مطالعه تجربی و بهینه یابی زبری و سختی سطحی در برش لیزری فایبر فولاد کربنی

در این مطالعه به بررسی تاثیر پارامترهای برش لیزری بر کیفیت سطح صفحات فولادی ST۳۷ پرداخته شده است. با استفاده از یک سیستم لیزر صنعتی پرقدرت، تاثیر توان لیزر (۶۰۰۰-۸۵۰۰ وات)، سرعت برشی (۳۳-۴۳ متر بر دقیقه) و فشار گاز کمکی (۰.۸-۱.۲ بار) بر دو پاسخ ارزیابی شده است: زبری سطح (Ra) و سختی (HR۱۵N). با طراحی آزمایش عاملی کامل، ۲۷ آزمایش اجرا شد که با استفاده از نرم افزار مینی تب از نظر آماری تحلیل شدند. نتایج تجربی نشان داد که توان لیزر مهم ترین عامل موثر بر پرداخت سطح و سختی ماده است. افزایش توان لیزر از ۶۰۰۰ به ۸۵۰۰ وات منجر به کاهش قابل توجه زبری به دلیل جریان مذاب پایدار و ویسکوزیته مذاب پایین تر شد، در حالی که همزمان سختی را از طریق دمای اوج بالاتر و اثرات خودسرمایشی سریع افزایش داد. سرعت برشی رابطه غیرخطی با زبری نشان داد و نقطه بهینه را در سرعت ۳۸ متر بر دقیقه شناسایی کرد که در آن ورودی گرما و حذف مواد متعادل بودند. برعکس، افزایش سرعت منجر به کاهش سختی به دلیل کاهش زمان توقف و ناحیه متاثر از حرارت باریک تر شد. فشار گاز کمکی نقش دوگانه ای داشت؛ به طوری که قبل از اینکه اثرات خنک کننده همرفتی راندمان حرارتی را در فشارهای بالاتر کمی کاهش دهد، در ۱.۰ بار به اوج اثربخشی خود رسید. بهینه سازی چندهدفه با هدف حداکثر سختی و حداقل زبری و با استفاده از تابع مطلوبیت، پارامترهای بهینه کلی را با توان لیزر ۸۵۰۰ وات، سرعت برشی ۳۳ متر بر دقیقه و فشار گاز ۰.۸ بار شناسایی کرد.

کلیدواژه ها:

برش لیزری ، فولاد ST۳۷ ، زبری سطح ، سختی سطحی ، بهینه سازی چندهدفه