96 Trang 9 Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt Ký hiệu Tên gọi Thứ nguyênc Nhiệt l−ợng riêng hoặc vận tốc ánh sáng J/kgK; m/s c1 Nhiệt l−ợng riêng của vật liệu ở trạng thái lỏng J/kgK
Bộ giáo dục v đo tạo Vũ xuân trờng Trờng đại học bách khoa h nội ***** Vũ xuân trờng Nghiên cứu ảnh hởng chế độ công nghệ đến suất v chất Công nghệ khí lợng gia công tia laser Luận văn thạc sĩ khoa học Ngnh: công nghệ khí 2006-2008 H nội - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113872731000000 Bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học bách khoa h nội ***** Vũ xuân trờng Nghiên cứu ảnh hởng chế độ công nghệ đến suất v chất lợng gia công tia laser Luận văn thạc sĩ khoa học Ngnh: công nghệ khí hớng dẫn khoa học: Gs TS Trần Văn địch Trờng đại học bách khoa H Nội H nội - 2008 mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Ch−¬ng 1 Tỉng quan vỊ laser 10 1.1 LÞch sư ph¸t triĨn 10 1.2 C¬ së vËt lý laser 10 1.3 Cấu tạo v nguyên lý lm việc máy phát laser 13 1.3.1 Hoạt chÊt 14 1.3.2 Buång céng h−ëng 14 1.3.3 Bé phËn kÝch thÝch 14 1.4 Các loại nguồn phát laser 15 1.4.1 Laser r¾n 15 1.4.2 Laser láng 17 1.4.3 Laser khÝ 18 1.5 Các thông số chùm laser 20 1.6 Các loại máy laser dïng c«ng nghiƯp 21 1.6.1 Máy phát laser rắn 22 1.6.2 M¸y ph¸t laser khÝ 22 1.7 Quá trình tơng tác chùm tia laser vμ vËt liƯu gia c«ng 23 1.7.1 Phơng trình truyền nhiệt tổng quát 23 1.7.2 Điều kiện biên trun nhiƯt 24 1.7.3 Phân bố nhiệt hệ toạ độ trụ 24 1.7.4 §èt nóng vật tợng chuyển dịch pha 25 1.7.5 §èt nãng vËt liƯu cã sù chun dÞch nhiỊu pha 26 Chơng ứng dụng laser công nghiệp 30 2.1 øng dông laser ®Ĩ c¾t vËt liƯu 33 2.1.1 Giíi thiƯu chung 33 2.1.2 Các thông số công nghệ trình cắt laser 34 2.1.3 Các phơng pháp cắt vËt liÖu b»ng laser 34 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 øng dông laser ®Ĩ hμn vËt liƯu 37 Giíi thiƯu chung 37 C¬ chÕ hμn laser 37 Hμn trun nhiƯt 41 Hμn kiểu lỗ khoá 41 Các thông số công nghệ trình hn laser 42 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 øng dơng laser ®Ĩ nhiƯt lun vμ xư lý bỊ mỈt 42 Giíi thiƯu chung 42 Các thông số công nghệ chñ yÕu 43 C¸c øng dơng kh¸c 43 Chơng Cắt với tia laser CO2 - Các thông số công nghệ ảnh hởng 45 3.1 Mối quan hệ tham số công nghệ 45 ảnh hởng tham số công nghệ lên chất lợng gia công 46 Sơ đồ khối trình cắt b»ng tia laser 47 §−êng kÝnh ®iĨm héi tơ 48 Độ sâu hội tụ 49 VËt liƯu gia c«ng 50 Mô hình hóa trình gia c«ng vËt liƯu b»ng chïm tia Laser th«ng qua lÝ thuyÕt nhiÖt 51 3.5 Đối tợng nghiên cứu gia c«ng b»ng laser 54 3.5.1 Đại lợng chất lợng bề mặt cắt v độ xác gia công - độ rộng mạch cắt 54 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4 3.5.2 ảnh hởng tham số công nghệ lên chất lợng cắt tia laser 55 3.5.3 Lựa chọn đối tợng nghiên cứu 56 Ch−¬ng 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 Nghiên cứu thực nghiệm cắt kim loại máy laser LC1000 CO2-CNC 57 ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm 57 G¸ mÉu 58 ChuÈn bÞ mÉu 59 §iỊu kiƯn tiÕn hμnh thÝ nghiƯm 60 ThiÕt kÕ thÝ nghiÖm 61 Mô hình định tính trình gia công c¾t víi tia laser 61 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 ThiÕt kÕ c¸c thÝ nghiƯm 62 Thùc hiÖn thÝ nghiÖm 64 Thí nghiệm thăm dò khả công nghƯ cđa thiÕt bÞ 64 ThÝ nghiệm khảo sát ảnh hởng đơn số thông số công nghệ đến chất lợng mạch cắt 65 4.4 Quy hoạch thực nghiệm v xây dựng mô hình toán học 75 4.4.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hởng đồng thời thông số công nghệ đến trình cắt tia laser 75 4.4.2 ThiÕt kÕ quy ho¹ch thùc nghiÖm 75 4.4.3 Lựa chọn thông số công nghệ cần nghiên cứu 76 4.4.4 Qui ho¹ch thùc nghiƯm xác định mô hình toán học 77 KÕt luËn 96 Tμi liƯu tham kh¶o Tóm tắt luận văn Phụ lục mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chơng 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.6 1.6.1 1.6.2 1.7 1.7.1 1.7.2 1.7.3 1.7.4 1.7.5 Tỉng quan vỊ laser 11 Lịch sử phát triển 11 C¬ së vËt lý laser 11 Cấu tạo v nguyên lý lμm viƯc cđa m¸y ph¸t laser 13 Ho¹t chÊt 14 Buång céng h−ëng 14 Bé phËn kÝch thÝch 14 Các loại nguồn phát laser 15 Laser r¾n 15 Laser láng 17 Laser khÝ 17 Các thông số b¶n cđa chïm laser 20 Các loại máy laser dùng công nghiệp 21 Máy phát laser rắn 22 M¸y ph¸t laser khÝ 22 Quá trình tơng tác chùm tia laser v vật liệu gia công 23 Phơng trình truyền nhiệt tổng quát 23 Điều kiện biên trun nhiƯt 24 Phân bố nhiệt hệ toạ độ trụ 24 §èt nãng vËt tợng chuyển dịch pha 25 Đốt nóng vật liệu có chuyển dịch nhiỊu pha 26 Ch−¬ng 2 øng dơng laser c«ng nghiƯp 30 2.1 ứng dụng laser để cắt vật liÖu 33 2.1.1 Giíi thiƯu chung 33 2.1.2 Các thông số công nghệ trình cắt laser 34 2.1.3 Các phơng pháp cắt vật liệu b»ng laser 34 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 øng dơng laser ®Ĩ hμn vËt liÖu 37 Giíi thiƯu chung 37 C¬ chÕ hμn laser 38 Hμn trun nhiƯt 41 Hn kiểu lỗ kho¸ 41 Các thông số công nghệ trình hμn b»ng laser 42 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 øng dơng laser ®Ĩ nhiƯt lun vμ xư lý bỊ mỈt 42 Giíi thiƯu chung 42 Các thông số công nghệ chủ yếu 43 C¸c øng dơng kh¸c 43 Chơng Cắt với tia laser CO2 - Các thông số công nghệ ảnh hởng 45 3.1 Mối quan hệ tham số công nghệ 45 ảnh hởng tham số công nghệ lên chất lợng gia công 46 Sơ đồ khối trình cắt tia laser 47 Đờng kính điểm héi tô 48 Độ sâu hội tụ 49 VËt liÖu gia c«ng 50 Mô hình hóa trình gia công vËt liƯu b»ng chïm tia Laser th«ng qua lÝ thut nhiÖt 51 3.5 Đối tợng nghiên cứu gia c«ng b»ng laser 54 3.5.1 Đại lợng chất lợng bề mặt cắt v độ xác gia công - độ rộng mạch cắt 54 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4 3.5.2 ¶nh h−ëng tham số công nghệ lên chất lợng cắt b»ng tia laser 55 3.5.3 Lùa chän đối tợng nghiên cứu 56 Ch−¬ng 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 Nghiên cứu thực nghiệm cắt kim loại máy laser LC1000 CO2-CNC 57 ThiÕt bÞ thÝ nghiƯm 57 G¸ mÉu 58 ChuÈn bÞ mÉu 59 §iỊu kiƯn tiÕn hμnh thÝ nghiƯm 60 ThiÕt kÕ thÝ nghiÖm 61 Mô hình định tính trình gia công cắt với tia laser 61 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 ThiÕt kÕ c¸c thÝ nghiƯm 62 Thùc hiÖn thÝ nghiÖm 64 Thí nghiệm thăm dò khả công nghệ cđa thiÕt bÞ 64 ThÝ nghiƯm khảo sát ảnh hởng đơn số thông số công nghệ đến chất lợng mạch cắt 65 4.4 Quy ho¹ch thực nghiệm v xây dựng mô hình toán học 75 4.4.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hởng đồng thời thông số công nghệ đến trình c¾t b»ng tia laser 75 4.4.2 ThiÕt kÕ quy ho¹ch thùc nghiƯm 75 4.4.3 Lùa chọn thông số công nghệ cần nghiên cứu 76 4.4.4 Qui hoạch thực nghiệm xác định mô hình toán học 77 Kết luËn 96 Tμi liƯu tham kh¶o Tãm tắt luận văn Phụ lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Ký hiệu Tên gọi Thứ nguyên c Nhiệt lợng riêng vận tốc ánh sáng c1 Nhiệt lợng riêng vật liệu trạng thái lỏng J/kgK cs Nhiệt lợng riêng vật liệu trạng thái rắn J/kgK dm Đờng kính điểm hội tụ e Lực căng erf Hm sai số erfc Hm sai số bổ xung f Tiªu cù thÊu kÝnh héi tơ J/kgK; m/s mm N mm ffp Mặt phẳng hội tụ g Hằng số hấp dẫn h Chiều dy lớp chảy lỏng entapy riêng số Planck hc Hệ số truyền nhiƯt ®èi l−u k HƯ sè dÉn nhiƯt W/mK κ HƯ sè khch t¸n nhiƯt cm2/s κm HƯ sè khch t¸n nhiƯt cđa vËt liƯu láng cm2/s κs HƯ sè khuếch tán nhiệt vật liệu rắn cm2/s v Hệ số khuếch tán nhiệt vật liệu cm2/s kb H»ng sè Boltzmann kl HƯ sè trun nhiƯt ë tr¹ng thái lỏng ks Hệ số truyền nhiệt trạng thái rắn kv Hệ số truyền nhiệt trạng thái l Chiều di khuếch tán nhiệt lth Chiều sâu thâm nhập nhiệt m Số mode dọc me Khối lợng thoát chảy Kg ms Khối lợng nóng chảy cảu vật liệu rắn Kg mv Khối lợng vật liệu hoá n Sè mode ngang p ¸p st khÝ thỉi bar pvμo Thnh phần áp suất vo phần tử đơn vị bar p Thnh phần áp suất phần tử đơn vị bar m/s2 pr áp suất phản hồi bar ps áp suất bÃo ho bar q Thông lợng nhiệt J/m qc Thông lợng nhiệt đối lu J/m qr Thông lợng nhiệt xạ J/m r Toạ độ hớng tâm; bán kính chùm tia mm t Chiều dy cắt mm th Thời gian diễn giai đoạn nung nóng tm Thời gian đạt đến nhiệt độ nóng chảy Chiều di xung laser u Biến giả định lợng bên v Vận tốc cắt ve Vận tốc thoát chảy vm Vận tốc chảy vv Vận tốc bốc w Chiều rộng mạch cắt m zm Chiều sâu nóng chảy xuyên thấu mm x,y,z m/ph Toạ độ Đề A Diện tích bề mặt hệ số hấp thụ môi trờng hệ số hấp thụ lợng Av Hệ số hấp thụ lợng trạng thái B0 Hằng số hoá Cv Nhiệt lợng riêng thể tích J/kgK Cp Nhiệt lợng riêng áp suất không đổi J/kgK D Đờng kính chùm tia cha hội tụ I Mật độ công suất W/cm2 Iabs Cờng độ công suất hấp thụ W/cm2 Im Cờng độ chùm laser cần thiết để nung chảy W/cm2 Is Cờng độ chùm laser bề mặt W/cm2 Cờng độ ngỡng W/cm2 Mật độ côn g suất chùm laser max, cờng độ ánh sáng trung bình W/cm2 v I0 J0, J Hμm Bessel ë d¹ng thø nhÊt K0 Hμm Bessel ë d¹ng bËc L NhiƯt tiỊm tμng bèc h¬i mm J/kg