Hardox 500 Çeliğinin Lazerle İşlenmesinde Kesme Geometrisine ve İşleme Parametrelerine Bağlı Kesim Kalitesinin Değerlendirilmesi

Abstract

Kesim kalitesi lazer ışınıyla kesme işleminde büyük önem taşımaktadır. Lazer kesme işleminde yüzey pürüzlülüğü (Ra), üst kerf genişliğinin (ÜKG) ve alt kerf genişliğinin (AKG) kalitesi farklı kesme geometrilerinde uygun kesme parametrelerinin seçimine bağlıdır. Lazer kesme işlemi yapan firmaların minimum RA, ÜKG ve AKG en önemli talepleri arasındadır. Bu çalışmada, lazerle Hardox 500 çeliği farklı geometrilerde ve kesme parametrelerinde kesilmiştir. Kesim geometrilerinin ve kesme parametrelerinin kesim kalitesine etkisi araştırılmıştır. Deneylerde üç farklı kesme geometrisi (Düz, V ve yay) kullanılmıştır. Her geometri farklı kesme parametrelerinin kombinasyonunda kesilmiştir. Sonuç olarak; Hardox 500 çeliğinin lazerle düz geometride odak noktasının (ON) iş parçasına yaklaşması, gaz basıncının (GB) ve kesme hızının (GB) artması ile Ra’nın en düşük değerine (2,099 µm) ulaşılmıştır. En yüksek Ra yay geometrisinde ON’nın iş parçasından uzaklaşması, GB’nın en düşük değerinde ve KH’nın maksimum değerinde 4,795 µm ölçülmüştür. Üç kesme geometrisi için -0,5 mm ON’da, 850 mm/sn KH’da ve 0,7 bar GB’da ÜKG’nin ve ALG’nin minimum değerlerine ulaşılmıştır.

Keywords

• Lazer kesim
• Hardox 500
• Yüzey pürüzlülüğü
• Üst kerf gemişliği
• Alt kerf genişliği

Evaluation of Cut Quality Based on Cutting Geometry and Machining Parameters in Laser Machining of Hardox 500 Steel

Abstract

The quality of surface roughness (Ra), top kerf width (TKW) and bottom kerf width (BKW) in laser cutting depends on the selection of appropriate cutting parameters in different cutting geometries. Minimum RA, TKW and BKW are among the most important demands of laser cutting companies. In this study, the effect of cutting geometries and cutting parameters on the cutting quality was investigated by cutting Hardox 500 steel in different geometries and cutting parameters with laser. Three different cutting geometries (Flat, V and arc) were used in the experiments. Each geometry was cut at combination of different cutting parameters. As a result; In laser cutting of Hardox 500 steel in flat geometry, the lowest value of Ra (2,099 µm) was reached by increasing the gas pressure (GP) and cutting speed (CS), while the focal point approached the workpiece. The highest Ra value, the moving away of FP from the workpiece in the arc geometry, was measured at 4.795 µm at the lowest value of GP and maximum value of CS. The minimum values of TKW and BKW were reached at -0.5 mm FP, 850 mm/sec CS, and 0.7 bar GP for the three cutting geometries.

Keywords

• Laser cut
• Hardox 500
• Surface roughness

References

1. Ay M., Yücelişli, F., Ti-6Al-4V alaşımının fiber lazer ile kesilmesinde işlem parametrelerinin kesim kalitesine etkisinin araştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2018; 30(2), 215-223.
2. Cebeci İ., Özlü B., Demir H., AISI 310 kalite östenitik paslanmaz sac malzemenin lazerle kesilmesinde kesme parametrelerinin kesim kalitesine etkisinin incelenmesi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 2020; 10(4), 2791-2799.
3. Chen S.L., The effects of high-pressure assistant-gas flow on high-power CO2 laser cutting. Journal of Materials Processing Technology 1999; 88(1-3), 57-66.
4. Chen M.F., Ho Y.S., Hsiao W.T., Wu T.H., Tseng S.H., Huang K.C., Optimized Laser Cutting on Light Guide Plates Using Grey Relational Analysis. Optics and Lasers in Engineering 2011; 49(2), 222-228.
5. Duan J., Man H.C., Yue T.M., Modelling the laser fusion cutting process: III. Effects of various process parameters on cut kerf quality. Journal of Physics D: Applied Physics 2001; 34, 2143-2150.
6. Dubey A.K., Yadava V., Multi-objective optimisation of laser beam cutting process. Optics & Laser Technology 2008; 40(3), 562-570.
7. Ghany K.A., Newishy M., Cutting of 1.2 mm thick austenitic stainless steel sheet using pulsed and CW Nd:YAG laser. Journal of Materials Processing Technology 2005; 168(3), 438-447.
8. Işık R., Özlü B., Demir H., St-37 Malzemesinin lazer ile kesme işleminde seçilen parametrelerin etkisinin deneysel ve istatiksel olarak incelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2021; 33(1), 161-171.

9. Jarosz K., Löschner P., Niesłony P., Effect of cutting speed on surface quality and heat-affected zone in laser cutting of 316L stainless steel. Procedia Engineering 2016; 149, 155-162.
10. Joshi P., Sharma A., Simultaneous optimization of kerf taper and heat affected zone in Nd-YAG laser cutting of Al 6061-T6 sheet using hybrid approach of grey relational analysis and fuzzy logic. Precision Engineering 2018; 54, 302-313.
11. Lamikiz A., De Lacalle L.L., Sanchez J.A., Del Pozo D., Etayo J.M., Lopez J.M., CO2 laser cutting of advanced high strength steels (AHSS). Applied surface science 2005; 242(3-4), 362-368.
12. Madić M., Radovanović M., Application of RCGA-ANN Approach for Modeling Kerf Width and Surface Roughness in CO2 Laser Cutting of Mild Steel. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering 2013; 35, 103-110.
13. Moradi M., Mehrabi O., Azdast T., Benyounis K.Y., Enhancement of Low Power CO2 Laser Cutting Process for Injection Molded Polycarbonate. Optics & Laser Technology 2017; 96, 208-218.
14. Nyon K., Nyeoh C.Y., Mokhtar M., Rahman R.A., Finite Element Analysis of Laser Inert Gas Cutting on Inconel 718. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2012; 60, 995-1007.
15. Özlü B., Experımental and statıstıcal ınvestıgatıon of the effects of cuttıng parameters on kerf qualıty and surface roughness ın laser cuttıng of Al 5083 alloy. Surface Review and Letters 2021; 28(10), 1-18.
16. Stournaras A., Stavropoulos P., Salonitis K., Chryssolouris G., An investigation of quality in CO2 laser cutting of aluminum. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 2009; 2(1), 61-69.
17. Tamrin K.F., Nukman Y., Choudhury I.Y., Shirley S., Multiple-Objective Optimization in Precision Laser Cutting of Different Thermoplastics. Optics and Lasers in Engineering 2015; 67, 57-65.
18. Wei J., Ye Y., Sun Z., Liu L., Zou G., Control of the Kerf Size and Microstructure in Inconel 738 Superalloy by Femtosecond Laser Beam Cutting. Applied Surface Science 2016; 370, 364-372.