Özet : Bu makale, lazer ısıtma destekli kesme teknolojisinin son yıllardaki araştırma ilerlemesini özetlemektedir. Deneysel araştırma açısından, lazer ısıtma destekli tornalama, frezeleme, delme ve taşlamanın işleme özellikleri özetlenmiş ve lazer parametrelerinin ve kesme parametrelerinin işleme kalitesi üzerindeki etkileri anlatılmıştır. Çalışmalar, belirli bir aralık içinde, lazer gücünün uygun şekilde arttırılmasının, kesme hızının düşürülmesinin, besleme hızının düşürülmesinin, kesme bölgesindeki malzemenin tam yumuşamasına elverişli olduğunu, bu da iş parçası malzemelerinin işlenmesini iyileştirebileceğini göstermiştir. verimlilik ve işleme kalitesi. Şu anda, lazer ısıtma destekli kesme simülasyon araştırması, esas olarak kesme sıcaklığı alanı ve kesme işleminin simülasyonuna odaklanmaktadır. Bir sıcaklık alanı modeli kurarak, malzeme kaldırma için optimum sıcaklık aralığını tahmin etmek ve işleme parametrelerini optimize etmek mümkündür. Kesme işleminin simülasyonu, gerçek işleme sırasında parçaların yüzey kalitesini kontrol etmek için bir temel sağlayarak gerilim, gerinim ve sıcaklık gibi fiziksel niceliklerin etkilerini araştırır. Takip çalışması, işleme mekanizması, işleme teknolojisi, simülasyon optimizasyonu ve diğer yönler hakkındaki araştırmaları daha da güçlendirmeli, teknolojinin endüstriyel uygulamasını teşvik etmek için mükemmel bir lazer ısıtma yardımcı kesme işleme veritabanı oluşturmalı. Son yıllarda, mühendislik gibi ileri mühendislik malzemeleri seramikler, kompozit malzemeler, yüksek sıcaklık alaşımları ve titanyum alaşımları, yüksek mukavemet, aşınma direnci, korozyon direnci ve iyi termal kararlılık gibi mükemmel özelliklere sahiptir. Makine, kimya mühendisliği, havacılık ve nükleer endüstrilerde kullanılırlar. Alan yaygın olarak kullanılmıştır. Bu malzemeler geleneksel yöntemlerle işlendiğinde, yüksek sertlik, yüksek mukavemet ve düşük plastisite özelliklerinden dolayı kesme kuvveti ve kesme sıcaklığı çok yüksektir, takım aşınması şiddetlidir, işleme kalitesi kötüdür ve işleme geometrisi düşüktür. sınırlı. Lazer destekli işleme (lazer destekli işleme, LAM), kesme bölgesi malzemesini yumuşatmak için lazer ısıtma kullanır ve kesim için bir alet kullanır. Geleneksel işleme ile karşılaştırıldığında, kesme kuvvetini azaltır, takım ömrünü uzatır, işleme kalitesini ve işleme verimliliğini artırır. Bu tür yönler birçok avantaj gösterir ve zor malzemelerin işlenmesini çözmek için etkili bir yol sağlar. Bu nedenle, lazer ısıtma destekli kesme teknolojisi, son yıllarda işleme alanında araştırma sıcak noktalarından biri haline geldi. Lazer ısıtma destekli kesme teknolojisi, on yıllarca süren gelişimin ardından 1978'de piyasaya sürülmesinden bu yana çok yol kat etti. König et al. silisyum nitrür seramik malzemelerin işlenmesine lazerle ısıtılan yardımcı tornalama teknolojisinin uygulanmasında öncülük etti, malzeme işleme performansını geliştirdi ve yüzey pürüzlülüğü Ra 0,5μm'den az olan işlenmiş bir yüzey elde etti. Yang et al. silisyum nitrür seramikleri üzerinde lazer ısıtma destekli öğütme deneyleri yaptı. Sonuçlar, kesme bölgesi sıcaklığını 838°C'den 1319°C'ye çıkarmak için lazer destekli ısıtma kullanıldığında, kesme kuvvetinin yaklaşık 50% azaldığını ve kenar kırıldığını göstermektedir. Bu fenomen önemli ölçüde azaltıldı ve işlenmiş yüzeyin kalitesi iyileştirildi, bu da seramik malzemelerin lazer destekli frezelenmesinin fizibilitesini gösterdi. Anderson ve ark. Inconel 718 malzemesinin lazer destekli tornalanması, geleneksel işleme (birim malzeme hacmini ortadan kaldırmak için gereken kesme enerjisi) ile karşılaştırıldığında, 25%'yi azalttı ve takım ömrü 2~3 kat arttı. Dandekar et al. silikon nitrür partikül takviyeli alüminyum matris kompozit A359/20SiCP üzerinde lazer ısıtma destekli bir tornalama deneyi gerçekleştirdi. Geleneksel işleme ile karşılaştırıldığında, enerji 12% azaltılabilir, takım ömrü 1,7~2,35 kat iyileştirilir ve yüzey pürüzlülüğü Ra azaltılır. 37%. Wu Xuefeng ve diğerleri, yüksek sıcaklık alaşımlı GH4698 malzemesi lazerle ısıtıldığında ve frezelemeye yardımcı olduğunda, kesme bölgesi sıcaklığı 600℃ olduğunda malzeme gücünü etkili bir şekilde azaltabileceğini buldu. Geleneksel frezeleme ile karşılaştırıldığında, kesme kuvveti 35% azaltıldı ve işleme yüzeyi kalitesi daha iyi oldu. Hedberg et al. titanyum alaşımlı malzeme Ti6Al4V üzerinde lazer destekli frezeleme deneyleri gerçekleştirdi. Geleneksel işleme ile karşılaştırıldığında, kesme kuvveti 30% ile 50%'ye düşürüldü, yüzey artık gerilimi 10% ile azaltıldı ve işleme maliyeti 33% ile tasarruf edildi. Bu makale, lazer ısıtma destekli tornalama, frezeleme, delme ve taşlamadaki son gelişmeleri gözden geçirmekte ve lazer ısıtma destekli kesme teknolojisinin gelecekteki yönünü dört gözle beklemektedir.1 lazer ısıtmalı yardımcı kesme ilkesi1.1 İşleme ilkeleriLazer ısıtma destekli kesme, işlenecek yüzeyi ışınlamak için yüksek enerjili bir lazer ışını kullanılması. Malzeme kısa sürede belirli bir sıcaklığa ısıtılır, yumuşama meydana gelir ve ardından kesme işlemi gerçekleştirilir. İşlemenin temel prensibi Şekil 1'de gösterilmektedir. Sıcaklık, malzemenin işleme performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Malzemeyi ısıtarak malzemenin mukavemeti ve sertliği azaltılabilir, kesme kuvveti azaltılabilir ve takım aşınması ve titreşimi azaltılabilir, böylece işleme kalitesi iyileştirilir ve işleme doğruluğu ve işleme verimliliği iyileştirilir. Sıcaklığın farklı malzemelerin çekme mukavemeti üzerindeki etkisi Şekil 2'de gösterilmektedir. 1 Lazer destekli işlemenin şematik diyagramıŞek. 2 Sıcaklığın çeşitli malzemelerin nihai gerilme mukavemeti üzerindeki etkisi 1.2 Lazer ısı kaynağı Çeşitli ısıtma destekli kesme işlemlerinde yaygın olarak kullanılan ısıtma yöntemleri arasında lazer ısıtma, elektrikli ısıtma, plazma ark ısıtma ve oksiasetilen alevli ısıtma bulunur. Buna karşılık, lazer ısıtma, yüksek güç yoğunluğu, hızlı sıcaklık artışı, iyi enerji dağılımı ve zaman kontrol edilebilirliği avantajlarına sahiptir ve yardımcı ısıtma kesimi için ideal bir ısı kaynağı haline gelmiştir. Lazer ısıtma destekli kesme için yaygın olarak kullanılan bir lazer sisteminde, CO2 lazer, 10,6 μm dalga boyunda bir lazer ışını salınır. Metal yüzeyindeki serbest elektronların doğal frekansı bu banttaki lazer ışınından çok daha büyük olduğundan, lazer enerjisinin çoğu yüzey serbest elektronları tarafından yansıtılır ve çok yüksek bir geçirgenlik ile sonuçlanır. Düşük, lazer metal tarafından iyi emilemez, ancak seramik malzeme lazerin dalga boyunu 85%'den daha fazla emebilir, bu nedenle CO2 lazeri genellikle seramik ve diğer metalik olmayan malzemelerin işlenmesi için bir ısı kaynağı olarak kullanılır. Neodimiyum katkılı alüminyum nar (Nd:YAG) lazer, metalik malzemelerin emilimini kolaylaştıran ve ayna iletimi ve fiber optik kablo iletimi için uygun olan 1.064 μm dalga boyunda bir lazeri titreştirir. Karmaşık işleme sistemlerinde takım tezgahları ile entegre edilebilir. Yarı iletken lazerler, küçük boyut, hafiflik, yüksek verimlilik, uzun çalışma ömrü vb. avantajlara sahiptir ve çeşitli optoelektronik cihazlarla entegre edilebilir, lazerlerin ve çevresel cihazların hacmini azaltır ve işletme maliyetleri nispeten düşüktür. Fiber lazer tarafından yayılan ışının kalitesi iyi ve stabildir. Entegre yapısı, boşluktaki optik bileşenlerin kirlenmesinden ve konum değişikliklerinden kaynaklanan sorunları çözebilir. Fiber küçük boyutlu, esnek ve bükülebilirdir ve mekanik sistemin minyatürleştirilmesine katkıda bulunan lazer iletimi için uygundur. Yoğunlaştırma .2 Lazer ısıtma destekli kesme deneysel araştırma ilerlemesi2.1 Lazer Isıtma Destekli Tornalama Bir lazer ısı kaynağının kullanıma sunulması nedeniyle, lazer ısıtma destekli kesme, işlem parametrelerinin seçiminde geleneksel işlemeden farklıdır. İşleme parametrelerinin belirlenmesi, geleneksel kesme miktarının seçilmesi ilkesine dayanmalı ve lazer termal etkisinin iş parçası malzemesi ve takım ömrü üzerindeki etkisini kapsamlı bir şekilde dikkate almalıdır. Yüzey kalitesini iyileştirme ve işleme verimliliğini artırma amacına ulaşmak için lazer parametrelerini ve kesme parametrelerini makul bir şekilde seçin. Lazer gücü, lazer nokta boyutu, lazer tarama hızı, lazer noktası ve takım ucu mesafesi ve lazer emisyon açısı dahil olmak üzere lazer parametreleri önemlidir. kesme bölgesindeki sıcaklık dağılımına ve malzeme yumuşama derecesine etkisi. Panjehpour et al. AISI52100'ün lazer ısıtma destekli tornalama üzerinde deneyler yapmışlar ve lazer gücü arttıkça ısı penetrasyon derinliğinin arttığını, kesme bölgesi malzemesinin yeterince yumuşadığını, takımın kesme sırasında daha az direnç aldığını ve takım aşınmasının azaldığını bulmuştur. Lazer gücü 425 W'ı aştığında takım aşırı ısınacak ve takım aşınma oranı artacaktır. Deneyde elde edilen optimal işleme parametreleri şunlardı: lazer gücü P=425 W, darbe frekansı fp=120 Hz, kesme hızı vc=70 m/dak, ilerleme hızı f=0.08 mm/r, kesme derinliği ap=0.2 mm. Bu işleme parametreleri kombinasyonu ile, yüzey pürüzlülüğü Ra, geleneksel işlemeye kıyasla 18% azalır ve kesmeden 25% daha düşüktür. Kannan et al. alümina seramiklerin lazerle ısıtma destekli tornalanmasının, lazer tarama hızı arttıkça, malzemenin kesme bölgesindeki ışınlama süresinin lazer tarafından nispeten azaldığını ve malzemenin yumuşama derecesinin azaldığını, bunun sonucunda bir kesme kuvvetinde artış. Deneyde elde edilen optimal işleme parametreleri şunlardır: lazer gücü P=350 W, ilerleme hızı f=0.03 mm/r, kesme derinliği ap=0.3 mm, nokta çapı d=2 mm, lazer tarama hızı v=35-55 mm /dk. Bu işleme parametreleri kombinasyonu ile, geleneksel işlemeye kıyasla kesme kuvvetleri 80%'ye kadar azaltılabilir ve takım ömrü önemli ölçüde artırılır. Navas et al. Inconel718 üzerinde lazer ısıtma destekli bir tornalama deneyi gerçekleştirdi ve lazer nokta boyutu ile lazer noktası ve takım ucu mesafesinin Inconel718 kesme performansı üzerindeki etkisini inceledi. 1.25 mm x 1.25 mm kare nokta, 1.6 mm x 1.3 mm eliptik nokta ve 2 mm çapında yuvarlak nokta arasındaki güç yoğunluğu, reaksiyon süresi ve kesme kuvveti farkını karşılaştırmak için deneyler yapıldı. Kare noktanın güç yoğunluğu yüksekti ve eliptik nokta reaksiyonu gözlendi. Uzun bir süre boyunca dairesel nokta, kesme kuvvetini azaltmada daha belirgin olan orta düzeyde bir güç yoğunluğuna ve reaksiyon süresine sahiptir. Spot çapının artmasıyla, ışınlama alanı genişler, ancak lazer güç yoğunluğu azalır ve iş parçasının birim alanı ışınlama enerjisi tarafından azaltılır, bu da ısıtma yumuşatma etkisinde bir azalmaya neden olur. Lazer noktasının merkezi ve lazerin ucu, yalnızca lazer destekli ısıtmanın etkisini elde etmek için değil, aynı zamanda kesicinin aşırı ısınmadan zarar görmesini veya işlenen yüzeye sıçrayan talaşın erimesini önlemek için uygun bir mesafede tutulmalıdır. işleme kalitesini etkileyecek yüzey.鄢锉 et al. alümina seramiklerin lazer ısı destekli tornalanması. Lazer ışını Brewster geliş açısında teğetsel olarak geldi. Nokta eliptikti, ancak lazer güç yoğunluğu dikey ışınlamaya göre azalmıştı. Alan genişledikçe, kesme bölgesindeki malzeme daha eşit şekilde ısıtılır, bu da işleme kalitesini iyileştirmeye daha elverişlidir. Ding et al. CO2 lazer ışınının işlenecek iş parçası yüzeyini dikey olarak aydınlatmasına ve Nd:YAG lazer ışınının iş parçası geçiş yüzeyini ışınlamak için eğilmesine neden olan AMS5704 nikel bazlı süper alaşım üzerinde lazer tornalama deneyleri gerçekleştirmek için iki lazer kullandı. Kesme alanı daha eşit şekilde ısıtılır. Geleneksel işleme ile karşılaştırıldığında, kesme alanı 20% azalır, takım ömrü 50% artar ve yüzey pürüzlülüğü Ra 200% ile 300%'ye düşürülür. İlerleme hızı, kesme hızı ve kesme derinliği gibi kesme parametrelerinin çok önemli bir yeri vardır. işleme kalitesi, işleme verimliliği ve işleme maliyeti üzerindeki etkisi. Kim et al. silisyum nitrür seramiklerin ısıtılmış yardımcı tornalanması üzerinde deneyler yapmış ve besleme miktarı arttıkça kesme bölgesindeki ortalama ısıtma sıcaklığının azaldığını, bunun da kesme kuvvetinde bir artışa ve takım ömründe bir azalmaya neden olduğunu bulmuştur. Kesme derinliği arttıkça, derin malzemenin yumuşama derinliği azalır, bu da artan kesme kuvveti ve takım aşınmasına neden olur. Silisyum nitrür seramik malzemenin kesme derinliği maksimum 3 mm'dir. Xavierarockiaraj ve ark. SKD11 takım çeliği üzerinde lazer ısıtma destekli tornalama deneyleri yaptı ve kesme parametrelerinin kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınması üzerindeki etkisini analiz etti. İlerleme hızı arttıkça, kesme kuvveti, takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğü arttıkça, malzemenin ısıyla yumuşama süresini artırmak için daha küçük bir ilerleme hızı kullanılmalıdır. Kesme hızının artmasıyla kesme bölgesindeki ortalama ısıtma sıcaklığı azalır, takım aşınması artar ve yüzey pürüzlülüğü artar. Optimum kesme hızı vc=100 m/dk'dır. P=1000 W lazer gücü, vc=100 m/dak kesme hızı ve f=0,03 mm/r ilerleme ile minimum kesme kuvveti elde edilebilir. Rashid, Ti6Cr5Mo5V4Al alaşımı üzerinde ısı destekli tornalama deneyini gerçekleştirmek için Nd:YAG lazer kullandı. Önerilen işleme parametreleri arasında şunlar vardı: lazer gücü P=1200 W, besleme hızı f = 0.15~0 . 25 mm/r, Kesme hızı vc = 25~100m/dak. Besleme hızı f<0,15 mm/r olduğunda, işleme verimliliği düşüktür; ilerleme hızı f>0,25 mm/r olduğunda, kesme bölgesi malzemesinin ısıl yumuşama derecesi düşüktür ve bu da takım aşınmasını şiddetlendirecektir. Kesme hızı vc<25 m/dak. İş parçası uzun süre ısıtıldığında, aşırı ısınma takımın aşınmasına ve işlenen yüzeyin kalitesinin düşmesine neden olur. Kesme hızı vc>100 m/dak olduğunda, lazer ısıtma süresi ile iş parçası kesme alanı azalır, malzeme tamamen yumuşatılamaz, bu da ciddi takım aşınmasına neden olur. Tadavani ve arkadaşları, Inconel 718'de lazer ısıtma destekli açma işlemi gerçekleştirdi. Dikey deneysel tasarım, sinyal-gürültü oranı ve varyans analizi, optimal işleme parametrelerinin şunlar olduğunu belirledi: lazer gücü P = 400 W, darbe frekansı fp = 80 Hz, Isıtma sıcaklığı T = 540 ℃, kesme hızı vc = 24 m/dak, ilerleme hızı f = 0,052 mm/r. İşleme parametrelerinin bu kombinasyonu ile yüzey pürüzlülüğü Ra, geleneksel işlemeye kıyasla 22%, kesmeye göre 35% daha düşük ve takım aşınması 23% azaltılır. Ayrıca, Mohammadi ve ark. ayrıca alet geometrisinin silikon levhaların lazer destekli tornalama yüzey kalitesi üzerindeki etkisini araştırdı. Lazer gücü P=20 W, iş mili hızı n=2000 dev/dak, ilerleme hızı f=0,001 mm/r ve kesme derinliği ap=0,005 mm'de, takım eğim açısı γ0=−45° olduğunda, Yüzey pürüzlülüğü Ra 9.8 nm'dir. Eğim açısı γ0 = -25° olduğunda, elde edilen yüzey pürüzlülüğü Ra, 3.2 nm'dir.2.2 Lazer Isıtma Destekli FrezelemeFrezeleme, bir iş parçasını kesmek için dönen çok bıçaklı bir aletin kullanımını ifade eder. Yalnızca düzlükleri, olukları, dişli dişlerini değil, aynı zamanda karmaşık yüzeyleri de işleyebilir. Frezeleme çok bıçaklı darbeli bir kesme olduğundan, kesme işlemi sırasında her dişin kesme kalınlığı değişir ve darbe yükü büyüktür ve titreşim oluşması muhtemeldir. Lazer destekli frezelemenin kullanılması, kesme sırasında freze bıçağının titremesini azaltabilir, kesme kuvvetlerini azaltabilir, takım ömrünü uzatabilir ve işleme yüzey kalitesini iyileştirebilir.Kumar et al. A2 takım çeliğinin lazerle ısıtılan yardımcı frezelemesinde, malzeme kaldırma oranının 6 kat arttığını, kesme kuvvetinin 69% azaldığını ve geleneksel işlemeye kıyasla freze çapaklarının azaldığını buldu. Hasar önemli ölçüde azaldı. Woo et al. küresel yüzeylerin frezelenmesine yardımcı olmak için lazer ısıtma kullandı ve AISI1045 ve Inconel718'in kesme kuvvetlerinin sırasıyla 82% ve 38% oranında azaldığını ve geleneksel işlemeye kıyasla Ra yüzey pürüzlülüğünün sırasıyla 53% ve 74% oranında azaldığını buldu. Takım titreşimi küçük düşürüldü. Kim et al. AISI1045, Inconel718 ve titanyum alaşımlı küresel iş parçaları üzerinde lazer ısıtma destekli frezeleme deneyleri gerçekleştirdi. Geleneksel işleme ile karşılaştırıldığında, AISI1045, Inconel718 ve titanyum alaşımlarının frezeleme kuvvetleri sırasıyla 2.1% azaltılarak 8.6% ve 3.7%'ye düştü. ~12.3%, 0.8%~21.2%, yüzey pürüzlülüğü Ra sırasıyla 14.5%~59.1%, 19.9%~32.4% ve 15.7%~36% azaldı ve işleme verimliliği önemli ölçüde arttı. kesme bölgesindeki yüksek sıcaklığa göre, takımın aşınmasına veya aşınmasına neden olmak kolaydır. Ciddi durumlarda takımın plastik deformasyonuna neden olabilir ve takımın geometrik parametrelerini değiştirebilir. Makul kesme sıvısı seçimi, takım ile iş parçası, takım ve talaş arasındaki sürtünmeyi etkili bir şekilde azaltabilir, kesme sıcaklığını düşürebilir ve takımın dayanıklılığını ve işleme kalitesini artırabilir. Bermingham et al. daha düşük bir kesme hızında, takımı soğutmak için az miktarda yağlamanın kesme sıcaklığını düşürebileceğini ve Ti6Al4V'de küçük çentiklerin oluşmasını veya pul pul dökülmesini geciktirebileceğini buldu. Takım ömrü 5 kattan fazla artar. Daha yüksek kesme hızlarında, kesme sıvılarının kullanılması, iş parçasının ve takımın termal şokuna veya termal yorgunluğuna neden olabilir.2.3 Lazer Isı Destekli DelmeDelme, çeşitli makine parçalarının işlenmesinde yaygın olarak kullanılır. Dövme boşlukları, işlenmesi zor malzemeleri veya yüksek sertlik, mukavemet, düzensiz yüzey şekilleri vb. nedeniyle sertleştirilmiş parçaları işlemek için geleneksel delme kullanıldığında, önyargılı delme, büyük eksenel delme kuvvetine yol açmak kolaydır ve ciddi matkap aşınması. Lazer ısıtma destekli delme, iş parçasının delinmiş alanını ısıtmak, yüzey tabakası malzemesini yumuşatmak ve ardından lazeri kapatmak ve ısıtılan alanı hızla delmek için bir lazerin kullanılmasıdır. Delme için lazer destekli ısıtma yönteminin kullanılması, matkap konumlandırma doğruluğunu sağlayabilir, önyargıyı önleyebilir, delme direncini ve uç aşınmasını azaltabilir ve ardından işleme doğruluğunu ve işleme verimliliğini iyileştirebilir. Şu anda, lazer destekli delme üzerine araştırmalar çok daha azdır. lazer destekli tornalama ve frezelemeden daha iyidir, ancak aynı zamanda bazı ilerlemeler de kaydetmiştir. Jen ve ark. karbon çelik malzemelerin lazer ısıtma destekli sondajı gerçekleştirdi. Deney sırasında, CO2 lazer noktası, ısıtma sıcaklığı için lazer gücü ve lazer noktası boyutunu elde etmek için ışınlamanın ortasını delmek üzere bir halka şekline ayarlandı. Yasaları etkileyin, sondaj kalitesini ve verimliliğini artırın. Zheng et al. önemli otomotiv parçalarının delinmesi üzerine deneysel bir çalışma yürütmek için lazer ısıtma destekli delme teknolojisini kullandı. Geleneksel delme ile karşılaştırıldığında, 40Cr, 45 çelik ve paslanmaz çelik, delinmiş deliğin çapında sırasıyla 50,5 arttı. %, 52.2%, 51.4%; delme verimliliği açısından, QT600, 45 çelik ve paslanmaz çelik sırasıyla 19.3%, 16.3% ve 39.9% arttı. Benzer şekilde, Zhang ve ark. 41Cr4, C45E4, paslanmaz çelik ve dökme demirin lazer destekli delinmesi üzerine deneyler yaptı. Konvansiyonel delme ile karşılaştırıldığında 41Cr4, C45E4 ve paslanmaz çeliğin giriş çapı açısından arttığı tespit edilmiştir. 122.7%, 85.9%, 140.7%; delme verimliliği açısından, dökme demir, C45E4 ve paslanmaz çelik sırasıyla 18.6%, 16.3% ve 39.9% arttı. Choubey et al. mermeri delmek için Nd:YAG lazer destekli ısıtma yöntemini kullandı ve mermer yüzeyindeki stres konsantrasyonunu etkili bir şekilde azaltabileceğini, yüzey bütünlüğünü iyileştirebileceğini, işleme maliyetini azaltabileceğini ve işleme verimliliğini artırabileceğini buldu.Lazer ısıtma destekli delme işleminde, lazer, hızlı delmeye elverişli olan iş parçasının yüzey malzemesini yalnızca hızlı bir şekilde ısıtabilir ve yumuşatabilir; ancak delme derinliği arttıkça lazer delikteki malzemeyi ısıtamaz. İşleme verimliliğini daha fazla geliştiremez. Şu anda lazer ısıtma destekli delme işleminde delme kuvveti, takım aşınması, delik yuvarlaklığı ve yüzey pürüzlülüğü hakkında az sayıda rapor bulunmaktadır ve bu alanlardaki araştırma çalışmalarının daha da güçlendirilmesi gerekmektedir.2.4 Lazer Isıtma Destekli Taşlama gibi mühendislik seramik malzemeleri silisyum nitrür, alüminyum oksit ve zirkonyum oksit, yüksek mukavemetleri, yüksek sertlikleri ve korozyon dirençleri nedeniyle mekanik, otomotiv, havacılık ve diğer alanlarda giderek daha fazla uygulama için kullanılmaktadır. Taşlama, mühendislik seramiklerinin ana işleme yöntemidir. Seramik malzemelerin yüksek sertliği ve yüksek kırılganlığı nedeniyle, büyük kesme kuvveti, ciddi takım aşınması, düşük malzeme kaldırma oranı ve kolay yüzey altı yüzey hasarı ile sonuçlanır. Ayrıca seramiklerin zayıf ısıl iletkenliği nedeniyle öğütme işleminde oluşan ısı iş parçasının yüzeyinde birikir ve iş parçasının yüzeyinde çok yüksek bir sıcaklık gradyanına neden olur. Bu, malzemenin yüzeyinde kolayca termal hasara ve hatta çatlaklara neden olabilir. Lazerle ısıtma destekli taşlama, iş parçasının yüzeyini önceden ısıtmak için lazer kullanır; bu, malzemenin sertliğini ve kırılganlığını önemli ölçüde azaltabilir, taşlama kuvvetini azaltabilir, yüzey altı hasarının oluşumunu azaltabilir ve kalitesini artırabilir. taşlama yüzeyi .Chang et al. silisyum nitrür seramik malzemeleri işlemek için lazer destekli taşlama kullandı. Geleneksel taşlama ile karşılaştırıldığında, lazer ısıtma destekli işleme süreci daha kararlıdır, yüzey bütünlüğü daha iyidir ve belirgin bir mikro yapı değişikliği ve çatlak yoktur. Kumar et al. silisyum nitrür seramikler üzerinde lazer destekli taşlama gerçekleştirdi. Sonuçlar geleneksel taşlamaya kıyasla kesme kuvvetinin 43.2% azaldığını, takım aşınmasının azaldığını ve malzeme kaldırma oranının iyileştirildiğini göstermektedir. Kizaki et al. itriya ile stabilize edilmiş tetragonal zirkonya polikristal seramikler (Y-TZP) üzerinde lazer ısıtma destekli öğütme deneyleri gerçekleştirdi. Sonuçlar, Y-TZP malzemeleri için uygun öğütme sıcaklığının 490 ℃ civarında olduğunu göstermektedir. Sıcaklıkta, Y-TZP'nin kırılma tokluğu, oda sıcaklığında 9,1 MPa·m1/2'den çok daha düşük olan 5,3 MPa·m1/2'dir. Geleneksel işleme ile karşılaştırıldığında, lazer destekli taşlama malzeme sertliğini azaltabilir, taşlama kuvvetini ve takım aşınmasını azaltabilir ve işleme kalitesini ve verimliliğini artırabilir.2.5 Lazer Isıtma Yardımı Frezeleme Tornalama frezeleme, freze kesicileri kullanan gelişmiş bir kesme yöntemidir. İşleme için birleşik dönüş hareketi ve iş parçası dönüşü. Tornalama ve frezeleme işleme, iş parçası dönüşü, freze bıçağı dönüşü, freze bıçağı eksenel ve radyal beslemenin dört temel hareketini içerir. İşleme yöntemleri, ortogonal tornalama ve frezeleme ile eksenel tornalama ve frezeleme olmak üzere iki ana kategoriye ayrılır; bunlar arasında ortogonal tornalama ve frezeleme uygulamaları Daha kapsamlıdır. Nispeten yeni bir kompozit işleme yöntemi olarak, tornalama ve frezelemenin özellikleri başlıca şunlardır: mükemmel aralıklı işlenebilirlik, büyük talaş kaldırma oranı. Özel şekilli dönen parçalar için iyi işleme kabiliyetine sahiptir. Lazer ısıtma destekli tornalama ve frezeleme, takım ömrünü uzatmak, karmaşık profil parçalarını iyileştirmek, ince mil sıfırını iyileştirmek için kesme kuvvetini daha da azaltabilir. Parçaların işleme kalitesi. Chio et al. CAD grafik dosyalarını NC koduna dönüştürebilen, dikdörtgen ve dört yapraklı iş parçalarının otomatik programlanmasını sağlayan bir dizi C++ tabanlı uygulama geliştirdi. Program, 5 eksenli bir işleme merkezine başarıyla uygulandı. Kim et al. SM45C malzemesi üzerinde lazer ısıtma destekli frezeleme ve frezeleme işleme deneyleri gerçekleştirdi. Geleneksel tornalama ve frezeleme ile işleme ile karşılaştırıldığında, kesme sırasında takım titreşimi azaltıldı ve kesildi. Kesme işlemi daha kararlıdır, dikdörtgen kesitli iş parçasının eksenel ve radyal kuvvetleri sırasıyla 10.4% ve 13.5% oranında azaltılır ve dört yapraklı bölüm iş parçası ekseneldir. Kuvvet ve radyal kuvvetler sırasıyla 10.6% ve 8.9% oranında azaltıldı. Dikdörtgen kesitin ve dört yaprak şeklindeki iş parçasının yüzey pürüzlülüğü Ra sırasıyla 39.9% ve 37.1% oranında azaltılmıştır. Cha ve diğerleri, lazer ısıtma destekli tornalama ve silisyum nitrür seramiklerin öğütülmesinin işleme parametrelerini optimize etmek için Taguchi yöntemini kullandı. Sonuçlar, yüzey pürüzlülüğü üzerindeki önemli derecede etkinin kesme derinliği, lazer gücü ve kesme hızı olduğunu gösterdi. Lazer ısıtma destekli frezeleme ve frezeleme işleminin kesme kuvvetini azaltmada, takım ömrünü uzatmada ve işleme verimliliğini artırmada belirli avantajları vardır. Ancak, takım tezgahı kararlılığı ve işleme şekli hatası konusunda hala birçok eksiklik var ve daha fazla araştırma ve iyileştirmeye hala ihtiyaç var. 2.6 Diğer lazer ısıtmalı yardımcı kesme işleme yöntemleri Lazer destekli ısıtma, planya, cilalama, tornalama ve bitirme gibi diğer işleme yöntemlerine de uygulanabilir. Chang et al. lazerle ısıtma alümina seramiklerin planyalanmasına yardımcı olduğunda, eksenel kuvvetin 20% azaldığını ve radyal kuvvetin geleneksel planyalamaya kıyasla 22% azaldığını buldu. Ra derecesi 50%'den daha fazla azalır ve yüzey bütünlüğü daha iyidir. Tian et al. AISI4140 ve MP35N malzemeler üzerinde lazer ısıtma destekli polisaj testleri gerçekleştirdi. Sonuçlar, takım aşınmasının önemli ölçüde azaldığını ve işleme yüzeyi bütünlüğünün geleneksel cilalama işleminden daha iyi olduğunu, ancak yüzey kalıntısının daha iyi olduğunu göstermektedir. Gerilme artmıştır. Zhang ve arkadaşları, yüksek sertlikte aşındırıcı disk, aşındırıcı zorluk, düşük düzeltme verimliliği için metal bağ CBN taşlama diski üzerinde lazer ısıtma destekli tornalama düzeltme deneyi gerçekleştirdi. Geleneksel elmas alet pansuman yöntemiyle karşılaştırıldığında, lazer ısıtma, pansuman kalitesinin sağlanmasına yardımcı oldu. Tornalama ve perdahlama, pansuman süresini büyük ölçüde kısaltabilir, pansuman verimliliğini iyileştirebilir ve perdahlama takımının hizmet ömrünü uzatabilir. Özetle, lazer ısıtma destekli tornalama, frezeleme, delme, taşlama ve diğer işleme yöntemleri, azaltmada geleneksel işlemeye göre belirgin avantajlara sahiptir. kesme kuvveti, takım ömrünün iyileştirilmesi, işleme kalitesinin iyileştirilmesi ve maliyet tasarrufu, ancak lazer ısıtmada. Yardımcı kesme işlemi, takım aşınma mekanizması vb. araştırmalarında bazı eksiklikler vardır. Lazer ısıtma yardımcı işleme teknolojisinin hala geliştirilmesi gereken çok yeri vardır.3 lazer ısıtma destekli kesme simülasyonu araştırması ilerlemesi3.1 Sıcaklık Alanı Simülasyon ÇalışmasıLazer ısıtma yardımcısında kesme işlemi, kesme bölgesi sıcaklığı ve dağılımı, takım ömrünü ve işleme kalitesini etkileyen temel faktörlerden biridir. Kesme bölgesindeki aşırı yüksek sıcaklıklar malzemede termal hasara veya takımın aşınmasına neden olarak işlenen yüzeyin kalitesini etkileyebilir ve çok düşük bir sıcaklık lazer destekli ısıtma etkisini zayıflatabilir. Sıcaklık alanı simülasyonu yöntemi, gerçek kesme sıcaklığı alan dağılımını daha sezgisel ve doğru bir şekilde yansıtabilir. Sıcaklık alanı simülasyon modelini farklı proses parametreleri altında kurarak, malzemenin optimum uzaklaştırma sıcaklık aralığını tahmin ederek ve işleme parametrelerini optimize ederek, gerçek ölçüm maliyetinden büyük ölçüde tasarruf edilebilir. Sıcaklık alanı simülasyon araştırmaları alanında, şu anda kullanılan birçok sayısal simülasyon yöntemi, sonlu elemanlar yöntemi, sonlu hacim yöntemi ve benzerlerini içerir.Cha et al. lazer ısıtma destekli öğütme ve sonlu elemanlar yöntemini kullanarak öğütme işlemi için silikon nitrür seramiklerinin üç boyutlu bir geçici sıcaklık alan modeli oluşturdu. Farklı lazer gücüyle ısıtma altında simüle edilmiş ve ölçülen ortalama sıcaklık hatası 1.5%~6.2%'dir. Roostaei et al. kaynaşmış silika seramik (SCFS) sıcaklık alanının üç boyutlu sonlu eleman modelini kurmuş ve simülasyon sonuçlarını pirometre ölçüm sonuçları ile karşılaştırmıştır. Isıtma süresi 25 s ile 43 s arasında olduğunda, ikisi temelde tutarlıdır. . Isıtma süresi 25 s'den az veya 43 s'den fazla olduğunda, ikisi arasındaki hata artar ve maksimum sıcaklık hatası 40 K'dir. Kim ve ark. SM45C'nin lazer ısıtma destekli tornalama ve frezeleme işlemesinin sıcaklık alanı üzerinde sonlu eleman simülasyonu ve deneysel çalışma gerçekleştirdi. Sonuçlar, SM45C'nin dikdörtgen bir kesime sahip olduğunu gösterdi. Yüzeyin ve dört yapraklı yonca kesitli iş parçalarının ortalama ısıtma sıcaklığının tahmin hatası sırasıyla 8.7% ve 6.4% idi. Dikdörtgen kesitli iş parçalarının efektif derinlikleri ve genişlikleri sırasıyla 0,34 mm ve 2,26 mm, dört yapraklı iş parçalarının efektif derinlikleri ve genişlikleri sırasıyla 0,45 mm ve 2,89 mm idi.Rozzi ve arkadaşları sıcaklık alanını inceledi. Silisyum nitrür seramiklerin sonlu hacim yöntemi kullanılarak lazer destekli tornalanması ve lazer ısı akısı, yüzey taşınımı, ısı iletimi ve ısı radyasyonunun yüzey sıcaklığı üzerindeki etkileri analiz edildi ve farklı kesme parametreleri simüle edildi. Lazer parametreleri altındaki sıcaklık alanı dağılımı ve sıcaklık alanı simülasyon sonuçları temel olarak deneysel sonuçlarla tutarlıdır. Buna ek olarak, Zhang ve diğerleri, sonlu farklar yöntemini kullanarak alümina seramiklerin lazer ısı destekli kesimi için yarı kararlı hal ısı transfer modeli oluşturmuş ve farklı lazer gücünün, lazer tarama hızının ve lazer nokta yarıçapının etkilerini simüle etmiştir. sıcaklık alanı dağılımı. Çalışmalar, daha düşük bir lazer tarama hızı, daha yüksek lazer gücü ve daha küçük bir lazer noktası yarıçapı kullanmanın kesme bölgesindeki malzemeyi yumuşatmak ve böylece ideal bir kesme derinliği elde etmek için daha elverişli olduğunu göstermiştir. Kaşan et al. analitik yöntemle lazerle ısıtma destekli kesme karbon çeliğinin sıcaklık alanının sayısal bir modelini oluşturdu. Pirometre, iş parçasının sıcaklık alan dağılımını ölçmek için kullanıldı. Simülasyon sonuçları ile ölçülen sonuçlar arasındaki hata 10% içindeydi. Chang et al. alümina seramiklerin lazer-ısı destekli kesiminin sıcaklık alanına kafes Boltzmann yöntemini (LBM) uyguladı ve elde edilen sıcaklık alanı dağılımı deneysel sonuçlarla iyi bir uyum içindeydi.3.2 Kesme İşleminin Simülasyon AraştırmasıLazer ısıtma destekli kesme işlemi simülasyonu, işleme yüzeyinin hasarını azaltmak ve işleme parametrelerinin optimize edilmesi için temel sağlamak için kesme gerilimi, gerinim, sıcaklık ve diğer fiziksel değişkenleri elde edin. Kesme işleminin simülasyonuna uygulanan yöntemler arasında sonlu elemanlar yöntemi, ayrık elemanlar yöntemi ve düzgün parçacık akışkanlar dinamiği yöntemi yer almaktadır.Tian et al. lazer ve yardımcı kesme silikon nitrür seramiklerinin işleme sürecini simüle etmek için sonlu elemanlar yöntemini kullandı. Sonuçlar, yükün etkisi altında kristalize cam fazın mikro çatlaklar oluşturacağını ve mikro çatlakların genişleyeceğini göstermektedir. Sonunda kesme bölgesinde makroskopik bir çatlak oluşur ve süreksiz talaşlar oluşturmak için kayma meydana gelir. Simüle edilmiş talaş kalınlığı, deneysel sonuçtan biraz daha küçük olan yaklaşık 15μm'dir. Kesme kuvveti hatası 10% ila 15%'dir. Yüzey artık gerilmesinin simüle edilen değeri temel olarak simülasyon modelinin etkinliğini kanıtlayan deneysel değerle tutarlıdır. Liu ve diğerleri, Ti6Al4V malzemeleri için lazer ısıtma destekli frezeleme işleminin sonlu eleman simülasyonunu gerçekleştirdi. Sıcaklık alanı modeline dayalı olarak, sıralı termal kuplaj yöntemi kullanılarak frezeleme modeli eklenmiş ve kesme kuvvetinin değişim yasası ve takım sıcaklık alanının dağılımı elde edilmiştir. Kesme kuvvetinin simüle edilmiş ve deneysel değerleri arasındaki hata 11.8%.Shen ve ark. silikon nitrür seramiklerin lazer ısıtma destekli öğütme sürecini simüle etmek için ayrık eleman yöntemini (DEM) kullandı. Dağınık parçacık kümeleri, silikon nitrür seramik malzemelerin yapısını temsil eder ve işleme sürecini simüle etmek için bağlama biriminin kırılması kullanıldı. Çatlakların oluşumu ve genişlemesi. Simülasyon ve deneysel sonuçların karşılaştırılması yoluyla, kesme işlemi simülasyonuna DEM yönteminin uygulanmasının, farklı işleme koşulları altında malzemelerin yüzey altı hasarını tahmin edebileceği bulunmuştur; seramik malzemenin uzaklaştırma mekanizması esas olarak gevrek kırılmadır; kesme derinliği ne kadar büyükse, takımın kesme kuvveti de o kadar büyük olur. İş parçası ne kadar parçalanmışsa, kesme kuvvetinin çatlak oluşumu ve ilerlemesi üzerinde o kadar önemli bir etkisi vardır. Balbaa et al. Inconel 718 malzemesinin kesme işlemini simüle etmek için pürüzsüz parçacık hidrodinamiği (SPH) yöntemini kullandı. Takım cephesinin lazer ısıtmalı yumuşatma etkisinin artık gerilmeye neden olan ana faktör olduğu bulunmuştur. Lazer ısıtma destekli kesme, esas olarak yüzeyi kesme yönü boyunca üretir. Artık çekme gerilimi, geleneksel kesme ise esas olarak yüzey artık basınç gerilimi üretir. Ayrıca Nasr et al. sonlu elemanlar yöntemini kullandı. AISI 4340 çeliği kesme işleminin simülasyon çalışmasına tabi tutulduğunda benzer sonuçlar elde edildi.4 SonuçBu makale, lazer ısıtma destekli kesme teknolojisinin son yıllardaki en son araştırma ilerlemesini gözden geçirmektedir. İşleme yöntemleri açısından, lazer ısıtmalı yardımcı tornalama, frezeleme, delme, taşlama ve diğer teknolojiler gelişmeye ve yenilik yapmaya, kesme kuvvetlerini azaltmaya, işleme kalitesini iyileştirmeye ve işleme verimliliğini artırmaya devam ediyor. Mühendislik seramiklerini, kompozit malzemeleri, yüksek sıcaklıklı alaşımları, titanyumu çözmek için Alaşımlar gibi işlenmesi zor malzemelerin işlenmesi uygulanabilir bir yöntem sağlar. Sıcaklık alanı ve kesme işleminin simülasyon çalışması sayesinde, malzemenin optimum çıkarma sıcaklığı aralığının tahmini ve işleme parametrelerinin optimizasyonu gerçekleştirilebilir ve gerçek işleme için temel sağlanır. Lazer ısıtma destekli kesme teknolojisi bir dizi araştırma sonucu elde etmesine rağmen, işleme mekanizması, işleme teknolojisi ve endüstriyel uygulamalarda hala bazı sorunlar bulunmaktadır. Yurtiçi ve yurtdışındaki gelişme eğilimine ilişkin olarak, aşağıdaki araştırma çalışmalarının hala yapılması gerekiyor: (1) İşleme koşulları ve işlenmesi zor malzemelerin çıkarma mekanizması hakkındaki araştırmaları güçlendirin ve yapıştırıcı gibi sorunları çözün. lazer ısıtma yardımcı kesme işlemi sırasında oluşabilecek takımların aşınması, takım ve talaşların ayrılmasındaki zorluk, takımın soğuması vb. (2) Lazer ısıtma yardımcı kesme simülasyonu çalışmasını güçlendirin, doğru ve hızlı oluşturun sıcaklık alanı ve kesme işlemi simülasyon modeli ve simülasyon modelinin hızını ve doğruluğunu iyileştirir. Lazer parametrelerini, kesme parametrelerini ve diğer işlem parametrelerini optimize edin, mükemmel bir lazer ısıtma yardımcı kesme veritabanı oluşturun, işleme parametrelerinin makul seçimi için teorik bir temel sağlayın. (3) Endüstriyel lazer ısıtma yardımcı kesme sistemi araştırmalarını güçlendirin, üretim Ar-Ge'sini iyileştirin ve lazer ısıtma yardımcı kesme sisteminin destek yetenekleri ve lazeri teşvik etmek için lazer ısıtma yardımcı kesme sisteminin entegrasyonunu, kararlılığını ve doğruluğunu artırmak Isıtma destekli kesme teknolojisinin gerçek üretim uygulaması. Lazer teknolojisinin sürekli ilerlemesi, kesme işleme teknolojisi ve malzeme teknolojisi, lazer ısıtma yardımcı kesme işleme teknolojisi, işlenmesi zor malzeme işleme, mikro işleme ve diğer alanlarda daha geniş bir gelişme beklentisine sahip olacaktır.
Kaynak: Meeyou Carbide

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir