Nghiên cứu gia công tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser và ứng dụng cho thép hợp kim 9XC sau tôi
Cơ khí chế tạo
Vật liệu cứng với độ cứng lớn hơn 45HRC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đòi hỏi khả năng chống mài mòn và bền nhiệt cao như khuôn mẫu, động cơ đốt trong. Tuy nhiên, các phương pháp gia công truyền thống như mài, cắt gọt bằng dụng cụ siêu cứng, tia lửa điện, tia nước hay hóa học còn tồn tại nhiều hạn chế về tính linh hoạt, chi phí cao, năng suất thấp và gây ô nhiễm môi trường. Một trong những giải pháp tiềm năng để khắc phục các nhược điểm này là nung nóng phôi bằng laser trong quá trình gia công, một lĩnh vực đang được nghiên cứu nhưng chưa đầy đủ, đặc biệt là ở Việt Nam, chưa có công trình công bố về tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser.
Luận án này tập trung nghiên cứu đặc tính gia công tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser và ứng dụng cụ thể vào gia công tiện thép hợp kim 9XC sau tôi. Mục tiêu là xây dựng các mô hình thực nghiệm về nhiệt độ bề mặt phôi, chiều sâu thấm nhiệt, độ nhám bề mặt, lực cắt và độ mài mòn dụng cụ cắt. Từ đó, tối ưu hóa các thông số công nghệ như công suất laser, tốc độ cắt, lượng tiến dao nhằm đạt được độ nhám bề mặt nhỏ nhất. Đối tượng nghiên cứu là các chi tiết được gia công trên máy tiện T6M16 sử dụng laser Nd:YAG để gia nhiệt.
Phạm vi nghiên cứu bao gồm ảnh hưởng của các thông số đốt nóng bằng laser đến nhiệt độ bề mặt phôi và chiều sâu thấm nhiệt khi chưa cắt gọt, cũng như ảnh hưởng của các thông số công suất laser, tốc độ cắt, lượng tiến dao đến độ nhám bề mặt, lực cắt và mòn dao khi tiện thép 9XC sau tôi có gia nhiệt bằng laser Nd:YAG. Luận án đã thiết lập được mô hình thực nghiệm mô tả mối quan hệ giữa các thông số công nghệ đầu vào và các đại lượng đầu ra, đồng thời xác định được mức độ ảnh hưởng của chúng.
Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng chùm laser để gia nhiệt vật liệu cứng có thể làm mềm vật liệu, cải thiện khả năng gia công và nâng cao chất lượng bề mặt, năng suất cắt, giảm giá thành. Luận án đã thiết kế và chế tạo thành công hệ thống thí nghiệm tiện có gia nhiệt bằng laser, xây dựng được các mô hình thực nghiệm cho nhiệt độ bề mặt phôi, chiều sâu thấm nhiệt, độ nhám bề mặt, lực cắt và mòn dao. Đặc biệt, nghiên cứu đã tìm ra bộ thông số công nghệ tối ưu (công suất laser P=330W, tốc độ cắt v=25m/ph, lượng tiến dao s=0.06mm/vg) để đạt độ nhám bề mặt nhỏ nhất là 0.409 µm, độ mài mòn dao thấp (0.203 µm) và lực cắt tổng hợp là 203.7 N, đồng thời có thể nâng cao độ cứng lớp bề mặt chi tiết sau gia công. Những đóng góp này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng, cung cấp cơ sở dữ liệu và giải pháp tham khảo cho ngành chế tạo cơ khí tại Việt Nam.