اثر پارامترهای ماشین‌کاری بر منطقه متأثر از حرارت و پهنای برش در فرآیند ترکیبی لیزر- جت آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم تحقیقات، تهران

2 عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

3 مدیر گروه مکانیک، دانشکده مکانیک برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

چکیده

از جمله محدودیت های ماشین‌کاری با لیزر ایجاد منطقه متأثر از حرارت به دلیل حرارت بالای اعمال شده به قطعه‌کار می باشد. همچنین در میکروماشین‌کاری با لیزر عدم کنترل دقیق پهنای برش ایجاد شده توسط لیزر باعث کاهش دقت ماشین‌کاری می گردد. برای جبران این موارد از ترکیب فرآیند لیزر و جت آب بدون ذرات ساینده استفاده شد. در فرآیند ترکیبی لیزر-جت آب، فشار آب به تخلیه ماده مذاب در مقطع برش کمک می کند، در نتیجه پهنای برش کاهش می یابد. همچنین جت آب سبب خنک کاری بهتر قطعه کار نسبت به حالت لیزر خشک می گردد و در نتیجه عمق منطقه متاثر از حرارت کم‌تر می شود. در این مقاله ابتدا یک نازل واترجت به قطر 0.4 میلی متر به ماشین لیزر فایبر با طول موج پیوسته 1080 نانومتر و با توان 1500 وات الحاق شد. سپس بر هم‌کنش پارامترهای سرعت برش، توان لیزر، فاصله کانونی و فشار جت آب بر روی HAZ و پهنای برش بررسی شد. بدین منظور از فولاد پرکربن CK75 استفاده شد. ملاحظه شد که با افزایش سرعت برش، عمق منطقه متأثر از حرارت و پهنای شیار کاهش یافته و با افزایش توان، هر دو پارامتر افزایش می یابند. همچنین با افزایش فشار جت آب عمق HAZ و پهنای برش کاهش یافت. در فاصله کانونی 3 میلی متر کم-ترین عمق HAZ و پهنای شیار به دست آمد. در بهترین حالت عمق HAZ، 57 میکرومتر و پهنای برش، 217 میکرومتر به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of machining parameters on heat-affected zone and kerf width in hybrid laser- waterjet process

نویسندگان [English]

  • Mohammad Saber Asadollahi 1
  • Hamid Soleimanimehr 2
  • Shahram Etemadi Haghighi 3
1 Department of mechanical engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor of Department of mechanical engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Department of mechanical engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

One of the problems with laser machining is the heat-affected zone (HAZ) generated due to the intense heat applied to the workpiece. Moreover, in laser micromachining, the imprecise kerf width control reduces precision. A hybrid waterjet–laser (WJL) process without abrasive particles was used to counter these problems. In the hybrid WJL process, water pressure flushes out molten materials from the cut section, thus reducing the kerf width. Waterjet also enhances workpiece cooling compared to dry laser and results in reduced depth of HAZ. In this study, first a waterjet nozzle with a diameter of 0.4 mm was attached to a laser fiber machine featuring a constant wavelength of 1080 nm and power of 1500 W. Then, the interactions of cutting speed, laser power, focal length, and waterjet pressure on the HAZ and kerf width were investigated. CK75 high-carbon steel was used in this study. It was observed that increasing the cutting diameter leads to reduced HAZ depth and kerf width; whereas, increasing the power increases both said parameters. Furthermore, increasing waterjet pressure reduced HAZ depth and kerf width. The minimum HAZ depth and kerf width were obtained at a focal length of 3 mm., whereas the best HAZ depth and kerf width were 57 micrometers and 217 micrometers, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser
  • Waterjet
  • Laser–waterjet hybrid machining
  • Heat-affected zone (HAZ)
  • Kerf width