Progresso da pesquisa na tecnologia de corte assistido por aquecimento a laser

Resumo : Este artigo resume o progresso da pesquisa da tecnologia de corte assistido por aquecimento a laser nos últimos anos. No aspecto da pesquisa experimental, as características de processamento do torneamento, fresamento, furação e retificação assistidas por aquecimento a laser são resumidas, e os efeitos dos parâmetros do laser e dos parâmetros de corte na qualidade do processamento são descritos. Estudos mostraram que dentro de uma certa faixa, aumentar adequadamente a potência do laser, reduzir a taxa de corte, reduzir a taxa de alimentação são propícios ao amolecimento total do material na zona de corte, o que pode melhorar a usinagem de materiais da peça, processamento eficiência e qualidade de processamento. Atualmente, a pesquisa de simulação de corte assistido por aquecimento a laser concentra-se principalmente na simulação do campo de temperatura de corte e do processo de corte. Ao estabelecer um modelo de campo de temperatura, é possível prever a faixa de temperatura ideal para remoção de material e otimizar os parâmetros de processamento. A simulação do processo de corte explora os efeitos de grandezas físicas como tensão, deformação e temperatura, fornecendo uma base para controlar a qualidade da superfície das peças durante a usinagem real. O trabalho de acompanhamento deve fortalecer ainda mais a pesquisa sobre mecanismo de processamento, tecnologia de processamento, otimização de simulação e outros aspectos, estabelecer um banco de dados de processamento de corte auxiliar de aquecimento a laser perfeito para promover a aplicação industrial da tecnologia. cerâmicas, materiais compósitos, ligas de alta temperatura e ligas de titânio têm excelentes propriedades, como alta resistência, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e boa estabilidade térmica. Eles são usados em máquinas, engenharia química, aeroespacial e indústrias nucleares. O campo tem sido amplamente utilizado. Quando esses materiais são processados por métodos convencionais, devido às características de alta dureza, alta resistência e baixa plasticidade, a força de corte e a temperatura de corte são muito altas, o desgaste da ferramenta é severo, a qualidade da usinagem é ruim e a geometria da usinagem é limitado. A usinagem assistida a laser (usinagem assistida a laser, LAM) usa aquecimento a laser para amolecer o material da zona de corte e usar uma ferramenta para cortar. Comparado com a usinagem convencional, reduz a força de corte, prolonga a vida útil da ferramenta, melhora a qualidade da usinagem e a eficiência da usinagem. Tais aspectos mostram muitas vantagens e fornecem uma maneira eficaz de resolver o processamento de materiais difíceis. Portanto, a tecnologia de corte assistido por aquecimento a laser tornou-se um dos focos de pesquisa no campo da usinagem nos últimos anos. A tecnologia de corte assistido por aquecimento a laser percorreu um longo caminho desde sua introdução em 1978, após décadas de desenvolvimento. König et ai. assumiu a liderança na aplicação da tecnologia de torneamento auxiliar aquecido a laser para a usinagem de materiais cerâmicos de nitreto de silício, melhorou o desempenho do processamento do material e obteve uma superfície usinada com rugosidade superficial Ra inferior a 0,5μm. Yang et ai. conduziram experimentos de moagem assistida por aquecimento a laser em cerâmicas de nitreto de silício. Os resultados mostram que quando o aquecimento assistido por laser é usado para aumentar a temperatura da zona de corte de 838℃ para 1319℃, a força de corte é reduzida em cerca de 50% e a borda fratura. O fenômeno foi significativamente reduzido e a qualidade da superfície usinada foi melhorada, demonstrando a viabilidade da fresagem assistida por laser de materiais cerâmicos. Anderson et ai. torneamento assistido por laser do material Inconel 718, em comparação com a usinagem convencional (energia de corte necessária para remover a unidade de volume do material), 25% reduzido e vida útil da ferramenta aumentada em 2 a 3 vezes. Dandekar et ai. conduziram um experimento de torneamento assistido por aquecimento a laser no compósito de matriz de alumínio reforçado com partículas de nitreto de silício A359/20SiCP. Em comparação com a usinagem convencional, a energia pode ser reduzida em 12%, a vida útil da ferramenta é melhorada em 1,7 ~ 2,35 vezes e a rugosidade da superfície Ra é reduzida. 37%. Wu Xuefeng et al descobriram que quando o material de liga de alta temperatura GH4698 foi aquecido a laser e assistido na fresagem, ele poderia efetivamente reduzir a resistência do material quando a temperatura da zona de corte era de 600 ℃. Comparado com o fresamento convencional, a força de corte foi reduzida em 35% e a qualidade da superfície de usinagem foi melhor. Hedberg et ai. realizaram experimentos de fresagem assistida por laser no material de liga de titânio Ti6Al4V. Em comparação com a usinagem convencional, a força de corte foi reduzida em 30% para 50%, a tensão residual da superfície foi reduzida em 10% e o custo de processamento foi economizado por 33%. Este artigo revisa os avanços recentes no torneamento, fresamento, furação e retificação assistidos por aquecimento a laser, e aguarda a direção futura da tecnologia de corte assistido por aquecimento a laser.1 Princípio de corte auxiliar de aquecimento a laser1.1 Princípios de processamento O corte assistido por aquecimento a laser é o uso de um feixe de laser de alta energia para irradiar a superfície a ser usinada. O material é aquecido a uma determinada temperatura em pouco tempo, ocorre o amolecimento e, em seguida, o processo de corte é realizado. O princípio básico da usinagem é mostrado na Fig.1. A temperatura tem um efeito significativo no desempenho de processamento do material. Ao aquecer o material, a resistência e a dureza do material podem ser reduzidas, a força de corte pode ser reduzida e o desgaste e a vibração da ferramenta podem ser reduzidos, melhorando assim a qualidade do processamento e melhorando a precisão da usinagem e a eficiência do processamento. O efeito da temperatura na resistência à tração de diferentes materiais é mostrado na Fig. 2. Fig. 1 Diagrama esquemático de usinagem assistida por laserFig. 2 Efeito da temperatura na resistência à tração final de vários materiais1.2 Fonte de calor a laserOs métodos de aquecimento comumente usados em vários processos de corte assistido por aquecimento incluem aquecimento a laser, aquecimento elétrico, aquecimento por arco de plasma e aquecimento por chama de oxiacetileno. Em contraste, o aquecimento a laser tem as vantagens de alta densidade de potência, rápido aumento de temperatura, boa distribuição de energia e controle de tempo, e tornou-se uma fonte de calor ideal para corte de aquecimento auxiliar. O laser de CO2 oscila um feixe de laser de comprimento de onda de 10,6 μm. Como a frequência natural dos elétrons livres na superfície do metal é muito maior do que o feixe de laser nesta banda, a maior parte da energia do laser é refletida pelos elétrons livres da superfície, resultando em uma transmitância muito alta. Baixo, o laser não pode ser bem absorvido pelo metal, mas o material cerâmico pode absorver o comprimento de onda do laser superior a 85%, então o laser de CO2 é frequentemente usado como fonte de calor para processar cerâmica e outros materiais não metálicos. O laser de romã de alumínio dopado com neodímio (Nd:YAG) oscila um laser de comprimento de onda de 1,064 μm, o que facilita a absorção de materiais metálicos e é adequado para transmissão de espelho e transmissão por cabo de fibra óptica. Pode ser integrado com máquinas-ferramentas em sistemas de usinagem complexos. Os lasers semicondutores têm as vantagens de tamanho pequeno, peso leve, alta eficiência, longa vida útil, etc., e podem ser integrados a vários dispositivos optoeletrônicos, reduzindo o volume de lasers e dispositivos periféricos, e os custos operacionais são relativamente baixos. A qualidade do feixe emitido pelo laser de fibra é boa e estável. Sua estrutura integrada pode resolver os problemas causados por contaminação e mudanças de posição dos componentes ópticos na cavidade. A fibra é pequena em tamanho, flexível e dobrável, e é conveniente para transmissão a laser, o que contribui para a miniaturização do sistema mecânico. Intensificação .2 Corte assistido por aquecimento a laser progresso da pesquisa experimental2.1 Torneamento assistido por aquecimento a laserDevido à introdução de uma fonte de calor a laser, o corte assistido por aquecimento a laser difere da usinagem convencional na seleção dos parâmetros do processo. A determinação dos parâmetros de processamento precisa ser baseada no princípio de seleção da quantidade de corte convencional e considerar de forma abrangente o efeito do efeito térmico do laser no material da peça e na vida útil da ferramenta. Escolha razoavelmente os parâmetros do laser e os parâmetros de corte para atingir o objetivo de melhorar a qualidade da superfície e melhorar a eficiência do processamento. influência na distribuição de temperatura na zona de corte e no grau de amolecimento do material. Panjehpour et ai. realizaram experimentos no torneamento assistido por aquecimento a laser do AISI52100 e descobriram que, à medida que a potência do laser aumenta, a profundidade de penetração do calor aumenta, o material da zona de corte é suficientemente amolecido, a ferramenta recebe menos resistência ao cortar e o desgaste da ferramenta diminui. Quando a potência do laser excede 425 W, a ferramenta superaquece e a taxa de desgaste da ferramenta aumenta. Os parâmetros ótimos de processamento obtidos no experimento foram: potência do laser P=425 W, frequência de pulso fp=120 Hz, taxa de corte vc=70 m/min, taxa de avanço f=0,08 mm/r, profundidade de corte ap=0,2 mm. Com esta combinação de parâmetros de processamento, a rugosidade da superfície, Ra, é reduzida em 18% em comparação com a usinagem convencional e é 25% inferior ao corte. Kannan et ai. apontou que o torneamento assistido por aquecimento a laser de cerâmicas de alumina aponta que à medida que a taxa de varredura a laser aumenta, o tempo de irradiação do material na zona de corte é relativamente reduzido pelo laser, e o grau de amolecimento do material é reduzido, resultando em uma aumento da força de corte. Os parâmetros de processamento ótimos obtidos no experimento são: potência do laser P=350 W, taxa de alimentação f=0,03 mm/r, profundidade de corte ap=0,3 mm, diâmetro do ponto d=2 mm, taxa de varredura a laser v=35-55 mm /min. Com esta combinação de parâmetros de usinagem, as forças de corte podem ser reduzidas em até 80% em comparação com a usinagem convencional e a vida útil da ferramenta é significativamente aumentada. Navas et ai. conduziram um experimento de torneamento assistido por aquecimento a laser no Inconel718 e estudaram o efeito do tamanho do ponto do laser e do ponto do laser e da distância da ponta da ferramenta no desempenho de corte do Inconel718. Experimentos foram conduzidos para comparar a diferença na densidade de potência, tempo de reação e força de corte entre uma mancha quadrada de 1,25 mm × 1,25 mm, uma mancha elíptica de 1,6 mm × 1,3 mm e uma mancha redonda de 2 mm de diâmetro. A densidade de potência da mancha quadrada foi alta e a reação da mancha elíptica foi observada. Por um longo período de tempo, o ponto circular tem uma densidade de potência e tempo de reação moderados, que é mais pronunciado na redução da força de corte. Com o aumento do diâmetro do ponto, a área de irradiação é ampliada, mas a densidade de potência do laser é reduzida, e a área unitária da peça é reduzida pela energia de irradiação, resultando em uma redução no efeito de amolecimento do aquecimento. O centro do ponto do laser e a ponta do laser devem ser mantidos a uma distância adequada, não apenas para obter o efeito de aquecimento assistido por laser, mas também para evitar que o cortador superaqueça, danifique ou derreta o chip espirrado no processado superfície para afetar a qualidade do processamento.鄢锉 et al. torneamento assistido por laser de cerâmica de alumina. O feixe de laser incidiu tangencialmente no ângulo de incidência de Brewster. O ponto era elíptico, embora a densidade de potência do laser fosse reduzida em relação à irradiação vertical. À medida que a área é ampliada, o material na zona de corte é aquecido de forma mais uniforme, o que é mais propício para melhorar a qualidade do processamento. Ding et ai. usaram dois lasers para realizar experimentos de torneamento a laser na superliga à base de níquel AMS5704, o que fez com que o feixe de laser de CO2 iluminasse verticalmente a superfície da peça a ser usinada, e o feixe de laser Nd:YAG inclinado para irradiar a superfície de transição da peça. A área de corte é aquecida de forma mais uniforme. Em comparação com a usinagem convencional, a área de corte é reduzida em 20%, a vida útil da ferramenta é aumentada em 50% e a rugosidade superficial Ra é reduzida em 200% para 300%. Parâmetros de corte como taxa de avanço, taxa de corte e profundidade de corte têm um papel muito importante influência na qualidade de usinagem, eficiência de processamento e custo de processamento. Kim et ai. conduziram experimentos no torneamento auxiliar aquecido de cerâmicas de nitreto de silício e descobriram que à medida que a quantidade de avanço aumenta, a temperatura média de aquecimento na zona de corte diminui, resultando em um aumento na força de corte e uma diminuição na vida útil da ferramenta. À medida que a profundidade de corte aumenta, a profundidade de amolecimento do material profundo é pequena, resultando em maior força de corte e desgaste da ferramenta. A profundidade de corte do material cerâmico de nitreto de silício é de no máximo 3 mm. Xavierarockiaraj et al. conduziram experimentos de torneamento assistido por aquecimento a laser em aço ferramenta SKD11 e analisaram a influência dos parâmetros de corte na força de corte, rugosidade da superfície e desgaste da ferramenta. À medida que a taxa de avanço aumenta, a força de corte, o desgaste da ferramenta e a rugosidade da superfície aumentam, uma taxa de avanço menor deve ser usada para aumentar o tempo de amolecimento do material. Com o aumento da taxa de corte, a temperatura média de aquecimento na zona de corte diminui, o desgaste da ferramenta aumenta e a rugosidade da superfície aumenta. A taxa de corte ideal é vc=100 m/min. Com uma potência de laser de P=1000 W, uma taxa de corte de vc=100 m/min e um avanço de f=0,03 mm/r, uma força de corte mínima pode ser obtida. Rashid usou o laser Nd:YAG para realizar o experimento de torneamento assistido por calor na liga Ti6Cr5Mo5V4Al. Os parâmetros de processamento recomendados variaram de: potência do laser P=1200 W, taxa de alimentação f = 0,15~0 . 25 mm/r, taxa de corte vc = 25~100m/min. Quando a taxa de avanço f<0,15 mm/r, a eficiência de usinagem é baixa; quando a taxa de avanço f>0,25 mm/r, o grau de amolecimento por aquecimento do material da zona de corte é baixo, o que agravará o desgaste da ferramenta. Taxa de corte vc<25 m/min. Quando a peça é aquecida por muito tempo, o superaquecimento provoca o desgaste da ferramenta e reduz a qualidade da superfície usinada. Quando a taxa de corte vc>100 m/min, a área de corte da peça pelo tempo de aquecimento do laser é reduzida, o material não pode ser totalmente amolecido, resultando em sério desgaste da ferramenta. Tadavani et al conduziram o aquecimento a laser assistido ligando o Inconel 718. O desenho experimental ortogonal, relação sinal-ruído e análise de variância determinaram que os parâmetros de processamento ideais foram: potência do laser P = 400 W, frequência de pulso fp = 80 Hz, temperatura de aquecimento T = 540 ℃, taxa de corte vc = 24 m/min, taxa de avanço f = 0,052 mm/r. Com esta combinação de parâmetros de processamento, a rugosidade superficial, Ra, é reduzida em 22% em comparação com a usinagem convencional, 35% menor que o corte, e o desgaste da ferramenta é reduzido em 23%. Além disso, Mohammadi et al. também investigaram o efeito da geometria da ferramenta na qualidade da superfície do torneamento assistido por laser de pastilhas de silício. Na potência do laser P=20 W, velocidade do fuso n=2000 r/min, taxa de avanço f=0,001 mm/r e profundidade de corte ap=0,005 mm, quando o ângulo de saída da ferramenta é γ0=−45°, A rugosidade da superfície Ra é 9,8nm. Quando o ângulo de saída é γ0 = -25°, a rugosidade da superfície resultante Ra é de 3,2 nm.2.2 Fresamento assistido por aquecimento a laser O fresamento refere-se ao uso de uma ferramenta multi-lâmina rotativa para cortar uma peça de trabalho. Ele pode não apenas usinar planos, ranhuras, dentes de engrenagem, mas também superfícies complexas. Como o fresamento é um corte interrompido com várias lâminas, a espessura de corte de cada dente durante o processo de corte é alterada e a carga de impacto é grande e é provável que ocorra vibração. O uso de fresamento assistido por laser pode reduzir a vibração da fresa durante o corte, reduzir as forças de corte, aumentar a vida útil da ferramenta e melhorar a qualidade da superfície de usinagem. Kumar et al. descobriram que no fresamento auxiliar aquecido a laser de aço ferramenta A2, a taxa de remoção de material foi aumentada em 6 vezes, a força de corte foi reduzida em 69% e a rebarba de fresamento foi reduzida em comparação com a usinagem convencional. O dano é significativamente reduzido. Woo et ai. usaram aquecimento a laser para auxiliar no fresamento de superfícies esféricas e descobriram que as forças de corte de AISI1045 e Inconel718 foram reduzidas em 82% e 38%, respectivamente, e a rugosidade superficial Ra foi reduzida em 53% e 74%, respectivamente, em comparação com a usinagem convencional. A vibração da ferramenta foi reduzida. Kim et ai. conduziram experimentos de fresamento assistido por aquecimento a laser em AISI1045, Inconel718 e peças esféricas de liga de titânio. Em comparação com a usinagem convencional, as forças de fresamento das ligas AISI1045, Inconel718 e titânio diminuíram em 2,1% para 8,6% e 3,7%, respectivamente. ~12,3%, 0,8%~21,2%, rugosidade superficial Ra diminuiu 14,5%~59,1%, 19,9%~32,4% e 15,7%~36%, respectivamente, e a eficiência do processamento aumentou significativamente. à alta temperatura na zona de corte, é fácil causar desgaste ou desgaste difuso da ferramenta. Em casos graves, pode causar deformação plástica da ferramenta e alterar os parâmetros geométricos da ferramenta. A escolha razoável do fluido de corte pode reduzir efetivamente o atrito entre a ferramenta e a peça de trabalho, a ferramenta e o cavaco, reduzir a temperatura de corte e aumentar a durabilidade da ferramenta e a qualidade do processamento. Bermingham et ai. descobriram que em uma taxa de corte mais baixa, usar uma pequena quantidade de lubrificação para resfriar a ferramenta pode reduzir a temperatura de corte e retardar a ocorrência de pequenos cortes ou descamação do Ti6Al4V. A vida útil da ferramenta é aumentada em mais de 5 vezes. Em taxas de corte mais altas, o uso de fluidos de corte pode resultar em choque térmico ou fadiga térmica da peça de trabalho e da ferramenta.2.3 Perfuração assistida por calor a laser A furação é amplamente utilizada no processamento de vários tipos de peças de máquinas. Quando a perfuração convencional é usada para processar peças forjadas, materiais difíceis de usinar ou peças endurecidas, devido à alta dureza, resistência, formas de superfície irregulares, etc., é fácil levar à perfuração enviesada, grande força de perfuração axial e desgaste grave da broca. A perfuração assistida por aquecimento a laser é o uso de um laser para aquecer a área perfurada da peça de trabalho, suavizando o material da camada superficial e, em seguida, desligando o laser e perfurando rapidamente a área aquecida. O uso do método de aquecimento assistido por laser para perfuração pode tornar a precisão de posicionamento da broca, evitar viés, reduzir a resistência à perfuração e o desgaste da broca e, em seguida, melhorar a precisão do processamento e a eficiência do processamento. do que o torneamento e o fresamento assistidos por laser, mas também fez alguns progressos. Jen et ai. conduziram a perfuração assistida por aquecimento a laser de materiais de aço carbono. Durante o experimento, o ponto do laser de CO2 foi ajustado para uma forma de anel para perfurar o meio da irradiação para obter a potência do laser e o tamanho do ponto do laser para a temperatura de aquecimento. Influencie as leis, melhore a qualidade e a eficiência da perfuração. Zheng et ai. usou a tecnologia de perfuração assistida por aquecimento a laser para realizar um estudo experimental sobre a perfuração de peças automotivas importantes. Em comparação com a perfuração convencional, o aço 40Cr, 45 e o aço inoxidável aumentaram 50,5, respectivamente, no diâmetro do furo perfurado. %, 52,2%, 51,4%; em termos de eficiência de perfuração, QT600, aço 45 e aço inoxidável aumentaram 19,3%, 16,3% e 39,9%, respectivamente. Da mesma forma, Zhang et al. realizaram experimentos em perfuração assistida por laser de 41Cr4, C45E4, aço inoxidável e ferro fundido. Comparado com a perfuração convencional, verificou-se que 41Cr4, C45E4 e aço inoxidável aumentaram em termos de diâmetro de entrada. 122,7%, 85,9%, 140,7%; em termos de eficiência de perfuração, ferro fundido, C45E4 e aço inoxidável aumentaram 18,6%, 16,3% e 39,9%, respectivamente. Choubey et ai. usou o método de aquecimento assistido por laser Nd:YAG para perfurar mármore e descobriu que ele pode efetivamente reduzir a concentração de tensão na superfície de mármore, melhorar a integridade da superfície, reduzir o custo de processamento e melhorar a eficiência de processamento. o laser só pode aquecer e amolecer rapidamente o material da superfície da peça de trabalho, o que é propício para uma perfuração rápida; no entanto, à medida que a profundidade de perfuração aumenta, o laser não pode aquecer o material no furo. Não pode melhorar ainda mais a eficiência do processamento. Atualmente, existem poucos relatos sobre a força de furação, desgaste da ferramenta, arredondamento do furo e rugosidade da superfície no processo de furação assistida por aquecimento a laser, e os trabalhos de pesquisa nessas áreas precisam ser reforçados. nitreto de silício, óxido de alumínio e óxido de zircônio têm sido usados em campos mecânicos, automotivos, aeroespaciais e outros para cada vez mais aplicações devido à sua alta resistência, alta dureza e resistência à corrosão. A moagem é o principal método de processamento da cerâmica de engenharia. Devido à alta dureza e alta fragilidade dos materiais cerâmicos, resulta em grande força de corte, desgaste severo da ferramenta, baixa taxa de remoção de material e fácil dano subsuperficial da superfície. Além disso, devido à baixa condutividade térmica das cerâmicas, o calor gerado no processo de retificação se acumula na superfície da peça, causando um gradiente de temperatura muito alto na superfície da peça. Isso pode facilmente levar a danos térmicos na superfície do material e até rachaduras. A retificação assistida por aquecimento a laser usa laser para pré-aquecer a superfície da peça de trabalho, o que pode reduzir significativamente a dureza e a fragilidade do material, reduzir a força de retificação, reduzir a geração de danos subsuperficiais e melhorar a qualidade do superfície de moagem .Chang et al. usaram a retificação assistida por laser para usinar materiais cerâmicos de nitreto de silício. Comparado com a retificação convencional, o aquecimento a laser auxiliado pelo processo de usinagem é mais estável, a integridade da superfície é melhor e não há alteração e rachadura óbvias na microestrutura. Kumar et ai. realizou retificação assistida por laser em cerâmica de nitreto de silício. Os resultados mostram que a força de corte é reduzida em 43,2%, o desgaste da ferramenta é reduzido e a taxa de remoção de material é melhorada em comparação com a retificação convencional. Kizaki et ai. conduziram experimentos de moagem assistida por aquecimento a laser em cerâmicas policristalinas de zircônia tetragonal estabilizadas com ítria (Y-TZP). Os resultados mostram que a temperatura de moagem adequada para materiais Y-TZP é de cerca de 490 ℃. À temperatura, a tenacidade à fratura do Y-TZP é de 5,3 MPa·m1/2, que é muito menor que 9,1 MPa·m1/2 à temperatura ambiente. Comparado com o processamento convencional, a retificação assistida a laser pode reduzir a dureza do material, reduzir a força de retificação e o desgaste da ferramenta e melhorar a qualidade e a eficiência do processamento. O movimento combinado de rotação e rotação da peça para usinagem. A usinagem de torneamento e fresamento inclui quatro movimentos básicos de rotação da peça, rotação da fresa, avanço axial e radial da fresa. Os métodos de processamento são divididos em duas grandes categorias de torneamento e fresamento ortogonal e torneamento e fresamento axial, dentre as quais a aplicação de torneamento e fresamento ortogonal mais extensa. Como um método de usinagem composto relativamente novo, as características de torneamento e fresamento são principalmente: excelente usinabilidade intermitente, grande taxa de remoção de metal. O torneamento e o fresamento assistidos por aquecimento a laser podem reduzir ainda mais a força de corte para prolongar a vida útil da ferramenta, melhorar as peças de perfil complexo, zerar o eixo fino. A qualidade de processamento das peças. Chio et ai. desenvolveu um conjunto de aplicativos baseados em C++ que podem converter arquivos gráficos CAD em código NC, permitindo a programação automática de peças retangulares e de seção de quatro folhas. O programa foi aplicado com sucesso em um centro de usinagem de 5 eixos. Kim et ai. conduziram experimentos de fresamento assistido por aquecimento a laser e fresamento no material SM45C. Em comparação com a usinagem convencional de torneamento e fresamento, a vibração da ferramenta durante o corte foi reduzida e cortada. O processo de corte é mais estável, as forças axiais e radiais da peça de seção retangular são reduzidas em 10,4% e 13,5%, respectivamente, e a peça de seção de quatro folhas é axial. A força e as forças radiais foram reduzidas em 10,6% e 8,9%, respectivamente. A rugosidade superficial Ra da seção transversal retangular e da peça em forma de quatro folhetos foi reduzida em 39,9% e 37,1%, respectivamente. Cha et al usaram o método Taguchi para otimizar os parâmetros de processamento do torneamento assistido por aquecimento a laser e fresamento de cerâmicas de nitreto de silício. Os resultados mostraram que o grau de influência significativo na rugosidade da superfície foi a profundidade de corte, potência do laser e taxa de corte. O processo de fresamento e fresamento assistido por aquecimento a laser tem certas vantagens na redução da força de corte, prolongando a vida útil da ferramenta e melhorando a eficiência da usinagem. No entanto, ainda existem muitas deficiências na estabilidade da máquina-ferramenta e erro de forma de usinagem, e mais pesquisas e melhorias ainda são necessárias. 2.6 Outros métodos de processamento de corte auxiliar de aquecimento a laser O aquecimento assistido por laser também pode ser aplicado a outros métodos de processamento, como aplainamento, polimento, torneamento e acabamento. Chang et ai. descobriram que quando o aquecimento a laser auxilia no aplainamento de cerâmicas de alumina, a força axial é reduzida em 20% e a força radial é reduzida em 22% em comparação com o aplainamento convencional. O grau de Ra é reduzido em mais de 50% e a integridade da superfície é melhor. Tian et ai. realizaram testes de polimento assistido por aquecimento a laser nos materiais AISI4140 e MP35N. Os resultados mostram que o desgaste da ferramenta é significativamente reduzido e a integridade da superfície de usinagem é melhor do que a do processo de polimento convencional, mas o resíduo superficial é melhor. A tensão aumentou. Para rebolo abrasivo de alta dureza, dificuldade de dressagem, baixa eficiência de corte, Zhang et al conduziram um experimento de corte de torneamento assistido por aquecimento a laser no rebolo de CBN com liga metálica. Comparado com o método tradicional de dressagem com ferramenta diamantada, o aquecimento a laser auxiliou na premissa de garantir a qualidade do dressamento. Torneamento e dressagem podem reduzir muito o tempo de dressagem, melhorar a eficiência de dressagem e prolongar a vida útil da ferramenta de dressagem. força de corte, melhorando a vida útil da ferramenta, melhorando a qualidade do processamento e economizando custos, mas no aquecimento a laser. Existem algumas deficiências na pesquisa do processo de corte auxiliar, mecanismo de desgaste da ferramenta, etc. A tecnologia de processamento auxiliar de aquecimento a laser ainda tem muito espaço para desenvolvimento. processamento de corte, a temperatura e distribuição da zona de corte são um dos principais fatores que afetam a vida útil da ferramenta e a qualidade do processamento. Temperaturas excessivamente altas na zona de corte podem causar danos térmicos ao material ou desgaste da ferramenta, afetando a qualidade da superfície usinada, e uma temperatura muito baixa pode enfraquecer o efeito de aquecimento assistido por laser. O método de simulação do campo de temperatura pode refletir a distribuição real do campo de temperatura de corte de forma mais intuitiva e precisa. Ao estabelecer o modelo de simulação de campo de temperatura sob diferentes parâmetros de processo, prevendo a faixa ideal de temperatura de remoção do material e otimizando os parâmetros de processamento, o custo real da medição pode ser bastante economizado. No campo da pesquisa de simulação de campo de temperatura, muitos métodos de simulação numérica que são usados atualmente incluem método de elementos finitos, método de volume finito e similares. Cha et al. estabeleceu um modelo tridimensional de campo de temperatura transiente de cerâmica de nitreto de silício para moagem assistida por aquecimento a laser e processamento de moagem usando o método de elementos finitos. O erro de temperatura média simulado e medido sob diferentes aquecimentos de potência a laser é 1,5%~6,2%. Roostaei et ai. estabeleceu um modelo tridimensional de elementos finitos de um campo de temperatura de cerâmica de sílica fundida (SCFS) e comparou os resultados da simulação com os resultados da medição do pirômetro. Quando o tempo de aquecimento está entre 25 s e 43 s, os dois são basicamente consistentes. . Quando o tempo de aquecimento é inferior a 25 s ou superior a 43 s, o erro entre os dois aumenta e o erro de temperatura máxima é de 40 K. Kim et al. realizou simulação de elementos finitos e estudo experimental no campo de temperatura da usinagem de torneamento e fresamento assistida por aquecimento a laser do SM45C. Os resultados mostraram que o SM45C teve um corte retangular. O erro de previsão da temperatura média de aquecimento da superfície e da seção transversal do trevo de quatro folhas foi de 8,7% e 6,4%, respectivamente. As profundidades e larguras efetivas das peças de trabalho com seções transversais retangulares foram de 0,34 mm e 2,26 mm, respectivamente, e as profundidades e larguras efetivas das peças de quatro folhas foram de 0,45 mm e 2,89 mm, respectivamente. Rozzi et al estudaram o campo de temperatura de torneamento assistido por laser de cerâmicas de nitreto de silício usando o método de volumes finitos e analisou os efeitos do fluxo de calor do laser, convecção superficial, condução de calor e radiação de calor na temperatura da superfície, e simulou diferentes parâmetros de corte. A distribuição do campo de temperatura sob os parâmetros do laser e os resultados da simulação do campo de temperatura são basicamente consistentes com os resultados experimentais. Além disso, Zhang et al estabeleceram um modelo de transferência de calor de estado quase estacionário para corte assistido por laser de cerâmica de alumina usando o método de diferença finita e simularam os efeitos de diferentes potências de laser, taxa de varredura a laser e raio de ponto de laser no distribuição do campo de temperatura. Estudos mostraram que usar uma taxa de varredura a laser mais baixa, maior potência do laser e um raio menor do ponto do laser é mais propício para amolecer o material na zona de corte e, assim, alcançar uma profundidade de corte ideal. Kashani et ai. estabeleceram um modelo numérico do campo de temperatura do corte de aço carbono assistido por aquecimento a laser por método analítico. O pirômetro foi usado para medir a distribuição do campo de temperatura da peça. O erro entre os resultados da simulação e os resultados medidos estava dentro de 10%. Chang et ai. aplicaram o método de treliça Boltzmann (LBM) ao campo de temperatura do corte assistido por laser-calor de cerâmicas de alumina, e a distribuição do campo de temperatura obtida estava de acordo com os resultados experimentais. obter tensão de corte, deformação, temperatura e outras variáveis físicas, a fim de reduzir os danos da superfície de usinagem e fornecer a base para otimizar os parâmetros de processamento. Os métodos aplicados à simulação do processo de corte incluem o método dos elementos finitos, o método dos elementos discretos e o método de dinâmica de fluidos de partículas lisas. Tian et al. utilizou o método dos elementos finitos para simular o processo de usinagem de cerâmicas de nitreto de silício de corte a laser e auxiliar. Os resultados mostram que sob a ação da carga, a fase vítrea cristalizada irá gerar microfissuras e as microfissuras se expandirão. Eventualmente, uma trinca macroscópica é formada na zona de cisalhamento e o deslizamento ocorre para gerar cavacos descontínuos. A espessura do cavaco simulado é de cerca de 15μm, que é um pouco menor do que o resultado experimental. O erro de força de corte é 10% a 15%. O valor simulado da tensão residual superficial é basicamente consistente com o valor experimental, o que comprova a eficácia do modelo de simulação. Liu et al realizaram a simulação de elementos finitos do processo de fresagem assistida por aquecimento a laser para materiais Ti6Al4V. Com base no modelo de campo de temperatura, foi adicionado o modelo de fresamento pelo método de acoplamento térmico sequencial, obtendo-se a lei de variação da força de corte e a distribuição do campo de temperatura da ferramenta. O erro entre os valores simulados e experimentais da força de corte foi de 11,8%. Shen et al. usaram o método de elementos discretos (DEM) para simular o processo de moagem assistida por aquecimento a laser de cerâmicas de nitreto de silício. Os aglomerados de partículas dispersas representam a estrutura dos materiais cerâmicos de nitreto de silício, e a fratura da unidade de união foi utilizada para simular o processo de processamento. A formação e expansão de fissuras. Através da comparação de simulação e resultados experimentais, verifica-se que a aplicação do método DEM à simulação do processo de corte pode prever os danos subsuperficiais de materiais sob diferentes condições de processamento; o mecanismo de remoção do material cerâmico é principalmente fratura frágil; quanto maior a profundidade de corte, maior a força de corte da ferramenta. Quanto mais fragmentada é a peça, mais a força de corte tem um efeito importante na formação e propagação de trincas. Balba et ai. utilizou o método de hidrodinâmica de partículas suaves (SPH) para simular o processo de corte do material Inconel 718. Verificou-se que o efeito de amolecimento do aquecimento do laser da frente da ferramenta é o principal fator causador da tensão residual. O corte assistido por aquecimento a laser produz principalmente a superfície ao longo da direção de corte. Tensão residual de tração, enquanto o corte convencional produz principalmente tensão residual de compressão na superfície. Além disso, Nasr et al. utilizou o método dos elementos finitos.Conclusões semelhantes foram obtidas quando o aço AISI 4340 foi submetido a um estudo de simulação do processo de corte.4 ConclusãoEste artigo revisa os mais recentes progressos da pesquisa da tecnologia de corte assistido por aquecimento a laser nos últimos anos. Em termos de métodos de processamento, torneamento auxiliar de aquecimento a laser, fresamento, perfuração, retificação e outras tecnologias continuam a se desenvolver e inovar, reduzindo as forças de corte, melhorando a qualidade do processamento e melhorando a eficiência do processamento. Para resolver cerâmica de engenharia, materiais compósitos, ligas de alta temperatura, titânio A usinagem de materiais difíceis de usinar, como ligas, fornece um método viável. Através do estudo de simulação do campo de temperatura e processo de corte, pode-se realizar a previsão da faixa ótima de temperatura de remoção do material e a otimização dos parâmetros de processamento, fornecendo a base para o processamento real. Embora a tecnologia de corte assistido por aquecimento a laser tenha alcançado uma série de resultados de pesquisa, ainda existem alguns problemas no mecanismo de processamento, tecnologia de processamento e aplicações industriais. Com referência à tendência de desenvolvimento no país e no exterior, o seguinte trabalho de pesquisa ainda precisa ser feito:(1) Fortalecer a pesquisa sobre as condições de processamento e mecanismo de remoção de materiais difíceis de usinar e resolver problemas como o adesivo desgaste das ferramentas, a dificuldade em separar a ferramenta e os cavacos, o resfriamento da ferramenta, etc., que podem ocorrer durante o processo de corte auxiliar de aquecimento a laser.(2) Fortalecer o estudo de simulação de corte auxiliar de aquecimento a laser, estabelecer precisão e rapidez campo de temperatura e modelo de simulação de processo de corte e melhorar a velocidade e precisão do modelo de simulação. Otimize os parâmetros do laser, parâmetros de corte e outros parâmetros de processo, estabeleça um banco de dados de corte auxiliar de aquecimento a laser perfeito, forneça uma base teórica para a escolha razoável dos parâmetros de processamento. e recursos de suporte do sistema de corte auxiliar de aquecimento a laser e melhorar a integração, estabilidade e precisão do sistema de corte auxiliar de aquecimento a laser para promover o laser A aplicação de produção real da tecnologia de corte assistido por aquecimento. Com o avanço contínuo da tecnologia a laser, tecnologia de processamento de corte e tecnologia de materiais, tecnologia de processamento de corte auxiliar de aquecimento a laser terá uma perspectiva de desenvolvimento mais ampla nas áreas de processamento de material difícil de processar, microusinagem e outros campos.
Fonte: Meeyou Carbide