CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG NHIỆT
5.1 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN
5.1.1 khái niệm.
Là phương pháp gia công phi truyền thống,được thực hiện bằng cách phóng tia lửa điện lên bề
mặt gia công,làm cho lớp vật liệu bị bóc tách đi do bị nóng chảy hay bay hơi bởi quá trình điện
nhiệt.
5.1.2 .Cơ sở lý thuyết:
Hai điện cực được đặt gần nhau, trong môi trường cách điện,hai điện cực nối với nguồn một
chiều,khi tăng điện áp lên,dần khoảng cách giũa hai điện cực bị ion hóa > có dòng điện chạy
qua >môi trừơng giữa hai điện cực là môi trường dẫn điện.Nếu tiếp tuvj duy trig năg lựong
điện thì sẽ có hiện tượng hồ quang điện( )
Để phát sinh tia lửa điện thì sau khi bị "đánh thủng" thì phải ngừng cấp năg lương cho dòng điện.
Hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining -EDM) bao gồm có hai bộ phận
chủ yếu: máy công cụ và nguồn cung cấp điện. Máy công cụ gắn điện cực định hình (đóng vai
trò là dao) và điện cực tiến tới bề mặt chi tiết gia công sinh ra một lỗ chép hình hình dạng của
dụng cụ. Nguồn năng lượng cung cấp sản sinh ra một tần số cao, tạo ra một loạt tia lửa điện giữa
điện cực và bề mặt chi tiết và bóc đi một lớp kim loại bởi sự ăn mòn của nhiệt độ và sự hóa hơi.
5.1.3.Nguyên lý gia công.
Hình 5.1 Nguyên lý gia công EDM.
Trên hình 1, chi tiết gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn điện cực thì gắn với đầu máy. Một
động cơ servo DC hoặc xylanh thủy lực để điều khiển điện cực theo phương thẳng đứng và duy
trì một vị trí thích hợp của điện cực so với chi tiết gia công. Vị trí này được điều chỉnh một cách
tự động với sự chính xác cực kỳ nhờ hệ thống servo và nguồn cung cấp. Trong quá trình vận
hành máy thông thường điện cực không bao giờ chạm bề mặt chi tiết, giữa chúng có một khe hở
phóng điện nhỏ.
Trong quá trình vận hành, đầu máy di chuyển điện cực tiến đến bề mặt chi tiết đến khi giữa
chúng tạo thành một khoảng cách mà ở đó điện thế có thể làm ion hoá dung dịch điện môi và cho
phép một tia lửa điện đi qua từ điện cực đến bề mặt chi tiết gia công. Những tia lửa điện này ở
dưới dạng xung, phóng và tắt với tần số cao, và có thể đạt đến 250.000 lần trên một giây. Các tia
lửa điện luôn di chuyển trong khe hở phóng điện, từ điện cực đến điểm gần nhất hoặc điểm cao
nhất trên chi tiết gia công.

Lượng kim loại được lấy đi từ chi tiết ứng với mỗi lần phóng điện luôn cân xứng với năng lượng
mà nó chứa đựng. Mỗi lần phóng điện sẽ làm nóng chảy hoặc bốc hơi một vùng nhỏ của bề mặt
chi tiết. Kim loại nóng chảy này được làm nguội sau đó dung dịch điện môi và hóa rắn thành
những hạt hình cầu và được làm phẳng đi bởi áp lực/sự chuyển động của chất điện môi. Tác
động của mỗi xung được giới hạn trong mỗi phạm vi cục bộ. Vị trí này được xác định bởi hình
dạng và vị trí của điện cực.
Cả chi tiết và điện cực đều ngâm chìm trong dung dịch điện môi. Dung dịch này đóng vai trò như
chất cách điện để điều khiển sự phóng tia lửa điện. Trong gia công EDM chất điện môi cũng thực
hiện chức năng của môi trường làm nguội và làm giảm nhiệt độ cực kỳ cao trong khe hở phóng
điện. Quan trọng hơn, dung dịch điện môi được bơm vào theo khe hở hình cung để đẩy đi những
hạt bị xói mòn giữa chi tiết và điện cực. Sự sục rửa thích hợp làm cho quá trình bóc vật liệu đạt
hiệu quả cao. Bởi vì EDM ăn mòn kim loại bằng việc phóng tia lửa điện thay cho các dụng cụ
cắt gọt tạo phoi nên độ cứng vật liệu không trở thành nhân tố quyết định xem vật liệu đó có thể
gia công bằng EDM hay không. Các điện cực kim loại hoặc than chì mềm có thể gia công các
loại thép dụng cụ đã tôi hoặc tungsten carbide (cacbít vonfram). Đây là một trong những lợi ích
hấp dẫn của việc sử dụng phương pháp EDM. Có thể nhiệt luyện chi tiết trước rồi sau đó có thể
gia công bằng EDM. Điều này loại bỏ rủi ro của những hư hại và biến dạng có thể biến những
chi tiết đắt tiền thành phế liệu trong khi xử lý nhiệt. Các nguyên tắc cơ bản của phương pháp cắt
dây EDM cũng giống như gia công xung định hình EDM được mô tả ở trên. Điểm khác biệt cơ
bản là thay vì sử dụng những điện cực có hình dạng phức tạp, trong cắt dây EDM điện cực là
những sợi dây có hình dạng đơn giản, đường kính từ 0.006-0.012”. Thay vì sử dụng chất điện
môi như trong gia công xung định hình EDM thì trong cắt dây EDM lại dùng nước ion hóa.
Hình 5.2 : Quá trình hình thành sự phóng tia lửa điện
5.1.4 Thiết bị và dụng cụ
a.Thiết bị
+Máy gia công tia lửa điện thẳng đứng
Hình
5.3: Nguyên lý làm việc của máy tia lửa điện
+ Máy gia công tia lửa điện vạn năng
Hình 5.4: Hình dáng chung của máy tia lửa điện vạn năng


Hình 5.5: Mâm cặp sử dụng khoan tia lửa điện
Hình 5.6: Đồ gá lắp khi gia công tia lửa điện
Hình 5.7: Bàn tọa độ
b.Dụng cụ:
Trong phương pháp gia công bằng tia lửa điện,dụng cụ đóng vai trò quan trọng nên cần có những
yêu cầu sau:
+ Có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt
+ Nhiệt lượng riêng lớn
+ Có nhiệt độ nóng chảy cao
Hình 5.8 Một số đầu điện cực côn dùng để khoan tia lửa điện.
5.1.5 Dung dịch gia công tia lửa điện.
Dung dịch có công dụng cách điện trong vùng gia công và bị ion hóa để phóng điện khi hiệu điện
thế và cường độ dòng điện lớn,ngoài ra dung dịch còn có tác dụng lấy đi các chất cặn sinh ra
trong vùng gia công và chuyển chúng đi chổ khác.
Yêu cầu của dung dịch:
+ Độ cách độ cách điện cao.
+ Dẫn nhiệt tốt.
+ Có độ nhớt nhỏ.
+ Không có mùi vị khó chịu.
+ Chất lỏng phải trug tính không phá hủy điện cực.
5.1.6 Thông số công nghệ.
a.Vận tốc căt(V):
Là lượng kim loại bị boc tách theo thời gian(mm3/s) tỷ lệ với cường độ dòng điện.
b.Chế độ gia công:
Các thông số xác định thông số phóng điện:dòng đỉnh
c.Năng suất gia công:
phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điện cực
d.Độ chính xác gia công:
ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:độ chính xác của máy gia công.hình dạng độ mòn của dụng cụ

Hình 5.9: Quá trình hình thành lỗ khi khoan bằng tia lửa điện.
e.Chất lượng bề mặt gia công:
Độ nhám là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng bề mặt gia công.theo lý
thuyết độ nhám được hình thành như hình vẽ
Hình 5.10: Độ nhám bề mặt gia công khi gia công bằng tia lửa điện.
Hình 5.11. Cấu trúc tế vi của bề mặt sau khi gia công bằng tia lửa điện.
5.1.7 Ứng dụng:
Máy gia công bằng tia lửa điện được thiết kế để sử dụng cho các nguyên công sau:
+ Máy gia công lỗ
+ Máy khoan lỗ nhỏ
+ Máy mài theo hình dáng
+ Máy cắt đứt.
+ Máy mài dụng cụ
+ Máy gia công khuôn mẫu
Hình 5.12. Một số phương pháp gia công bằng tia lửa điện.
Hình 5.13. Nguyên lý mài sắc dao.
Hình 5.14. Nguyên lý máy cắt tia lửa điện.
Hình 5.15. sơ đồ nguyên lý thiết bị làm cứng bề mặt bằng tia lửa điện.
Z: Tổ trở; E: Chỉnh lưu; R: điện trở; C: Tụ; Vi: Bộ dao động; M: Vật gia công; T: Bàn máy.
5.2 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG DÂY TIA LỬA ĐIỆN
Cắt dây tia lửa điện (WEDM) được giới thiệu vào cuối thập niên 1960. Lúc đó nó là công nghệ
mang tính đột phá và độc nhất vô nhị. Thời điểm đó, mặc dù nó thể hiện được khả năng gia công
các vật liệu cứng nhưng độ chính xác không vượt trội. Do vậy, phương pháp gia công này không
thu hút được nhiều sự quan tâm. Trong vài chục năm trở lại đây, công nghệ WEDM đã có những
sự phát triển vượt bậc. Các máy WEDM ngày càng tinh vi hơn và ngày càng thể hiện tính hiệu
quả cao và khả năng đạt độ chính xác cao.
5.2.1 Nguyên lý gia công
Cắt dây tia lửa điện là một hình thức đặc biệt của gia công tia lửa điện. Điểm khác nhau cơ bản
giữa cắt dây tia lửa điện và xung điện (gia công bằng điện cực thỏi) là thay vì sử dụng những
điện cực thỏi có hình dạng phức tạp thì trong WEDM điện cực là một sợi dây có đường kính từ

0,1 – 0,3mm. Dây này được cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng cho trước, cắt được bề mặt
2D và 3D phức tạp. Chuyển động của dây cắt được điều khiển theo một đường bao nằm trong hệ
tọa độ XY. Thường thì bàn máy được điều khiển CNC để tạo ra chuyển động theo các phương X
và Y. Chuyển động được điều khiển này tạo thành một đường liên tục với độ chính xác khoảng
0,001mm và chuyển động này phải được lập trình bằng các phần mềm CAD/CAM có modul cho
máy cắt dây. Cũng có thể lập trình bằng tay cho các ứng dụng đơn giản. Dây cắt được dẫn hướng
thông qua hai cơ cấu dẫn hướng bằng kim cương. Tùy vào đường kính của dây mà đường kính
trong của lỗ cơ cấu dẫn hướng có giá trị phù hợp. Thường nhà cung cấp kèm theo máy chính một
số bộ cơ cấu dẫn hướng thích hợp cho vài loại cỡ đường kính dây cắt.
Hình 5.15. Sơ đồ nguyên lý gia công cắt dây tia lửa điện.
Quá trình cắt dây tia lửa điệ,n được thực hiện theo nguyên lý hình 5.15.phôi 1 được gá trên bàn
máy có khả năng dịch chuyển theo hai hướng vuông góc với nhau,dây điện cực 3 được chuyển từ
cuộn dây 4 sang cuộn dây 5 nhờ một động cơ chuyên dùng,các con lăn dẫn hướng 2 và 7 được
dùng để giữ dây điện cực tương đối so với phôi 1. quá trình cắt rãnh prophin được thực hiện theo
dưỡng 6 hoặc theo chương trình phần mềm máy.dưỡng 6 có thể kẹp chặt hoặc dán bằng keo trên
phôi 1.
Giữa gia công bằng điện cực thỏi và gia công bằng dây cắt có một số khác biệt như sau:
- Gia công bằng điện cực thỏi người ta sử dụng dầu làm chất điện môi thì trong WEDM lại dùng
nước khử khoáng.
- Khi gia công bằng điện cực thỏi, sự phóng điện xảy ra giữa mặt đầu điện cực với chi tiết gia
công còn khi gia công bằng dây cắt thì sự phóng điện xảy ra giữa mặt bên dây cắt với chi tiết gia
công
- Vùng phóng điện khi gia công bằng điện cực thỏi bao gồm mặt đầu và góc của điện cực. Còn
vùng phóng điện khi gia công bằng dây cắt chỉ bao gồm mặt 180
o
của dây cực khi nó tiến đến cắt
chi tiết gia công.
5.2.2 Thiết bị và dụng cụ gia công.
a.Thiết bị:
Có hai loại máy WEDM:

Máy WEDM truyền thống
Đây là loại máy đầu tiên dùng dây cắt điều khiển bằng tay. Loại này có kết cấu đơn giản, khả
năng công nghệ kém và độ chính xác kém. Chất lượng khi gia công trên máy này phụ thuộc vào
tay nghề công nhân vận hành máy và chỉ gia công được những dạng hình học đơn giản, không
gia công được bề mặt phức tạp như bề mặt côn, bánh răng…
Máy WEDM CNC
Đây là loại EDM điều khiển chương trình số. Loại này có kết cấu phức tạp hơn nhiều, tuy nhiên
khả năng công nghệ của nó rất cao. Nó có thể gia công được các bề mặt có độ phức tạp cao với
độ chính xác cao.
Hình 5.16. sơ đồ máy NC 4532
Bên cạnh quá trình gia công WEDM bình thường, quá trình gia công WEDM 5 trục “thực” cũng
đang dần trở nên phổ biến. Gia công WEDM 5 trục “thực” có sự khác biệt với gia công CNC 5
trục. Thông thường người ta nghĩ rằng khi nghiêng bộ dẫn dây cắt sẽ thành gia công 5 trục.
Trong thực tế, gia công WEDM 5 trục “thực” phải có hệ thống bàn xoay (kiểu indexing) để làm
xoay chi tiết gia công. Chi tiết khi gá lên bàn xoay này có thể được xoay đồng thời trong quá
trình gia công. Phổ biến hơn, các bàn xoay được dùng để phân độ chi tiết gia công với gia số
định trước, đặc biệt hữu dụng khi yêu cầu gia công chi tiết với dung sai nghiêm ngặt. Gia công
WEDM 5 trục thường được áp dụng để chế tạo các chi tiết phức tạp trong hàng không, y học và
trong kỹ nghệ truyền thông.
b.Dụng cụ gia công.
* Dây cắt
Các dây cắt thường chỉ sử dụng một lần, nhưng cũng có loại được sử dụng nhiều lần. Đối với
gia công cắt dây, vật liệu làm điện cực phải có các tính chất sau:
- Dẫn điện tốt
- Có nhiệt độ nóng chảy cao
- Có độ giãn dài cao
- Có tính dẫn nhiệt tốt
Dựa vào thành phần của dây cắt người ta chia ra làm hai loại là loại không có lớp phủ (đơn thành
phần) và loại có lớp phủ (đa thành phần).

Loại không có lớp phủ
Dây cắt truyền thống sử dụng trong máy cắt dây EDM là một kim loại đơn thành phần như đồng
đỏ, đồng thau và molipđen. Đồng đỏ được sử dụng đầu tiên vì nó có tính dẫn điện cao và dễ chế
tạo thành những dây có đường kính nhỏ. Khoảng năm 1979 thì dây đồng đỏ được thay thế bằng
đồng thau để cải thiện tốc độ gia công. Vì tác dụng làm nguội của kẽm và sự tạo thành ôxit kẽm
có xu hướng giảm sự đứt dây.
Loại dây có lớp phủ
Đồng thau đã chứng minh độ tin cậy của nó cho quá trình EDM vì nó dung hòa giữa độ bền/độ
dai, độ dẫn nhiệt và khả năng cho sục chất điện môi. Tuy nhiên, các dây cắt không có lớp phủ
vẫn còn bị hạn chế bởi một sự dung hòa giữa các tính chất. Các dây cắt có lớp phủ đã được sử
dụng để thêm vào một số tính chất độc lập. Các dây cắt có lớp phủ có độ bền kéo cao và độ thoát
nhiệt cao trong quá trình gia công. Lớp phủ có thể là kẽm, ôxyt kẽm, graphit, đồng đỏ với lõi là
đồng thau… Dây cắt phủ kẽm cải thiện đáng kể khả năng cho sục chất điện môi hơn dây đồng
thau không phủ. Một lớp phủ graphit làm tăng đột ngột khả năng cho sục chất điện môi của
molipđen bằng cách sinh ra các khí CO, CO2. Graphit cũng sinh ra một tia lửa điện nóng hơn
cho phép đạt năng lượng cao hơn trong khe hở phóng điện. Các lớp phủ thường dày từ 5 - 10µm.
* Chất điện môi và cách sử dụng
Chất điện môi và sự sục rửa có các chức năng sau:
- Cách ly khe hở gia công trước khi một lượng lớn năng lượng được tích lũy và tập trung năng
lượng phóng điện vào một vùng nhỏ.
- Khôi phục điều kiện khe hở mong muốn bằng cách làm lạnh khe hở và khử ion hóa.
- Rửa trôi phoi ra khỏi vùng gia công, làm nguội dây và làm nguội chi tiết gia công.
Hầu hết các máy cắt dây EDM sử dụng chất điện môi là nước khử khoáng. Thuận lợi cơ bản của
nước là chất lượng làm nguội tốt. Độ tinh khiết của nước được đánh giá bằng điện trở suất. Điện
trở suất càng thấp thì năng suất bóc vật liệu càng cao. Tuy nhiên không nên sử dụng nước có điện
trở suất quá thấp. Khi thêm vào một số chất hữu cơ có thể cải thiện tốc độ cắt.
Trong gia công WEDM, thường chất điện môi được đưa vào khe hở gia công nhờ một áp cao (15
– 20bar). Dòng chảy này được phun đồng trục với dây cắt. Thông thường thì kết hợp phun từ
dưới lên và từ trên xuống bằng hai vòi phun.
Mặc dù nước có ưu điểm là chất lượng làm nguội tốt, tốc độ cắt cao. Nhưng nước có nhược điểm

là ăn mòn chi tiết gia công và các cơ cấu máy. Vì thế trong một số trường hợp người ta sử dụng
dầu thay cho nước vì dầu không ăn mòn chi tiết gia công. Với điện trở suất cao làm phát sinh dễ
dàng các tia lửa điện cực nhỏ, tạo nên bề mặt chi tiết có độ bóng cao. Vì thế dầu là môi trường lý
tưởng để gia công tinh chính xác với dây cực mảnh. Không có ăn mòn điện hóa và ăn mòn bề
mặt trong dầu nên lượng coban trong hợp kim cứng không bị suy giảm.
Chất lượng bề mặt và độ bền lâu sau khi gia công trong dầu cao hơn nhiều so với khi gia công
trong nước. Khi gia công trong dầu có thể dùng dây điện cực rất mảnh với đường kính 0,025 –
0,03mm.
c.Chất lượng bề mặt khi gia công
Bề mặt chi tiết được gia công EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia công thô và Ra = 0,16µm khi
gia công tinh. Thông thường độ chính xác gia công vào khoảng 0,01mm. Ở các máy khoan tọa
độ EDM độ chính xác gia công đạt đến 0,0025mm.
Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các phương pháp gia công
không truyền thống không làm được như thép tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng. Nó
cũng gia công được các chi tiết hệ lỗ có hình dáng phức tạp.
Dạng nhám bề mặt khi gia công bằng WEDM hoàn toàn khác so với các phương pháp gia công
truyền thống. Trên bề mặt chi tiết được gia công bằng WEDM có nhiều chỗ lồi hình cầu và lòng
chảy. Người ta gọi chúng là các đỉnh và miệng “núi lửa”. Chúng thay thế cho các đường đỉnh và
đáy của profile nhám bề mặt gia công bằng phương pháp truyền thống. Giữa các chỗ lồi và lòng
chảo là vùng bằng phẳng chuyển tiếp, trong khi đó bề mặt được gia công bằng phương pháp
truyền thống chỉ xuất hiện vết dao cắt thông thường. Do đó, bề mặt gia công bằng cắt dây EDM
ít bị tập trung ứng suất hơn, bề mặt đa hướng chứ không theo mẫu định hướng như gia công
truyền thống.
Giá trị của độ nhám bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có cường độ dòng điện. Cường
độ dòng điện càng lớn thì trên bề mặt càng xuất hiện nhiều miệng núi lửa càng lớn. Để đạt được
độ bóng cao thì sau khi cắt thô phải cắt tinh thêm một số lần.
Như đã nêu ở trên, khi cắt trong dầu thì đạt độ bóng vào độ chính xác cao hơn khi cắt trong
nước. Sau đây là một ví dụ cụ thể khi cắt tungsten carbide, 1 = 3mm với 4 lần cắt, dây cắt bằng
tungsten có đường kính 0,03mm. Độ bóng đạt được là Rmax = 0,92µm (Ra = 0,12µm). Bề mặt
vết cắt nhỏ nhất sau 4 lần cắt là 48µm với độ chính xá biên dạng từ -1,5 – 1,5µm.

d.Ứng dụng.
Nói chung, WEDM có đầy đủ những ưu nhược điểm của một phương pháp gia công EDM.
WEDM có thể gia công nhiều dạng bề mặt khác nhau với độ chính xác cao như:
- Gia công các lỗ trong khuôn đột, khuôn ép kim loại…
- Gia công điện cực cho máy EDM điện cực thỏi
- Cắt các đường biên dạng phức tạp: biên dạng thân khai của bánh răng, biên dạng cam, cắt
đường có biên dạng spline…
- Cắt các mặt 3 chiều đặc biệt như bề mặt bánh răng nghiêng, bề mặt cánh tuabin, các khối nón,
khối xoắn ốc, khối parabol, khối elip…
Ngoài những ứng dụng của gia công EDM nói chung, WEDM còn có ứng dụng đáng chú ý là nó
có thể gia công các vật liệu siêu cứng như kim cương đa tinh thể (PCD), nitrit bo lập phương
(CBN) và một số loại vật liệu composite. Mặc dù các vật liệu composite nền sợi cácbon được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không, hạt nhân, ôtô và công nghiệp hóa chất
nhưng chúng rất khó gia công bằng các phương pháp gia công truyền thống do trong quá trình
gia công chúng thường bị tróc, tách lớp, ba via và tuổi thọ dụng cụ thấp.
Các tiến bộ về WEDM ngày nay đã cho phép gia công các vật liệu này mà không bị xoắn hay ba
via. Ngay cả vật liệu sứ cách điện cũng có thể được gia công bằng phương pháp này. Hiện nay,
việc nghiên cứu gia công sứ cách điện vẫn đang được nghiên cứu và triển khai áp dụng rộng rãi
trên nhiều nơi trên thế giới, nhất là ở các trường đại học.
5.3 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG CHÙM TIA LASER
5.3.1.Khái niệm:
Laser nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Laser được sử dụng như là
một dụng cụ phát ra tia năng lượng tập trung rất mạnh mà trong tương lai gần trong một số lĩnh
vực nào đó, nó là một cuộc cách mạng kỹ thuật trong gia công kim loại. Hiện tại thì có thể sử
dụng thành công trong việc gia công siêu tinh, trong công nghệ hàn những điểm rất nhỏ và trong
luyện kim. Gia công chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt trong đó tia laser được dùng làm nóng
chảy và bốc hơi vật liệu.
Máy tia laser là máy cắt bằng tia sáng hoạt động theo chế độ xung. Năng lượng xung của nó
không lớn, nhưng nó được hội tụ trong một chùm tia có đường kính khoảng 0.01 mm và phát ra
trong khoảng thời gian một phần triệu giây tác động vào bề mặt chi tiết gia công, nung nóng, làm

chảy và bốc hơi vật liệu. Tia sáng ấy được gọi là tia laze, viết tắt theo tiếng Anh là LASER (light
Amplification Simulated Emission of Radiation) và thường dịch nghĩa tiếng việt là máy phát
lượng tử ánh sáng.
một số tia laser đầu tiên.
Tia laser đầu tiên được phát minh vào tháng 5 năm 1960 bởi Maiman. Nó là loại laser hồng ngọc
(rắn). Nhiều loại laser đã được phát minh ngay sau laser hồng ngọc – laser uranium đầu tiên bởi
phòng thí nghiệm IBM (tháng 11 năm 1960), laser khí Helium-Neon đầu tiên bởi Phòng thí
nghiệm Bell vào năm 1961, laser bán dẫn đầu tiên bởi Robert Hall ở phòng thí nghiệm General
Electric năm 1962, laser khí CO2 và Nd:YAG đầu tiên bởi phòng thí nghiệm Bell năm 1964,
laser hóa năm 1965, laser khí kim loại năm 1966,…Điều này cho thấy nhiều loại có thể tạo ra
laser.
Để sử dụng gia công vật liệu, laser phải có đủ năng lượng. Người ta thường dùng các laser sau để
gia công vật liệu: laser CO2, laser Nd-YAG hoặc laser Nd-thủy tinh và laser excimer. Trong lĩnh
vực gia công kim loại thường dùng laser rắn vì công suất chùm tia tương đối lớn và có kết cấu
thuận tiện.
5.3.2.Đặc điểm
+ Tia laser là chùm tia ánh sáng đơn sắc, có tính định hướng cao, bước sóng rất ngắn nên có thể
dùng hệ thống quang học tập trung nó trên một diện tích rất nhỏ, có mật độ năng lượng rất cao
→ nhiệt độ lên đến hàng ngàn độ, có thể nung nóng, làm chảy và đốt cháy kim loại ở vùng nó tác
dụng vào
+ Bản chất: Trong tia laser có những ion hoạt tính. Khi những ion này được kích thích lên mức
năng lượng cao và tụt xuống mức năng lượng cơ sở → phát ra những lượng tử, những lượng tử
này bắn vào các ion khác và các ion khác này cũng phát ra các lượng tử cứ như một dây chuyền
phản ứng làm tăng rất nhanh số hạt lượng tử. Nếu dùng thêm những bộ cộng hưởng quang học
thì tốc độ tăng của những hạt lượng tử càng nhanh, lớn hơn và phát ra tia laser.
5.3.3.Nguyên lý gia công
+ Nguồn diện cấp qua biến thế và nắn dòng nạp vào hệ thống tụ. eiện áp tối da của tụ là 2kV dể
diều khiển sự phong diện tới dèn phát xung
3 đặt ở một trong hai tâm của bộ phận phản xạ
ánh sáng 2 (tiết diện ngang hình ellipse)

+ Khi dèn phát sáng, toàn bộ nàng lượng sẽ tập trung vào vị trí dặt thanh hồng ngọc 4
+ Các ion Cr +3 của thanh hồng ngọc bị kích lên mức nàng lượng cao, khi tụt xuống sẽ phát ra
những lượng tử
+ Nhờ hệ dao dộng gương phẳng 5 và 6, những lượng tử này sẽ di lại nhiều lần qua thanh
hồng ngọc và kích thích các ion Cr
rồi cùng phóng ra chùm tia lượng tử.
+ Hệ quang học 7 tập trung chùm tia và tác dụng
lên vật gia công 8 dặt trên bàn máy 9
Hình vẽ mô tả:
Hình 5.17. Nguyên lý gia công chùm tia laser.
2. Buồng phản xạ ánh sáng
3. Đèn phát xung
4. Thanh hồng ngọc
5. Gương phản xạ toàn phần
6. Gương phản xạ 50%
7. Thấu kính hội tụ
8. Chi tiết gia công
9.Bàn giá
10. Tế bào quang điên
+ Quá trình tác dụng của chùm tia laser vào vị trí gia công như sau:
- Vật liệu gia công hút năng lượng của chùm tia laser và chuyển năng lượng này thành nhiệt năng
- Nung nóng vật liệu gia công dến nhiệt dộ có thể phá hỏng vật liệu đó
- Phá hỏng vật liệu gia công và đẩy chúng ra khỏi vùng gia công
- Vật liệu gia công nguội dần sau khi chùm tia laser tác dụng xong
5.3.4 Phân loại tia laser.
Các loại Laser
Theo vật liệu cấu tạo nên môi trường hoạt tính, có thể chia laser thành bốn loại chính sau: laser
rắn, laser khí, laser bán dẫn và laser lỏng.
Laser rắn
Trong laser r ắn thì môi trường hoạt tính là chất rắn. Vật liệu của chất rắn kích thích có thể là

florua đất kiềm, wonfram đất kiềm, molibden đất kiềm, hồng ngọc tổng hợp, ytri- nhôm- granat
(YAG), Neodim-ytrinhôm- granat (Nd:YAG),… Tạp chất tích cực chứa trong các chất kể trên
thường là các thành phần đất hiếm, crôm và uranium. Vật liệu thường dùng là hồng ngọc nhân
tạo.
Nhược điểm của loại laser rắn là hiệu suất thấp, chỉ cỡ 5÷7%. Tuy nhiên, loại laser rắn có kích
thước tương đối gọn nhẹ nên được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như trong thông
tin liên lạc, vô tuyến truyền hình, trong công nghiệp, y tế, quân sự, …
Laser bán dẫn:
Môi trường hoạt tính của laser bán dẫn là các bán dẫn loại N hay loại P (gecmani, silic, axenit
gali,…).
Loại laser bán dẫn có hiệu suất cao hơn hẳn bất kỳ loại laser nào khác. Về lý thuyết, hiệu suất
của các loại laser bán dẫn có thể đạt tới 100%. Tuy nhiên, trên thực tế hiệu suất của loại laser này
chỉ đạt đến 70%. Việc chế tạo loại laser bán dẫn cũng còn gặp một số khó khăn kỹ thuật, do đó
hiệu suất của chúng chưa đạt được cao lắm. Tất nhiên, so với các loại laser khác như laser khí
(hiệu suất 20%), laser rắn (hiệu suất 5÷7%), laser bán dẫn ưu việt hơn nhiều. Tuy vậy, công suất
bức xạ của loại laser bán dẫn còn nhỏ, chưa thể so sánh với các loại laser khí hay laser tinh thể
khác được.
Laser khí:
Ưu điểm của loại laser khí là công suất lớn, tính đơn sắc và khả năng định hướng cao, thích hợp
cho việc sử dụng chúng ở chế độ liên tục. Dải bước sóng của loại laser khí kéo dài từ sóng mm
cho đến vùng tử ngoại. Môi trường hoạt tính của loại laser khí là các chất khí hay hỗn hợp khí
khác nhau. Thông dụng nhất là khí nguyên tử neon, agon, kripton, xênon, hơi kim loại cadimi,
đồng, selen, xêzi, và khí phân tử như oxyt cacbon, cacbonic, hơi nước, …
So sánh với chất rắn và chất lỏng, chất khí có mật độ thấp và có tính đồng nhất cao, nó không
gây ra sự khúc xạ luồng ánh sáng vì vậy tính đồng hướng của sự phát xạ laser trong chất khí rất
cao.
Laser excimer là laser khí dùng trong vi gia công, gia công chất bán dẫn và phẫu thuật mắt. Chất
khí dùng để tạo tia laser là hỗ hợp khí trơ với halogen.
Trong một lần phóng điện, một nguyên tử khí trơ (Ar, Kr, Xe) và halogen (Cl2, F2) tạo thành
một chất nhị trùng.

Laser lỏng
Một trong những hướng phát triển mới của laser là laser có môi trường hoạt tính chất lỏng. Có
hai loại chất lỏng thường dùng là các hỗn hợp hữu cơ kim loại và chất màu. Loại hỗn hợp hữu cơ
kim loại chứa một số nguyên tố hiếm như êropi. Môi trường hữu cơ đóng vai trò trung gian, nhận
năng lượng cho nguồn ánh sáng kích thích, truyền lại cho các nguyên tử êropi. Nhược điểm của
các loại laser hữu cơ lỏng là môi trường hoạt tính không bền vững, chất hữu cơ bị phân hủy dưới
tác động của ánh sáng kích thích. Gần đây người ta thay chất hữu cơ bằng chất vô cơ để tránh sự
phân hủy nói trên. Loại laser chất lỏng vô cơ có công suất bức xạ và hiệu suất khá cao, có thể
sánh vai cùng các loại laser rắn với hợp chất nêodim. Hiện nay loại laser vô cơ lỏng có thể cho
công suất trung bình gần 500 W ở chế độ xung, và ở chế độ xung đơn với năng lượng hàng trăm
Jun.
Tuy nhiên, chất lỏng oxít clorua selen là một loại chất độc, có hại cho cơ thể con người, do đó
khi làm việc với nó phải tuân theo nhiều biện pháp an toàn phức tạp. Nói chung, cũng như các
loại laser khác, laser chất lỏng cũng có những ưu điểm riêng của nó.
Điều dễ dàng nhìn thấy nhất là việc làm nguội môi trường hoạt tính rất đơn giản, bằng phương
pháp lưu thông dòng chất lỏng trong laser.
Laser Gamma.
Cơ sở vật lý của laser gamma là hiệu ứng Mesbauer cho phép ta thực hiện quá trình bức xạ, hấp
thụ và tán xạ cộng hưởng tia gamma với chất lượng cao. Trong laser gamma, các mức năng
lượng làm việc là các mức chuyển tiếp trạng thái của hạt nhân phóng xạ. Hạt nhân sẽ bức xạ tia
gamma, khi nó chuyển trạng thái từ mức năng lượng cao xuống các mức năng lượng thấp hơn.
Hiện tượng bức xạ tia gamma này gọi là hiện tượng phân rã gamma. Để kích thích các hạt nhân
có thể dùng các hạt nhân khác, các notron, proton hay tia Gamma.
Về nguyên lý chung, laser Gamma làm việc cũng tương tự như các laser khác. Tuy nhiên, hiện
tượng vật lý xảy ra trong môi trường hoạt tính của loại laser này phức tạp hơn nhiều. Khả năng
tiềm tàng của loại laser này rất lớn. tuy nhiên kỹ thuật chế tạo nó rất phức tạp, và do đó việc ứng
dụng của nó chưa được phổ biến rộng rãi. Nhờ sự ra đời của laser Gamma, chúng ta đã mở rộng
được dải sóng, từ hồng ngoại cho đến bước sóng một vài amstrong (Ao). Tuy nhiên trong tương
lai, khó mà nói rằng đó là phương pháp cuối cùng của kỹ thuật laser.
5.3.5 Thiết bị gia công bằng chùm tia laser.

Máy phát tia laser để gia công kim loại gồm các bộ phận sau:
+ Đầu laser
+ Bộ phận cung cấp điện
+ Bộ phận gá đặt chi tiết gia công.
Hình 5.18. sơ đồ máy phát tia laser kiểu MLC-1
1.Máy phát quang lượng tử
2.Màng ngăn
3.Ống ngắm
4.Vật kính của kính hiển vi
5.Tấm kính bảo vệ
6.Chi tiết gia công
7.Bộ nguồn
5.3.6 Khả năng công nghệ
- Rất hiệu quả khi dùng để gia công lỗ nhỏ. đường kính nhỏ nhất có thể dạt đến 4µm
- Gia công được các loại vật liệu khác nhau như kim loại, thạch anh, kim cương, rubi, …
- Chiều sâu lỗ co thể đạt 12,7mm
Để sử dụng gia công vật liệu, laser phải có đủ năng lượng. Người ta thường dùng các laser sau để