مقاله روش های ماشین کاری نوین بوسیله جت لیزر و اصول ماشین کاری

مقدمه:
ماشین کاری لیزری، به عنوان یکی از پیشرفته ترین روش های ماشین کاری نوین، مبتنی بر اصول فیزیکی نور تقویت شده توسط انتشار برانگیخته است و فرآیندی است که در آن انرژی متمرکز شده یک شعاع نور تک فام و همفاز، ماده قطعه کاری را از طریق تبخیر یا ذوب حذف می کند. ظهور فناوری لیزر از اواسط قرن بیستم، تحول عظیمی در روش های ماشین کاری سنتی ایجاد کرد و امکان برش، حکاکی و شکل دهی مواد با دقت میکرونی را فراهم نمود. لیزر، که اختصاری از عبارت «تقویت نور با انتشار برانگیخته» است، با تولید تابش شدید و متمرکز، ویژگی های منحصر به فردی از جمله تمرکز بالا، جهت گیری دقیق و قابلیت نفوذ در مواد مختلف را ارائه می دهد. این ویژگی ها موجب شده تا لیزر بتواند جایگزینی مناسب برای فرآیندهای فرزکاری و سنگ زنی سنتی در صنایع حساس باشد.

تاریخچه لیزر به سال ۱۹۵۸ بازمی گردد، زمانی که شناولا و تانز برای اولین بار مفاهیم عملی آن را معرفی کردند. آنها از یک تداخل سنج فابری-پرت استفاده کردند که عملکردی مشابه جعبه تشدید داشت. این دستگاه از دو آینه نیمه نقره ای موازی و تخت تشکیل شده بود که تابش نور در فضای میان آنها چندین بار بازتاب می شد. محیط بین آینه ها با گازی که مولکول های آن برانگیخته شده و به سطوح انرژی بالاتر انتقال یافته بودند، پر می شد و به این ترتیب شرایط لازم برای تقویت نور فراهم می آمد. انتشار نور در این محیط با افزایش مکرر شدت، امکان تمرکز انرژی بالا در یک نقطه محدود را ایجاد می کرد. مکانیزم های دقیق انتشار و تقویت نور، شامل بازتابش ها و نوسانات موجی، پایه های علمی برای کاربردهای ماشین کاری لیزر را تشکیل می دهند.

در ماشین کاری لیزر، مشخصات تابش اشعه، از جمله پروفیل فضایی، واگرایی، تمرکز و توان، نقش کلیدی در عملکرد فرآیند دارند. توان بالا و تمرکز دقیق انرژی امکان تبخیر یا ذوب کنترل شده ماده را فراهم می آورد. جذب انرژی لیزر توسط سطح ماده، به ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آن وابسته است و عواملی مانند بازتابش پذیری، رسانش گرمایی و ضخامت لایه تحت تاثیر قرار می گیرند. این تاثیرات باعث ایجاد تنوع در روش های کاربرد لیزر شده و انواع مختلفی از لیزرها شامل گازی، حالت جامد و نیمه هادی را برای کاربردهای متفاوت معرفی کرده است. لیزر هلیم-نئون و دی اکسید کربن از جمله پرکاربردترین انواع در صنایع دقیق هستند و ویژگی هایی مانند طول موج مناسب، توان قابل تنظیم و ثبات عملکردی بالا را ارائه می دهند.

اصول ماشین کاری سنتی، همچنان در کنار روش های لیزری، بخش مهمی از فرآیندهای تولید صنعتی را تشکیل می دهند. فرزکاری، با استفاده از تیغ فرزهای مختلف و انواع محیط های برش، امکان شکل دهی دقیق فلزات و مواد سخت را فراهم می آورد. در فرزکاری محیطی، پارامترهای برش مانند سرعت، عمق و نرخ تغذیه بر کیفیت سطح و عمر ابزار تاثیر مستقیم دارند. نیروهای وارد بر تیغ فرز و عکس العمل مواد در طول فرآیند، بر بازدهی و دقت کار تاثیرگذار هستند و نیازمند محاسبات دقیق برای ایجاد برش یکنواخت می باشند. همین اصول، در روش های مدرن با کنترل دقیق پارامترهای لیزری ترکیب شده و قابلیت تولید قطعات پیچیده با حداقل ضایعات را فراهم می کند.

سنگ زنی، به عنوان دیگر روش رایج در ماشین کاری، با تمرکز بر حذف سطحی ماده و ایجاد صافی سطح، تکمیل کننده فرایندهای برش و شکل دهی است. نیروهای وارد بر سنگ و تاثیر آنها بر حرارت و سایش ابزار، نقش مهمی در تعیین کیفیت سطح دارند. ترکیب دانش فیزیکی انتشار نور لیزر با مهندسی برش سنتی، امکان کنترل دقیق حرارت و نیروها را فراهم می آورد و روش های ترکیبی، قابلیت های ماشین کاری را به سطحی فراتر از محدودیت های مکانیکی سنتی ارتقا می دهند.

در سال های اخیر، پیشرفت های فناوری لیزر باعث ایجاد روش های نوین ماشین کاری شده است که شامل جت لیزر با تمرکز بالا، حکاکی و برش مواد با دقت میکرونی و قابلیت ایجاد هندسه های پیچیده بدون تماس مکانیکی مستقیم است. این روش ها از لحاظ بهره وری، کاهش ضایعات و توانایی اعمال انرژی کنترل شده بر سطوح مختلف، قابلیت برتری نسبت به روش های سنتی دارند. در عین حال، مطالعه مشخصات انرژی، زاویه تابش و رفتار ماده در مواجهه با لیزر، همچنان بخش اساسی در توسعه تکنیک های نوین است و ترکیب این دانش با اصول فرزکاری و سنگ زنی، مرزهای جدیدی در مهندسی تولید ایجاد کرده است.

فهرست مطالب
مقدمه ۱
نشر خود به خود تابش ۲
انتشار القایی ۳
(۶٫۵) N1 B21 uv 4
(الف) پمپاژ نوری (مثل لیزر یاقوت) ۷
(ب) تحریک مستقیم الکترون (مثل لیزر آرگون) ۷
(ج) برخوردهای غیر الاسیتک اتم- اتم (مثل لیزر هلیم – نئون) ۷
نوسان لیزر ۸
انواع  لیزر ۸
لیزر گاز ۹
لیزر هلیم- نئون ۹
لیزر دی اکسید کربن ۱۰
لیزرهای حالت جامد با پمپاژ نوری ۱۲
مشخصات اشعه لیزری ۱۴
پروفیل فضایی ۱۵
واگریی اشعه ۱۵
تمرکز وتوان ۱۶
اثرات لیزر بر مواد ۱۸
بازتابش پذیری ۱۹
جذب ۲۰
رسانش گرمایی ۲۱
ذوب سطح ۲۳
تبخیر ۲۴
انرژی لازم برای تبخیر ۲۵
اصول ماشین کاری ۲۷
فرزکاری ۲۷
اجزاء تیغ فرز ۲۷
فرزکاری محیطی ( غلطکی ) ۲۹
محاسبه پارامترهای مختلف برش در فرز کاری محیطی ۳۱
عمل برش یکنواخت در فرزکاری ۳۵
عکس العمل نیروها روی تیغ فرز ۳۷
سنگ زنی ۴۱
نیروهای سنگ زنی ۴۱
منابع: ۴۳