Streszczenie : W artykule podsumowano post?p badań nad technologi? ci?cia wspomaganego nagrzewaniem laserowym w ostatnich latach. W aspekcie badań eksperymentalnych podsumowano cechy obróbki toczenia, frezowania, wiercenia i szlifowania wspomaganego nagrzewaniem laserowym oraz opisano wp?yw parametrów lasera i parametrów skrawania na jako?? obróbki. Badania wykaza?y, ?e w pewnym zakresie odpowiednie zwi?kszenie mocy lasera, zmniejszenie pr?dko?ci ci?cia, zmniejszenie pr?dko?ci posuwu sprzyjaj? pe?nemu zmi?kczeniu materia?u w strefie ci?cia, co mo?e usprawni? obróbk? materia?ów obrabianych, obróbk? wydajno?? i jako?? przetwarzania. Obecnie badania symulacyjne ci?cia wspomaganego nagrzewaniem laserowym skupiaj? si? g?ównie na symulacji pola temperatury ci?cia i procesu ci?cia. Ustanawiaj?c model pola temperatury, mo?na przewidzie? optymalny zakres temperatur usuwania materia?u i zoptymalizowa? parametry przetwarzania. Symulacja procesu skrawania bada wp?yw wielko?ci fizycznych, takich jak napr??enia, odkszta?cenia i temperatura, stanowi?c podstaw? do kontrolowania jako?ci powierzchni cz??ci podczas rzeczywistej obróbki. Dalsze prace powinny dodatkowo wzmocni? badania nad mechanizmem przetwarzania, technologi? przetwarzania, optymalizacj? symulacji i innymi aspektami, ustanowi? idealn? baz? danych do obróbki pomocniczego ci?cia laserowego w celu promowania przemys?owego zastosowania tej technologii. W ostatnich latach zaawansowane materia?y in?ynieryjne, takie jak in?ynieria ceramika, materia?y kompozytowe, stopy wysokotemperaturowe i stopy tytanu maj? doskona?e w?a?ciwo?ci, takie jak wysoka wytrzyma?o??, odporno?? na zu?ycie, odporno?? na korozj? i dobra stabilno?? termiczna. S? stosowane w przemy?le maszynowym, chemicznym, lotniczym i j?drowym. Pole by?o szeroko stosowane. W przypadku obróbki tych materia?ów metodami konwencjonalnymi, ze wzgl?du na cechy wysokiej twardo?ci, wysokiej wytrzyma?o?ci i niskiej plastyczno?ci, si?a skrawania i temperatura skrawania s? bardzo wysokie, zu?ycie narz?dzia jest du?e, jako?? obróbki s?aba, a geometria obróbki jest ograniczony. Obróbka wspomagana laserem (obróbka wspomagana laserem, LAM) wykorzystuje nagrzewanie laserowe w celu zmi?kczenia materia?u strefy ci?cia i u?ycia narz?dzia do ci?cia. W porównaniu z obróbk? konwencjonaln? zmniejsza si?? skrawania, wyd?u?a ?ywotno?? narz?dzia, poprawia jako?? obróbki i wydajno?? obróbki. Takie aspekty maj? wiele zalet i stanowi? skuteczny sposób rozwi?zywania problemów z obróbk? trudnych materia?ów. Dlatego technologia ci?cia wspomaganego ogrzewaniem laserowym sta?a si? jednym z najgor?tszych punktów badawczych w dziedzinie obróbki skrawaniem w ostatnich latach. Technologia ci?cia wspomaganego ogrzewaniem laserowym przesz?a d?ug? drog? od jej wprowadzenia w 1978 roku, po dziesi?cioleciach rozwoju. K?nig i in. obj?? prowadzenie w zastosowaniu technologii pomocniczego toczenia podgrzewanego laserowo do obróbki materia?ów ceramicznych z azotku krzemu, poprawi? wydajno?? obróbki materia?u i uzyska? obrabian? powierzchni? o chropowato?ci powierzchni Ra poni?ej 0,5 μm. Yang i in. przeprowadzi? eksperymenty frezowania wspomaganego ogrzewaniem laserowym na ceramice z azotku krzemu. Wyniki pokazuj?, ?e gdy ogrzewanie wspomagane laserem jest stosowane do zwi?kszenia temperatury strefy ci?cia z 838℃ do 1319℃, si?a ci?cia zmniejsza si? o prawie 50%, a kraw?dzie p?kaj?. Zjawisko to zosta?o znacznie zredukowane, a jako?? obrabianej powierzchni poprawiona, co wskazuje na mo?liwo?? wspomaganego laserowo frezowania materia?ów ceramicznych. Anderson i in. Wspomagane laserowo toczenie materia?u Inconel 718 w porównaniu z obróbk? konwencjonaln? (energia skrawania wymagana do usuni?cia jednostkowej obj?to?ci materia?u), zmniejszy?o 25%, a trwa?o?? narz?dzia wzros?a 2~3 razy. Dandekar i in. przeprowadzili eksperyment toczenia wspomaganego ogrzewaniem laserowym na kompozycie A359/20SiCP wzmocnionym cz?stkami azotku krzemu z osnow? aluminiow?. W porównaniu z konwencjonaln? obróbk?, energia mo?e zosta? zmniejszona o 12%, ?ywotno?? narz?dzia jest zwi?kszona o 1,7~2,35 razy, a chropowato?? powierzchni Ra jest zmniejszona. 37%. Wu Xuefeng i wsp. stwierdzili, ?e gdy materia? ze stopu wysokotemperaturowego GH4698 by? podgrzewany laserowo i wspomagany frezowaniem, móg? skutecznie zmniejszy? wytrzyma?o?? materia?u, gdy temperatura strefy ci?cia wynosi?a 600 ℃. W porównaniu z frezowaniem konwencjonalnym si?a skrawania zosta?a zmniejszona o 35%, a jako?? powierzchni obróbki by?a lepsza. Hedberg i in. przeprowadzi? eksperymenty frezowania laserowego na materiale stopu tytanu Ti6Al4V. W porównaniu z konwencjonaln? obróbk? si?a skrawania zosta?a zmniejszona o 30% do 50%, napr??enie szcz?tkowe powierzchni zosta?o zmniejszone o 10%, a koszt obróbki zosta? zaoszcz?dzony dzi?ki 33%. W tym artykule dokonano przegl?du ostatnich post?pów w toczeniu, frezowaniu, wierceniu i szlifowaniu wspomaganym nagrzewaniem laserowym oraz wybiega w przysz?o?? kierunek technologii ci?cia wspomaganego nagrzewaniem laserowym.1 Zasada pomocniczego ci?cia laserowego zastosowanie wysokoenergetycznej wi?zki laserowej do na?wietlania obrabianej powierzchni. Materia? w krótkim czasie zostaje nagrzany do okre?lonej temperatury, nast?puje zmi?kczenie, a nast?pnie nast?puje proces ci?cia. Podstawow? zasad? obróbki pokazano na rys.1. Temperatura ma znacz?cy wp?yw na wydajno?? przetwarzania materia?u. Podgrzewaj?c materia?, mo?na zmniejszy? wytrzyma?o?? i twardo?? materia?u, si?? skrawania, a tak?e zu?ycie narz?dzia i wibracje, co poprawia jako?? obróbki i poprawia dok?adno?? obróbki i wydajno?? obróbki. Wp?yw temperatury na wytrzyma?o?? na rozci?ganie ró?nych materia?ów pokazano na rys. 2 .Rys. 1 Schemat ideowy obróbki wspomaganej laserowoRys. 2 Wp?yw temperatury na wytrzyma?o?? na rozci?ganie ró?nych materia?ów 1.2 Laserowe ?ród?o ciep?a Metody ogrzewania powszechnie stosowane w ró?nych procesach ci?cia wspomaganego ogrzewaniem obejmuj? ogrzewanie laserowe , ogrzewanie elektryczne , ogrzewanie ?ukiem plazmowym oraz ogrzewanie p?omieniem tlenowo-acetylenowym . W przeciwieństwie do tego, ogrzewanie laserowe ma zalety wysokiej g?sto?ci mocy, szybkiego wzrostu temperatury, dobrej dystrybucji energii i kontroli czasu, i sta?o si? idealnym ?ród?em ciep?a do ci?cia z dodatkowym ogrzewaniem. W systemie laserowym powszechnie u?ywanym do ci?cia wspomaganego laserem Laser CO2 oscyluje wi?zk? laserow? o d?ugo?ci fali 10,6 μm. Poniewa? naturalna cz?stotliwo?? swobodnych elektronów na powierzchni metalu jest znacznie wi?ksza ni? wi?zka lasera w tym pa?mie, wi?kszo?? energii lasera jest odbijana przez wolne elektrony na powierzchni, co skutkuje bardzo wysok? transmitancj?. Niski, laser nie mo?e by? dobrze zaabsorbowany przez metal, ale materia? ceramiczny mo?e poch?ania? d?ugo?? fali lasera wi?cej ni? 85%, wi?c laser CO2 jest cz?sto u?ywany jako ?ród?o ciep?a do obróbki ceramiki i innych materia?ów niemetalicznych. Domieszkowany neodymem laser z granatu aluminiowego (Nd:YAG) oscyluje laserem o d?ugo?ci fali 1,064 μm, co u?atwia absorpcj? materia?ów metalicznych i jest odpowiedni do transmisji zwierciadlanej i transmisji ?wiat?owodowej. Mo?e by? zintegrowany z obrabiarkami w z?o?onych systemach obróbki. Lasery pó?przewodnikowe charakteryzuj? si? ma?ymi rozmiarami, niewielk? wag?, wysok? wydajno?ci?, d?ug? ?ywotno?ci? itp. i mog? by? integrowane z ró?nymi urz?dzeniami optoelektronicznymi, zmniejszaj?c ilo?? laserów i urz?dzeń peryferyjnych, a koszty eksploatacji s? stosunkowo niskie. Jako?? wi?zki emitowanej przez laser ?wiat?owodowy jest dobra i stabilna. Jego zintegrowana struktura mo?e rozwi?za? problemy spowodowane zanieczyszczeniami i zmianami po?o?enia elementów optycznych we wn?ce. W?ókno jest ma?e, elastyczne i podatne na zginanie oraz jest wygodne do transmisji laserowej, co przyczynia si? do miniaturyzacji uk?adu mechanicznego. Intensyfikacja .2 Ci?cie wspomagane nagrzewaniem laserowym post?p badań eksperymentalnych2.1 Toczenie wspomagane nagrzewaniem laserowym Ze wzgl?du na wprowadzenie laserowego ?ród?a ciep?a ci?cie wspomagane nagrzewaniem laserowym ró?ni si? od obróbki konwencjonalnej doborem parametrów procesu. Wyznaczenie parametrów obróbki musi opiera? si? na zasadzie doboru konwencjonalnej wielko?ci ci?cia i kompleksowo uwzgl?dnia? wp?yw termicznego efektu lasera na materia? obrabiany i trwa?o?? narz?dzia. Rozs?dnie dobieraj parametry lasera i parametry ci?cia, aby osi?gn?? cel poprawy jako?ci powierzchni i poprawy wydajno?ci obróbki. Parametry lasera, w tym moc lasera, rozmiar plamki lasera, szybko?? skanowania lasera, odleg?o?? plamki lasera i końcówki narz?dzia oraz k?t emisji lasera maj? istotne znaczenie wp?yw na rozk?ad temperatury w strefie skrawania i stopień zmi?kczenia materia?u. Panjehpour i in. przeprowadzili eksperymenty na toczeniu AISI52100 wspomaganym ogrzewaniem laserowym i odkryli, ?e wraz ze wzrostem mocy lasera zwi?ksza si? g??boko?? wnikania ciep?a, materia? strefy skrawania jest wystarczaj?co zmi?kczony, narz?dzie otrzymuje mniejszy opór podczas ci?cia, a zu?ycie narz?dzia maleje. Gdy moc lasera przekroczy 425 W, narz?dzie przegrzeje si?, a jego zu?ycie wzro?nie. Optymalnymi parametrami obróbki uzyskanymi w eksperymencie by?y: moc lasera P=425 W, cz?stotliwo?? impulsów fp=120 Hz, pr?dko?? skrawania vc=70 m/min, posuw f=0,08 mm/obr, g??boko?? skrawania ap=0,2 mm. Przy takiej kombinacji parametrów obróbki chropowato?? powierzchni Ra jest zmniejszona o 18% w porównaniu z konwencjonaln? obróbk? i jest o 25% ni?sza ni? w przypadku skrawania. Kannan i in. zwróci? uwag?, ?e toczenie ceramiki z tlenku glinu wspomagane ogrzewaniem laserowym wskazuje, ?e wraz ze wzrostem szybko?ci skanowania laserowego czas na?wietlania materia?u w strefie ci?cia jest stosunkowo skrócony przez laser, a stopień zmi?kczenia materia?u jest zmniejszony, co skutkuje wzrost si?y ci?cia. Optymalnymi parametrami obróbki uzyskanymi w eksperymencie s?: moc lasera P=350 W, posuw f=0,03 mm/obr, g??boko?? skrawania ap=0,3 mm, ?rednica plamki d=2 mm, pr?dko?? skanowania laserowego v=35-55 mm /min. Dzi?ki takiej kombinacji parametrów obróbki, si?y skrawania mo?na zmniejszy? nawet o 80% w porównaniu z konwencjonaln? obróbk?, a ?ywotno?? narz?dzia znacznie si? zwi?ksza. Navas i in. przeprowadzili eksperyment toczenia wspomaganego nagrzewaniem laserowym na Inconel718 i zbadali wp?yw rozmiaru plamki lasera oraz odleg?o?ci plamki lasera i końcówki narz?dzia na wydajno?? ci?cia Inconel718. Przeprowadzono eksperymenty w celu porównania ró?nicy w g?sto?ci mocy, czasie reakcji i sile ci?cia mi?dzy plamk? kwadratow? o wymiarach 1,25 mm × 1,25 mm, plamk? eliptyczn? o wymiarach 1,6 mm × 1,3 mm i plamk? okr?g?? o ?rednicy 2 mm. G?sto?? mocy plamki kwadratowej by?a wysoka i zaobserwowano eliptyczn? reakcj? plamki. Okr?g?a plamka ma przez d?ugi czas umiarkowan? g?sto?? mocy i czas reakcji, co jest bardziej widoczne przy zmniejszeniu si?y skrawania. Wraz ze wzrostem ?rednicy plamki zwi?ksza si? obszar napromieniania, ale g?sto?? mocy lasera zmniejsza si?, a jednostkowa powierzchnia przedmiotu obrabianego jest redukowana przez energi? napromieniania, co skutkuje zmniejszeniem efektu zmi?kczania przez nagrzewanie. ?rodek plamki lasera i końcówk? lasera nale?y utrzymywa? w odpowiedniej odleg?o?ci, nie tylko po to, aby uzyska? efekt nagrzewania wspomaganego laserem, ale tak?e aby zapobiec uszkodzeniu frezu przez przegrzanie lub stopieniu si? wióra rozpryskuj?cego si? na obrabianym powierzchni, aby wp?yn?? na jako?? przetwarzania.鄢銼 et al. laserowo wspomagane toczenie ceramiki z tlenku glinu. Wi?zka lasera pada?a stycznie pod k?tem padania Brewstera. Plama by?a eliptyczna, chocia? g?sto?? mocy lasera by?a zmniejszona w stosunku do napromieniowania pionowego. W miar? powi?kszania powierzchni materia? w strefie ci?cia jest nagrzewany bardziej równomiernie, co sprzyja poprawie jako?ci obróbki. Ding i in. wykorzysta? dwa lasery do przeprowadzenia eksperymentów toczenia laserowego na superstopie na bazie niklu AMS5704, co spowodowa?o, ?e wi?zka lasera CO2 o?wietla?a pionowo powierzchni? obrabianego przedmiotu, a wi?zka lasera Nd:YAG by?a przechylana w celu napromieniowania powierzchni przej?ciowej przedmiotu obrabianego. Obszar ci?cia jest ogrzewany bardziej równomiernie. W porównaniu z konwencjonaln? obróbk? obszar skrawania jest zmniejszony o 20%, ?ywotno?? narz?dzia jest zwi?kszona o 50%, a chropowato?? powierzchni Ra jest zmniejszona o 200% do 300%. Parametry skrawania, takie jak pr?dko?? posuwu, pr?dko?? skrawania i g??boko?? skrawania, maj? bardzo du?e znaczenie wp?yw na jako?? obróbki, wydajno?? obróbki i koszt obróbki. Kim i in. przeprowadzili eksperymenty na podgrzewanym toczeniu pomocniczym ceramiki z azotku krzemu i odkryli, ?e wraz ze wzrostem ilo?ci posuwu spada ?rednia temperatura nagrzewania w strefie skrawania, co skutkuje wzrostem si?y skrawania i skróceniem trwa?o?ci narz?dzia. Wraz ze wzrostem g??boko?ci skrawania g??boko?? zmi?kczenia g??bokiego materia?u jest niewielka, co powoduje wzrost si?y skrawania i zu?ycie narz?dzia. G??boko?? ci?cia materia?u ceramicznego z azotku krzemu wynosi maksymalnie 3 mm. Xavierarockiaraj i in. przeprowadzi? eksperymenty toczenia laserowego ze wspomaganiem ogrzewania na stali narz?dziowej SKD11 i przeanalizowa? wp?yw parametrów skrawania na si?? skrawania, chropowato?? powierzchni i zu?ycie narz?dzia. Wraz ze wzrostem pr?dko?ci posuwu, si?y skrawania, zu?ycia narz?dzia i chropowato?ci powierzchni, nale?y stosowa? mniejsz? pr?dko?? posuwu, aby wyd?u?y? czas mi?knienia cieplnego materia?u. Wraz ze wzrostem pr?dko?ci skrawania zmniejsza si? ?rednia temperatura nagrzewania w strefie skrawania, wzrasta zu?ycie narz?dzia i wzrasta chropowato?? powierzchni. Optymalna pr?dko?? skrawania vc=100 m/min. Przy mocy lasera P=1000 W, pr?dko?ci skrawania vc=100 m/min i posuwie f=0,03 mm/obr mo?na uzyska? minimaln? si?? ci?cia. Rashid u?y? lasera Nd:YAG do przeprowadzenia eksperymentu toczenia wspomaganego ciep?em na stopie Ti6Cr5Mo5V4Al. Zalecane parametry obróbki waha?y si? od: moc lasera P=1200 W, posuw f=0,15~0 . 25 mm/r, Pr?dko?? skrawania vc = 25~100m/min. Przy posuwie f<0,15 mm/obr wydajno?? obróbki jest niska; gdy pr?dko?? posuwu f>0,25 mm/obr, stopień zmi?kczenia nagrzanego materia?u strefy skrawania jest niski, co pogorszy zu?ycie narz?dzia. Szybko?? skrawania vc<25 m/min. Gdy obrabiany przedmiot jest nagrzewany przez d?ugi czas, przegrzanie powoduje zu?ycie narz?dzia i obni?enie jako?ci obrabianej powierzchni. Gdy pr?dko?? skrawania vc>100 m/min zmniejsza si? obszar ci?cia przedmiotu przez czas nagrzewania lasera, materia? nie mo?e by? w pe?ni zmi?kczony, co powoduje powa?ne zu?ycie narz?dzia. Tadavani i wsp. przeprowadzili ogrzewanie laserowe wspomagane w??czaniem Inconelu 718. Ortogonalny projekt eksperymentu, stosunek sygna?u do szumu i analiza wariancji wykaza?y, ?e optymalnymi parametrami przetwarzania by?y: moc lasera P = 400 W, cz?stotliwo?? impulsów fp = 80 Hz, temperatura ogrzewania T = 540℃, pr?dko?? skrawania vc = 24 m/min, posuw f = 0,052 mm/obr. Dzi?ki tej kombinacji parametrów obróbki chropowato?? powierzchni Ra jest zmniejszona o 22% w porównaniu z konwencjonaln? obróbk?, 35% mniej ni? skrawanie, a zu?ycie narz?dzia jest mniejsze o 23%. Ponadto Mohammadi i in. zbadano równie? wp?yw geometrii narz?dzia na jako?? powierzchni wspomaganego laserowo toczenia p?ytek krzemowych. Przy mocy lasera P=20 W, pr?dko?? wrzeciona n=2000 obr/min, posuw f=0,001 mm/obr, g??boko?? skrawania ap=0,005 mm, gdy k?t natarcia narz?dzia wynosi γ0=?45°, Chropowato?? powierzchni Ra wynosi 9,8 nm. Gdy k?t natarcia wynosi γ0 = -25°, wynikowa chropowato?? powierzchni Ra wynosi 3,2 nm.2.2 Frezowanie wspomagane ogrzewaniem laserowym Frezowanie odnosi si? do u?ycia obrotowego narz?dzia z wieloma ostrzami do ci?cia przedmiotu obrabianego. Mo?e obrabia? nie tylko sp?aszczenia, rowki, z?by kó? z?batych, ale tak?e skomplikowane powierzchnie. Poniewa? frezowanie jest wieloostrzowym przerywanym ci?ciem, grubo?? ka?dego z?ba podczas procesu skrawania zmienia si?, a obci??enie udarowe jest du?e i istnieje prawdopodobieństwo wyst?pienia wibracji. Zastosowanie frezowania wspomaganego laserem mo?e zmniejszy? drgania frezu podczas ci?cia, zmniejszy? si?y skrawania, wyd?u?y? ?ywotno?? narz?dzia i poprawi? jako?? powierzchni obróbki. Kumar et al. stwierdzili, ?e w podgrzewanym laserowo frezowaniu pomocniczym stali narz?dziowej A2 szybko?? usuwania materia?u zosta?a zwi?kszona 6-krotnie, si?a skrawania zosta?a zmniejszona o 69%, a zadzior frezowania zosta? zmniejszony w porównaniu z konwencjonaln? obróbk?. Uszkodzenia s? znacznie zmniejszone. Woo i in. zastosowa? ogrzewanie laserowe do wspomagania frezowania powierzchni sferycznych i stwierdzi?, ?e si?y skrawania AISI1045 i Inconel718 zosta?y zmniejszone odpowiednio o 82% i 38%, a chropowato?? powierzchni Ra zosta?a zmniejszona odpowiednio o 53% i 74% w porównaniu z konwencjonaln? obróbk?. Wibracje narz?dzia zosta?y zmniejszone w niewielkim stopniu. Kim i in. przeprowadzi? eksperymenty z frezowaniem wspomaganym nagrzewaniem laserowym na sferycznych elementach obrabianych ze stopu tytanu AISI1045, Inconel718 i stopu tytanu. W porównaniu z konwencjonaln? obróbk? si?y frezowania AISI1045, Inconel718 i stopów tytanu zmniejszy?y si? odpowiednio o 2,1% do 8,6% i 3,7%. ~12,3%, 0,8%~21,2%, chropowato?? powierzchni Ra zmniejszy?a si? odpowiednio o 14,5%~59,1%, 19,9%~32,4% i 15,7%~36%, a wydajno?? obróbki znacznie wzros?a. do wysokiej temperatury w strefie skrawania, ?atwo jest spowodowa? zu?ycie narz?dzia lub rozproszenie zu?ycia. W ci??kich przypadkach mo?e to spowodowa? odkszta?cenie plastyczne narz?dzia i zmian? parametrów geometrycznych narz?dzia. Rozs?dny wybór p?ynu obróbkowego mo?e skutecznie zmniejszy? tarcie mi?dzy narz?dziem a przedmiotem obrabianym, narz?dziem i wiórem, obni?y? temperatur? skrawania oraz zwi?kszy? trwa?o?? narz?dzia i jako?? obróbki. Bermingham i in. stwierdzili, ?e przy ni?szej szybko?ci skrawania u?ycie niewielkiej ilo?ci smaru do ch?odzenia narz?dzia mo?e obni?y? temperatur? skrawania i opó?ni? wyst?powanie drobnych wyszczerbień lub z?uszczania si? Ti6Al4V. Trwa?o?? narz?dzia zwi?ksza si? ponad 5-krotnie. Przy wy?szych pr?dko?ciach skrawania u?ycie p?ynów obróbkowych mo?e spowodowa? szok termiczny lub zm?czenie cieplne przedmiotu obrabianego i narz?dzia. 2.3 Laserowe wiercenie wspomagane ciep?em Wiercenie jest szeroko stosowane w obróbce ró?nego rodzaju cz??ci maszyn. Kiedy konwencjonalne wiercenie jest u?ywane do obróbki odkuwek, materia?ów trudnych w obróbce lub cz??ci utwardzonych, ze wzgl?du na wysok? twardo??, wytrzyma?o??, nieregularne kszta?ty powierzchni itp., ?atwo jest doprowadzi? do sko?nego wiercenia, du?ej si?y osiowej wiercenia i powa?ne zu?ycie wiert?a. Wiercenie wspomagane ogrzewaniem laserowym polega na zastosowaniu lasera do nagrzania wierconego obszaru przedmiotu obrabianego, zmi?kczenia materia?u warstwy wierzchniej, a nast?pnie wy??czenia lasera i szybkiego wiercenia nagrzanego obszaru. Zastosowanie laserowej metody ogrzewania do wiercenia mo?e zapewni? dok?adno?? pozycjonowania wiert?a, unikn?? stronniczo?ci, zmniejszy? opór wiercenia i zu?ycie wiert?a, a nast?pnie poprawi? dok?adno?? obróbki i wydajno?? przetwarzania. Obecnie badania nad wierceniem wspomaganym laserem s? znacznie mniejsze ni? toczenie i frezowanie wspomagane laserem, ale równie? poczyniono pewne post?py. Jen i in. przeprowadzi? wiercenie wspomagane nagrzewaniem laserowym materia?ów ze stali w?glowej. Podczas eksperymentu plamka lasera CO2 zosta?a dostosowana do kszta?tu pier?cienia, aby wywierci? ?rodek napromieniania, aby uzyska? moc lasera i rozmiar plamki lasera dla temperatury ogrzewania. Wp?ywaj na prawa, poprawiaj jako?? i wydajno?? wiercenia. Zheng i in. wykorzysta? technologi? wiercenia wspomaganego nagrzewaniem laserowym do przeprowadzenia eksperymentalnego badania nad wierceniem kluczowych cz??ci samochodowych. W porównaniu z wierceniem konwencjonalnym, ?rednica wierconego otworu w stali 40Cr, 45 i stali nierdzewnej zwi?kszy?a si? odpowiednio o 50,5. %, 52.2%, 51.4%; pod wzgl?dem wydajno?ci wiercenia, QT600, 45 stali i stali nierdzewnej wzros?y odpowiednio o 19.3%, 16.3% i 39.9%. Podobnie Zhang i in. przeprowadzi? eksperymenty na wierceniu wspomaganym laserem w stali 41Cr4, C45E4, stali nierdzewnej i ?eliwie. W porównaniu z wierceniem konwencjonalnym stwierdzono, ?e 41Cr4, C45E4 i stal nierdzewna zwi?kszy?y si? pod wzgl?dem ?rednicy wej?cia. 122.7%, 85.9%, 140.7%; pod wzgl?dem wydajno?ci wiercenia, ?eliwo, C45E4 i stal nierdzewna wzros?y odpowiednio o 18,6%, 16,3% i 39,9%. Choubey i in. zastosowa? metod? ogrzewania wspomaganego laserem Nd: YAG do wiercenia marmuru i stwierdzi?, ?e mo?e skutecznie zmniejszy? koncentracj? napr??eń na powierzchni marmuru, poprawi? integralno?? powierzchni, zmniejszy? koszty przetwarzania i poprawi? wydajno?? przetwarzania. W procesie wiercenia wspomaganego ogrzewaniem laserowym, laser mo?e tylko szybko nagrza? i zmi?kczy? materia? powierzchni przedmiotu obrabianego, co sprzyja szybkiemu wierceniu; jednak wraz ze wzrostem g??boko?ci wiercenia laser nie mo?e nagrza? materia?u w otworze. Nie mo?na dalej poprawi? wydajno?ci przetwarzania. Obecnie istnieje niewiele doniesień na temat si?y wiercenia, zu?ycia narz?dzi, okr?g?o?ci otworów i chropowato?ci powierzchni w procesie wiercenia wspomaganego nagrzewaniem laserowym, a prace badawcze w tych obszarach wymagaj? dalszego wzmocnienia.2.4 Szlifowanie wspomagane nagrzewaniem laserowym In?ynieria materia?ów ceramicznych, takich jak azotek krzemu, tlenek glinu i tlenek cyrkonu s? coraz cz??ciej stosowane w mechanice, motoryzacji, lotnictwie i innych dziedzinach ze wzgl?du na ich wysok? wytrzyma?o??, wysok? twardo?? i odporno?? na korozj?. Szlifowanie jest g?ówn? metod? przetwarzania ceramiki in?ynierskiej. Ze wzgl?du na du?? twardo?? i du?? krucho?? materia?ów ceramicznych, skutkuje to du?? si?? skrawania, du?ym zu?yciem narz?dzi, nisk? wydajno?ci? usuwania materia?u i ?atwym uszkodzeniem podpowierzchniowym. Dodatkowo, ze wzgl?du na s?ab? przewodno?? ciepln? ceramiki, ciep?o powsta?e w procesie szlifowania akumuluje si? na powierzchni przedmiotu obrabianego, powoduj?c bardzo du?y gradient temperatury na powierzchni przedmiotu obrabianego. Mo?e to ?atwo doprowadzi? do uszkodzeń termicznych powierzchni materia?u, a nawet p?kni??. Szlifowanie wspomagane nagrzewaniem laserowym wykorzystuje laser do wst?pnego nagrzewania powierzchni przedmiotu obrabianego, co mo?e znacznie zmniejszy? twardo?? i krucho?? materia?u, zmniejszy? si?? szlifowania, zmniejszy? powstawanie uszkodzeń podpowierzchniowych i poprawi? jako?? szlifowanie powierzchni .Chang et al. u?ywa? wspomaganego laserowo szlifowania do obróbki materia?ów ceramicznych z azotku krzemu. W porównaniu ze szlifowaniem konwencjonalnym, nagrzewanie laserowe wspomagane procesem obróbki jest bardziej stabilne, integralno?? powierzchni jest lepsza i nie ma oczywistej zmiany mikrostruktury i p?kni?cia. Kumar i in. wykona? wspomagane laserowo szlifowanie ceramiki z azotku krzemu. Wyniki pokazuj?, ?e si?a skrawania jest zmniejszona o 43.2%, zu?ycie narz?dzia jest mniejsze, a szybko?? usuwania materia?u jest wy?sza w porównaniu ze szlifowaniem konwencjonalnym. Kizaki i in. przeprowadzili eksperymenty szlifowania wspomaganego ogrzewaniem laserowym na polikrystalicznej ceramice tetragonalnej tlenku cyrkonu stabilizowanej tlenkiem itru (Y-TZP). Wyniki pokazuj?, ?e odpowiednia temperatura szlifowania materia?ów Y-TZP wynosi oko?o 490℃. W temperaturze odporno?? na p?kanie Y-TZP wynosi 5,3 MPa·m1/2, czyli znacznie mniej ni? 9,1 MPa·m1/2 w temperaturze pokojowej. W porównaniu z konwencjonaln? obróbk?, szlifowanie wspomagane laserem mo?e zmniejszy? twardo?? materia?u, zmniejszy? si?? szlifowania i zu?ycie narz?dzi oraz poprawi? jako?? i wydajno?? obróbki.2.5 Obróbka laserowego wspomagania ogrzewania Frezowanie tokarskie to zaawansowana metoda ci?cia, w której wykorzystuje si? frezy. Po??czony ruch obrotowy i obrót przedmiotu obrabianego do obróbki . Obróbka tokarsko-frezarska obejmuje cztery podstawowe ruchy obrotu przedmiotu obrabianego, obrót frezu, posuw osiowy i promieniowy frezu. Metody obróbki dziel? si? na dwie g?ówne kategorie: toczenie i frezowanie ortogonalne oraz toczenie i frezowanie osiowe, w?ród których bardziej rozleg?e jest zastosowanie toczenia i frezowania ortogonalnego. Jako stosunkowo nowa metoda obróbki kompozytowej, cechy toczenia i frezowania to g?ównie: doskona?a przerywana obróbka skrawaniem, du?a szybko?? usuwania metalu. Ma dobr? zdolno?? przetwarzania cz??ci obrotowych o specjalnym kszta?cie. Toczenie i frezowanie wspomagane ogrzewaniem laserowym mo?e dodatkowo zmniejszy? si?? skrawania, aby wyd?u?y? ?ywotno?? narz?dzia, ulepszy? z?o?one cz??ci profilowe i uzyska? dok?adne zerowanie wa?u. Jako?? przetwarzania kawa?ków. Chio i in. opracowa? zestaw aplikacji opartych na j?zyku C++, które mog? konwertowa? pliki graficzne CAD na kod NC, umo?liwiaj?c automatyczne programowanie detali o przekroju prostok?tnym i czteroskrzyd?owym. Program zosta? z powodzeniem zastosowany w 5-osiowym centrum obróbczym. Kim i in. przeprowadzi? eksperymenty z frezowaniem i obróbk? frezarsk? wspomagan? nagrzewaniem laserowym na materiale SM45C. W porównaniu z konwencjonaln? obróbk? tokarsk? i frezarsk? drgania narz?dzia podczas skrawania zosta?y zredukowane i ci?te. Proces ci?cia jest bardziej stabilny, si?y osiowe i promieniowe elementu o przekroju prostok?tnym s? zmniejszone odpowiednio o 10,4% i 13,5%, a element o przekroju czterolistnym jest osiowy. Si?a i si?y promieniowe zosta?y zmniejszone odpowiednio o 10.6% i 8.9%. Chropowato?? powierzchni Ra przekroju prostok?tnego i elementu czterolistkowego zosta?a zmniejszona odpowiednio o 39.9% i 37.1%. Cha i wsp. wykorzystali metod? Taguchiego do optymalizacji parametrów obróbki toczenia i frezowania ceramiki z azotku krzemu wspomaganej nagrzewaniem laserowym. Wyniki wykaza?y, ?e istotny wp?yw na chropowato?? powierzchni mia?a g??boko?? ci?cia, moc lasera i pr?dko?? skrawania. Proces frezowania i frezowania wspomagany nagrzewaniem laserowym ma pewne zalety w zakresie zmniejszenia si?y skrawania, wyd?u?enia ?ywotno?ci narz?dzia i poprawy wydajno?ci obróbki. Jednak nadal istnieje wiele niedoci?gni?? w stabilno?ci obrabiarki i b??dach kszta?tu obróbki i nadal potrzebne s? dalsze badania i ulepszenia. 2.6 Inne metody obróbki pomocniczego ci?cia laserowego Nagrzewanie wspomagane laserem mo?e by? równie? stosowane do innych metod obróbki, takich jak struganie, polerowanie, toczenie i wykańczanie. Chang i in. odkryli, ?e gdy ogrzewanie laserowe pomaga w struganiu ceramiki z tlenku glinu, si?a osiowa jest zmniejszona o 20%, a si?a promieniowa o 22% w porównaniu do strugania konwencjonalnego. Stopień Ra jest zmniejszony o ponad 50%, a integralno?? powierzchni jest lepsza. Tian i in. przeprowadzi?a testy polerowania wspomaganego nagrzewaniem laserowym na materia?ach AISI4140 i MP35N. Wyniki pokazuj?, ?e zu?ycie narz?dzia jest znacznie zmniejszone, a integralno?? powierzchni obróbki jest lepsza ni? w przypadku konwencjonalnego procesu polerowania, ale pozosta?o?ci powierzchni s? lepsze. Wzros?y napr??enia. W przypadku ?ciernicy o wysokiej twardo?ci, trudno?ci w obci?ganiu, niskiej wydajno?ci przycinania, Zhang i wsp. przeprowadzili eksperyment przycinania przy toczeniu wspomaganym ogrzewaniem laserowym na ?ciernicy CBN o spoiwie metalowym. W porównaniu z tradycyjn? metod? obci?gania za pomoc? narz?dzia diamentowego, ogrzewanie laserowe pomog?o w zapewnieniu jako?ci obci?gania. Toczenie i obci?ganie mo?e znacznie skróci? czas obci?gania, poprawi? wydajno?? obci?gania i wyd?u?y? ?ywotno?? narz?dzia do obci?gania. Podsumowuj?c, toczenie, frezowanie, wiercenie, szlifowanie i inne metody obróbki wspomagane ogrzewaniem laserowym maj? oczywiste zalety w porównaniu z konwencjonaln? obróbk? w zakresie redukcji si?a ci?cia, poprawa trwa?o?ci narz?dzia, poprawa jako?ci obróbki i oszcz?dno?? kosztów, ale w nagrzewaniu laserowym. Istniej? pewne braki w badaniach nad pomocniczym procesem ci?cia, mechanizmem zu?ycia narz?dzi itp. Technologia obróbki pomocniczej nagrzewania laserowego nadal ma wiele do zrobienia.3 Post?p badań symulacji ci?cia wspomaganego nagrzewaniem laserowym 3.1 Badanie symulacji pola temperaturyW pomocniczym nagrzewaniu laserowym obróbka skrawaniem, temperatura i rozk?ad strefy skrawania s? jednymi z kluczowych czynników wp?ywaj?cych na trwa?o?? narz?dzia i jako?? obróbki. Nadmiernie wysokie temperatury w strefie skrawania mog? powodowa? termiczne uszkodzenia materia?u lub zu?ycie narz?dzia, wp?ywaj?c na jako?? obrabianej powierzchni, a zbyt niska temperatura mo?e os?abia? efekt nagrzewania wspomaganego laserem. Metoda symulacji pola temperatury mo?e bardziej intuicyjnie i dok?adniej odzwierciedla? rzeczywisty rozk?ad pola temperatury ci?cia. Dzi?ki ustaleniu modelu symulacji pola temperatury przy ró?nych parametrach procesu, przewidywaniu optymalnego zakresu temperatury usuwania materia?u i optymalizacji parametrów przetwarzania mo?na znacznie zaoszcz?dzi? rzeczywisty koszt pomiaru. W dziedzinie badań symulacyjnych pola temperatury wiele obecnie stosowanych metod symulacji numerycznych obejmuje metod? elementów skończonych, metod? obj?to?ci skończonych itp. Cha i in. ustanowili trójwymiarowy model pola temperatury nieustalonej ceramiki z azotku krzemu do wspomaganego nagrzewaniem laserowym frezowania i obróbki metod? elementów skończonych. Symulowany i zmierzony ?redni b??d temperatury przy ró?nym nagrzewaniu mocy lasera wynosi 1,5% ~ 6,2%. Roostaei i in. ustanowiono trójwymiarowy model elementów skończonych pola temperatury ceramiki topionej krzemionki (SCFS) i porównano wyniki symulacji z wynikami pomiarów pirometru. Gdy czas nagrzewania wynosi od 25 s do 43 s, oba s? w zasadzie spójne. . Gdy czas nagrzewania jest krótszy ni? 25 s lub wi?kszy ni? 43 s, b??d mi?dzy tymi dwoma wzrasta, a maksymalny b??d temperatury wynosi 40 K. Kim i in. przeprowadzi?a symulacj? elementów skończonych i badania eksperymentalne pola temperatury obróbki tokarsko-frezarskiej wspomaganej nagrzewaniem laserowym SM45C. Wyniki wykaza?y, ?e SM45C mia? prostok?tne odci?cie. B??d przewidywania ?redniej temperatury nagrzewania powierzchni i przekroju czterolistnej koniczyny wynosi? odpowiednio 8,7% i 6,4%. Efektywne g??boko?ci i szeroko?ci elementów o prostok?tnych przekrojach wynosi?y odpowiednio 0,34 mm i 2,26 mm, a efektywne g??boko?ci i szeroko?ci elementów czteroskrzyd?owych odpowiednio 0,45 mm i 2,89 mm. Rozzi i wsp. badali pole temperatury laserowego toczenia ceramiki z azotku krzemu metod? obj?to?ci skończonych i analizowa?a wp?yw strumienia ciep?a lasera, konwekcji powierzchniowej, przewodzenia ciep?a i promieniowania cieplnego na temperatur? powierzchni oraz symulowa?a ró?ne parametry skrawania. Rozk?ad pola temperatury pod parametrami lasera i wyniki symulacji pola temperatury s? zasadniczo zgodne z wynikami eksperymentalnymi. Ponadto Zhang i wsp. opracowali quasi-stacjonarny model wymiany ciep?a dla wspomaganego ciep?em laserowego ci?cia ceramiki z tlenku glinu metod? ró?nic skończonych i przeprowadzili symulacj? wp?ywu ró?nej mocy lasera, szybko?ci skanowania laserowego i promienia plamki lasera na rozk?ad pola temperatury. Badania wykaza?y, ?e zastosowanie mniejszej szybko?ci skanowania laserowego, wi?kszej mocy lasera i mniejszego promienia plamki laserowej sprzyja bardziej zmi?kczeniu materia?u w strefie ci?cia, a tym samym osi?gni?ciu idealnej g??boko?ci ci?cia. Kashani i in. opracowa? model numeryczny pola temperatury wspomaganego nagrzewaniem laserowym ci?cia stali w?glowej metod? analityczn?. Do pomiaru rozk?adu pola temperatury przedmiotu obrabianego wykorzystano pirometr. B??d mi?dzy wynikami symulacji a wynikami pomiarów mie?ci? si? w granicach 10%. Chang i in. zastosowa? siatkow? metod? Boltzmanna (LBM) do pola temperatury laserowego wspomaganego cieplnie ci?cia ceramiki z tlenku glinu, a otrzymany rozk?ad pola temperatury by? zgodny z wynikami eksperymentalnymi. uzyska? napr??enia skrawania, odkszta?cenia, temperatur? i inne zmienne fizyczne, w celu zmniejszenia uszkodzeń powierzchni skrawaj?cej i stworzenia podstawy do optymalizacji parametrów obróbki. Metody stosowane do symulacji procesu skrawania obejmuj? metod? elementów skończonych, metod? elementów dyskretnych oraz metod? dynamiki p?ynów cz?stek g?adkich.Tian et al. wykorzysta? metod? elementów skończonych do symulacji procesu obróbki laserowej i pomocniczej ceramiki z azotku krzemu. Wyniki pokazuj?, ?e pod dzia?aniem obci??enia skrystalizowana faza szk?a b?dzie generowa? mikrop?kni?cia i mikrop?kni?cia b?d? si? rozszerza?. W końcu w strefie ?cinania powstaje makroskopowe p?kni?cie i nast?puje po?lizg, który generuje nieci?g?e wióry. Symulowana grubo?? chipa wynosi oko?o 15 μm, czyli nieco mniej ni? wynik eksperymentalny. B??d si?y skrawania wynosi od 10% do 15%. Symulowana warto?? powierzchniowego napr??enia szcz?tkowego jest w zasadzie zgodna z warto?ci? eksperymentaln?, co ?wiadczy o skuteczno?ci modelu symulacyjnego. Liu i wsp. przeprowadzili symulacj? metod? elementów skończonych procesu frezowania wspomaganego nagrzewaniem laserowym materia?ów Ti6Al4V. Na podstawie modelu pola temperatury dodano model frezowania metod? sekwencyjnego sprz??enia termicznego i uzyskano prawo zmienno?ci si?y skrawania oraz rozk?ad pola temperatury narz?dzia. B??d pomi?dzy symulowanymi a eksperymentalnymi warto?ciami si?y skrawania wyniós? 11,8%.Shen et al. zastosowa? metod? elementów dyskretnych (DEM) do symulacji procesu wspomaganego nagrzewaniem laserowym frezowania ceramiki z azotku krzemu. Zdyspergowane skupiska cz?stek reprezentuj? struktur? materia?ów ceramicznych z azotku krzemu, a p?kni?cie jednostki wi???cej zosta?o wykorzystane do symulacji procesu przetwarzania. Powstawanie i rozszerzanie si? p?kni??. Poprzez porównanie wyników symulacji i eksperymentów stwierdzono, ?e zastosowanie metody DEM do symulacji procesu skrawania pozwala przewidzie? uszkodzenia podpowierzchniowe materia?ów w ró?nych warunkach obróbki; mechanizm usuwania materia?u ceramicznego to g?ównie kruche p?kanie; im wi?ksza g??boko?? skrawania, tym wi?ksza si?a skrawania narz?dzia. Im bardziej rozdrobniony jest obrabiany przedmiot, tym wi?kszy wp?yw na powstawanie i propagacj? p?kni?? ma si?a skrawania. Balbaa i in. zastosowali metod? hydrodynamiki g?adkich cz?stek (SPH) do symulacji procesu ci?cia materia?u Inconel 718. Stwierdzono, ?e efekt zmi?kczania czo?a narz?dzia przez nagrzewanie laserowe jest g?ównym czynnikiem powoduj?cym napr??enia szcz?tkowe. Ci?cie wspomagane nagrzewaniem laserowym wytwarza g?ównie powierzchni? wzd?u? kierunku ci?cia. Szcz?tkowe napr??enie rozci?gaj?ce, podczas gdy konwencjonalne ci?cie wytwarza g?ównie szcz?tkowe napr??enie ?ciskaj?ce powierzchni. Ponadto Nasr i in. zastosowa? metod? elementów skończonych. Podobne wnioski uzyskano, gdy stal AISI 4340 zosta?a poddana badaniu symulacyjnemu procesu ci?cia.4 Podsumowanie W niniejszym artykule dokonano przegl?du najnowszych post?pów w dziedzinie technologii ci?cia wspomaganego nagrzewaniem laserowym w ostatnich latach. Je?li chodzi o metody przetwarzania, laserowe ogrzewanie pomocnicze toczenie, frezowanie, wiercenie, szlifowanie i inne technologie nadal si? rozwijaj? i wprowadzaj? innowacje, zmniejszaj?c si?y skrawania, poprawiaj?c jako?? obróbki i poprawiaj?c wydajno?? przetwarzania. Rozwi?zywanie problemów z ceramik? in?yniersk?, materia?ami kompozytowymi, stopami ?aroodpornymi, tytanem Obróbka materia?ów trudnoobrabialnych, takich jak stopy, stanowi op?acaln? metod?. Poprzez badanie symulacyjne pola temperatury i procesu skrawania mo?na zrealizowa? przewidywanie optymalnego zakresu temperatury usuwania materia?u oraz optymalizacj? parametrów obróbki, stanowi?c podstaw? do rzeczywistej obróbki. Chocia? technologia ci?cia wspomaganego nagrzewaniem laserowym osi?gn??a szereg wyników badań, nadal istniej? pewne problemy zwi?zane z mechanizmem przetwarzania, technologi? przetwarzania i zastosowaniami przemys?owymi. W zwi?zku z tendencj? rozwojow? w kraju i za granic? do wykonania s? jeszcze nast?puj?ce prace badawcze: (1) Wzmocnienie badań nad warunkami przetwarzania i mechanizmem usuwania materia?ów trudnoobrabialnych oraz rozwi?zanie problemów takich jak klej zu?ycie narz?dzi, trudno?ci w oddzieleniu narz?dzia od wiórów, ch?odzenie narz?dzia itp., które mog? wyst?pi? podczas procesu pomocniczego ci?cia laserowego. (2) Wzmocnij badanie symulacji pomocniczego ci?cia laserowego, ustal dok?adne i szybkie model symulacji pola temperatury i procesu ci?cia oraz poprawi? szybko?? i dok?adno?? modelu symulacyjnego. Zoptymalizuj parametry lasera, parametry ci?cia i inne parametry procesu, stwórz idealn? baz? danych do ci?cia pomocniczego do ogrzewania laserowego, zapewnij teoretyczn? podstaw? rozs?dnego wyboru parametrów przetwarzania. (3) Wzmocnij badania nad uprzemys?owionym systemem ci?cia pomocniczego do ogrzewania laserowego, popraw produkcj? R&D i wspieraj?ce mo?liwo?ci pomocniczego systemu ci?cia laserowego oraz popraw? integracji, stabilno?ci i dok?adno?ci pomocniczego systemu ci?cia laserowego w celu promowania lasera Rzeczywiste zastosowanie technologii ci?cia wspomaganego ogrzewaniem. Dzi?ki ci?g?emu rozwojowi technologii laserowej, technologii obróbki ci?cia i technologia materia?owa, technologia obróbki pomocniczego ci?cia laserowego b?dzie mia?a szersz? perspektyw? rozwoju w obszarach obróbki materia?ów trudnych, mikroobróbki i innych dziedzinach.
?ród?o: Carbide Meeyou