Giáo trình Công nghệ laser - Chương 5: Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình gia công

 62
Ch−ơng 5 Những nhân tố ảnh h−ởng đến quá trình gia công 
 Nhân tố ảnh h−ởng đến chất l−ợng gia công cắt và đột lỗ bằng laser và chất 
l−ợng sản phẩm bao gồm nhiều yếu tố khác nhau. Tuy nhiên có thể phân thành hai 
nhóm chính : ảnh h−ởng của thiết bị cắt và ảnh h−ởng của công nghệ cắt. 
5.1 ảnh h−ởng của các thông số thiết bị cắt : 
Các yếu tố ảnh h−ởng đến quá trình cắt do các thông số của thiết bị gây nên bao 
gồm: ảnh h−ởng loại máy phát , thiết bị điều khiển và các thiết bị hổ trợ khác... 
 Đối với thiết bị , do máy phát laser có nhiều loại ( rắn, lỏng, khí , hỗn hợp...) và 
ứng với mỗi loại các đặc tính của máy lại khác nhau nh− b−ớc sóng, tần số , c−ờng độ 
xung , dạng xung....Các yếu tố này ảnh h−ởng đến chất l−ợng cắt cũng nh− độ chính xác 
của vật cắt . 
 Tuỳ thuộc vào công suất của máy phát các nhà công nghệ cần phải chọn cho phù 
hợp với loại vật liêụ cần cắt . Trên bảng 5-1 dẫn ra mối quan hệ giữa năng l−ợng riêng 
khi cắt với một số vật liệu phi kim . 
 Bảng 5-1 [6] 
Vật liệu Năng l−ợng cắt riêng 
KJ/g 
Composite 80 
Téctolit 50 
Tectolit thuỷ 
 tinh 
47 
Thuỷ tinh thạch anh 45 
Thuỷ tinh th−ờng 31 
Amiant tấm 20 
Nhựa 2,0 
Các ton 0,2 
Ngoài ra hình dạng và kích th−ớc vật gia công phụ thuộc vào công suất máy phát . 
Trên hình 5-1 biểu diễn sự phụ thuộc giữa công suất máy phát và chiều sâu xuyên thấu 
của lỗ. 
3
2
1
h, 
mm 
20 
10 
0 
 50 100 150 200 P (w) 
Tiêu cự : 
1- f = 50 mm 
2 - f = 100 mm 
3- f = 200 mm
Hình 5-1 ảnh h−ởng của công suất máy phát đến chiều sâu lỗ cắt [5] , [6] 
 Khi công suất máy phát tăng lên khả năng cắt đ−ợc vật liệu càng dày hơn . Mặt 
khác khi tiêu cự của thấu kính thay đổi cũng làm thay đổi chiều dày cắt đ−ợc. 
 Trong quá trình khoan lỗ, chiều sâu của lỗ chịu ảnh h−ởng nhiều số l−ợng xung 
trong những thời gian khác nhau . Trên hình 6-2 hình dạng đ−ờng cong của đồ thị thể 
hiện chiều sâu của lỗ cắt tăng lên khi số l−ợng xung càng tăn, nh−ng đến một số l−ợng 
xung nào đó thì khả năng tăng đ−ờng kính lỗ không đáng kể nữa . 
3
4
5
1
2
h, mm 
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
Hình 5
 0ự phụ thuộc giữa độ sâu lỗ với số xung [5] 
 1 2 3 4 5 6 7 8 n, số xung 
ệu ferit, chiều dày 0,8 mm, năng l−ợng 1 xu
2 Jun; 2- 0,25 Jun; 3-0,35 Jun; 4-0,4 J -2 S
Vật li
1 - 0, ng là : 
un; 5- 0,5 Jun 63
 64
Hình 5-3 Sự phụ thuộc đ−ờng kính đầu mỏ cắt và vận tốc cắt [6] 
 Ngoài ra độ chính xác gia công còn phụ thuộc vào các thiết bị điều khiển. Việc 
điều khiển qúa trình cắt bằng các máy CNC sẽ cho phép đạt đ−ợc độ chính xác sản phẩm 
cắt và chất l−ợng vật cắt cao cũng nh− tăng năng suất quá trình cắt . 
5.2 ảnh h−ởng của công nghệ cắt : 
 Các thông số của quá trình công nghệ ảnh h−ởng nhiều đến hình dạng chiều sâu cắt 
cũng nh− chất l−ợng của vật gia công .Các yếu tố ảnh h−ởng của công nghệ bao gồm tốc 
độ cắt , vị trí của tiêu cự, áp suất dòng khí thổi ... 
 Tóc độ cắt có quan hệ mật thiết với khả năng cắt chiều sâu cũng nh− hình dạng tiết 
diện ngang lỗ cắt. Tốc độ cắt càng cao thì chiều dày cắt càng giảm Trên hình 6-4 dẫn ra 
đồ thị biễu diễn quan hệ giữa chiều sâu cắt đến chiều dày của vật cắt . 
DĐầu cắt
2
1
Nguồn laser 1,5 KW 
1 - Khí ni tơ, (P=14 Bar) 
2 - Khí O2/N2 (PP=6Bar) 
Tốc độ cắt
V 
m/ph 
6
5
4
3
2
1
2 4 6 8 10 S, Chiều dày cắt (mm) 
Vc
Hình 5-4 Sự phụ thuộc của tốc độ cắt vào chiều dày vật cắt [17]. 
-Vật liệu cắt :thép cacbon A42 - Công suất nguồn 1,5 Kw- Đ−ờng kính đầu cắt laser 
1,8mm - áp suất dòng khí hỗ trợ cắt 2bar (cách bề mặt 2mm) 
 Tuy nhiên có một điều thú vị là khi tốc độ cắt càng cao thì chiều rộng rãnh cắt 
nhận đ−ợc càng hẹp hơn . Nguyên nhân này đ−ợc giải thích do sự truyền nhiệt ra xung 
quanh vùng cắt giảm đi . Trên hình 6-5 dẫn ra các rãnh cắt khác nhau khi sử dụng các tốc 
độ cắt khác nhau để cắt thuỷ tinh tectolít dày 5mm , P = 2 kw . 
 1 - Tốc độ cắt 6,6m/ph 
 2 - Tốc độ cắt 16,6 m/ph 
 3 - Tốc độ cắt 25 m/ph 
 4 - Tốc độ cắt 33 m/ph 
 V1 < V2 < V3 < V4. 1 2 3 4 
Hình 5-5 : Phụ thuộc tiết diện rãnh cắt vào tốc độ cắt [6] 
 Vị trí tiêu điểm của chùm tia laser so với bề mặt vật gia công lỗ ảnh h−ởng rất đáng 
kể đến hình dáng lỗ khoan cũng nh− chiều sâu lỗ . Trên hình 6-6 dẫn ra sự thay đổi vị trí 
tiêu điểm của chùm tia laser so với bề mặt ngang của vật gia công . Rõ ràng là khi tiêu 
điểm của chùm tia nằm đúng trên bề mặt trên của vật gia công thì hình dáng của lỗ khoan 
theo chiều sâu đều đặn hơn và chiều sâu của lỗ đạt đ−ợc hợp lý nhất . 
Vị trí tiêu điểm
 Hình 5-6 : Phụ thuộc hình dạng của lỗ gia công và chiều sâu của lỗ 
 vào vị trí đặt tiêu điểm của chùm laser [4] 
 65
 Hình 5-6 : Phụ thuộc hình dạng của lỗ gia công và chiều sâu của lỗ 
 vào vị trí đặt tiêu điểm của chùm laser [4 
] / Mụ tả hỡnh học, b/ Ảnh trờn mẫu kim tương của mẫu thớ nghiệm 
N
công ng
chuyển 
Trên hìn
chùm la
qua lại t
[11] 
 agoài ra bề mặt mép cắt đạt đ−ợc chất l−ợng cao hay không còn phụ thuộc vào 
hệ cắt có sử dụng dòng áp lực khí thổi hỗ trợ hay không cũng nh− h−ớng dịch 
 chùm tia laser trong khi cắt ? 
h 5-7 (a, b, c) là mô hình cắt có xỉ và không có xỉ cắt ở mép rãnh cắt khi sử dụng 
ser cắt có sử dụng nguồn khí thổi .Khi h−ớng dịch chuyển của đầu cắt dao động 
rong quá trình cắt theo cả hai ph−ơng x và y thì sản phẩm cắt sẽ nhẵn hơn (H5-7b) 66
a/ Khi cắt theo đ−ờng thẳng 
Mép cắt 
Xỷ 
a/ 
b/ 
b/ Quá trình cắt có chuyển động ng
c/ 
c/ Khi cắt Có sử dụng khí để thổi 
Hình 5-7 Một số dạng mép
Ngay cả loại khí dùng trong quá t
độ cắt cực đại. 
Sự phụ thuộc giữa vận tốc 
chùm tia laser tác dụng. 
 5 10 
2
1
a/ 
h, 
mm
Hình 5-8 Sự phụ thuộc vào trạng
 a - Khi V<= 6 m/s 
 b - Khi V > 6 m/s Mép cắt 
Xỷ
ang thì mép cắt nhẵn hơn 
Mép cắt 
Không có xỷ 
 cắt khi có sử dụng khí thổi [11] 
rình thổi cắt cũng ảnh h−ởng đến chiều d
gia công, chất l−ợng bề mặt kim loại, và 
V, m/s 10 20
h, 
mm
2
1
b/ 
 thành phần lớp sơn phủ trên bề mặt thép
[6] 
ày cắt và tốc 
chiều sâu vùng 
V, m/s
 45 đánh bóng.
67
R , 
Cm 
0,3 
0,2 
0,1 
0,0
104 105 106 KG/cm2
Hình 5-9 Sự phụ thuộc bán kính lỗ vào áp lực phản lực của hơi [8] 
Để giảm tiêu hao nguồn nhiệt ng−ời ta sử dụng dòng khí hổ trợ nhằm đảy các sản 
phẩm cháy ra khỏi rảnh cắt d−ới tác dụng của động lực học dòng khí v−ợt quá giới hạn sức 
căng bề mặt của các giọt kim loại lỏng. 
 68