhiu
so vi cỏc vt liu khỏc cựng b dy, do nh hng ca tớnh cht vt liu
n kh nng hp th nng lng laze.

Hỡnh 2, nh hng vt liu ct
2.2.1.2 cụng sut mỏy phỏt:
Khi công suất máy phát tăng lên khả năng cắt đợc vật liệu càng dày hơn. Mặt
khác khi tiêu cự của thấu kính thay đổi cũng làm thay đổi chiều dày cắt đợc.
Trong quá trình khoan lỗ, chiều sâu của lỗ chịu ảnh hởng nhiều số lợng xung
trong những thời gian khác nhau.
Hỡnh 3.nh hởng của công suất máy phát đến chiều sâu lỗ cắt
2.2.1.3 nh hng lng xung ti sõu l:
ct vt liu vi laser nờn ngi ta thng iu chnh nng lng u ra thụng
qua tn s xung. Tn s xung cng ln nng lng s tng v ngc li. Dạng
đờng cong của đồ thị thể hiện chiều sâu của lỗ cắt tăng lên khi số lợng xung
càng tăng, nhng đến một số lợng xung nào đó thì khả năng tăng đờng kính lỗ
không đáng kể nữa.
Hỡnh 4.Sự phụ thuộc giữa độ sâu lỗ với số xung
Vật liệu ferit, chiều dày 0,8 mm, năng lợng 1 xung là :
1 - 0,2 Jun; 2- 0,25 Jun; 3-0,35 Jun; 4-0,4 Jun; 5- 0,5 Jun
2.2.1.4 phụ thuộc đờng kính đầu mỏ cắt và vận tốc cắt:
Hỡnh 5.Sự phụ thuộc đờng kính đầu mỏ cắt và vận tốc cắt
Qua th ta thy khi ng kớnh u ct quỏ nh thỡ vn tc nh, v vn tc tng
nhanh dn khi ng kớnh u ct tng ti 1 giỏ tr gii hn, nng lng tp chung
s gim do ú vn tc s b gim xung , do vy chỳng ta cn chn ng kớnh u
ct 1 cỏch hp lý tc ct t giỏ tr ln.
2.2.1.5 Sự phụ thuộc của tốc độ cắt vào chiều dày vật cắt:
Tóc độ cắt có quan hệ mật thiết với khả năng cắt chiều sâu cũng nh hình dạng
tiết diện ngang lỗ cắt. Tốc độ cắt càng cao thì chiều dày cắt càng giảm.
qua thc nghim ta thnh lp c th biu din c sự phụ thuộc của tốc độ
cắt vào chiều dày vật cắt:
Hỡnh 6 Sự phụ thuộc của tốc độ cắt vào chiều dày vật cắt
Vật liệu cắt :thép cacbon A42, P=1.5, Kw, D= 1.8mm, áp suất dòng khí hỗ trợ cắt :

2bar (cách bề mặt 2mm)
2.2.1.6 s ph thuc ca rónh ct vi tc ct:
- Khi tốc độ cắt càng cao thì chiều rộng rãnh cắt nhận đợc càng hẹp hơn do sự
truyền nhiệt ra xung quanh vùng cắt giảm đi.Trên hình sau õy dẫn ra các rãnh cắt
thuỷ tinh tectolít dày 5mm,P = 2 kw vi V1 < V2 < V3 < V4.

Hỡnh 7 s ph thuc ca rónh ct vi tc ct
1 - Tốc độ cắt 6,6m/ph 2 - Tốc độ cắt 16,6 m/ph 3 - Tốc độ cắt 25 m/ph
4 - Tốc độ cắt 33 m/ph.
2.2.1.7 Phụ thuộc hình dạng của lỗ gia công và chiều sâu của lỗ vào vị trí đặt
tiêu điểm của chùm laser:
-Vị trí tiêu điểm của chùm tia laser so với bề mặt vật gia công lỗ ảnh hởng rất
đáng kể đến hình dáng lỗ khoan cũng nh chiều sâu lỗ.Tiêu điểm của chùm tia
nằm đúng trên bề mặt trên của vật gia công thì hình dáng của lỗ khoan theo chiều
sâu đều đặn hơn và chiều sâu của lỗ đạt đợc hợp lý nhất .
Hỡnh 8 : Phụ thuộc hình dạng của lỗ gia công và chiều sâu của lỗ vào vị trí đặt
tiêu điểm của chùm laser
-Ngoài ra bề mặt mép cắt đạt đợc chất lợng cao hay không còn phụ thuộc vào
công nghệ cắt có sử dụng dòng áp lực khí thổi hỗ trợ hay không, hớng dịch
chuyển chùm tia laser trong khi cắt.
-Ngoài ra độ chính xác gia công còn phụ thuộc vào các thiết bị điều khiển. Việc
điều khiển qúa trình cắt bằng các máy CNC sẽ cho phép đạt đợc độ chính xác sản
phẩm cắt và chất lợng vật cắt cao cũng nh tăng năng suất quá trình cắt .
2.2.2 Nghiên cứu độ nhám bền mặt khi cắt thép các bon thấp:
đặc điểm nhám bề mặt khi cắt với laser CO2
Cắt laser (CO2) với tấm kim loại. Để điều tra chất lượng bề mặt, ta chọn để phân
tích độ nhám trung bình, hoặc Ra thô bề mặt, được thể hiện như:

Trong đó z là độ nhám profin thật, L: chiều dài khoảng đang sét
Một cách tổng quát cho thấy rằng độ nhám Ra tăng khi tăng năng lượng Laser. Ra,

và Rz giá trị sẽ được đánh giá tùy thuộc vào hai thử nghiệm điều kiện: năng lượng
và tốc độ cắt:
Hình 9
Kết quả thực nghiệm thu được bằng cách đo độ nhám quang học 3D được đưa ra
trong hình 10
Ra: sai lệch độ nhám profin trung bình, các giá trị này được sắp sếp theo vận tốc:

Hình 10,ảnh hưởng năng lượng tới Ra
Ta thấy tốc độ cắt tăng lên, khi cắt với tốc độ thấp 600mm/min: độ nhám Ra giảm
đi khi tăng công suất phát laser , đặc biệt chú ý khi cắt tại vận tốc 1200mm/min
công suất lớn hơn 4 kw độ nhám tăng nhanh giá trị là gần như liên tục. Tốc độ cắt
cao nhất (2200 mm / min) Ra không thay đổi nhiều. [6,131]
Rz: ảnh hưởng của tốc độ cắt và năng lượng tới giá trị nhám bề mặt (Rz độ nhám
trung bình theo 10 điểm):

Hình 11, mối quan hệ năng lượng và Rz
Quá trình thay đổi Đáng kể giá trị Rz xảy ra với tốc độ cắt thấp (600 mm / phút)
khi năng lượng bị giảm đi giá trị độ nhám này tăng lên rõ rệt. Tại giá trị năng
lượng của 4 KW, Rz gần như hằng số. [6,131]
2.2.3 chất lượng bề mặt sau khi cắt laser :
Nghiên cứu cắt laser được thực hiện trên các thiết bị cắt laser công suất tối đa 3200
W. phôi độ dày 6 mm được làm bằng thép carbon thấp (0,2% C,0,8-1,4% Mn,
0,015% S, 0,012% N, 0,3% Cu) và thép không gỉ (11% Cr,11% Ni, 0,8% Si, 2%
Mn).
Hình 12 hình ảnh mẫu cắt thử làm thí nghiệm
Đường viền của phôi gia công được đo dọc theo đường giữa các điểm đánh dấu (A
- B và C - D). Hình ảnh nghiên cứu được phân tích tại vị trí "E".Tốc độ cắt Laser,
Vf được thay đổi trong quá trình nghiên cứu (Bảng 1)

Hình 13,biểu diễn tốc độ và vị trí phân tích

Hình 14 bề mặt khi gia công với tốc độ 3000mm/phút và 3300mm/phút, với
thép ít các bon.
Hình 15 bề mặt khi gia công với tốc độ 1800mm/phút và 2400mm/phút, với
thép ít các bon.
Trong các thí nghiệm các mẫu phôi với độ lặp chiều cao đạt được độ lệch hình
dạng không vượt quá giá trị của thép cacbon thấp ± 0,03 mm và thép không gỉ ±
0,02 mm. Phôi gia công mm 2400 tốc độ / min (thép carbon thấp) và 1700mm/min
(thép không gỉ) có giá trị nhỏ nhất. các giá trị cao nhất khi gia công tốc độ 3300
mm / min (thép carbon thấp) và 1360 mm / min (thép không gỉ). [7,11]
Các giá trị của các thông số độ nhám bề mặt được lựa chọn cho tốc độ cắt khác
nhau được hiển thị trong hình dưới
Hình 14 Hình ảnh độ nhám khi cắt với tốc độ khác nhau
Hình15. Các giá trị của các thông số độ nhám bề mặt được lựa chọn cho tốc độ cắt
khác nhau. [7]
2.3 Kết luận các phần nghiên cứu trên:
-Cũng giống như các phương pháp khác một số các thông số ảnh hưởng tới bề mặt
gia công của chi tiết , với laser đã loại bỏ được một số như gây ứng suất do tiếp
súc, chất lượng bề mặt sau khi gia công. Tuy nhiên, khi chất lượng bề mặt được
đảm bảo thì ta sẽ nghiên cứu sâu hơn cho các chi tiết phức tạp hơn, yêu cầu kỹ
thuật cao hơn và vấn đề năng suất cũng phải được kể đến thông qua vận tốc cắt của
nó.
Các yếu tố ảnh hưởng khi gia công vật liệu bao gồm: ảnh hưởng bởi laser, ảnh
hưởng bởi vật liệu, ảnh hưởng kết cấu:
- các phần nghiên cứu về laser với vật liệu thép các bon thấp cho thấy:
+ Đặc điểm nhám bề mặt: khi cắt với laser CO2 cho thấy năng lượng tăng khi cắt
ở tốc độ thấp làm giảm độ nhám nhưng tốc độ cao làm nhám bề mặt tăng lên, tuy
nhiên dựa vào đồ thị tốc độ cắt tối ưu là 2200mm/phút ở công suất 3kw vật sẽ đạt
chất lượng cao nhất.
+ Khi cắt với các vật với năng lượng cao đồng nghĩa với việc công suất lớn hơn
khả năng cắt tốt và tốc độ nhanh hơn.

+ Đối với yếu tố vật liệu: đây là yếu tố được quyết định bởi vật liệu của chi tiết nếu
tính chất có cơ tính càng vững chắc thì càng cần tới năng lượng phá hủy càng lớn
đo đó đòi hỏi công suất nguồn phải đủ lớn. Một số vật liệu cơ tính mức trung bình
nhưng tính chất phản xạ ánh sáng tốt thì hiệu quả cắt giảm.
+ Đối với kết cấu của chi tiết: bề dày tỉ lệ thuận với nguồn năng lượng, tỉ lệ nghịch
với vận tốc do đó cần phải tính toán cho bề dày chi tiết phù hợp, khi khả năng
nguồn năng lượng giới hạn bởi công nghệ.
Trong sản xuất các yếu tố có mối quan hệ chặt chẽ với nhau tùy theo yêu cầu của
chi tiết gia công mà sẽ chỉnh các yếu tố đo ở mức phù hợp nhất. Nếu lấy chất
lượng gia công làm hàng đầu mà yếu tố công nghệ kỹ thuật không thể hoặc khó có
thể đạt được.Tốc độ cũng là một yếu tố quan trọng trong sản xuất công nghiệp
hàng loạt.
3.đề xuất hướng nghiên cứu sử dụng nguồn laser cắt
thép các bon thấp:
-Hướng nghiên cứu sẽ tập chung vào nghiên cứu các nhược điểm của phương pháp
laser đồng thời cùng môt loại chất liệu sẽ tìm được phương pháp nào tốt dễ gia
công mà chi phí cho quá trình gia công đó nhỏ. Trước tiên phương pháp dùng laser
với một số các phương pháp khác có ưu điểm chung sau:
Gia công nước: gia công được các vật liệu mà tia nước không thể gia công: vd hợp
kim cứng, kim cương; có thể đạt chính sác bằng hoặc hơn tia nước; gia công được
với vật liệu dày hơn, vết cắt nhỏ nên chính sác hơn và ít tốn vật liệu hơn.Ưu điểm
hơn phương pháp tia lửa điện như gia công nhanh, chính sác, chất lượng vết cắt tốt
hơn. Tuy nhiên có 1 số nhược điểm: Hiệu suất thấp, khó điều chỉnh công suất ra,
khả năng điều chỉnh độ lệch tia kém hơn tia điện tử, có kỹ thuật cao, sự phá hủy
về nhiệt có ảnh hưởng tới phôi.
Các phần nghiên cứu trên đề nêu các nhân tố ảnh hưởng tới phôi, nhưng chưa
có phần nghiên cứu về ảnh hưởng bởi nhiệt. Nhóm đã đề suất cho đề tài để hạn
chế một số các nhược điểm trên, phần nghiên cứu này sẽ tập chung vào khảo sát
những đặc điểm khi gia công bằng laser với tấm thép dày thấp các bon là: khảo
sát vùng ảnh hưởng bởi nhiệt tại vùng cắt, đặc điểm bề mặt khi cắt với tấm dày

và so sánh các phương pháp gia công tiên tiến khác.
Để tận dụng thêm nguồn chi tiết sau gia công thì ngoài khảo sát về nhiệt sẽ
khảo sát luôn cả phần đặc điểm bề mặt khi cắt với tấm dày và so sánh các
phương pháp gia công tiên tiến khác.
3.1 mục tiêu:
Xây dựng cơ sở của phương pháp sử dụng nguồn tia laser để cắt các tấm thép dày
các bon thấp:
+ Với công suất máy lớn sử dụng nguồn laser công suất phát ra được điều chỉnh
thông qua tần số xung.
+ đánh giá được ảnh hưởng bởi nhiệt tại vùng gia công đến tổ chức tế vi trước và
sau khi gia công; từ đó thấy được sự tác động tới độ cứng của chi tiết thông qua
việc đo độ cứng.
+ đánh giá được chất lượng bề mặt sau khi gia công, ứng dụng chi tiết.
+ Ngoài yếu tố về nhiệt đánh giá thêm việc tác động các yếu tố khác trong quá
trình gia công tới chi tiết sau gia công như: loại khí bảo vệ, áp suất khí, môi
trường, độ dày chi tiết, nguồn phát.
+ Đánh giá sự ưu việt của phương pháp dùng laser với sử dụng các phương pháp
khác.
3.2 Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp được tiến hành thông qua thực nghiệm, qua các mẫu thử và dựa trên
sự phân tích các kết quả đã có trước đó.
3.3 công cụ cho nghiên cứu:
- công cụ thí nghiệm:
Sử dụng nguồn laser công suất lớn có thể sử dụng nguồn laser CO2 hoặc nguồn
laser ND-YAG công suất có thể từ 1000w-5000w được điều khiển chính sác b»ng
m¸y CNC.
Máy đo độ cứng để xác định độ cứng từ đó nêu ảnh hưởng của phương pháp laser
này tới cấu trúc của vật liệu.
Các công cụ cho việc quan sát: nhám, tổ chức tế vi của vật liệu, thí nghiệm gia
công cắt laser qua mẫu thử nhằm đánh giá các tấm thép dày thấp các bon, được

phân tích dựa trên phân tích hình ảnh mẫu thử nên sử dụng kính hiểm vi quang học
điện tử. So sánh các mẫu thử với các phương pháp sử dụng tia nước, tia plasmar,
hạt điện tử ở các môi trường về tác động khi điều kiện môi trường thay đổi trong
khi gia công như nhiệt độ, oxi hóa bề mặt…
Sử dụng các loại khí hỗi trợ trong gia công laser: O2,CO2, 1 số các loại khí trơ,
trong quá trình thí nghiệm sẽ ghi các số liệu đo được nêu ảnh hưởng của các khí
này.
- công cụ tính toán:
Ngoài ra áp dụng các cơ sở lý thuyết độ chính sác sau khi gia công, các phương
pháp đo, đánh giá chất lượng bề mặt đối với chi tiết đó: Ra,Rz. Các tiêu chuẩn áp
dụng độ nhám khi cắt ở các chế độ khác nhau :
Hình 15 Sai lệch trung bình Ra
Sai lệch trung bình số học của prôfil Ra, được đo bằng µm. Là trung bình số học
các giá trị tuyệt đối của prôfil (hi) trong khoảng chiều dài chuẩn (L)
Hình 16 Chiều cao trung bình của prôfil Rz
Chiều cao trung bình của prôfil Rz, µm. Là trị số trung bình của tống các giá trị
tuyệt đối của chiêu cao 5 đỉnh cao nhất (ti) và chiều sâu của 5 đáy thấp nhất (ki)
của prôfil trong khoảng chiều dài chuẩn (L).
Hình 17 Các cấp độ nhẵn bề mặt
Qua đó đánh giá chất lượng bề mặt và ảnh hưởng bởi nhiệt với vật liệu dày.
Áp dụng lý thuyết biến đổi tổ chức tế vi của vùng chịu ảnh hưởng bởi nguồn nhiệt
laser trong quá trình bắt đầu tác động, quá trình cắt, kết thúc quá trình.
3.4 Dự kiến kết quả đạt được:
- đánh giá được vật liệu dày có ảnh hưởng nhiều chất lượng bề mặt hay không?
- nhiệt có phải là nguyên nhân chủ yếu tới chất lượng bề mặt.
- Nhiệt và độ dày có ảnh hưởng tới nhiều sự thay đổi tính chất cơ học của chi
tiết trước và sau khi gia công. Mối quan hệ giữa nhiệt và độ dày có tỉ lệ
thuận hay nghịch tới chất lượng sau gia công.

Hình minh họa tia laser cắt tấm kim loại dày

- Phân tích và đánh giá được sự tác động nhiều hay ít của nguồn nhiệt khi gia
công với vật liệu dày: khi một chi tiết hoàn thành nó cần đáp ứng những yêu cầu
kỹ thuật do đó rất cần thiết để nghiên cứu tổ chức của nó cho các quá trình công
nghệ tăng bền sau khi gia công.
- so sánh được ảnh hưởng bởi nhiệt đồng thời tính kinh tế của laser với các
phương pháp khác.
- Đo được độ nhám và đề suất ứng dụng cho các chi tiết máy nào.
- Phân tích được mối ảnh hưởng của khí tác động vào chất lượng gia công.
3.5. hướng phát triển
Công nghệ tia laser có thể ứng dụng rộng rãi hơn, nếu có thể tăng hơn năng lượng
của chùm tia laser và kéo dài hơn thời gian một xung,đến mức có thể vận hành liên
tục hoàn toàn.
Cần nâng cao hiệu quả kinh tế, cần có thiết bị hoàn chỉnh hơn. Nhất thiết phải nâng
cao hiệu suất. Ở các thiết bị hiện nay, người ta dùng tụ để tích lũy năng lượng,
nguy hiểm hơn và đắt tiền hơn. Người ta đang thử nghiệm thiết bị tích lúy năng
lượng khác.
4.kết luận:
-Các nghiên cứu trước chỉ ra ảnh hưởng tương quan lẫn nhau của các yếu tố, từ đó
tìm ra hướng giải quyết vấn đề như năng lượng phù hợp; vật liệu nào tốt nhất cho
phương pháp này; tốc độ nào phù hợp, đạt năng suất cao. Ảnh hưởng nhám bề mặt
khi gia công đối với vật liệu thép dày ít các bon.
-Những tồn đọng các nghiên cứu trước:
+ chỉ nghiên cứu độ nhám bề mặt với thép các bon thấp đối với ảnh hưởng của
năng lượng và tốc độ chưa đề cập tới ảnh hưởng độ dày và sự phản xạ ánh sáng tới
các yếu tố năng lượng, tốc độ căt. Một số các tác động tới bề dày như nguồn năng
lượng, độ phản xạ ánh sáng của chất liệu: với số vật liệu khả năng hấp thụ lớn thì
với một nguồn năng lượng nếu độ dày tăng lên làm tốc độ cắt giảm đi, nhưng với
vật liệu phản xạ lại ánh sáng lớn thì dù nguồn năng lượng lớn nhưng năng lượng
cung cấp cho vật liệu rất ít không chỉ không cắt được mà còn có thể phản lại và
làm hỏng các chi tiết thiết bị phía trên. Tuy nhiên với vật liệu thép thấp các bon

khả năng hấp thụ của vật liệu tương đối lớn nên ảnh hưởng lớn nhất sẽ là độ dày
của vật liệu.
+ chế độ cắt cho loại chi tiết cụ thể mà chỉ chung chung cho một số loại vật liệu
nên chưa đánh giá được hết ảnh hưởng của các yếu tố khác.
+ chưa đặt vấn đề ảnh hưởng nhiệt độ tác động tới chi tiết sau gia công khi gia
công, lượng nhiệt thu được từ chùm tia phát ra sẽ ảnh hưởng tới cấu trúc của phôi
(vùng chịu ảnh hưởng bởi nhiệt) như cong vênh, biến đổi tổ chức của phôi
- thí nghiệm trên nhằm khắc phục thêm một số các nhược điểm khi gia công với
thép dày chứa ít các bon, từ đó đưa ra hướng giải quyết và đề suất xem với chi tiết
nào sẽ cho hiệu quả kinh tế nhất ứng dụng cho sản xuất hàng loạt
5. Tài liệu tham khảo
[1]. Công nghệ Laser.
[2]. Phạm Ngọc Tuấn, Nguyễn Văn Tường; Các phương pháp gia công đặc biệt;
Nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2007.
[3]. Advanced machining processes, Hassan El-Hofy, McGraw-Hill, 2005.
[4]. Leonard Migliore (Edited), Laser material processing, Marcel Dekker, 1996.
[5].
[6]. Effect of laser cutting parameters on surface quality of low carbon steel
(S235), M. Zaied b, E. Bayraktar a,*, D. Katundi a, M. Boujelbene b,c, I. Miraoui
a. a MEER, College of Sciences, University of Gafsa, Tunisia b.
Supmeca/LISMMA-Paris, School of Mechanical and Manufacturing Engineering,
France c ENIT, National School of Mechanical Engineering, MA2I, Tunisia*
[7]. QUALITY ASPECTS OF STEEL PARTS AFTER LASER CUTTING
Wojciech ZĘBALA, Andrzej MATRAS
Robert KOWALCZYK