Cắt bằng tia laze là công nghệ sản xuất không tiếp xúc, linh hoạt và năng suất cao có thể phân tích chính xác nhiều loại vật liệu tấm. Vì những lợi ích này và những lợi ích khác, quá trình xử lý bằng laser ngày càng được ngành công nghiệp áp dụng. 

Bài báo này nghiên cứu ảnh hưởng của loại vật liệu, độ dày phôi, tốc độ cắt và áp suất khí phụ lên chất lượng cắt và sử dụng laser CO2 cho các ứng dụng liên quan trong công nghiệp. Chọn hợp kim nhôm AlMg3, thép cacbon thấp St37-2 và thép không gỉ AISI 304 làm vật liệu trưởng thành nhất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và có hiểu biết sâu sắc về hành vi hấp thụ của các quá trình khác nhau (ví dụ: cắt nhiệt hạch hỗ trợ quán tính và cắt oxy ) và bước sóng laser CO2. Mục đích là để củng cố sự hiểu biết về cơ chế tương tác giữa cắt laser các thông số và thông số của phôi để xác định các tiêu chuẩn chung và các thông số quá trình được tối ưu hóa để đảm bảo chất lượng của vết cắt.

Công nghệ cắt bằng chùm tia laser CO2 mới phù hợp hơn để cắt các vật liệu cứng hoặc giòn!

 Các nhà nghiên cứu đã phân tích chất lượng của cắt laser từ ba khía cạnh: hình học đường cắt, độ nhám bề mặt và chất lượng cạnh cắt. Thí nghiệm được thực hiện bằng phương pháp thiết kế thí nghiệm có hệ thống dựa trên thiết kế thí nghiệm và kết quả được xác minh bằng phân tích phương sai. Đánh giá chất lượng đã được đề xuất và thảo luận. Kiểm tra trực quan phần cắt xác nhận chất lượng tổng thể tốt và hạn chế tồn tại các khuyết tật cắt laser. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng các vật liệu khác nhau có thể được xử lý thành công trong phạm vi giá trị thử nghiệm lớn hơn. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã xác định cho mỗi vật liệu điều kiện cắt tốt nhất đáp ứng các yêu cầu về đường thẳng của các tiêu chuẩn chất lượng đã được thông qua.

Nền tảng thử nghiệm

Cắt laser (LBC) hiện là quy trình được sử dụng rộng rãi nhất để cắt các vật liệu tấm khác nhau trong ngành. Xử lý bằng laser có thể cắt một loạt các vật liệu rất lớn, bao gồm hầu hết các loại (kim loại, vật liệu tổng hợp và gốm sứ). Đặc tính này là do các đặc tính nhiệt của quá trình laser phụ thuộc vào đặc tính nhiệt của vật liệu, hơn là các đặc tính cơ học của nó. Năng lượng nhiệt được cung cấp bởi chùm tia laze và chuyển thành nhiệt năng. Chùm tia laze có thể được hội tụ vào một điểm rất nhỏ trên bề mặt vật liệu. Do bức xạ điện từ, nó không liên quan đến lực cắt cơ học, mài mòn và rung động của dụng cụ. Do đó, LBC cũng thích hợp để cắt các vật liệu cứng hoặc giòn.

Chùm tia laze tương tác với các electron của vật liệu, và một phần năng lượng bị hấp thụ, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ cục bộ cao cho đến khi nó nóng chảy, hóa hơi hoặc thay đổi trạng thái hóa học. Các hiện tượng vật lý khác nhau này kiểm soát sự tương tác giữa vật liệu và laser chủ yếu phụ thuộc vào các tính chất hóa học và vật lý của vật liệu, chẳng hạn như độ hấp thụ, độ dẫn nhiệt và các đặc tính của laser như bước sóng và mật độ công suất của laser. Cắt nóng chảy cho đến nay là phương pháp cắt kim loại được sử dụng phổ biến nhất, trong khi phương pháp cắt bằng hóa hơi thường được sử dụng cho các vật liệu có năng lượng hóa hơi thấp và laser có bức xạ cao. Trạng thái hóa học thay đổi và cắt để thay thế một số vật liệu hữu cơ, khi nhiệt độ tăng lên sẽ làm đứt gãy các liên kết hóa học giữa các phân tử. Trong quá trình nấu chảy và cắt, vật liệu nóng chảy được đưa ra khỏi rãnh bằng phản lực khí điều áp. Tùy thuộc vào vật liệu được cắt, khí phụ có thể trơ hoặc hoạt động. Loại thứ nhất bảo vệ bề mặt khỏi quá trình oxy hóa, trong khi loại thứ hai (thường là oxy) tạo ra phản ứng tỏa nhiệt mạnh, làm tăng nhiệt độ của vùng cắt, cho phép cắt dày hơn và tốc độ cao hơn.

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ảnh hưởng của loại vật liệu, độ dày phôi, tốc độ cắt và áp suất khí phụ lên chất lượng cắt khi cắt laser công nghiệp trên các vật liệu khác nhau. Khi yêu cầu độ chính xác và độ chính xác cao thì chất lượng của đường cắt là quan trọng nhất. Việc đánh giá chất lượng vết cắt chủ yếu dựa vào dạng hình học của rãnh cắt (bề rộng vết cắt và độ lệch vuông góc), độ nhám bề mặt và chất lượng mép cắt. Các vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu thử nghiệm này được lựa chọn để đại diện cho các vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp liên quan, với mục đích tìm ra các tiêu chuẩn chung và bộ thông số quá trình tốt nhất. Hợp kim nhôm AlMg3 và thép không gỉ AISI 304 được sử dụng để nghiên cứu hành vi hấp thụ của bước sóng laser CO2, và thép cấu trúc St37-2 được sử dụng để nghiên cứu cắt laser có hỗ trợ oxy. Thiết kế giai thừa được phát triển và thử nghiệm bằng cách thay đổi các tham số của quá trình. Chiều rộng rãnh, góc côn và độ nhám bề mặt của dao được đo và phân tích. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) để nghiên cứu ảnh hưởng kết hợp của các thông số laser cắt và thông số phôi đối với đầu ra của chất lượng phôi. Cuối cùng, họ tiến hành kiểm tra trực quan lớp goaf để loại bỏ sự hình thành của xỉ, các khu vực chưa cắt và các bất thường trên bề mặt cắt.

Vật liệu thí nghiệm

Nhôm và các hợp kim của nó có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn. Do tính năng đáng kể của nó, các tấm hợp kim nhôm được sử dụng để sản xuất các bộ phận kết cấu cho các ứng dụng công nghiệp trong hàng không, ô tô và các lĩnh vực kỹ thuật liên quan khác. Cắt hợp kim nhôm sử dụng khí trơ, thường là nitơ. AlMg3 là hợp kim nhôm-magiê (sê-ri 5xxx), thích hợp cho việc tạo hình và hàn nguội, đồng thời có khả năng chống ăn mòn tốt hơn và cơ tính cao hơn nhôm nguyên chất. Đối với nhôm nguyên chất, AlMg3 có tính dẫn nhiệt cao. Truyền nhiệt đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất cắt laser. Vì độ dẫn nhiệt liên quan đến tốc độ truyền nhiệt từ khu vực cắt, điện trở nhiệt thấp làm tăng khả năng tản nhiệt, dẫn đến năng lượng sẵn có cho quá trình gia công thấp hơn, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao hơn và giảm hiệu quả. Ngoài ra, việc loại bỏ nhiệt có thể dẫn đến sự nguội đi của kim loại nóng chảy trên bề mặt đáy của khe, hình thành các cạnh côn và xỉ. Ngoài ra, các kim loại phản chiếu ánh sáng, chẳng hạn như hợp kim nhôm, có thể làm giảm tốc độ cắt tối đa và yêu cầu mật độ công suất cao hơn để bắt đầu cắt.

thiết bị thí nghiệm

Thử nghiệm thực nghiệm sử dụng TRULaser 3040 của TRUMPF, được trang bị nguồn TruFlow 5000 W CO2. Hình 1 cho thấy một sơ đồ của thiết bị thí nghiệm được sử dụng để thử nghiệm, trong đó chỉ ra các hạng mục liên quan tham gia vào quá trình cắt laser. Hệ thống laser được điều khiển bằng hệ thống điều khiển số máy tính (CNC). Khí phụ được đẩy ra đồng trục qua vòi côn của đầu cắt. Hệ thống thấu kính tập trung chùm tia laze vào một điểm có đường kính khoảng 0.3 mm. Sự phân bố cường độ của chùm sáng trên tiêu điểm xấp xỉ Gauss.

quy trình thí nghiệm

Để đạt được độ chính xác về kích thước, độ hoàn thiện bề mặt và chất lượng cạnh cắt của phôi, việc lựa chọn các thông số quá trình là rất quan trọng. Do đó, phạm vi của các thông số cần đo được xác định trên cơ sở các thí nghiệm thiết kế sơ bộ và nghiên cứu tài liệu. Mỗi vật liệu sử dụng phương pháp nổi tiếng nhất. Khí phụ AlMg3 và AISI 304 được cắt bằng nitơ, và St37-2 được cắt bằng oxy. Khí phụ được đẩy ra đồng trục qua vòi côn của đầu cắt. Việc điều chỉnh đường kính vòi phun giúp ổn định áp suất và tránh sự hỗn loạn trong quá trình nấu chảy. Nhìn chung, tùy thuộc vào chất liệu và độ dày, đường kính vòi phun thường được sử dụng trong khoảng 0.8-3mm. Tia khí phụ cung cấp tác động cơ học cần thiết để kéo kim loại nóng chảy ra khỏi khe và tạo thành lớp ranh giới truyền nhiệt trên bề mặt nóng chảy, do đó tránh quá nhiệt. Ngoài ra, trong quá trình cắt có hỗ trợ oxy, khí hoạt động cung cấp một phần nhiệt bổ sung vào sự cân bằng năng lượng. Trong trường hợp bình thường, trong cắt laser có hỗ trợ oxy, tùy thuộc vào độ dày, áp suất bơm khí hoạt tính vào vùng cắt là khoảng 0.2-0.6 bar, trong khi áp suất phun nitơ cao hơn nhiều (khoảng 16 bar cho một 10 mm tấm dày)).

Theo kế hoạch thí nghiệm, mỗi mẫu được cắt laser bằng cách thay đổi các thông số quy trình. Tiến hành cắt mẫu song song giống như chiếc lược, đồng thời tiến hành phân tích hình học và đánh giá chất lượng của mặt cắt.

Để xác định các tham số kerf có tác động đáng kể đến chất lượng của kerf và đánh giá tính đầy đủ của mô hình thực nghiệm hồi quy đã phát triển, một phân tích phương sai (ANOVA) đã được thực hiện ở mức tin cậy 95% (α = 0.05). Giá trị p được sử dụng để xác định tầm quan trọng của các yếu tố kiểm soát và sự tương tác của chúng; do đó, khi giá trị p nhỏ hơn 0.05 thì ảnh hưởng chính và tương tác bậc nhất là có ý nghĩa.

Cuối cùng, dưới tác dụng của tia khí phụ áp suất cao, tương tác thủy động lực học giữa sự hình thành chất nóng chảy và sự loại bỏ chất nóng chảy ảnh hưởng đến chất lượng cắt. Có thể quan sát thấy quá trình nóng chảy và cắt các phần dày được hỗ trợ bởi nitơ AlMg3 từ trạng thái chảy tầng đến lớp ranh giới hỗn loạn trước khi bị kéo ra khỏi vật liệu cắt. Khi áp suất khí hỗ trợ không đủ để duy trì lớp biên lớp trong toàn bộ chiều dày cắt. Hình 3 nêu rõ các điểm tách lớp biên tương ứng với sự gia tăng đáng kể của độ nhám bề mặt.

cuối cùng

Bài báo này chủ yếu nghiên cứu ảnh hưởng của loại vật liệu, độ dày phôi, tốc độ cắt và áp suất không khí phụ đến chất lượng cắt khi sử dụng laser công nghiệp CO5000 2 W để cắt laser các vật liệu kỹ thuật khác nhau như hợp kim nhôm AlMg3, thép cacbon thấp St37-2, AISI 304 thép không gỉ, v.v. Việc đánh giá chất lượng đường cắt chủ yếu dựa vào dạng hình học kerf (chiều rộng kerf và góc côn), độ nhám bề mặt và chất lượng cạnh cắt. Các kết quả chính có thể được tóm tắt như sau:

Đánh giá chất lượng của phần cắt (phù hợp với tiêu chuẩn ISO 17658: 2015) xác nhận rằng chất lượng chung của phần cắt bằng laser là tốt, hạn chế khuyết tật do không quan sát thấy các giọt chất lỏng đông đặc, các đường nét trên khuôn mặt không đều và bề mặt bị cháy. Chiều rộng đường rạch tổng thể, chiều rộng đường rạch dưới và khoảng góc côn lần lượt là 599.90 ± 106.85µm, 562.06 ± 280.01µm và 0.83 ± 2.48 độ.

Về mặt hình học kerf, chiều rộng kerf đầu chủ yếu bị ảnh hưởng bởi độ dày của phôi. Ngược lại, độ rộng của đường cắt bị ảnh hưởng rất nhiều bởi loại vật liệu, độ dày và áp suất khí. Việc giảm tốc độ cắt làm tăng chiều rộng của rãnh vì nó cung cấp năng lượng cao hơn. Sau này ít được chú ý hơn khi cắt thép không gỉ. Người ta đề xuất rằng trong phạm vi số được chọn cho cắt laser AISI 304, nếu có thể, việc tăng tốc độ cắt sẽ tăng cường bức xạ của mặt cắt, do đó làm tăng nhiệt độ của mặt cắt xuống đáy. Góc côn chủ yếu bị ảnh hưởng bởi loại vật liệu.

Đối với độ nhám rãnh bên, AlMg3, chất có khả năng hấp thụ bức xạ laser CO2 kém nhất khi cắt bằng laser, có giá trị Ra cao nhất, trong khi AISI 304 có giá trị Ra thấp nhất. Ngoài ra, độ nhám bề mặt số học của AlMg3 và St37-2 tăng dọc theo hướng tia laze, trong khi độ nhám bề mặt số học của AISI 304 về cơ bản không thay đổi. Kết quả phân tích phương sai cho thấy độ nhám bề mặt tính toán chủ yếu bị ảnh hưởng bởi sự tương tác của vật liệu và tốc độ cắt. Ngoài ra, khi tốc độ cắt tăng, RSm tăng, đặc biệt khi cắt bằng laser AISI 304. Ngược lại, khi cắt bằng laser St37-2, RSm tăng khi tốc độ cắt giảm; Ngoài ra, nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng RSm giảm khi độ dày tăng lên, cho thấy rằng sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim dẫn đến hành vi ít dự đoán hơn. Có một sự tương tác đáng kể giữa độ dày và áp suất khí, điều này cho thấy rằng áp suất khí càng thấp thì thông số khoảng cách khi cắt các lớp mỏng bằng laser càng nhỏ.

Liên kết đến bài viết này : Công nghệ cắt bằng chùm tia laser CO2 mới phù hợp hơn để cắt các vật liệu cứng hoặc giòn!

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com


Công nghệ cắt bằng chùm tia laser CO2 mới phù hợp hơn để cắt các vật liệu cứng hoặc giòn!PTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Dịch vụ. Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100.
Xưởng gia công chuyên gia công các dịch vụ phục vụ ngành xây dựng và giao thông vận tải. Khả năng bao gồm cắt plasma và oxy-nhiên liệu, Gia công phù hợp, MIG và Đồ gá hàn phay chính xác Cnc nhôm tùy chỉnh, cuộn, lắp ráp, Máy cnc inox gia công tiện thân cây, cắt, và Dịch vụ gia công CNC Thụy Sĩ. Vật liệu được xử lý bao gồm carbon và Bộ phận tấm che gia công bằng thép không gỉ thụ động.
Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi ( [email protected] ).

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *