Luận án về nghiên cứu tiện thép hợp kim 9XC sau gia nhiệt bằng laser

• Tác giả: Nguyễn Thành Huân
• Người hướng dẫn: TS. Trần Xuân Thái
• Trường học: Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Tiện Thép Hợp Kim 9XC Sau Khi Gia Nhiệt Bằng Laser
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU
• 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
• 2. Mục đích, đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu
• 2.1. Mục đích nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.3. Phạm vi nghiên cứu
• 2.4. Nội dung nghiên cứu
• 3. Phương pháp nghiên cứu
• 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 5. Bố cục của luận án
• 6. Những đóng góp mới của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIỆN VẬT LIỆU CỨNG CÓ GIA NHIỆT BẰNG LASER
• 1.1. Đặc điểm gia công vật liệu cứng
• 1.2. Vật liệu dụng cụ cắt sử dụng để gia công vật liệu cứng
• 1.3. Nghiên cứu của nước ngoài về phương pháp gia công cắt gọt có gia nhiệt bằng laser
• 1.3.1. Gia công vật liệu gốm sứ có gia nhiệt bằng laser
• 1.3.2. Gia công vật liệu Inconel 718 có gia nhiệt bằng laser
• 1.3.3. Gia công thép hợp kim có gia nhiệt bằng laser
• 1.4. Nghiên cứu trong nước về phương pháp gia công cắt gọt vật liệu cứng và sử dụng laser để gia công vật liệu
• 1.4.1. Gia công cắt gọt vật liệu cứng
• 1.4.2. Gia công vật liệu bằng laser
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIỆN VẬT LIỆU CỨNG CÓ GIA NHIỆT BẰNG LASER
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của laser
• 2.1.1. Bản chất của laser
• 2.1.2. Cấu tạo cơ bản nguồn phát laser
• 2.1.2.1. Môi chất laser
• 2.1.2.2. Buồng cộng hưởng
• 2.2. Sự tương tác của laser với vật liệu
• 2.2.1. Khả năng hấp thụ laser của vật liệu
• 2.2.2. Ảnh hưởng của bước sóng
• 2.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 2.2.4. Ảnh hưởng của lớp ôxit bề mặt vật liệu
• 2.2.5. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt
• 2.3. Tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser
• 2.3.1. Khái niệm tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser
• 2.3.2. Độ nhám bề mặt khi tiện có gia nhiệt bằng laser
• 2.3.3. Lực cắt khi tiện có gia nhiệt bằng laser
• 2.3.4. Mài mòn dụng cụ trong tiện có gia nhiệt bằng laser
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP, MÔ HÌNH, TRANG THIẾT BỊ, VẬT LIỆU THỰC NGHIỆM TIỆN THÉP HỢP KIM 9XC SAU TÔI CÓ GIA NHIỆT BẰNG LASER
• 3.1. Những khái niệm cơ bản của thiết kế thực nghiệm [9]
• 3.1.1. Định nghĩa quy hoạch thực nghiệm
• 3.1.2. Các bước thiết kế thực nghiệm cực trị
• 3.1.3. Chọn thông số nghiên cứu
• 3.1.4. Thiết kế thực nghiệm
• 3.1.5. Tiến hành thí nghiệm nhận thông tin
• 3.1.6. Xây dựng và kiểm tra mô hình thực nghiệm
• 3.2. Quy hoạch thực nghiệm trực giao tuyến tính
• 3.3. Quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II
• 3.4. Xây dựng mô hình thực nghiệm
• 3.4.1. Các điều kiện đầu vào
• 3.4.2. Các đại lượng đầu ra
• 3.4.3. Các đại lượng cố định
• 3.4.4. Các đại lượng không điều khiển được (các đại lượng nhiễu)
• 3.5. Thiết lập hệ thống thí nghiệm
• 3.5.1. Phân tích hệ thống thí nghiệm
• 3.5.2. Sơ đồ hướng chùm laser vào phôi
• 3.5.3. Điều kiện thực nghiệm
• 3.5.4. Máy phát laser Nd:YAG
• 3.6. Các thiết bị đo dùng cho thực nghiệm tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser
• 3.6.1. Thiết bị đo công suất laser
• 3.6.2. Thiết bị đo lực và thiết kế bộ gá thiết bị đo lực cắt
• 3.6.3. Thiết bị đo nhiệt độ
• 3.6.4. Thiết bị đo mòn dao
• 3.6.5. Thiết bị kiểm tra tổ chức tế vi
• 3.6.6. Thiết bị đo nhám bề mặt
• 3.7. Thiết kế thực nghiệm khi tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser
• 3.7.1. Thiết kế thực nghiệm xác định nhiệt độ bề mặt phôi khi có gia nhiệt bằng laser
• 3.7.2. Thiết kế thực nghiệm xác định chiều sâu thấm nhiệt khi có gia nhiệt bằng laser
• 3.7.3. Thiết kế thực nghiệm xác định nhám bề mặt, lực cắt và chiều cao mòn dao khi tiện vật liệu 9XC sau tôi có gia nhiệt bằng laser
• 3.8. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TIỆN THÉP HỢP KIM 9XC SAU TÔI CÓ GIA NHIỆT BẰNG LASER
• 4.1. Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình tiện vật liệu cứng có gia nhiệt bằng laser
• 4.1.1. Chọn khí bảo vệ
• 4.1.2. Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đốt nóng đến nhiệt độ bề mặt phôi
• 4.1.3. Ảnh hưởng của công suất laser đến nhiệt độ bề mặt phôi
• 4.1.4. Ảnh hưởng của thời gian nung nóng ban đầu đến nhiệt độ bề mặt phôi
• 4.1.5. Ảnh hưởng của khoảng cách từ đầu laser tới bề mặt phôi đến nhiệt độ bề mặt phôi
• 4.1.6. Ảnh hưởng của điểm đặt laser đến nhiệt độ bề mặt phôi
• 4.1.7. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển vết laser tới nhiệt độ bề mặt phôi
• 4.1.8. Ảnh hưởng của bước tiến vết laser tới nhiệt độ bề mặt phôi
• 4.1.9. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đốt nóng đến chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi khi gia nhiệt bằng laser
• 4.1.10. Ảnh hưởng của công suất laser đến chiều sâu thấm nhiệt
• 4.1.11. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển vết laser đến chiều sâu thấm nhiệt
• 4.1.12. Ảnh hưởng của bước tiến vết laser đến chiều sâu thấm nhiệt
• 4.1.13. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ cắt đến độ cứng bề mặt, chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi của chi tiết sau khi tiện có gia nhiệt bằng laser
• 4.1.14. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ cứng bề mặt, chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi
• 4.1.15. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi
• 4.1.16. Ảnh hưởng của lượng tiến dao đến chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi
• 4.2. Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm nhiệt độ bề mặt phôi và chiều sâu thấm nhiệt phôi thép 9XC sau tôi được gia nhiệt bằng laser khi chưa tiện
• 4.2.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến nhiệt độ bề mặt phôi thép 9XC sau tôi được gia nhiệt bằng laser
• 4.2.2. Xây dựng mô hình thực nghiệm ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chiều sâu thấm nhiệt phôi thép 9XC sau tôi được gia nhiệt bằng laser
• 4.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm nhám bề mặt, lực cắt và mòn dao khi tiện vật liệu 9XC sau tôi có gia nhiệt bằng laser
• 4.3.1. Mô hình thực nghiệm nhám bề mặt
• 4.3.2. Mô hình thực nghiệm lực cắt
• 4.3.2.1. Mô hình thực nghiệm lực cắt Fx
• 4.3.2.2. Mô hình lực thực nghiệm lực cắt Fy
• 4.3.2.3. Mô hình lực cắt Fz
• 4.3.2.4. Mô hình lực cắt tổng hợp F
• 4.3.3. Mô hình thực nghiệm mòn dao
• 4.4. Tối ưu hoá các thông số công nghệ khi tiện thép 9XC sau tôi có gia nhiệt bằng laser
• 4.4.1. Chỉ tiêu tối ưu và hàm mục tiêu
• 4.4.2. Phương pháp giải bài toán tối ưu
• 4.5. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• 1. Hướng nghiên cứu tiếp theo:
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• PHỤ LỤC I: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT PHÔI VÀ CHIỀU SÂU THẤM NHIỆT KHI NUNG NÓNG THÉP 9XC SAU TÔI BẰNG LASER
• PHỤ LỤC II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM NHÁM BỀ MẶT, LỰC CẮT VÀ MÒN DAO KHI TIỆN VẬT LIỆU 9XC SAU TÔI CÓ GIA NHIỆT BẰNG LASER
• PHỤ LỤC III. HÌNH ẢNH KẾT QUẢ ĐO LỰC CẮT

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài luận án

Nghiên cứu về thép hợp kim 9XC sau khi gia nhiệt bằng laser là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ gia công vật liệu. Thép 9XC có độ cứng cao, thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ bền và khả năng chống mài mòn. Tuy nhiên, việc gia công loại thép này gặp nhiều khó khăn do độ cứng và tính giòn của nó. Việc áp dụng công nghệ gia nhiệt bằng laser trong quá trình gia công không chỉ giúp giảm độ cứng của vật liệu mà còn cải thiện chất lượng bề mặt. Theo nghiên cứu, gia nhiệt bằng laser cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác, từ đó nâng cao hiệu quả gia công và giảm thiểu mài mòn dụng cụ. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, nơi mà yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao.

II. Cơ sở lý thuyết về gia nhiệt bằng laser

Công nghệ gia nhiệt bằng laser dựa trên nguyên lý hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi thành nhiệt. Laser trong gia công có khả năng tập trung năng lượng vào một điểm nhỏ, tạo ra nhiệt độ cao trong thời gian ngắn. Điều này giúp làm mềm vật liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiện thép. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi thép hợp kim 9XC được gia nhiệt bằng laser, nhiệt độ bề mặt có thể đạt đến mức tối ưu, từ đó cải thiện độ cứng và độ bền của chi tiết gia công. Các yếu tố như bước sóng laser, công suất và thời gian gia nhiệt đều ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình này. Việc hiểu rõ các yếu tố này là cần thiết để tối ưu hóa quy trình gia công.

III. Phương pháp nghiên cứu và thiết kế thực nghiệm

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình tiện thép 9XC. Thiết kế thực nghiệm bao gồm việc xác định các thông số đầu vào như công suất laser, tốc độ dịch chuyển và khoảng cách từ đầu laser đến bề mặt phôi. Các đại lượng đầu ra như nhiệt độ bề mặt, chiều sâu thấm nhiệt và độ cứng tế vi được đo lường và phân tích. Kết quả cho thấy rằng, việc tối ưu hóa các thông số này có thể nâng cao đáng kể chất lượng gia công. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm giúp tạo ra một mô hình chính xác cho quá trình gia công, từ đó có thể áp dụng vào thực tế sản xuất.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, gia nhiệt bằng laser có ảnh hưởng tích cực đến các tính chất cơ học của thép hợp kim 9XC. Nhiệt độ bề mặt phôi tăng lên khi công suất laser và thời gian gia nhiệt được điều chỉnh hợp lý. Đặc biệt, độ cứng tế vi của chi tiết gia công cũng được cải thiện, giúp tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt. Các thí nghiệm cho thấy rằng, việc sử dụng công nghệ gia nhiệt không chỉ nâng cao hiệu quả gia công mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Điều này mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp chế tạo, đặc biệt là trong việc gia công các vật liệu cứng.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ đóng góp vào lý thuyết về gia nhiệt bằng laser mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn trong ngành công nghiệp chế tạo. Việc áp dụng công nghệ gia nhiệt giúp cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm thiểu chi phí và tăng năng suất. Hơn nữa, nghiên cứu cũng mở ra cơ hội cho các nghiên cứu tiếp theo về ứng dụng của thép hợp kim trong các lĩnh vực khác nhau. Sự phát triển của công nghệ gia công hiện đại sẽ tiếp tục thúc đẩy sự đổi mới và nâng cao hiệu quả sản xuất trong tương lai.