Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser

BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM LỜI MỞ ĐẦU Hiện tất ngành nghề giới phát triển cách nhanh chóng, đặc biệt ngành công, thương nghiệp có nhiều bước tiến triên vượt bậc Để có thành tích người cho đời máy tiên tiến, làm việc hiệu vật liệu cứng ngành vật liệu khí Người ta kết hợp chúng lại gọi chung phương pháp gia công đặc biệt, phương pháp cắt tia laser sử dụng nhiều Phương pháp đời nhằm thay giải cho phương pháp gia công cổ điển : Tiện, Phay, Bào, Khoan, Khoét, Doa, Mài, Xọc, Chuốt, Vì gia công cổ điển gia công không gia công không đạt hiệu kinh tế – kỹ thuật vật liệu mới, vật liệu có đặc điểm : Độ cứng độ bền cao, Khả chịu chống mài mòn cao, chịu đựng tốt môi trường hoá chất, Phương pháp cắt tia laser có khả cắt tất vật liệu với tính nào, gia công hầu hầu hết chi tiết phức tạp, tiết kiệm nguyên vật liệu, đạt độ xác cao hoàn toàn khí hoá, tự động hoá Phương pháp cắt tia laser xây dựng tường minh sở lý thuyết, nguyên lý làm việc, khả công nghệ, đặc điểm kỹ thuật, khả ứng dụng, phương pháp gia công mới, tạo điều kiện thuận lợi cho đọc giả quy hoạch thực tiễn sản xuất Đà Nẵng, ngày 12 tháng 10 năm 2013 Sinh viên Lê Thanh Trí Thức PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LASER I Khái niệm SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM - Laser sử dụng dụng cụ phát tia lượng tập trung mạnh mà tương lai gần số lĩnh vực đó, cách mạng kỹ thuật gia công kim loại Hiện sử dụng thành công việc gia công siêu tinh, công nghệ hàn điểm nhỏ luyện kim Gia công chùm tia laser trình xử lý nhiệt tia laser dùng làm nóng chảy bốc vật liệu - Máy tia laze máy cắt tia sáng hoạt động theo chế độ xung Năng lượng xung không lớn, hội tụ chùm tia có đường kính khoảng 0,01 mm phát khoảng thời gian phần triệu giây tác động vào bề mặt chi tiết gia công, nung nóng, làm chảy bốc vật liệu Tia sáng gọi tia laze, viết tắt theo tiếng Anh LASER (light Amplification Simulated Emission of Radiation) thường dịch nghĩa tiếng Việt máy phát lượng tử ánh sang II Nguyên lý gia công - Hình II.1 nguyên lý gia công tia lazer máy K-3M SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM 2) Buồng phản xạ ánh sáng 3) Đèn phát xung 4) Thanh hồng ngọc 5) Gương phản xạ toàn phần 6) Gương phản xạ 50% 7) Thấu kính hội tụ 8) Chi tiết gia công 9) Bàn gá 10) Tế bào quang điện - Nguồn điện công nghiệp quabiến nắn dòng nạp vào hệ thống tụ Điện áp tối đa tụ kV để khiển phóng điện tới đèn phát xung đặt phận phản xạ ánh sáng Bộ phận có dạng hình trụ với tiết diện mặt trụ cắt ngang elíp Khi đèn phát sáng, toàn lượng tạp trung vị trí có đặt hồng ngọc Những ion Cr +3 hồng ngọc bị kích lên mức lượng cao, tụt xuống chúng phát lượng tử Nhờ hệ dao động gương phẳng 6, lượng tử lại nhiều lần qua hồng ngọc kích ion Cr +3 khác để phóng chùm tia lượng tử Gương có độ phản xạ ánh sáng gần 99%, gương gần 50% Nhờ đó, mặt ta nhận chùm tia lade phía dưới, mặt khác khoảng 1% chùm tia phát qua gương tế bào quang điện 10 thu lại qua hệ SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM thống chuyển đổi ta biết lượng chùm tia phát khỏi máy Chùm tia nhận qua gương tập trung hệ quang học tác dụng lên chi tiết gia công (đặt bàn máy 9) có khả di chuyển tọa độ theo ba phương X, Y, Z - Khi tập trung tia laser vào vị trí gia công cần chọn hệ thống quang học chế độ gia công lượng chùm tia tới, thời gian xung tác dụng chùm tia, tiêu cự hệ thống quang học số xung laser - Quá trình tác dụng chùm tia laser vào vị trí gia công chia giai đoạn sau: + Vật liệu gia công hút lượng chùm tia laser chuyển lượng thành nhiệt + Đốt nóng vật liệu gia công tới nhiệt độ phá hỏng vật liệu Giai đoạn ứng với trình truyền nhiệt vật rắn tuyệt đối bị giới hạn phía theo phương tác dụng chùm tia kể từ bề mặt tác dụng + Phá hỏng vật liệu gia công đẩy chúng khỏi vùng gia công Giai đoạn ứng với trình truyền nhiệt mà bề mặt tác dụng luôn thay đổi theo phương tác dụng chùm tia laser + Vật liệu gia công nguội dần sau chùm tia laser tác dụng xong III Cơ sở phương pháp gia công tia laser - Năm 1954 N Pronhorop thuộc viện Hàn Lâm Khoa Học Liên Xô lúc P Godon, H J Zeigiơ C H Taun thuộc Trường Đại Học Colombia giải thưởng Nobel việc lần giới chế tạo thành công máy phát lượng tử -MASER mà sau thay danh từ LASER (LIGH APLICATION BY STIMULATED EMUSION OF RADIOTION)- Có nghĩa khuếch đại ánh sáng xạ cưỡng - Laser dụng cụ pháttia sáng, phóng xạ song song cực mạnh Về phương diện quang học hình dung nguồn sáng điểm sáng đặt vô cực, nhỏ đến mức kích thước điểm chấm Điểm ánh sáng lạ thường phóng lượng nguyên tử kích thích trạng thái ổn định (metastabil) - Trên sơ đồ nguyên lí làm việc laser thấy không gian quang học chứa đựng laser, không gian Laser dụng cụ phát tia sáng, phóng xạ song song cực mạnh Về phương diện quang học hình dung nguồn sáng SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM điểm sáng đặt vô cực, nhỏ đến mức kích thước điểm chấm Điểm ánh sáng lạ thường phóng lượng nguyên tử kích thích trạng thái ổn định (metastabily chúng hai phía hai kính phản chiếu, chúng laser, nguyên tử bị kích thích vào trạng thái ổn định, photon phóng Photon phóng tứ phía số nhiều photon hướngvào trục quang học laser Trong lúc có nguyên tử trạng thái bị kích thích va chạm nhau, photon tiếp tục phóng ra, photon nối tiếp photon trước pha hướng Quá trình tiếp diễn lúc photon chuyển động dọc theo trục quang học sau nhiều lần phản xạ trở lại, phần chúng rời bỏ đầu laser Ở phận qua kính phản chiếu phận, phận khác phản xạ trở laser có phản chiếu 100%, mặt định hướng cho tia sáng đập lên - Khi tia sáng xuyên qua kính phản chiếu đầu ra, hình thành tia nối tiếp nhau, chuẩn trực mạnh Tia laser hình thành sử dụng dụng cụ làm việc chế độ xung Tia ánh sáng điều chỉnh tiêu cự, hướng vào mặt phẳng vật gia công, tuỳ theo khả hấp thụ vật liệu mà lớp bề mặt có nhiệt độ cực cao Ví dụ: chiếu vào khối than tia laser chốc lát có lửa lên cao mili giây nhiệt độ cục tăng lên đến 8000oC - Nói tóm lại, photon điều kiện đó, kích thích nguyên tử vật chất phân tử hay nguyên tử xạ photon thứ cấp giống y Hình III.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc laser Các photon thứ cấp pha với photon ban đầu Như vật chất xuất trình nhận photon xạ sóng điện từ với bước sóng định Đó nguyên lí chung loại laser - Các loại tia laser tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, môi trường hoạt tính khácnhau : môi trường khí, môi trường rắn, môi trường lỏng, môi trường bán dẫn + Môi trường khí : Loại Laser khí phổ biến rộng rãi, kích thích phóng điện điều khiển tương đối đơn giản Có loại laser khí : loại nguyên tử trung hoà, loại SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM ion hoá loại phân tử Hiện dùng phổ biến laser CO2 Laser khí CO2 dùng dạng tinh khiết thêm vào khí N2 H2theo tỉ lệ hạn chế tổn thất lượng xạ nhiệt hiệu suất laser khí CO2 tăng thêm + Môi trường rắn: tia laser rắn môi trường hoạt tính chất rắn thường hồng ngọc nhân tạo (Meiman chế tạo năm 1960) Ngoài hồng ngọc người ta sử dụng số loại khác : hợp chất thuỷ tinh Nê-ô-din Nd, Curopi-Eu + Môi trường bán dẫn: Trên lý thuyết cặp electron lỗ trống gặp nhau, chúng trung hoà với phát ánh sáng Do hiệu suất laser bán dẫn biến đổi công suất chúng phương pháp biến đổi dòng điện kích thích áp dụng rộng rãi công nghiệp điện tử - Laser dạng lỏng chưa ứng dụng để gia công kim loại phòng thí nghiệm Hiện người ta tiếp tục nghiên cứu ứng dụng laser trạng thái rắn vào gia công kim loại Phần lớn laser trạng thái rắn dùng rubin nhân tạo màu hồng (thanh hồng ngọc) Theo sơ đồ khối thiết bị laser cho thấy vị trí đặt vật liệu laser hệ thống thiết bị Hình III.2 Sơ đồ khối thiết bị tia laser a) Nguồn điện cao tích trữ lượng b) Biến áp c) Thanh hồng ngọc d) Đèn chớp e) Tia laser IV Dụng cụ thiết bị gia công - Trên sở máy phát tia laser để gia công kim loại gồm phận : SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM + Đầu phát tia laser + Bộ phận cung cấp điện điều khiển + Bộ phận gá đặt chi tiết gia công - Để tạo laser vật thể rắnta sử dụng tinh thể khoáng chất khác hoặccác thuỷ tinh chất nguyên tố hiếm, ví dụ : tinh thể hồng ngọc (rubi), thuỷ tinh neodim (Nd) v.v - Có nhiều cách phân loại laser, thông thường người ta phân loại theo vật liệu cấu tạo nên môi trường hoạt tính chúng Có loại laser : laserrắn, laser lỏng, laser khí laser gama Nhưng thông dụng nhấtlà laser rắn (laser hồng ngọc) Hình IV.1 Laser khí CO2rất thích hợp việc gia công thuỷ tinh hấp thụ toàn phần bước sóng 10, 6ìm Để cắt ống thuỷ tinh người ta gắn chúng lên giá đỡ xoay xung quanh trục ống Thời gian cắt phụ thuộc vào công suất tia laser, chiều dài ống thuỷ tinh xung thường không 1/10 giây Bề mặt mối cắt không bị rạng nứt, điều quan trọng hàn kín chi tiết thuỷ tinh với kim loại Phương pháp ứng dụng rộng rãi có hiệu kinh tế cao công nghiệp sản suất thiết bị chân không, đèn điện tử - Tập trung tia laser thông qua hệ thống lăng kín chiếu lên diện tích nhỏ khoan lỗ nhỏ vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao Về phương diện lý thuyết điểm chiếu lên bề mặt vật liệu, đường kính (d) chấm sáng cỡ chiều dài sóng Thực tế tạo chấm sáng có đường kính 100-250 ìm Cường độ ánh sáng tập trung lăng kính gấp 40 lần cường độ ánh sáng mặt trời SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM - Có thể khoan lỗ có đường kính 2-5 ìm hệ thống lăng kính hội tụ hệ thống điều chỉnh khí Gia công lỗ lớn vài mm, dùng lăng kính Kim loại lỗ gia công bốc thành kim loại, điều chỉnh độ sâu lỗ cách điều chỉnh thời gian số lần xung phóng tia laser - Hiện người ta cải tiến tạo máy gia công tia laser điều khiển số Đó làmáy CNC, loại máy nàycho phép ta gia công xác thuận lợi gia công hình dáng phức tạp Máy tia laser thường chế tạo theo dạng máy khoan, máy hàn, máy cắt đứt Các loại máy thường dụng ccông nghệ NC/CNC để điều khiển chuyển động bàn máy mang phôi theo toạ độ X,Y Khi cần thiết người ta chế tạo máy tia laze điều khiển CNC toạ độ với việc sử dụng nội suy đường thẳng đường cong V Ưu - Nhược điểm - Phạm vi ứng dụng 5.1 Ưu điểm - Không cần dùng buồng chân không - Không có vấn đề điện tích môi trường - Không có phóng xạ rơnghen - Công suất xạ cao, trình cắt không phụ thuộc vào tính phôi liệu, nên khoan, hàn, cắt đứt vật kiệu có độ bền cao, phi kim loại, khó gia công phương pháp truyền thống - Thời gian nung nóng vật liệu ngắn, vùng chịu tác động hẹp, vết cắt nhỏ, biến dạng, nên đảm bảo độ xác chất lượng bề mặt gia công cao - Không dùng dụng cụ cắt, lực cắt - Cắt bề mặt phức tạp, vị trí khó tiếp cận - Chính ưu điểm mà phương pháp gia công tia laze quan tâm phát triển ngành chế tạo máy, mà ngành truyền thông, y học, đo lường 5.2 Nhược điểm - Hiệu suất thấp (dưới 1%) - Với số loại tia laser, khó hoàn toàn khả điều chỉnh công suất Khả điều chỉnh độ lệch tia so với tia điện tử - Đường kính nhỏ điểm chất sáng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng *Cân nhắc ưu điểm nhược điểm khẳng định gia công tia laser trở thành công nghệ quan trọng SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM để gia công lỗ đặt biệt để cắt kim loại, nhờ có khả nâng cao tần số phát sung chùm tia laser với lượng 5–10 joule/xung khả nâng cao hiệu suất sử dụng tia laser 5.3Phạm vi ứng dụng - Trong công nghiệp laser sử dụng vào việc hàn, khoan, cắt… loại vật liệu có độ nóng chảy cao kể phi kim - Gia công chùm tia lade có hiệu lỗ nhỏ Đường kính lỗ nhỏ đạt 4:m sử dụng chùm tia lade gia công vật liệu khác kim loại, thạch anh, kim cương, rubi, v.v Chiều sâu lỗ gia công đạt 12,7 mm Khi gia công đường kính lỗ 0,1-0,2 mm độ xác đạt 2-5 :m - Laser dùng để kiễm tra chất lượng sản phẩm đúc, kiểm tra độ tinh khiết chất lỏng khí, sản phẩm điện tử - Trong y khoa laser ứng dụng việc giải phẩu, điều trị bệnh bong võng mạc mắt, khoan răng, châm cứu - Ngoài laser thâm nhập vào sống qua băng từ, máy in laser, máy photo laser nhiều ứng dụng khác 5.4 Các phương pháp chụp tia laser • Dùng thấu kính hội tụ Hình V.1 Các biện pháp tạo mật độ lượng cao dùng thấu kính cầu thấu kính hình trụ Nguồn sang Thấu kính hội tụ Vật gia công • Dùng thấu kính chiếu ảnh Hình V.2 Tập trung chum tia hệ thống chắn thấu kính hội tụ PHẦN II CẮT KIM LOẠI BẰNG TIA LASER Nguyên lý cắt Phần lớn máy cắt laser thị trường sử dụng laser CO2 laser Nd:YAG với nguyên lý tương tự Nguyên lý trình cắt tia laser tóm tắt sau: SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM Một chùm tia lượng cao sinh máy phát laser tập trung lên bề mặt chi tiết gia công nhờ hệ thống thấu kính • Chùm tia đốt nóng vật liệu tạo nên vùng vật liệu nóng chảy cục bộ, thường có đường kính nhỏ 0,5mm) • Phần vật liệu nóng chảy bị đẩy khỏi vùng gia công dòng khí có áp lực cao, đồng trục với chùm tia laser Đối với số loại vật liệu dòng khí làm tăng tốc trình cắt tác động hóa học lý học • Vùng vật liệu bị nóng chảy cục di chuyển dọc theo bề mặt chi tiết theo quỹ đạo sinh vết cắt Chuyển động thực cách di chuyển chùm tia laser hội tụ nhờ hệ thống gương CNC chuyển động khí vật liệu theo hai phương X-Y bàn máy CNC Cũng có máy thiết kế hai loại chuyển động này, chùm tia laser di chuyển theo phương chi tiết gia công di chuyển theo phương lại Các hệ thống tự động hóa hoàn toàn cho phép cắt hình dáng 3D Cắt kim loại Laser cắt dải rộng loại vật liệu phần lớn hệ thống cắt laser thương mại thực với kim loại Cắt kim loại laser đòi hỏi chùm laser mật độ lượng cao truyền lượng vào vùng cắt nhanh lượng nhiệt truyền Kèm theo dòng khí hỗ trợ đẩy kim loại nóng chảy khỏi vùng cắt • SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 10 BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM Thép bon loại vật liệu kim loại dễ cắt laser Các loại thép hợp kim thấp AISI 4140, 8620,… có điều kiện cắt tương tự thép bon Hàm lượng hợp kim thép tăng trình cắt trở nên khó khăn Với thép dụng cụ có hàm lượng vonfram cao tốc độ cắt chậm có xỉ Bảng Các tốc độ cắt kim loại không chứa sắt laser CO2 Nd:YAG Nhôm khó cắt laser nhôm làm phản xạ lượng lớn tia laser lượng nhiệt truyền vào chi tiết lớn nhanh Nếu điều chỉnh tiêu cự tia laser không chùm tia bị phản xạ trở lại hệ thống phun gây hư hỏng phận quang học Trong đồng nguyên chất khó gia công so với nhôm Các hợp kim đồng có ứng xử tương tự nhôm Các hợp kim co-ban có độ cứng cao, có tính chịu nhiệt cao tính chống mài mòn tốt Tuy chúng lại dễ cắt laser Tuy nhiên cần phải xem xét vết nứt tế vi sinh bề mặt chi tiết cắt laser Titan hợp kim có phản ứng với ôxy nitơ để tạo thành thành phần giòn cạnh cắt Điều kiện nói chung chấp nhận chi tiết hàng không y học làm ti tan Nếu cần thiết dùng loại khí trơ argon để có vết cắt chất lượng tốt Dòng khí nén thổi vào thường ôxy Nhờ dòng khí mà hệ số phản xạ bề mặt kim loại giảm xuống Hơn nữa, bề mặt đạt đến trạng thái nhiệt độ cao, ôxy sinh SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 11 BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM phản ứng tỏa nhiệt, thúc đẩy trình cắt Khí nén thổi phần kim loại bốc Để cho trình cắt gọt đạt hiệu cao dòng khí thổi vào phải tạo thành dòng lên khu vực gia công với kích thước lớn vết chùm tia laser Dòng oxy áp suất thấp tạo phản ứng tự cháy gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng vết cắt Trong số trường hợp, tùy thuộc vào vật liệu chi tiết gia công mà người ta sử dụng khí trơ thay cho ôxy Khí không tạo phản ứng cháy để gia nhiệt cho cho trình có chức đề cập Thông thường người ta sử dụng ôxy, nitơ, argon để cắt mỏng Dùng khí heli để cắt titan, khí trơ áp suất cao để cắt thép không gỉ nhôm Bề rộng vết cắt, chất lượng cạnh cắt, phụ phẩm (như xỉ) tập trung phụ thuộc vào lựa chọn tia, chất lượng tia, lượng phân bố kiểu di chuyển gia công (tia di chuyển, phôi di chuyển, hay kết hợp di chuyển hai) Một điều dễ thấy độ sâu cắt tỉ lệ thuận với lượng cắt tỉ lệ nghịch với tốc độ cắt Như lượng cắt gấp đôi tạo chiều sâu cắt gấp đôi Do bề dày cắt lớn hàm lượng cắt, tốc độ cắt yêu cầu chất lượng cắt Hiện bề dày 25 mm xem bề dày lớn loại thép hợp kim mà người ta cắt Khoảng bề dày cắt có hiệu kinh tế cao lên tới 12,5 mm Các kim loại phản xạ ánh sáng laser với phần trăm gia tăng tương ứng bước sóng tia tăng với mật độ lượng cao tạo tia laser CO2 lượng cao khắc phục ảnh hưởng phản xạ Các tia laser bước sóng ngắn Nd: YAG chịu ảnh hưởng bước sóng ngắn nên phần lớn lượng chúng bị hấp thụ Khi cắt laser, thông số quan trọng bề rộng vết cắt thông thường lớn tia laser chút, nên việc điều khiển tia laser quan trọng Bề rộng đường cắt hàm số yếu tố chất lượng tia, tiêu điểm, vị trí tiêu điểm, áp suất khí đến không gian tốc độ cắt Bề rộng vết cắt điển hình 0,2mm cắt oxyaxêtylen 3mm Ứng với chiều dày khác cắt với tốc độ khác Tùy theo chiều dày mà khoảng cách tập trung tia laser phải điều chỉnh để đạt hiệu suất cao Cắt phi kim Các loại vật liệu vô phi kim loại có áp suất bay thấp tính dẫn nhiệt Bên cạnh chúng có tính chất hấp thu ánh sáng mạnh Những tính chất tưởng điều kiện tốt cho cắt laser thực số vật liệu vô gốm, thủy tinh lại có điểm nóng chảy cao tính kháng nhiệt nên cắt chúng laser lại khó so với cắt kim loại SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 12 BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM Khi chịu tác động nhiệt tia laser, giấy, gỗ vật liệu xenlulô phải trải qua trình bốc gây cháy Tốc độ cắt phụ thuộc vào lượng laser, bề dày vật liệu, thành phần khí, nước vật liệu Các vật liệu polyme nhiệt dẻo cắt nóng chảy áp lực đẩy vật liệu nóng chảy khỏi vùng cắt Tốc độ cắt phụ thuộc vào lượng laser, bề dày vật liệu, áp suất khí dùng để thổi Các polyme cắt đốt cháy hay phân rã hoá học bao gồm chất nhiệt dẻo chịu nhiệt, êpoxi, phenol Tốc độ cắt định lượng laser Tốc độ cắt cho loại chịu nhiệt cao so với loại polyme khác thay đổi pha để bốc Các vật liệu composit dễ dàng cắt, vết cắt tạo có chất lượng cao hay không phụ thuộc vào tính nhạy nhiệt loại vật liệu kết hợp Nói chung, thực nghiệm cho thấy việc cắt vật liệu composit trình cắt khác có dòng chất lỏng áp suất cao có hiệu cắt laser Các trình cắt phi kim laser đòi hỏi lượng vừa phải Vì giới hạn đến chiều sâu cắt yêu cầu chất lượng vết cắt Trong thực tế, phần lớn ứng dụng cắt laser dùng cho vật liệu có bề dày bé 12 mm Vật liệu gốm cắt phương pháp thông thường cưa kim cương Mặc dù chất lượng bề mặt vết cắt cao tốc độ cắt thấp, điển hình khoảng 20mm/ ph Cắt tia laser cho phép đạt tốc độ cắt đến 1.200mm/ph mà chất lượng vết cắt đảm bảo Các loại máy cắt laser 4.1 Máy cắt kim loại nguồn laser Features PE-M700 dùng nguồn Laser 700W cắt nhiều loại vật liệu kim loại, đặc biệt loại vật liệu khó gia công theo phương pháp truyền thống (phay, dập ) vật liệu siêu cúng,vật liệu cực mỏng, chi tiết cực nhỏ hay chi tiết yêu cầu độ tinh xảo cao SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 13 BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM Máy PE-M700 kết hợp hoàn hảo nguồn Laser, hệ thống quang học điều khiển CNC, Được kết hợp với máy tính thông qua phần mếm CAD tiết cắt đạt độ xác cao, đường cắt nhỏ không bị biến dạng Vật liệu cắt được: 7.0 mm với thép carbon, mm với Inox, mm với aluminum, nhôm, đồng thau nhiều loại vật liệu khác Ứng dụng Máy ứng dụng nhiều ngành khí xác, ngành công cụ dụng cụ, chế tao máy, quảng cáo trang trí, ô tô, đóng tàu 4.1.2 Thông số chủ yếu • Mã máy: PE-M700 4.1.1 • • • Nguồn Laser: Nd+3：YAG Công suất nguồn laser: 700W Bước sóng: 1064 nm • • • Tốc độ cắt tối đa: 15-30mm/s（1mm Inox） Độ dày vật liệu cắt: +0.1-6mm Thep carbon +0.2-4mm Thép hợp kim Inox + 0.2-2 mm Aluminum, đồng • Vùng làm việc: 500mm×500mm, 700mm×700mm, 1000mm×1000mm, 1500mm×1500mm, 2500mm×1200mm, 3000mmx1500mm • Độ dày đường cắt: > 0.4 m • Độ xác khí : 0.05 mm • Hệ thống truyền động: Motor kỹ thuật số Servo • Độ xác lặp lại: 0.02 mm 4.2 Máy cắt laser khổ rộng SH-G2512 SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 14 BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM Máy cắt khổ rộng 1200mm x 2500mm có tính ưu việt dòng máy thông thường - Máy thiết kế vùng cắt hết khổ so với loại vật liệu thông thường mica, gỗ giúp giảm thiểu việc hoa hụt vật liệu trình chia nhỏ sử dụng máy kích thướt nhỏ - Màn hình hiển thị rộng cho phép hiển thị thời gian thông số khắc Kết nối USB, nhớ lưu trữ đến 256Mb cho phép máy hoạt động mà không cần máy tính- Ống phóng di chuyển hệ thống máy làm việc, hạn chế việc sai tia laser hao hụt lượng khắc cắt tầm xa -Công suất nguồn 80W -150W (tuỳ chọn) mica 20mm lần cắt Application: Ứng dụng rộng rãi ngành quảng cáo, khắc cắt trang trí nội ngoại thất, ngành giầy da may mặc túi sách Parameter: • Công suất nguồn: 80W-150W (tuỳ chọn) • Loại laser: Laser CO2 giải nhiệt nước • Nguồn điện cung cấp: AC 220, 50HZ/ AC110, 50HZ • Vùng làm việc: 1200mm x 2500mm • Tốc độ khắc cực đại: 1000mm/s • Độ xác lập lại: < 0.01mm • Ký tự nhỏ khắc: Chữ hoa 3x3mm, latinh 2x2mm • Nhiệt độ môi trường hoạt động: 50C-350C • Độ phân giải: < 4500dpi • Bộ điều khiển công nghệ mới: DSP • Kết nối máy tính: USB (hoạt động không cần máy tính) • Bàn làm việc: Bàn tổ ông/ Thanh cắt Aluminium ( tuỳ chọn) • Hoạt động trên: Windows 2000/ Windows XP • Cách giải nhiệt: Giải nhiệt nước có hệ thống bảo vệ ống phóng SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 15 BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM Hỗ trợ file định dạng: (BMP, GIF, JPGE, PCX, TGA, TIFF, PLT, CDR, DMG, DXF, PAT, CDT, CLK, DEX, CSL, CMX, AI, WPG, WMF, EMF, CGM, SVG, SVGZ, PCT, FMV, GEM, CMX) Sử dụng trực tiếp phần mềm: CorelDraw, Autocad Độ sâu vật liệu cắt: 020mm(tuỳ vào vật liệu) Đóng kiện: gỗ Phụ kiện tuỳ chọn: Bình giải nhiệt cao cấp/ Thấu kính hội tụ nhập từ USA/ Hai đầu khắc/ mô tơ servo/ đèn đỏ định vị Trọng lượng:820kg Kích thước máy: 2700x1300x1100mm KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu đề tài phương pháp gia công tia laser em cảm • thấy coi phương pháp gia công đặc biệt ứng dụng vào hầu hết tất ngành đất nước nói riêng giới nói chung Phương pháp gia công tia laser gia công loại vật liệu mặt khác ứng dụng lĩnh vực nông nghiệp, công nghệ hóa học, công nghệ vật liệu, công nghệ lượng lĩnh vực khác y tế, nghệ thuật, kiến trúc… Do kiến thức hiểu biết có hạn nên báo cáo em tìm hiểu vật liệu cắt laser kim loại, gỗ, kính tìm hiểu số nghệ thuật điêu khắc TÀI LIỆU THAM KHẢO Tailieu.vn , Laser.vn, Baigiang.violet, youtube.com PGS.TS Đinh Minh Diệm_ Các Phương Pháp Gia Công Đặc Biệt SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 16 [...]... một thời gian tìm hiểu về đề tài phương pháp gia công bằng tia laser em cảm • thấy đây được coi là một trong những phương pháp gia công đặc biệt nó được ứng dụng vào hầu hết trong tất cả các ngành hiện nay của đất nước nói riêng và của thế giới nói chung Phương pháp gia công bằng tia laser có thể gia công bất kì các loại vật liệu nào mặt khác nó còn được ứng dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghệ... nhưng tốc độ cắt rất thấp, điển hình khoảng 20mm/ ph Cắt bằng tia laser cho phép đạt tốc độ cắt đến 1.200mm/ph mà chất lượng vết cắt vẫn đảm bảo 4 Các loại máy cắt laser 4.1 Máy cắt kim loại bằng nguồn laser Features PE-M700 dùng nguồn Laser 700W có thể cắt được rất nhiều loại vật liệu kim loại, đặc biệt là những loại vật liệu khó gia công theo phương pháp truyền thống (phay, dập ) như vật liệu siêu cúng,vật... composit bằng quá trình cắt khác có dòng chất lỏng áp suất cao có hiệu quả hơn là cắt bằng laser Các quá trình cắt phi kim bằng laser chỉ đòi hỏi một năng lượng vừa phải Vì thế giới hạn duy nhất đến chiều sâu cắt là yêu cầu chất lượng của vết cắt Trong thực tế, phần lớn các ứng dụng cắt bằng laser dùng cho vật liệu có bề dày bé hơn 12 mm Vật liệu gốm được cắt bằng phương pháp thông thường bằng cưa... 1 Các tốc độ cắt kim loại không chứa sắt của laser CO2 và Nd:YAG Nhôm rất khó cắt bằng laser vì nhôm làm phản xạ một lượng lớn tia laser và lượng nhiệt truyền vào chi tiết lớn và nhanh Nếu điều chỉnh tiêu cự tia laser không đúng thì có thể chùm tia bị phản xạ trở lại hệ thống phun gây hư hỏng các bộ phận quang học Trong khi đó đồng nguyên chất còn khó gia công hơn so với nhôm Các hợp kim đồng cũng có... hóa học, công nghệ vật liệu, công nghệ năng lượng và các lĩnh vực khác trong y tế, nghệ thuật, kiến trúc… Do kiến thức và sự hiểu biết có hạn nên trong bài báo cáo này em chỉ tìm hiểu những vật liệu cắt bằng laser như kim loại, gỗ, kính và tìm hiểu về một số nghệ thuật điêu khắc TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Tailieu.vn , Laser. vn, Baigiang.violet, youtube.com 2 PGS.TS Đinh Minh Diệm_ Các Phương Pháp Gia Công Đặc... kim loại phản xạ ánh sáng laser với phần trăm gia tăng tương ứng khi bước sóng của tia tăng với mật độ năng lượng cao được tạo bởi các tia laser CO2 năng lượng cao sẽ khắc phục được những ảnh hưởng của phản xạ này Các tia laser bước sóng ngắn hơn như Nd: YAG sẽ không phải chịu những ảnh hưởng này do bước sóng ngắn nên phần lớn năng lượng của chúng bị hấp thụ Khi cắt bằng laser, một thông số quan trọng... chảy rất cao và tính kháng nhiệt kém nên cắt chúng bằng laser lại khó hơn so với cắt kim loại SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 12 BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM Khi chịu tác động nhiệt của tia laser, giấy, gỗ và các vật liệu xenlulô phải trải qua một quá trình bốc hơi được gây ra bởi sự cháy Tốc độ cắt phụ thuộc vào năng lượng laser, bề dày vật liệu, các thành phần khí, nước... bằng laser, một thông số quan trọng là bề rộng vết cắt thông thường bằng hoặc lớn hơn tia laser một chút, nên việc điều khiển tia laser rất quan trọng Bề rộng đường cắt là hàm số của các yếu tố như chất lượng tia, tiêu điểm, vị trí tiêu điểm, áp suất khí đến không gian và tốc độ cắt Bề rộng vết cắt điển hình là 0,2mm trong khi đó cắt bằng oxyaxêtylen là 3mm Ứng với các chiều dày khác nhau thì cắt với... nhiệt độ cao, ôxy sinh ra SVTH: LÊ THANH TRÍ THỨC Trang 11 BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM phản ứng tỏa nhiệt, thúc đẩy quá trình cắt Khí nén thổi phần kim loại đã bốc hơi Để cho quá trình cắt gọt đạt hiệu quả cao thì dòng khí thổi vào phải tạo thành dòng lên khu vực gia công với kích thước lớn hơn vết chùm tia laser một ít Dòng oxy áp suất thấp tạo ra phản ứng tự cháy gây ảnh...BT.CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GV: TS.ĐINH MINH DIỆM Thép các bon là loại vật liệu kim loại dễ cắt nhất bằng laser Các loại thép hợp kim thấp như AISI 4140, 8620,… có điều kiện cắt tương tự như thép các bon Hàm lượng hợp kim trong thép tăng thì quá trình cắt