Investigation the effect of cutting parameters on surface roughness, kerf width and dross height in laser processing of AISI 304 stainless sheet material

Abstract

In the study, laser cutting of AISI 304 stainless sheet material were investigated the effects of cutting parameters on surface roughness, kerf width and dross height. In laser cutting were used two different gas pressures (0.8 bar ve 1 bar), four different cutting speeds (20 mm/sec, 24 mm/sec, 28 mm/sec ve 32 mm/sec) and four different frequency (3500 Hz, 4000 Hz, 4500 Hz ve 5000 Hz). Surface roughness measurements were made on the sheet material cut with variable cutting parameters. Kerf widths and dross heights of the samples were measured using a digital microscope. As a result, the increase in cutting speed has caused surface roughness, kerf width and dross height to decrease. Increasing the frequency value has caused the surface roughness and dross height to decrease and kerf width to increase. It has been observed that changing the frequency value does not have a significant effect on the burr height.

Keywords

• Laser cutting
• AISI 304 stainless sheet material
• Surface roughness
• Kerf width
• Dross height

AISI 304 paslanmaz sac malzemenin lazerle işlenmesinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü, kerf genişliği ve çapak yüksekliğine etkisinin araştırılması

Öz

Yapılan çalışmada, AISI 304 paslanmaz sac malzemenin lazer kesim işleminde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü, kerf genişliği ve çapak yüksekliği üzerine etkileri araştırılmıştır. Lazer kesme işleminde iki farklı gaz basıncı (0.8 bar ve 1 bar), dört farklı kesme hızı (20 mm/sn, 24 mm/sn, 28 mm/sn ve 32 mm/sn) ve dört farklı frekans (3500 Hz, 4000 Hz, 4500 Hz ve 5000 Hz) değerleri kullanılmıştır. Yüzey pürüzlülüğü ölçümleri, değişken kesme parametreleriyle kesilmiş sac malzeme üzerinde yapılmıştır. Dijital mikroskop kullanılarak numunelerin kerf genişlikleri ve çapak yükseklikleri ölçülmüştür. Sonuç olarak, kesme hızının artması ile yüzey pürüzlülüğü, kerf genişliği ve çapak yüksekliğinin azalmasına neden olmuştur. Frekans değerinin artırılması yüzey pürüzlülük ve çapak yüksekliğinin azalmasına ve kerf genişliğinin artmasına neden olmuştur. Frekans değerinin değiştirilmesinin çapak yüksekliği üzerine önemli bir etkisinin olmadığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Lazer Kesim
• AISI 304 Paslanmaz Sac Malzeme
• Yüzey Pürüzlülüğü
• Kerf Genişliği
• Çapak Yüksekliği

Kaynakça

1. A. Parthibana, M. Chandrasekaranb, V. Muthuramanc and S. Sathishd, Optimization of CO2 laser cutting of stainless steel sheet for curved profile. Materials Today: Proceedings, 5 (6), 14531-14538, 2018. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.03.042
2. Y. Zhang, L. Zhang, K. Luo, G. Sun, J. Lu, F. Dai and J. Zhong, Effects of laser shock processing on mechanical properties of laser welded ANSI 304 stainless steel joint. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 25, 285-292, 2012. https://doi.org/ 10.3901/CJME.2012.02.285
3. R. Biswas, A. S. Kuar, S. K. Biswas and S. Mitra, Artificial neural network modelling of Nd:YAG laser microdrilling on titanium nitride-alumina composite. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part B: Journal of Engineering Manufacture, 224, 473-482, 2010. https://doi.org/10.1243/09544054JEM1576
4. M. Madic and M. Radovanovic, Investigation into the effect of the cutting parameters on the burr height in CO2 laser nitrogen cutting of AISI 304 stainless steel. Metalurgia International, 17 (7), 74-78, 2012.
5. F. Mert, M. Tunç ve G. Sur, AISI 304 çeliğinin lazer ile kesilmesinde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisinin incelenmesi. 5th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science, sayfa 189-198, Baku, Azerbaijan, 29-30 September 2017.
6. N. Rajaram, J. Sheikh-Ahmad and S. H. Cheraghi, CO2 laser cut quality of 4130 steel. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43 (4), 351-358, 2003. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(02)00270-5
7. J. M. Patel and D. M. Patel, Parametric investigation in CO2 laser cutting quality of Hardox 400 materials. International Journal of Engineering Science and Technology, 3, 5979-5984, 2011.
8. M. Madić, V. Marinković and M. Radovanović, Optimization of the kerf quality characteristics in CO2 laser cutting of AISI 304 stainless steel based on taguchi method. Mechanical Technologies, 19, 580-587, 2013. https://doi.org/10.5755/j01.mech.19.5.5529

9. M. Ürgüplü ve S. Köksal, Lazer ile kesme işlemlerinde kesim kalitesine etki eden parametreler. 3rd International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science, sayfa 865-874, Valencia, Spain, 03-05 June 2015.
10. M. Ay ve F. Yücelişli, Ti-6Al-4V alaşımının fiber lazer ile kesilmesinde işlem parametrelerinin kesim kalitesine etkisinin araştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 30 (2), 215-223, 2018.
11. R. Neimeyer, R. N. Smith and D.A. Kaminski, Effects of operating parameters on surface quality for laser cutting of mild steel. Journal of Engineering for Industry, 115, 359-362, 1993.
12. N. Muhammad, D. Whitehead, A. Boor and L. Li, Comparison of dry and wet fibre laser profile cutting of thin 316L stainless steel tubes for medical device applications. Journal of Materials Processing Technology, 210 (15), 2261-2267, 2010. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.08.015
13. E. Bahçe, E. Kılıçkap ve C. Özel, Al-5005’in delinmesinde delme parametrelerinin çapak oluşumuna etkisinin araştırılması. 2. Ulusal Tasarım İmalat ve Analiz Kongresi, sayfa 242-250, Balıkesir, Türkiye, 11-12 Kasım 2010.
14. A. Sen, B. Doloi and B. Bhattacharyya, Experimental studies on fibre laser micro machining of Ti-6Al -4V. 5th International & 26th All India Manufacturing Technology, Design and Research Conference, sayfa 1-7, Assam, India, 1-14 December 2014.