Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công hợp kim SKD 11 bằng laser

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hoàng Anh Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM SKD 11 BẰNG LASER LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hoàng Anh Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM SKD 11 BẰNG LASER Ngành : Kỹ thuật khí Mã số : 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS LÊ GIANG NAM TS NGUYỄN TRƯỜNG GIANG Hà Nội – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Cơng trình thực Bộ môn Máy Ma sát học - Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn PGS.TS Lê Giang Nam TS Nguyễn Trường Giang Các số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Lê Giang Nam TS Nguyễn Trường Giang i thán g năm 2021 NGHIÊN CỨU SINH Hoàng Anh Tuấn LỜI CẢM ƠN Việc hoàn thiện Luận án Tiến sỹ cơng trình lớn có nhiều ý nghĩa, NCS khơng thể hồn thành luận án khơng có động viên trợ giúp nhiều Thầy Cô giáo, nhà Khoa học, đồng nghiệp bạn bè Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Giang Nam TS Nguyễn Trường Giang người tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo cho ý kiến vơ q báu suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Thầy, Cô giáo Bộ môn Máy Ma sát học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, đóng góp cho tơi ý kiến bổ ích tạo điều kiện thuận lợi thời gian, nơi nghiên cứu cho thời gian làm hoàn thành luận án Xin cảm ơn đồng nghiệp Khoa Cơ khí, lãnh đạo trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ thời gian ủng hộ để tơi hồn thành luận án Xin cảm ơn Phịng thí nghiệm Quang – Cơ điện tử 307 C4-5 Bộ mơn Cơ khí Chính xác & Quang học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hỗ trợ tơi q trình hồn thành luận án Cuối cùng, tơi xin bày tỏ kính trọng, biết ơn lòng yêu thương tới đại gia đình, bạn bè thực động viên, giúp đỡ suốt thời gian học tập Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hà Nội, ngày tháng năm Nghiên cứu sinh Hoàng Anh Tuấn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ .xii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án 2.1 Mục đích nghiên cứu 2.2 Đối tượng nghiên cứu 2.3 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Những đóng góp luận án Bố cục luận án TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG LASER 1.1 Đặc điểm q trình gia cơng thép hợp kim cứng 1.1.1 Đặc điểm thép hợp kim cứng 1.1.2 Đặc điểm gia công laser 1.1.3 Đặc điểm thép SKD 11 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 10 1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước 10 1.2.1.1 Nghiên cứu q trình gia cơng laser vật liệu kim loại 10 1.2.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chiều rộng rãnh cắt gia công laser 11 1.2.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến nhám bề mặt rãnh cắt gia công laser 17 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 21 Kết luận chương 23 iii CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG HỢP KIM CỨNG BẰNG LASER 24 2.1 Cơ sở lý thuyết laser 24 2.1.1 Bản chất laser 24 2.1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc nguồn phát laser 24 2.1.2.1 Hoạt chất 25 2.1.2.2 Buồng cộng hưởng 25 2.1.2.3 Bộ phận kích thích 25 2.1.3 Sự tương tác laser với vật liệu 26 2.1.4 Khả hấp thụ laser vật liệu 28 2.1.4.1 Ảnh hưởng bước sóng 28 2.1.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 29 2.1.4.3 Ảnh hưởng lớp ôxit bề mặt vật liệu 29 2.1.4.4 Ảnh hưởng độ nhám bề mặt 30 2.2 Gia công cắt laser 30 2.2.1 Nguyên lý cắt laser 30 2.2.2 Các phương pháp cắt laser 32 2.2.2.1 Cắt laser nhiệt hạch – nhiệt (Laser fusion cutting) 32 2.2.2.2 Phương pháp cắt laser thăng hoa (Laser sublimation cutting) 33 2.2.2.3 Cắt laser ôxy 35 2.3 Các thông số công nghệ trình cắt laser 36 2.3.1 Công suất laser 36 2.3.1.1 Công suất laser cần thiêt cắt kim loại sử dụng ơxy làm khí hỗ trợ 37 2.3.1.2 Công suất laser cần thiết cắt kim loại sử dụng khí trơ làm khí hỗ trợ 38 2.3.2 Chất lượng chùm tia laser 39 2.3.3 Thông số đầu cắt 41 2.3.3.1 Độ dài tiêu cự quang cụ hội tụ 42 2.3.3.2 Vị trí tiêu cự 42 2.3.3.3 Đường kính đầu cắt khoảng cách đầu cắt đến bề mặt phôi 43 2.3.4 Vận tốc cắt 45 2.3.5 Áp suất loại khí hỗ trợ 46 iv 2.3.6 Đặc tính nhiệt 47 2.4 Đặc điểm chất lượng gia công laser 49 2.4.1 Chiều rộng rãnh cắt 49 2.4.2 Độ nhám bề mặt gia công laser 53 2.4.3 Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) 54 Kết luận chương 58 PHƯƠNG PHÁP, MƠ HÌNH VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM GIA CƠNG BẰNG LASER 59 3.1 Nội dung phương pháp quy hoạch thực nghiệm 59 3.1.1 Nội dung thiết kế thực nghiệm 59 3.1.1.1 Thiết kế thực nghiệm [87] 59 3.1.1.2 Nội dung quy hoạch xử lý số liệu thực nghiệm [88] .59 3.1.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 61 3.1.2.1 Quy hoạch thực nghiệm trực giao tuyến tính 61 3.1.2.2 Quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II 62 3.1.2.3 Phương pháp Taguchi 63 3.1.2.4 Phương pháp thiết kế Box-Behnken 64 3.1.2.5 Một số khái niệm 64 3.1.3 Tối ưu hóa mục tiêu [87] 66 3.2 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 70 3.2.1 Các nội dung 70 3.2.2 Sơ đồ thực nghiệm tổng quát 71 3.2.3 Điều kiện đầu vào 71 3.2.4 Các đại lượng đầu 73 3.2.5 Các đại lượng cố định 73 3.2.6 Các đại lượng không điều khiển (nhiễu) 73 3.3 Điều kiện thực nghiệm 74 3.3.1 Vật liệu tiến hành thực nghiệm 74 3.3.1.1 Vật liệu thí nghiệm 74 3.3.1.2 Mẫu thí nghiệm 75 3.3.2 Máy cắt laser 3015 CNC - Raycus 3300W 75 v 3.3.3 Các thiết bị đo dùng cho thực nghiệm 77 3.3.3.1 Thiết bị đo chiều rộng rãnh cắt 77 3.3.3.2 Thiết bị chụp hình thái bề mặt rãnh cắt 77 3.3.3.3 Thiết bị đo độ nhám bề mặt rãnh cắt 78 3.3.3.4 Thiết bị đo độ cứng tế vi 79 3.4 Thiết kế thực nghiệm 80 Kết luận chương 82 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THAM SỐ ĐẦU VÀO VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU SKD 11 BẰNG LASER 83 4.1 Đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến chiều rộng rãnh cắt, chất lượng bề mặt 83 4.1.1 Ảnh hưởng thông số công nghệ đến chiều rộng rãnh cắt 83 4.1.1.1 Ảnh hưởng công suất laser đến chiều rộng rãnh cắt 83 4.1.1.2 Ảnh hưởng vận tốc cắt đến chiều rộng rãnh cắt 84 4.1.1.3 Ảnh hưởng đường kính đầu cắt đến chiều rộng rãnh cắt .85 4.1.2 Ảnh hưởng thông số công nghệ đến nhám bề mặt rãnh cắt 86 4.1.2.1 Ảnh hưởng công suất laser đến nhám bề mặt 86 4.1.2.2 Ảnh hưởng vận tốc cắt đến nhám bề mặt 87 4.1.2.3 Ảnh hưởng đường kính đầu cắt đến độ nhám bề mặt rãnh cắt 89 4.2 Nghiên cứu xây dựng mơ hình thực nghiệm chiều rộng rãnh cắt gia công laser vật liệu SKD 11 90 4.2.1 Đánh giá mức độ ảnh hưởng thông số đầu vào đến chiều rộng rãnh cắt 90 4.2.2 Xây dựng mơ hình biểu thị mối quan hệ thông số công suất laser, vận tốc cắt, đường kính đầu cắt đến chiều rộng rãnh cắt 91 4.2.2.1 Kiểm tra tính đồng thí nghiệm 91 4.2.2.2 Xây dựng mơ hình chiều rộng rãnh cắt quy hoạch thực nghiệm 91 4.3 Nghiên cứu xây dựng mơ hình thực nghiệm nhám bề mặt rãnh cắt gia công laser vật liệu SKD 11 96 4.3.1 Đánh giá mức độ ảnh hưởng thông số đầu vào đến nhám bề mặt rãnh cắt 96 vi 4.3.2 Xây dựng mơ hình biểu thị mối quan hệ thông số công suất laser, vận tốc cắt, đường kính đầu cắt đến nhám bề mặt rãnh cắt 97 4.3.2.1 Kiểm tra tính đồng thí nghiệm 97 4.3.2.2 Xây dựng mơ hình thực nghiệm nhám bề mặt rãnh cắt QHTN trực giao: 98 4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ (P,v,d) tới độ cứng vật liệu sau gia công laser vật liệu SKD 11 103 4.5 Tối ưu hóa thông số công nghệ gia công thép SKD 11 laser 105 4.5.1 Chỉ tiêu tối ưu hàm mục tiêu 105 4.5.2 Giải toán tối ưu mục tiêu 106 Kết luận chương 109 KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 119 PHẦN PHỤ LỤC LUẬN ÁN .120 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Laser Ý nghĩa Tiếng Anh: Light Amplification by Stimulated Emisson of Radiation Tiếng Việt: Khuếch đại ánh sáng phát xạ kích thích QHTN Quy hoạch thực nghiệm WEDM Wire Electrical Discharge Machining – Cắt dây tia lửa điện SKD 11 Thép theo tiêu chuẩn JIS (Japan Industrial Standard) Nhật Bản Inconel Hợp kim Inconel AHSS Advance high strength steel – Thép cường lực Nd:YAG Neodymium - Ytrium Aluminium Garnet HAZ Heat affected zone - Vùng ảnh hưởng nhiệt DOE Design of Experiment – Thiết kế thực nghiệm Minitab Phần mềm thống kê ứng dụng ANOVA Analysis of Variance - Phân tích phương sai SSE Error Sum of Squares – Tổng bình phương sai số SST Total Sum of Squares – Tổng bình phương SSA Tổng bình phương tham số điều khiển A MSD Mean Squares Deviation - Bình phương độ lệch Hệ số xác định (coefficient of determination) R2 S/N Signal to noise - tỷ số tín hiệu/nhiễu D Desirability function – Đại lượng hàm kỳ vọng w Weight – trọng số θtb Sai số trung bình P W v mm/ph Cơng suất laser Vận tốc cắt viii [57] BD Prajapati, RJ Patel BC Khatri (2013), "Parametric investigation of CO2 laser cutting of mild steel and hardox-400 material", International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering 3(4), 204-208 [58] V Senthilkumar, M Bharath, K Dhanapal, M Dhinesh Kumaran (2016), "Analysis and optimization of laser machining parameters", International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology 5(8), 33-40 [59] Bùi Tiến Đạt Đỗ Văn Vũ (2004), "Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ q trình gia cơng vật liệu chùm tia laser ", Đề tài nghiên cứu cấp - Bộ Công Thương [60] Nguyễn Hữu Quang (2003), "Nghiên cứu triển khai ứng dụng máy laser CO2-SM1000MC viện máy dụng cụ công nghiệp vào việc gia công kim loại", Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Bách khoa Hà Nội [61] Ngô Đức Định (2014), "Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến suất chất lượng cắt tia laser", Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [62] Võ Thành Minh (2006), "Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ đến thời gian độ sâu khắc gỗ laser gỗ gụ nhằm ứng dụng công nghệ khảm trai", Nông nghiệp phát triển nông thôn [63] Tạ Hồng Phong Vũ Văn Tản, Nguyễn Văn Hạng, Ngô Hữu Mạnh (2018), "Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến suất chất lượng cắt vải cắt tia laser", Đại học Sao Đỏ [64] Nguyễn Minh Hiển Trần Đức Hân (2005), Cơ sở kỹ thuật laser, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội [65] W Juptner, W Rohte, G Sepold K Teske (1980), "Cutting with high capacity CO laser beams", DVS Ber 63, 222 [66] Kielman F (1985), "Stimulated absorption of CO2 laser light on metals In: Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on laser surface treatment", San Miniato, Italy, 17–22 [67] Peter Wirth (2004), "Introduction to industrial laser materials processing", Rofin, Germa‐ny [68] "ISO 9013:2002 Thermal cutting–classification of thermal cuts–geometrical product specification and quality tolerances" (2014), International Organization for Standardization Geneva [69] John Ion (2005), Laser processing of engineering materials: principles, procedure and industrial application, Elsevier [70] John Powell (1993), CO2 laser cutting, 214, Springer [71] John Powell, D Petring, RV Kumar, SO Al-Mashikhi (2008), "Laser–oxygen cutting of mild steel: the thermodynamics of the oxidation reaction", Journal of Physics D: Applied Physics 42(1), 015504 [72] Catherine Wandera (2010), Performance of high power fibre laser cutting of thick-section steel and mediumsection aluminium, Lappeenranta University of Technology 116 [73] W Schulz, D Becker, J Franke, R Kemmerling (1993), "Heat conduction losses in laser cutting of metals", Journal of Physics D: Applied Physics 26(9), 1357 [74] Majid Hashemzadeh (2014), Investigations into fibre laser cutting, University of Nottingham [75] W O’Neill, M Sparkes, M Varnham, R Horley (2004), High power high brightness industrial fiber laser technology, International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics, Laser Institute of America, 301 [76] H Hügel (2000), "New solid-state lasers and their application potentials", Optics and Lasers in Engineering 34(4-6), 213-229 [77] Catherine Wandera (2006), "Laser cutting of austenitic stainless steel with a high quality laser beam" [78] C Wandera, Veli Kujanpää A Salminen (2011), "Laser power requirement for cutting thick-section steel and effects of processing parameters on mild steel cut quality", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture 225(5), 651-661 [79] Hud Wahab, Jürgen Gröninger, Klaus Dickmann, P Bruns (2014), "Optimization of Laser Cutting Quality with Design of Experiments: Cutting mild steel with high brightness diode lasers", Laser Technik Journal 11(5), 27-31 [80] H Golnabi M Bahar (2009), "Investigation of optimum condition in oxygen gas-assisted laser cutting", Optics & Laser Technology 41(4), 454-460 [81] K Abdel Ghany, H Abdel Rafea M Newishy (2006), "Using a Nd: YAG laser and six axes robot to cut zinc-coated steel", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 28(11), 1111-1117 [82] Amit Sharma Vinod Yadava (2018), "Experimental analysis of Nd-YAG laser cutting of sheet materials–A review", Optics & Laser Technology 98, 264280 [83] A Kar, JA Rothenflue WP Latham (1997), "Scaling laws for thick‐ section cutting with a chemical oxygen–iodine laser", Journal of Laser Applications 9(6), 279-286 [84] Catherine Wandera, Antti Salminen Veli Kujanpaa (2009), "Inert gas cutting of thick-section stainless steel and medium-section aluminum using a high power fiber laser", Journal of laser applications 21(3), 154-161 [85] John Powell (2012), CO2 Laser Cutting, Springer Science & Business Media [86] Miloš J Madić Miroslav R Radovanović (2012), "Analysis of the heat affected zone in CO2 laser cutting of stainless steel", Thermal Science 16(suppl 2), 363-373 [87] Nguyễn Đăng Bình Nguyễn Văn Dự (2011), Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [88] Nguyễn Doãn Ý (2003), "Giáo trình quy hoạch thực nghiệm", Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [89] Ranjit K Roy (2001), Design of experiments using the Taguchi approach: 16 steps to product and process improvement, John Wiley & Sons 117 [90] Triangular Table, Linear Graphs Upgrading Columns Experiment Design Solutions, "Design of Experiments (DOE) Using the Taguchi Approach" [91] Trần Văn Địch (2008), Các phương pháp xác định độ xác gia cơng (dùng cho trường cao đẳng đại học) [92] Imtiaz Ahmed Choudhury S Shirley (2010), "Laser cutting of polymeric materials: An experimental investigation", Optics & Laser Technology 42(3), 503-508 118 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Hồng Anh Tuấn, Lê Giang Nam, Đặng Vũ Vinh, Đỗ Hữu Thọ (2015), Phát triển điều khiển số CNC trục cho máy cắt laser cơng suất nhỏ, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 11(2015) ISSN 0866-7056, trang 44-49 Lê Giang Nam, Hoàng Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thành, Phan Tử Phúc, Nguyễn Văn Thành (2017), Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến bề rộng vết cắt chiều sâu gia công laser sở mô số , Kỷ yếu Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X 2017, trang 910-919 Giang-Nam Le, Anh-Tuan Hoang, Duc-Viet Nguyen, Manh-Tung Nguyen, Quang-Huy Nguyen (2018), A Method to determine Machining Parameters for Laser Cutting Machine Using Numerical Simulation, International Journal of Scientific Engineering and Science, Volume 2, Issue9, pp 65-68 Lê Giang Nam, Hoàng Anh Tuấn (2021), Nghiên cứu ảnh hưởng cơng suất, tốc độ đường kính đầu cắt đến bề rộng rãnh cắt vật liệu SKD 11 gia cơng laser, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 1+2(2021) ISSN 2615-9910, trang 51-57 Lê Giang Nam, Hoàng Anh Tuấn, Nguyễn Trường Giang (2021), Đánh giá ảnh hưởng công suất laser, vận tốc cắt đường kính đầu cắt đến độ nhám bề mặt rãnh cắt vật liệu SKD 11 gia công laser, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 1+2(2021) ISSN 2615-9910, trang 63-69 119 PHỤ LỤC LUẬN ÁN 120 PHỤ LỤC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ HÌNH ẢNH CHIỀU RỘNG, ĐỘ NHÁM BỀ MẶT RÃNH CẮT Chiều rộng rãnh cắt Trên chiều dài cắt 40 mm chia thành điểm đo chiều rộng rãnh cắt điểm đo cách mm Hình I.1-PL1 Vị trí điểm đo Đo chiều rộng rãnh cắt thực kính hiển vi đo không tiếp xúc N61 - 1699 đo phương pháp phản xạ Đặt chi tiết cắt bàn dịch chuyển đo khoảng cách cách dịch chuyển hai biên rãnh so với tâm ngắm ống kính Đọc sai lệch pame dịch chuyển để xác định độ rộng vạch 121 Hình I.2-PL1 Thiết bị đo chiều rộng (N61-1699) hình thái bề mặt (HHM) Một số hình ảnh độ rộng chụp với độ phóng đại 60 lần 122 123 Đo độ nhám bề mặt rãnh cắt Thiết bị đo nhám sử dụng: Mitutoyo JS301 Tiêu chuẩn đo nhám: JIS Chiều dài chuẩn l= 0,8 mm Số chiều dài chuẩn N=5 Tốc độ đầu đo 0,25 mm/s Phương pháp đo: Đo nhám phương pháp đo tiếp xúc Đặt đầu đo lên bề mặt mẫu cho phương dịch chuyển đầu đo vng góc với hương vết gia cơng Các thông số độ nhám bề mặt xác định tối đa Hình I.3-PL1 Nhám bề mặt Nhám: thành phần sai lệch nhỏ vốn có trình gia cơng Đó dấu vết q trình gia công chẳng hạn vết dụng cụ cắt để lại bề mặt trình tiện, dấu vết để lại mài nghiền hay đánh bóng Tồn thành phần bất quy tắc có chiều dài bước sóng khoảng ÷ 100 lần chiều cao biên độ coi nhám Tùy q trình gia cơng mà nhám dạng tuần hoàn hay ngẫu nhiên Chiều dài chuẩn Hình I.4-PL1 Chiều dài đo,chiều dài đánh giá chiều dài chuẩn Chiều dài chuẩn có tên khác chiều dài khoảng đo lường chiều dài mà qua đo xác định cạh chắn đại lượng đặc trưng cần xác định Chiều dài chuẩn phải lớn bước sóng nhám bề mặt 124 Ra giá trị trung bình nên chiều dài chuẩn phải lấy n lần bước sóng nhám N = (5-25) tương ứng với độ tin cậy P = 96 - 99, 70% (theo tích phân Student) Việc lấy số chiều dài chuẩn N lớn (> 25) không mang lại độ tin cậy cao số đo Ra mà cịn có nguy bị lẫn sóng bề mặt sai lệch hình dạng hình học cho bề mặt chi tiết Đối chiều với tiêu chuẩn, chiều dài L quy định theo quan điểm nêu trên, đồng thời phù hợp với bước sóng nhám chiều cao nhám sản phẩm khí hành Các ngun cơng gia cơng khí thơng thường tiện tinh hay mài thơ thường có bước sóng nhám cỡ 0,1 mm nên chiều dài chuẩn 0,8 mm khuyến cáo sử dụng nhiều đáp ứng yêu cầu Chiều dài Cut-off Chiều dài cut – off thiết bị đo chiều dài chuẩn đo lường Điều khác biệt chiều dài chuẩn chiều dài vật lý đơn bề mặt chiều dài cut – off chiều dài tính tốn qua khuếch đại lọc Khi loại lọc chọn nghĩa chiều dài cut-off lựa chọn (ISO 11562: 1996) Thông thường chiều dài cut-off chọn theo tiêu chuẩn là: 0,08; 0,25; 0,8; 25mm Chúng quy định Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2511 – 1995 tiêu chuẩn quốc tế ISO 3274: 1996 Chiều dài cut-off lựa chọn theo số gợi ý sau: Các bề mặt quang học chất lượng cao: λc = 0,08mm Các bề mặt chi tiết khí thơng thường: λc = 0,8mm Những bề mặt nhám cần chọn chiều dài cut-off lớn Thực tế, nguyên tắc chọn chiều dài cut-off thông thường lấy 10 lần khoảng cách yếu tố đo, cụ thể khoảng cách nhấp nhơ nhám Nếu có nghi ngờ chiều dài cut-off chọn trước tiên người ta đo thử mà không sử dụng lọc để đưa định từ phép thử Trong lọc hồn hảo, ví dụ sử dụng lọc thông cao với chiều dài cut-off λ = 0,8mm có sóng có bước 0,8mm đánh giá cịn sóng có bước sóng lớn 0,8 mm bị lọc bỏ Ngược lại với chiều dài cut-off 0,8 mm lọc thơng thấp sóng có bước sóng lớn 0,8 mm đánh giá sóng có bước nhỏ 0,8 mm bị lọc bỏ 125 Đường chuẩn (đường trung bình): Hình I.5-PL1 Đường trung bình (đường chuẩn) Yêu cầu chủ yếu để định lượng thơng số nhám phải có chuẩn cho việc xác định thông số phép đo Người ta sử dụng đường chuẩn hay đường trung bình Trước đường chuẩn định nghĩa đường qua đỉnh nhám rãnh nhám cho tổng diện tích phần đỉnh nhám tổng diện tích phần rãnh nhám Cụ thể hình trênthì: A+C+E+G=B+D+ F+I Tuy nhiên theo định nghĩa đường chuẩn Hiện người ta định nghĩa Đường chuẩn đường bình phương nhỏ nhất, nghĩa đường chia profin bề mặt thành hai phần cho tổng bình phương khoảng cách từ điểm profin tới đường đạt giá trị nhỏ Đường Tham số biên độ nhám * Độ nhám trung bình Ra Ra - Sai lệch trung bình số học trị tuyệt đối sai lệch profin nhám so với đường trung bình chiều dài chuẩn L (chiều dài đánh giá) Là thông số công nhận phổ biến nhất, sử dụng nhiều thông số quốc tế độ nhám Ra = L ∫ L y( x) dx ≈n ∑n Trong đó: 1y i i= - L chiều dài đánh giá - Y(x) hay yi khoảng cách điểm profin tới đường chuẩn Các thiết bị đo nhám kiểu tương tự đo Ra cách kếo đầu dò tới lui liên tục bề mặt xác định giá trị trung bình qua thiết bị điện tử Khá dễ để đạt giá trị tuyệt đối tín hiệu tích phân tín hiệu nàybằng 126 thiết bị điệ tử analog Đó ngun nhân Ra lại có lịch sử lâu đời * RZ sai lệch trung bình profin theo mười điểm phạm vi chiều dài chuẩn (Trung bình cộng điểm cao điểm thất theo phương vng góc với đường trung bình chiều chiều dài chuẩn L) 5 + RZ = ∑ y i = pi ∑  y yi  i =1 Hình I.6-PL1 Sơ đồ xác định thơng số Rz Đây thơng số trung bình địi hỏi chiều dài chuẩn để xác định Rz hữu dụng trường hợp có chiều dài ngắn bề mặt đo đường trung bình khơng có nhiều ý nghĩa cho dù hình vẽ ta tính với yp yv với đường chuẩn Giá trị Rz không thay đồi dù tính theo đường song song với đường chuẩn dù hay profil Kết đo hình thái bề mặt: Ảnh hình thái bề mặt vết cắt chụp kính hiển vi HHM 500 Độ phóng đại 50 ÷ 500 lần Ống kính: Micro- Scope Lens Khoảng lấy nét từ 0,5 mm đến 40 mm Độ phân giải: 5M, 3M, 2M 1.3M 127 Một số hình ảnh hình thái vết cắt với độ phóng đại 80 lần 128 129 PHỤC LỤC 2: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 130 ... KHOA HÀ NỘI Hoàng Anh Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM SKD 11 BẰNG LASER Ngành : Kỹ thuật khí Mã số : 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ... công nghệ đến chiều rộng rãnh cắt gia công laser 11 1.2.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến nhám bề mặt rãnh cắt gia công laser 17 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước... GIỮA CÁC THAM SỐ ĐẦU VÀO VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU SKD 11 BẰNG LASER 83 4.1 Đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ đến chiều rộng rãnh cắt, chất lượng bề mặt