Đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đến nhiệt độ bề mặt phôi khi gia nhiệt bằng laser

Nhiệt độ bề mặt phôi được kiểm soát là rất quan trọng để đảm bảo quá trình tiện được tiến hành thuận lợi hơn và sau khi tiện tính chất vật liệu của chi tiết không thay đổi. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số nguồn laser đến nhiệt độ bề mặt phôi thép hợp kim 9XC qua tôi (62 HRC).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đến nhiệt độ bề mặt phôi khi gia nhiệt bằng laser Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT PHÔI KHI GIA NHIỆT BẰNG LASER Nguyễn Thành Huân1*, Trần Xuân Thái2, Nguyễn Đức Toàn2 Tóm tắt: Tiện có gia nhiệt bằng laser là sử dụng chùm tia laser nung nóng phôi ở vị trí trước dụng cụ cắt trong khi tiện. Nhiệt độ bề mặt phôi phụ thuộc vào các thông số như công suất, khoảng cách, tốc độ dịch chuyển,… của nguồn laser [1] và các thông số công nghệ của quá trình tiện. Nhiệt độ bề mặt phôi được kiểm soát là rất quan trọng để đảm bảo quá trình tiện được tiến hành thuận lợi hơn và sau khi tiện tính chất vật liệu của chi tiết không thay đổi. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số nguồn laser đến nhiệt độ bề mặt phôi thép hợp kim 9XC qua tôi (62 HRC). Từ khóa: Tiện vật liệu cứng, Công suất laser, Tốc độ cắt, Lượng tiến dao, Taguchi. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ - Trong gia công cắt gọt có nhiều chi tiết được làm từ các vật liệu khó gia công như thép hợp kim, thép chịu nhiệt, thép đã qua tôi, thép không gỉ, …[4]. Hiện nay, việc gia công chế tạo chi tiết làm bằng những vật liệu này có một số phương pháp như: gia công bằng tia lửa điện, gia công điện hóa, gia công bằng siêu âm, gia công bằng mài, gia công cao tốc, …[3]. Tuy nhiên, các phương pháp gia công này gặp nhiều khó khăn như: năng suất gia công thấp, chi phí đắt, dụng cụ cắt phải làm từ vật liệu có độ cứng cao (kim cương, CBN), dụng cụ cắt bị mài mòn nhiều, giá thành sản phẩm cao. - Do đó, việc nghiên cứu phương pháp gia công cho chất lượng bề mặt đảm bảo và mang lại hiệu quả kinh tế cao đã và đang được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu. Gồm có các giải pháp gia công như: chế tạo dụng cụ cắt mới, phương pháp gia công mới, chế tạo thiết bị cắt gọt mới, nghiên cứu nguyên lí gia công mới. - Hầu hết các vật liệu có tính chất là khi được nung nóng lên nhiệt độ càng cao thì độ bền, độ cứng càng giảm [5]. Nghiên cứu này đã sử dụng chùm tia laser để gia nhiệt bề mặt phôi trong quá trình tiện và xác định sự ảnh hưởng của các thông số nguồn laser đến nhiệt độ bề mặt phôi. Bài báo này sẽ giải quyết vấn đề đặt ra ở trên bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi để đánh giá các thông số nguồn laser ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt phôi và sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao để xây dựng hàm hồi quy toán học mô tả ảnh hưởng của việc gia nhiệt bằng laser đến nhiệt độ bề mặt phôi thép 9XC qua tôi. Từ đó, nhiệt độ bề mặt sẽ được điều khiển và kiểm soát, là cơ sở cho nghiên cứu tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser. 2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT 2.1. Xác định thông số cần nghiên cứu Hình 1. Các vị trí đặt điểm laser trên phôi. 150 N. T. Huân, T. X. Thái, N. Đ. Toàn, “Đánh giá ảnh hưởng của … gia nhiệt bằng laser.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Khi gia nhiệt bằng laser, nhiệt độ bề mặt phôi phụ thuộc vào các thông số laser như: công suất laser P(W), khoảng cách từ đầu laser đến bề mặt phôi h(mm), vị trí điểm đặt laser (o) (hình 1) và phụ thuộc vào tốc độ dịch chuyển tương đối giữa đầu laser và bề mặt phôi. Trong nghiên cứu này tác giả tiến hành thí nghiệm trên máy tiện, tốc độ dịch chuyển này phụ thuộc vào tốc độ quay cả phôi và dịch chuyển dọc của nguồn laser. Trên cơ sơ sở tính toán, chọn các thông số theo các tài liệu [3] [8], kết hợp với điều kiện trang thiết bị thí nghiệm; tác giả đã chọn các thông số thực nghiệm với 3 mức như sau: Bảng 1. Các thông số công suất laser, khoảng cách từ đầu laser đến bề mặt phôi và điểm đặt laser ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt phôi. Các mức Thông số Mức 1 Mức 2 Mức 3 Công suất(W) 200 265 330 Khoảng cách đầu laser tới bề mặt phôi(mm) 15 20 25 Điểm đặt laser (o) 70 80 90 Bảng 2. Các thông số tốc độ di chuyển và bước tiến của đầu laser ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt phôi. Các mức Thông số Mức 1 Mức 2 Mức 3 Tốc dịch chuyển (m/ph) 25 62,5 100 Bước tiến (mm/vg) 0,06 0,12 0,18 2.2. Chuẩn bị thực nghiệm 2.2.1. Thiết bị thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm gồm có: máy tiện vạn năng T6M16 (1), phôi tiện (2), hệ thống máy phát laser rắn Neodium –YAG công suất 350W (3), thiết bị đo lực FUTEK MTA400 (4), bộ chuyển đổi tín hiệu (5) và máy tính hiển thị kết quả (6). 1 2 3 4 6 5 Hình 2. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm. Ngoài ra, nghiên cứu này còn sử dụng máy FieldMaster của hãng Coherent (Mỹ) để đo công suất laser (hình 3.a) và máy IR–AHS của công ty SINO (Nhật Bản) để đo nhiệt độ bề mặt phôi (hình 4.b). Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 51, 10 - 2017 151  Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực a) b) Hình 3. Thiết bị đo. ...