6. Bố cục của luận án
1.2.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến nhám bề mặt rãnh
rãnh cắt bằng gia công laser
KJ Muralidhara [28] đã xây dựng và đánh giá ảnh hưởng của công suất laser, vận tốc cắt, áp suất khí thổi đến độ nhám bề mặt khi gia công bằng laser CO2: Khi công suất laser tăng thì độ nhám bề mặt cắt tăng và ngược lại khi tăng vận tốc cắt thì độ nhám của bề mặt sẽ giảm, tuy nhiên nếu tăng vận tốc cắt quá lớn thì thời gian tương tác của laser với vật liệu không đủ để cắt vật liệu dẫn đến vết cắt sẽ tạo xỉ ở phía cạnh dưới của vết cắt, độ nhám bề mặt tăng lên (hình 1.10)
18
Hình 1.10. Ảnh hưởng của công suất laser và vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt [28]
M.Boujelbene [54] đã nghiên cứu và tối ưu hóa ảnh hưởng của quá trình cắt bằng laser CO2 đến độ nhám bề mặt vết cắt trên vật liệu thép carbon thấp. Trong các nghiên cứu này, tác giả đã kết luận: Độ nhám trung bình bậc hai (Rq) giảm nhẹ khi công suất laser (P), áp suất dòng khí thổi hỗ trợ tăng lên, còn khi vận tốc cắt (V) tăng thì độ nhám giảm mạnh, điều này là do khi vận tốc cắt tăng thì chùm tia đi qua bề mặt được cắt ít tác động đến trạng thái bề mặt hơn (hình 1.11)
Hình 1.11 Ảnh hưởng của Công suất laser (P) và vận tốc cắt (V) đến độ nhám bề mặt [54]
Cũng bằng phương pháp thực nghiệm trên vật liệu thép EN43 dày 2mm Lin Li và cộng sự [55] đánh giá ảnh hưởng của công suất laser, vận tốc cắt, khoảng cách hội tụ, áp suất khí thổi đến độ nhám bề mặt. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng ở vận tốc cắt tăng thì độ nhám bề mặt có xu hướng giảm. Khi vận tốc cắt vượt quá 50 mm/s, bề mặt vết cắt trở nên phẳng, các vân dần biến mất khi vận tốc cắt đạt 60 - 75 mm/s. Kết quả cũng tương tự như vậy khi tăng công suất laser (hình 1.12)
19
Hình 1.12 Ảnh hưởng của Công suất laser (P) và vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt vết cắt tại áp suất khí thổi là 0,1 MPa và khoảng cách đầu cắt là 2mm [55]
Hasçalık, Ahmet [56] đã tiến hành đánh giá chất lượng của vết cắt bao gồm: tỷ lệ độ côn rãnh cắt, độ dày lớp kết tinh của rãnh và độ nhám bề mặt dưới sự ảnh hưởng của các thông số: Công suất laser, vận tốc cắt, áp suất khí thổi. Kết quả nghiên cứu đã xác định giá trị độ nhám bề mặt có xu hướng giảm đi khi các thông số cắt tăng lên. Khi cắt ở vận tốc cắt thấp, mức công suất laser cao sẽ dẫn đến năng lượng laser dư thừa hấp thụ vào vết cắt, lúc này vật liệu nóng chảy quá mức được tạo ra và hình thành các vân chồng lên nhau trên bề mặt. Áp suất khí thổi cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt, khi áp suất khí thổi lớn sẽ thổi vật liệu nóng chảy ra khỏi bề mặt nhanh hơn ngăn cản sự bám vật liệu nóng chảy lên bề mặt cắt (hình 1.13)
20
H.A. Eltawahni và các cộng sự [52] thì nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cắt bằng laser CO2 gồm: công suất laser; vận tốc cắt; vị trí tiêu điểm; áp suất khí thổi; đường kính đầu cắt đến nhám bề mặt, cụ thể là:
- Độ nhám bề mặt cắt tăng khi vận tốc cắt tăng và giảm khi các thông số còn lại tăng. Tuy nhiên đường kính đầu cắt không ảnh hưởng nhiều đến độ nhám bề mặt;
- Giảm khoảng 71% chi phí cắt khi thực hiện cắt tại giá trị các thông số: công suất 1,02 kW, vận tốc cắt từ 1900 mm/phút đến 2968 mm/phút, vị trí tiêu điểm dao động trong khoảng 3,92 2,85 mm, áp suất khí thổi từ 1,04 1,29 MPa, đường kính đầu cắt 1 mm.
Jarosz và cộng sự [49] đã nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) khi cắt thép không gỉ AISI 316L dày 10 mm bằng máy laser CO2 với ni-tơ làm khí hỗ trợ. Họ đã đánh giá ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chiều rộng của HAZ, độ nhám bề mặt và sự hiện diện của xỉ trên bề mặt. Trong số ba mức vận tốc cắt được sử dụng, chỉ có hai mức cao nhất được áp dụng trên thực tế. Đối với vận tốc cắt 16,5 mm/s thu được độ nhám bề mặt tốt và HAZ không đáng kể trong khi đối với vận tốc cắt 9,17 mm/s thì độ nhám bề mặt thấp hơn nhưng HAZ có thể nhìn thấy được.
Prajapati và cộng sự [57] đã tiến hành nghiên cứu trên hai loại vật liệu: thép nhẹ và thép Hardox-400 có độ dày 6, 8 mm và 10 mm. Họ sử dụng máy cắt laser CO2
với sự hỗ trợ của khí ôxy, các thông số quá trình như: công suất laser, áp suất khí và vận tốc cắt được thay đổi ở ba cấp độ. Khi đánh giá độ nhám bề mặt, vận tốc cắt và độ dày vật liệu được cho là có ảnh hưởng lớn nhất. Áp suất khí hỗ trợ có ảnh hưởng nhiều hơn đến thép nhẹ so với thép cứng.
Senthilkumar và cộng sự [58] nghiên cứu cắt thép tấm thường dày 3 mm với hệ thống cắt laser CO2 và sử dụng khí CO2 làm khí hỗ trợ. Tác giả đã sử dụng mảng trực giao Taguchi L16 để đánh giá ảnh hưởng công suất laser, vận tốc cắt, áp suất khí và khoảng cách đầu cắt ở bốn cấp độ đến độ nhám bề mặt. Kết quả cho thấy, độ nhám bề mặt giảm khi tăng vận tốc cắt, và độ nhám có sự thay đổi ít khi áp suất khí thổi và khoảng cách đầu cắt tác động trong quá trình cắt. Các giá trị của độ nhám trong thực nghiệm nằm trong khoảng từ 0,59 μm đến 2,58 μm.