Mục lục
Trang
1. giới thiệu chủ đề nghiên cứu:
1.1 giới thiệu lĩnh vực nghiên cứu. 3
1.2 giới thiệu vấn đề nghiên cứu và mục đích nghiên cứu. 4
1.3 giới thiệu lịch sử hình thành và nguồn phát laser trong các máy cắt. 6
2. tổng quan về nghiên cứu:
2.1 tổng quan các tài liệu liên quan tới vấn đề nghiên cứu. 8
2.2 Phần nghiên cứu của các tác giả trước.
2.2.1 các nhân tố ảnh hưởng tới kết quả bề mặt gia công của phôi. 9
2.2.2 Nghiên cứu độ nhám bền mặt khi cắt thép các bon thấp. 13
2.2.3 chất lượng bề mặt sau khi cắt laser. 15
2.3 Kết luận các phần nghiên cứu trên. 18
3. đề xuất hướng nghiên cứu sử dụng nguồn laser cắt thép các bon thấp:
3.1 mục tiêu nghiên cứu. 20
3.2 Phương pháp nghiên cứu. 20
3.3 Các công cụ cần thiết cho nghiên cứu. 20
3.4 Dự kiến kết quả đạt được. 22
3.5. hướng phát triển. 23
4. Kết luận: 24
-Các mục tiêu đã đạt được của các nghiên cứu trước.
- Các tồn tại của các nghiên cứu trước.
5. tài liệu tham khảo. 24
Lời nói đầu
Phương pháp gia công(cắt) kim loại bằng tia laser là một trong các phương pháp
gia công đặc biệt nó là một môn khoa học trong ngành kỹ thuật cơ khí.
Phương pháp này ra đời nhằm thay thế giải quyết cho các phương pháp gia công
truyền thống như:tiện, phay, bào, hàn,chuốt…vì gia công truyền thống không gia
công được hoặc gia công không đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật đối với vật liệu mới
vì vật liệu mới hiện nay có đặc điểm:độ cứ,độ bền cao,khả năng chụi mài mòn tốt
chụi đựng được trong các môi trương hóa chất…

ưu việt hơn so với các phương pháp truyền thống. Phương pháp gia công khi sử
dụng tia laze là một trong số những phương pháp tiên tiến đó.
-Nguyên do chọn lựa đề tài: do một số các ưu điểm khi cắt bằng nguồn laser so với
các phương pháp khác:
+ Đây là phương pháp tiên tiến nên có ưu việt hơn các phương pháp tiếp xúc thông
thường: Không dùng dụng cụ cắt, không dùng lực cắt, chế độ gia công êm hơn các
gia công khác.
+ S chớnh xỏc v kh nng gia cụng cỏc l nh v ng ct chun xỏc vi bin
dng xung quanh vựng gia cụng ớt.
+Cú kh nng lm vic trong mụi trng khụng khớ, khớ tr, chõn,khụng,hoc ngay
c trong cht lng hay cht rn truyn quang, khụng cú vn tớch in trong mụi
trng.
+Ct c nhng v trớ phc tp, v trớ khú tip cn, cú kh nng to ra cỏc rónh
rt hp.
+Cú kh nng t ng húa cao.gia cụng t chớnh xỏc cao, b mt phng v cỏc
b mt phc tp, thớch ng vi h thng CAD/CAM.
=> nhng u im ny ma phng phỏp gia cụng ny ó c quan tõm phỏt trin
chng nhng trong ngnh cụng nghip ch to m cũn trong ngnh truyn thng,y
hc, o lng [1]
2 Gii thiu v vn nghiờn cu v mc ớch nghiờn cu.
Vn nghiờn cu.
Phng phỏp gia cụng bng tia laze s dng ngun nng lng laze gia cụng.
Tựy theo mc nng lng v c tớnh tia laze m c ng dng khỏc nhau vd nh
:Tỏc dng v quang nh v, tỏc dng v gia cụng,tỏc dng trong y t, sn
xut
õy ta ch quan tõm ti lazer gõy tỏc dng nhit v ng dng nú trong vic ct
kim loi.
Ngun laser c s dng lm ngun nng lng cho cỏc quỏ trỡnh, ng dng
nhiu trong k thut, tp chung vo ng dng c th ngi ta s chia ra cỏc
phng phỏp ct sau:

2
5
4
1
3
Tia laser
1.3 giới thiệu lịch sử hình thành và nguồn phát laser trong các máy cắt:
A.Tìm hiểu về nguồn gốc tia laze:
- Tia laser đầu tiên được phát minh vào tháng 5 năm 1960 bởi Maiman. Nó là
loại laser hồng ngọc (rắn).
Laser uranium đầu tiên bởi phòng thí nghiệm IBM (tháng 11 năm 1960).
Laser khí Helium-Neon đầu tiên bởi Phòng thí nghiệm Bell vào năm 1961.
Laser bán dẫn đầu tiên bởi Robert Hall ở phòng thí nghiệm General Electric năm
1962.
Laser khí CO2 và Nd:YAG đầu tiên bởi phòng thí nghiệm Bell năm 1964.
Laser hóa năm 1965, laser khí kim loại năm 1966,…
Để sử dụng gia công vật liệu, laser phải có đủ năng lượng. Người ta thường dùng
các laser sau để gia công vật liệu: laser CO2, laser Nd-YAG hoặc laser Nd-thủy
tinh và laser excimer
Trong lĩnh vực gia công kim loại thường dùng laser rắn vì công suất chùm tia
tương đối lớn và có kết cấu thuận tiện. [2]
B. Tìm hiểu về cấu tạo nguồn năng lượng laser trong gia công kim loại
Sự hình thành của laser:
Trong đó: hình 1
1 Môi trường hoạt tính:
Là môi trường chứa các hợp chất giúp biến đổi mức năng lượng nguồn sáng kích
thích (có mức năng lượng thấp) thành nhưng tia sáng có năng lượng cao laze: có
nhiều môi trường kể trên như CO2, Nd-YAG, thanh hồng ngọc…
2 Nguồn sáng kích thích:
Nguồn sáng ban đầu cung cấp năng lượng cho quá trình tạo ra tia laze, được điều

đó sẽ lựa chọn các thông số phù hợp
2 Phần nghiên cứu của các tác giả trước:
2.2.1, các nhân tố ảnh hưởng tới kết quả bề mặt gia công của
phôi:
-Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình cắt do các thông số của thiết bị gây nên bao
gồm: ảnh hởng 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 bớc sóng, tần số ,
cờng độ xung , dạng xung Các yếu tố này ảnh hởng đến chất lợng cắt cũng
nh độ chính xác của vật cắt.
Các thông số của quá trình công nghệ ảnh hởng nhiều đến hình dạng chiều sâu
cắt cũng nh chất lợng của vật gia công .Các yếu tố ảnh hởng của công nghệ
bao gồm tốc độ cắt , vị trí của tiêu cự, áp suất dòng khí thổi
2.2.1.1 nh hng ca vt liu ct:
Mt u im khỏ ln l a s cỏc vt liu u thớch hp vi gia cụng ct: vi, giy,
g, thy tinh ri thộp c bit l thộp tm, titanium (thng dựng cho ngnh hng
khụng), nhụm ng thau . Thộp cỏc bon l loi vt liu kim loi d ct nht bng
laser. Cỏc loi thộp hp kimthp nh AISI 4140, 8620, cú iu kin ct tng t
nh thộp cỏc bon.[1]
-c tớnh v kh nng hp th nng lng ỏnh sỏng ca vt liu:
lng hp kim trong thộp tng thỡ quỏ trỡnh ct tr nờn khú khn hn. Vi thộp
dng c cú hm lng vonfram cao thỡ tc ct rt chm v cú x.
tuy nhiờn, kh nng ct ph thuc rt ln vo kh nng hp th ỏnh sỏng ca vt
liu, vi cỏc vt liu hp th kộm nh ng, nhụm, ỏnh sỏng s b phn li v cú
th lm hng cỏc thit b ct (u lazer) nờn cỏc ch ct bng phng phỏp khỏc
s c u tiờn hn.
lng CO2 cung cp ln (1500w) b dy l nh nhau nhng ,nhụm l vt liu d
ct hn c, sau ú l titan v ng. Vi ng tc ct chm hn rt nhiu so vi
cỏc vt liu khỏc cựng b dy, do nh hng ca tớnh cht vt liu n kh nng
hp th nng lng laze.

2bar (cách bề mặt 2mm)
2.2.1.6 s ph thuc ca rónh ct vi tc ct:
- Khi tốc độ cắt càng cao thì chiều rộng rãnh cắt nhận đợc càng hẹp hơn do sự
truyền nhiệt ra xung quanh vùng cắt giảm đi.Trên hình sau õy dẫn ra các rãnh cắt
thuỷ tinh tectolít dày 5mm,P = 2 kw vi V1 < V2 < V3 < V4.

Hỡnh 7 s ph thuc ca rónh ct vi tc ct
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.
2.2.1.7 Phụ thuộc hình dạng của lỗ gia công và chiều sâu của lỗ vào vị trí đặt
tiêu điểm của chùm laser:
-Vị trí tiêu điểm của chùm tia laser so với bề mặt vật gia công lỗ ảnh hởng rất
đáng kể đến hình dáng lỗ khoan cũng nh chiều sâu lỗ.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 đợc hợp lý nhất .
Hỡnh 8 : Phụ thuộc hình dạng của lỗ gia công và chiều sâu của lỗ vào vị trí đặt
tiêu điểm của chùm laser
-Ngoài ra bề mặt mép cắt đạt đợc chất lợng cao hay không còn phụ thuộc vào
công nghệ cắt có sử dụng dòng áp lực khí thổi hỗ trợ hay không, hớng dịch
chuyển chùm tia laser trong khi cắt.
-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 đợc độ chính xác sản
phẩm cắt và chất lợng vật cắt cao cũng nh tăng năng suất quá trình cắt .
2.2.2 Nghiờn cu nhỏm bn mt khi ct thộp cỏc bon thp:
c im nhỏm b mt khi ct vi laser CO2
Ct laser (CO2) vi tm kim loi. iu tra cht lng b mt, ta chn phõn
tớch nhỏm trung bỡnh, hoc Ra thụ b mt, c th hin nh:

Trong ú z l nhỏm profin tht, L: chiu di khong ang sột
Mt cỏch tng quỏt cho thy rng nhỏm Ra tng khi tng nng lng Laser. Ra,

Hình 14 bề mặt khi gia công với tốc độ 3000mm/phút và 3300mm/phút, với
thép ít các bon.
Hình 15 bề mặt khi gia công với tốc độ 1800mm/phút và 2400mm/phút, với
thép ít các bon.
Trong các thí nghiệm các mẫu phôi với độ lặp chiều cao đạt được độ lệch hình
dạng không vượt quá giá trị của thép cacbon thấp ± 0,03 mm và thép không gỉ ±
0,02 mm. Phôi gia công mm 2400 tốc độ / min (thép carbon thấp) và 1700mm/min
(thép không gỉ) có giá trị nhỏ nhất. các giá trị cao nhất khi gia công tốc độ 3300
mm / min (thép carbon thấp) và 1360 mm / min (thép không gỉ). [7,11]
Các giá trị của các thông số độ nhám bề mặt được lựa chọn cho tốc độ cắt khác
nhau được hiển thị trong hình dưới
Hình 14 Hình ảnh độ nhám khi cắt với tốc độ khác nhau
Hình15. Các giá trị của các thông số độ nhám bề mặt được lựa chọn cho tốc độ cắt
khác nhau. [7]
2.3 Kết luận các phần nghiên cứu trên:
-Cũng giống như các phương pháp khác một số các thông số ảnh hưởng tới bề mặt
gia công của chi tiết , với laser đã loại bỏ được một số như gây ứng suất do tiếp
súc, chất lượng bề mặt sau khi gia công. Tuy nhiên, khi chất lượng bề mặt được
đảm bảo thì ta sẽ nghiên cứu sâu hơn cho các chi tiết phức tạp hơn, yêu cầu kỹ
thuật cao hơn và vấn đề năng suất cũng phải được kể đến thông qua vận tốc cắt của
nó.
Các yếu tố ảnh hưởng khi gia công vật liệu bao gồm: ảnh hưởng bởi laser, ảnh
hưởng bởi vật liệu, ảnh hưởng kết cấu:
- các phần nghiên cứu về laser với vật liệu thép các bon thấp cho thấy:
+ Đặc điểm nhám bề mặt: khi cắt với laser CO2 cho thấy năng lượng tăng khi cắt
ở tốc độ thấp làm giảm độ nhám nhưng tốc độ cao làm nhám bề mặt tăng lên, tuy
nhiên dựa vào đồ thị tốc độ cắt tối ưu là 2200mm/phút ở công suất 3kw vật sẽ đạt
chất lượng cao nhất.
+ Khi cắt với các vật với năng lượng cao đồng nghĩa với việc công suất lớn hơn
khả năng cắt tốt và tốc độ nhanh hơn.

và so sánh các phương pháp gia công tiên tiến khác.
Để tận dụng thêm nguồn chi tiết sau gia công thì ngoài khảo sát về nhiệt sẽ
khảo sát luôn cả phần đặc điểm bề mặt khi cắt với tấm dày và so sánh các
phương pháp gia công tiên tiến khác.
3.1 mục tiêu:
Xây dựng cơ sở của phương pháp sử dụng nguồn tia laser để cắt các tấm thép dày
các bon thấp:
+ Với công suất máy lớn sử dụng nguồn laser công suất phát ra được điều chỉnh
thông qua tần số xung.
+ đánh giá được ảnh hưởng bởi nhiệt tại vùng gia công đến tổ chức tế vi trước và
sau khi gia công; từ đó thấy được sự tác động tới độ cứng của chi tiết thông qua
việc đo độ cứng.
+ đánh giá được chất lượng bề mặt sau khi gia công, ứng dụng chi tiết.
+ Ngoài yếu tố về nhiệt đánh giá thêm việc tác động các yếu tố khác trong quá
trình gia công tới chi tiết sau gia công như: loại khí bảo vệ, áp suất khí, môi
trường, độ dày chi tiết, nguồn phát.
+ Đánh giá sự ưu việt của phương pháp dùng laser với sử dụng các phương pháp
khác.
3.2 Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp được tiến hành thông qua thực nghiệm, qua các mẫu thử và dựa trên
sự phân tích các kết quả đã có trước đó.
3.3 công cụ cho nghiên cứu:
- công cụ thí nghiệm:
Sử dụng nguồn laser công suất lớn có thể sử dụng nguồn laser CO2 hoặc nguồn
laser ND-YAG công suất có thể từ 1000w-5000w được điều khiển chính sác b»ng
m¸y CNC.
Máy đo độ cứng để xác định độ cứng từ đó nêu ảnh hưởng của phương pháp laser
này tới cấu trúc của vật liệu.
Các công cụ cho việc quan sát: nhám, tổ chức tế vi của vật liệu, thí nghiệm gia
công cắt laser qua mẫu thử nhằm đánh giá các tấm thép dày thấp các bon, được

- Phân tích và đánh giá được sự tác động nhiều hay ít của nguồn nhiệt khi gia
công với vật liệu dày: khi một chi tiết hoàn thành nó cần đáp ứng những yêu cầu
kỹ thuật do đó rất cần thiết để nghiên cứu tổ chức của nó cho các quá trình công
nghệ tăng bền sau khi gia công.
- so sánh được ảnh hưởng bởi nhiệt đồng thời tính kinh tế của laser với các
phương pháp khác.
- Đo được độ nhám và đề suất ứng dụng cho các chi tiết máy nào.
- Phân tích được mối ảnh hưởng của khí tác động vào chất lượng gia công.
3.5. hướng phát triển
Công nghệ tia laser có thể ứng dụng rộng rãi hơn, nếu có thể tăng hơn năng lượng
của chùm tia laser và kéo dài hơn thời gian một xung,đến mức có thể vận hành liên
tục hoàn toàn.
Cần nâng cao hiệu quả kinh tế, cần có thiết bị hoàn chỉnh hơn. Nhất thiết phải nâng
cao hiệu suất. Ở các thiết bị hiện nay, người ta dùng tụ để tích lũy năng lượng,
nguy hiểm hơn và đắt tiền hơn. Người ta đang thử nghiệm thiết bị tích lúy năng
lượng khác.
4.kết luận:
-Các nghiên cứu trước chỉ ra ảnh hưởng tương quan lẫn nhau của các yếu tố, từ đó
tìm ra hướng giải quyết vấn đề như năng lượng phù hợp; vật liệu nào tốt nhất cho
phương pháp này; tốc độ nào phù hợp, đạt năng suất cao. Ảnh hưởng nhám bề mặt
khi gia công đối với vật liệu thép dày ít các bon.
-Những tồn đọng các nghiên cứu trước:
+ chỉ nghiên cứu độ nhám bề mặt với thép các bon thấp đối với ảnh hưởng của
năng lượng và tốc độ chưa đề cập tới ảnh hưởng độ dày và sự phản xạ ánh sáng tới
các yếu tố năng lượng, tốc độ căt. Một số các tác động tới bề dày như nguồn năng
lượng, độ phản xạ ánh sáng của chất liệu: với số vật liệu khả năng hấp thụ lớn thì
với một nguồn năng lượng nếu độ dày tăng lên làm tốc độ cắt giảm đi, nhưng với
vật liệu phản xạ lại ánh sáng lớn thì dù nguồn năng lượng lớn nhưng năng lượng
cung cấp cho vật liệu rất ít không chỉ không cắt được mà còn có thể phản lại và
làm hỏng các chi tiết thiết bị phía trên. Tuy nhiên với vật liệu thép thấp các bon