Laserové obrábění obtížně řezných materiálů: Výzkumné příležitosti a budoucí směry - komplexní přehled

 Abstraktní

  Vysokopevnostní slitiny, jako je nikl a titan, a pokročilé inženýrské materiály, jako je keramika, kompozity, se vyvíjejí a používají v leteckém, automobilovém, zdravotnickém a jaderném průmyslu díky vlastním fyzikálně-mechanickým vlastnostem. Přeměna těchto nových materiálů na strojírenské výrobky je vždy spojena s obráběním. Vlastnosti obrobitelnosti, jako je vyšší řezná síla, vyšší řezná teplota, špatná povrchová celistvost a kratší životnost nástroje, spojená s těmito materiály, představují pro výzkumníky řadu výzev, a tudíž považují za obtížné řezat materiály. Konvenční metody obrábění těchto materiálů jsou nehospodárné. V posledních dnech bylo provedeno mnoho pokusů, aby se zlepšila obrobitelnost těchto materiálů účinněji pomocí vnějšího energetického obrábění. Mezi různými externími způsoby obrábění pomocí energie obráběla laserová obrábění (LAM) pozornost výzkumníků v oblasti řezání kovů a v posledních letech se uskutečnil jen málo výzkumů. Cílem tohoto článku je přezkoumat a shrnout potenciální využití LAM pro těžko řezné materiály, současný pokrok, výhody a výzvy při obrábění laserem. Kromě toho se neprovádí optimalizační rámec pro studium vlivu parametrů laseru a parametrů procesu obrábění na výkonnost obrábění, který je použitelný pro průmyslové procesy. Závěrem je, že pro experimentální modelování a empirické techniky je zapotřebí vytvořit modely založené na predikci, které dávají dobrý dohodu se spolehlivými experimenty, při vysvětlení vlivů mnoha parametrů na obrábění těchto těžko řezných materiálů.

1. Úvod

  V posledních desetiletích jsou vyvíjeny pokročilé materiály, jako jsou slitiny na bázi titanu a niklu, slitiny železa, keramika, kompozity a slitiny kobaltu a chrómu pro aplikace s vysokou pevností a odolností proti teplu, které zahrnují automobilový, letecký, jaderný, zdravotnický a elektronický průmysl [1 , 10].

  Tyto materiály jsou charakterizovány vynikajícím poměrem pevnosti k hmotnosti, silnou odolností proti korozi a schopností udržovat vysokou pevnost při vysoké teplotě. Všechny tyto materiály mají vynikající pevnost a houževnatost oproti konvenčním technickým materiálům. Aplikace těchto materiálů však v současné době neustále rostou, protože to činí polovinu konečných nákladů výrobku na konverzi konečné složky [1, 2]. To je způsobeno nízkou řeznou rychlostí, menší hloubkou řezu v důsledku nadměrného opotřebení nástroje. Proto se tyto materiály považují za obtížně řezané materiály. Během obrábění se vyskytuje mnoho problémů, jako je nadměrná tvorba tepla v oblasti řezání a vysoké tření mezi rozhraním nástrojového čipu, tendence ke vzniku BUE a katastrofické selhání ostří [3,4,5]. To může mít významný vliv na výkonnost procesu obrábění, jako je špatná obrobitelnost, vysoké náklady na obrábění a nízká produktivita. Vzhledem k vlastnostem obtížně řezného materiálu se konvenční obráběcí metody, jako je frézování nebo soustružení, ukázaly jako neúčinné. V současnosti se na tyto materiály používá řada inovativních obráběcích procesů, jako je brusné obrábění, laserové obrábění, obrábění elektrickým výbojem, chemické obrábění, metody tepelného zpracování, jako je laserové obrábění, plazmové obrábění. Mezi mnoha přístupy, které se stále častěji využívají u obtížně zpracovatelných materiálů, je laserové obrábění (LAM) díky vyšším výhodám, podstatnému růstu technologie a komerční životaschopnosti.

  V tomto kontextu tento dokument zdůrazňuje současný pokrok a výzvy v LAM v souvislosti s účinkem parametrů laseru a parametrů obrábění na efektivitu procesu těžko řezných materiálů.

2.Laser Assisted Machining - přehled

  Laserové obrábění je hybridní metoda, která využívá vysoce výkonný laser k místnímu ohřevu obrobku před odstraněním materiálu tradičním řezným nástrojem. Při zvýšených teplotách klesá mez kluzu křehkého materiálu pod úroveň pevnosti lomu, která mění chování deformace materiálu z křehkého na tvárný. Také při zvýšených teplotách klesá mez kluzu silného, ​​tvárného materiálu, což snižuje řezné síly a opotřebení nástrojů a zlepšuje kvalitu povrchu [6]. Obrázek 1 ukazuje schéma laserového obrábění.

  Dva hlavní zdroje laseru jsou široce používány v experimentech LAM jsou CO2 laser a Nd: YAG laser. Ta druhá, která má kratší vlnovou délku, má lepší absorpci. CO2 laser je méně přínosný pro většinu těžko řezných materiálů, jako je Inconel, kalená ocel a kompozitní materiály, ve srovnání s Nd: YAG kvůli nízké absorpci laserové energie [7,8,9]. Většina výzkumu byla zaměřena na přínos LAM a řešila výzvy v konvenčním obrábění. Výsledky obrábění LAM však závisí na parametrech obráběcích procesů a parametrech laseru. Hlavní provozní parametry laserového obrábění jsou: Výkon laseru, bodový průměr laserového paprsku, rychlost řezání, rychlost posuvu a hloubka řezu. Optimální nastavení pro LAM je obtížné díky mnoha parametrům kontroly a jejich interakcím. Kromě toho je zapotřebí statistické studie založené na návrhu experimentů, která by zkoumala vliv optimálního parametru LAM a jejich zveřejnění nebylo v jejich interakcích.

3.Výsledky parametrů laseru a parametrů obrábění na obtížně zpracovatelných materiálech

  Nedávno společnost LAM identifikovala důležitou oblast výzkumu a aplikovala na mnoho materiálů s vysokou pevností a vysokou tvrdostí. Pro dosažení maximálních výhod LAM je třeba porozumět interakčnímu efektu parametrů laserového procesu na různých materiálech obrobku a optimálním úrovním pro dosažení nižší řezné síly, nízkých obráběcích nákladů a kvality povrchu [7]. Teplota povrchu obrobku, rychlost řezání, rychlost posuvu, hloubka řezu, průměr lasera, vzdálenost vedení laserového nástroje, ohnisková vzdálenost hrají významnou roli v procesu LAM, aby se předešlo poškození povrchu a předčasnému selhání řezných nástrojů. V této části jsou revidovány parametry laserového efektu spolu s parametry obrábění na různých obtížně řezaných materiálech.

  3.1Titanové slitiny

  Titanové slitiny jsou atraktivními materiály v leteckém, automobilovém, biomedicínském, jaderném a plynárenském průmyslu díky svým vynikajícím fyzikálně-mechanickým vlastnostem, jako je vynikající poměr pevnosti k hmotnosti, silná odolnost proti korozi a schopnost udržet vysokou pevnost při vysoké teplotě [10,11 , 12]. Tyto vlastnosti společně s nízkým modulem pružnosti, nízkou tepelnou vodivostí, vysokou pevností a tvrdostí při zvýšené teplotě a chemickou reaktivitou s řeznými nástroji činí obrobení tohoto materiálu velmi obtížným, což vede k kratší životnosti nástroje [10]. Nižší řezná rychlost a kratší životnost nástroje, což vede k vyšším nákladům na obrábění těchto slitin [11]. Některé výzkumné pokusy byly provedeny k analýze obrábění pomocí suchého, kryogenně asistovaného obrábění pro zvýšení řezné rychlosti a životnosti nástroje. Studie ukazují, že kryogenní asistované obrábění poskytuje podstatné zlepšení životnosti nástroje oproti suchému obrábění [12]. Kombinace nízké dodávky / vysoká hloubka řezu zlepšuje životnost nástroje o 6krát v porovnání s vysokým přísuvem / nízkou hloubkou řezu při konstantní rychlosti řezání 125 m / min při použití kapalného dusíku jako chladiva [13,14]. Díky podstatnému nárůstu laserového obrábění je řešeno zlepšení mechanické opracovatelnosti titanu [7,8]. Při vyšší řezné rychlosti způsobila LAM kratší životnost nástroje v důsledku difuzního opotřebení při teplotě 250 ° C při vyjímání materiálu v porovnání s běžným obráběním [15]. Nicméně LAM má pro tyto slitiny výhodu prostřednictvím hybridního obrábění, tj. LAM v kryogenním obrábění [15] a vykazuje maximální životnost nástroje, pokud jde o MRR v důsledku nižší teploty rozhraní nástrojového čipu, nižší tření mezi řezným nástrojem a obrobkem. Bylo zjištěno, že karbidové řezné vložky s povlakem z TiAlN poskytují celkovou úsporu životnosti nástroje během LAM a hybridního obrábění [15].

  Další výzkum byl věnován výhodám nelepených karbidových řezných vložek s kryogenními chladícími kapalinami pro zkoumání životnosti nástroje a mechanismu opotřebení při otáčení Ti-6Al-4V při vysoké rychlosti (125 m / min). Výsledek odhaluje, že opracování s chladícími kapalinami výrazně zlepšuje životnost nástroje o 235% ve srovnání s LAM samotným a bylo zjištěno, že chladivo potlačuje adhezi, difúzní opotřebení, které výrazně zlepšuje životnost nástroje [16]. Výzkumníci se však soustředili na potenciál LAM v průmyslových aplikacích kritickou analýzou vlivu laserového paprsku na řeznou sílu a teplotu řezu, což mělo za následek výrazné snížení řezné síly (15%) [17]. Bylo zjištěno, že se zvyšováním intenzity laseru (mezi 1200 W až 1600 W a velikostí místa laserového paprsku 2 až 3 mm) dochází při řezné rychlosti 25 až 125 m / min a také kratší životnost nástroje při řezné rychlosti> 150 m / min. Studie morfologie čipů na LAM odhaluje, že tvorba čipů silně závisí na řezné rychlosti a výkonu laseru [18]. Bylo zjištěno, že při konstantní energii laseru dochází ke změně z pilového zubu na trvalý čip a zpět na pilový zub při vyšší řezné rychlosti.

Tabulka 1 shrnuje nejnovější výzkumy v laserovém obrábění slitin titanu.

  3.2 Slitiny na bázi niklu

  Slitiny na bázi niklu, jako jsou Inconel, Hastelloys, Waspaloys a Udimet, jsou dalším atraktivním materiálem oproti slitinám titanu používaným v leteckém a jaderném průmyslu, jako jsou plynové turbíny, proudové motory a tahové nádrže díky chemickým a mechanickým vlastnostem při zvýšené teplotě [10]. Kvůli vysoké teplotě v oblasti řezání na 1200 ° C, chemické

Tabulka 1 Souhrn laserového obrábění slitin titanu

reaktivita s většinou řezných nástrojů a přítomnost tvrdých abrazivních částic, jako je TiC, CrC, MoC, v mikrostruktuře, která ztěžuje obrábění těchto slitin a podporuje abrazivní opotřebení. To má za následek nízkou řeznou rychlost, kratší životnost nástroje, špatnou kvalitu povrchu a tím i vysoké náklady na obrábění [19,20].

  V posledních letech byla LAM použita ke zlepšení obrobitelnosti slitin na bázi niklu. Vzhledem k tomu, že tvrdost Inconelu rychle zeslátila nad 600˚C -700˚C, a proto teplota odebírání materiálu (Tmr) materiálu obrobku nemusí být na rozdíl od keramiky LAM zvýšena. Kvůli nízké absorpci na kovy byl v Inconel 718 v raných stádiích použit vysoce výkonný laser [19]. Anderson a kol. Uvedli, že rychlost absorpce na Inconel 718 může být zlepšena pomocí grafitového lepidla na povrchu pro laser CO2 a výsledky jsou prokázány. Použitý povlak však nemůže být udržován při vysokých teplotách a více laserových jednotek se současně používá na povrchu nezapáleného povrchu a zkosení, aby se zlepšila obrobitelnost [20]. Vysoká výkonová laserová energie, malý průměr laserového paprsku, menší posuv a větší čas předehřívání by mohly vést k požadované Tmr na obrobku [21]. Na druhou stranu, spolu s Tmr, posuv má nejvyšší vliv na konkrétní řeznou energii. Jak laserová energie ohřívá povrch materiálu na 540 ° C pro Inconel 718 [20] a mezi 300-400 ° C u Waspaloy [23], průměrné opotřebení boku a opotřebení zářezu se snížily s rostoucí rychlostí od 60 m / min do 180 m / min pro Inconel 718 a pro Waspaloy.

  Integrita obráběného povrchu (drsnost, povrchové / podpovrchové poškození, zbytkové napětí, mikrotvrdost), zejména drsnost povrchu, je mírně zlepšena použitím keramických vložek v LAM nad běžným obráběním [22]. Byla experimentována srovnávací analýza keramických a karbidových vložek pomocí LAM, která vyústila v to, že životnost nenatíraných karbidových vložek je méně v porovnání s běžným obráběním [22]. Další experimenty prováděné se Sailonovým řezným nástrojem a hlášení, že drsnost povrchu se zlepšila o 25% u keramického nástroje, který přinesl příznivý výsledek navzdory předchozímu výzkumu spojenému se špatnou kvalitou povrchu [21]. Navíc, LAM produkoval pozoruhodný nárůst rychlosti odstraňování materiálu. Sailon keramický nástroj prokázal 800% nárůst rychlosti odstraňování materiálu a 50% lepší životnost nástroje oproti klasickému obrábění. Tabulka 2 shrnuje nejnovější výzkumy v laserovém obrábění slitin na bázi niklu.

Tabulka 2 Souhrn laserového zpracování obrábění superzliatin na bázi niklu

  3.3Keramika

  Pokročilá strukturní keramika, jako je mullit, oxid zirkoničitý, oxid hlinitý a nitrid křemíku, je díky svým tlakovým vlastnostem označen jako další atraktivní materiál [24,26,27,28]. Díky své nízké hustotě, vynikající odolnosti proti opotřebení a vysoké tepelné pevnosti se obvykle používají při výrobě kritických komponentů v automobilovém a leteckém průmyslu. Většina předchozích výzkumů LAM byla provedena na tomto materiálu kvůli jejich tvrdosti a křehnutí [24, 25]. Bylo zjištěno, že řezný nástroj PCBN vykazuje delší nástroj (například 121 min), když LAM na zirkonu při Tmr 900 ˚C -1100˚C [27] a karbidová vložka byla použita pro LAM na aluminu při 850˚C [ 29] a mulit (například 44 min) [28]. Tři dominantní mechanismy opotřebení, jako je oděru, přilnavost a difúze, jsou přiřazeny k opotřebení nástrojů a silně závisí na teplotě odebírání materiálu [27]. Proto je nutné hledat optimální teplotu pro odstranění materiálu pro delší životnost nástroje [26]. Nicméně nalezení optimálního Tmr je obtížné kvůli složitosti parametrů ovlivňování a jejich vzájemným interakcím.

  Řezná síla a specifická řezná energie se při zvýšení LAM na keramice s nárůstem povrchové teploty s laserovou energií snižují, ale významně neovlivňují vzdálenost laserového nástroje [25,27,28]. Vliv řezné rychlosti na řeznou sílu je nevýznamný, ale jinak rychlost posuvu [28,29]. Poměr síly, jako je síla posuvu / řezná síla, se snižuje u zirkonia [28] a mulitu [29] vedla k vyššímu Tmr, což svědčí o důkazu významného změkčení obrobku v blízkosti řezné zóny a kvazisplastické deformace. Je patrné, že rychlost řezání má nejvýznamnější vliv na drsnost povrchu, po níž následuje posuv a hloubka řezu [30].

  Při zkoumání morfologie čipu bylo zjištěno, že teplota při odstraňování materiálu a poměr síly (Ff / Fc <1) hraje klíčovou roli při tvorbě čipů ve srovnání s jinými parametry [25,26]. Pro teplotu obrobku v rozmezí 1260˚C-1410˚C, na základě šetření SEM získaného čipu, [25] zjistila, že plastická deformace nitridu křemíku v smykové zóně pokračovala zvýšená pohyblivost tyče- jako je křemíková zrna, která je usnadněna snížením viskozity mezikrystalické sklovité fáze při vyšší teplotě.

  Pro mullit Patrick vyvinul experiment s dvojitým rampovým laserem, který zabránil tepelnému zlomení obrobku z důvodu nízké tepelné difuzivity, lomové houževnatosti a pevnosti v tahu porézního materiálu ve srovnání s nitridem křemíku [28] a odvozený ze tří různých (Ff / Fc> 1) a provozní provozní teplotní okénko 800 ° C až 1000 ° C k trvalému vytváření třísek pro (Ff / Fc <1) a provozní teplotní teplotní okno větší než 1300˚C. Toto označení není pozorováno při LAM na zirkoni [28], ale plastická deformace nastává během tvorby čipu spolu s křehkou zlomeninou. Drsnost povrchu není citlivost na teplotu při odstraňování materiálu během LAM nitridu křemíku [25], ale závisí na velikosti a rozložení zrna nitridu křemíku a na zirkonie [25,27]. Místní praskliny jsou prezentovány v procesech s předcházejícím materiálem ohroženými zónami a zůstávají v podpovrchu, jestliže jejich tloušťka trhliny je větší než hloubka střihu [27]. Proto je nutné regulovat teplotu při odstraňování materiálu tak, aby vznikl během LAM povrch bez trhlin. Tabulka 3 shrnuje nejnovější výzkumy v laserovém obrábění keramiky.

3.4Ferrové slitiny

  Nízkohlíkové tvárné ocelové materiály, nerezová ocel a tvrzená ocel byly zařazeny do těžko zpracovatelského materiálu na bázi železa a našly uplatnění v automobilovém průmyslu, jako jsou ozubená kola, hřídele kliky a bloky motorů [10]. Obrábění těchto automobilových dílů však představuje velký problém v důsledku vysoké tvrdosti a lomové houževnatosti s tradiční obráběcí technologií [31]. Koncept techniky tvrdého soustružení je uváděn pro tyto oceli, jejichž tvrdost je vyšší než 45 HRC. Tato technika eliminuje sekundární proces, například broušení a tepelné zpracování, které přispívají až 60-90% konečných nákladů na obrobený výrobek [33]. Experimentální šetření pomocí LAM však bylo provedeno na oceli AISI D2 [31], zhutněném grafitovém železa [32], oceli AISI 4130 [33], vysoké chromové litině [34] a oceli XC42 [35] snížit celkové náklady na obrábění a zvýšit produktivitu výměnou broušení a tvrdým soustružením.

Tabulka 3 Souhrn laserového obrábění keramiky

  Je zřejmé, že vzdálenost laserového nástroje má nejvýznamnější vliv na řeznou sílu během obrábění tvrzené oceli XC42 než běžné řezací metody s největším snížením o 65% pro radiální řeznou sílu a 85% pro sílu posuvu [35 ]. Výsledky experimentů potvrdily, že vzdálenost laserových nástrojů je rozhodujícím faktorem při úspěšném obrábění laserovým obráběním [34]. Důvodem je to, že teplota na povrchu klesá, jak se vzdálenost mezi laserem a řezným nástrojem zvětšuje a trvá více času, aby se teplo rozptýlilo do obrobku.

  U LAM oceli AISI D2 je snížena nejen velikost přítlačné síly, ale i zmenšení amplitudy řezné síly je sníženo, což je způsobeno větší redukcí vibrací stroje. Důvodem je delší trvání vytápění a distribuce laserového paprsku [31]. Teplota předehřátí, když LAM zhutněného grafitu je nejvýrazněji ovlivněna výkonem a posuvem laseru [33]. Zjistili jsme, že s pomocí laserového tepla se snižuje opotřebení boků a katastrofické selhání karbidových nástrojů a zlepšuje životnost nástroje až o 100% u LAM z oceli D2 [31], protože změkčuje obrobek přibližně o 300 ° C-400˚C pro tloušťku netříděného třísky 0,05mm a stabilní BUE, která chrání břit během LAM. Životnost nástroje při obrábění kompaktního grafitového železa je však významně ovlivněna rychlostí posuvu [32]. V LAM z tvrzených ocelí se zbytková napětí stávají kompresivnějšími a hloubka pronikání stresu se zmenšuje ve srovnání s konvenčním dělením [33]. Na rozdíl od titanové slitiny se morfologie čipů změní z čipu zubního pila na kontinuální třísek při LAM ocelové oceli D2 kvůli vyšší povrchové teplotě [31]. Tvorba pilového zubu v obrábění je jednou z primárních příčin roztřesení a zjistilo se, že předehřev obrobku v LAM vede k dramatickému snížení amplitudové vibrace a chvění [31,32]. Tabulka 4 shrnuje poslední výzkumy v laserovém obrábění slitin železa.

Tabulka 4 Souhrn laserového zpracování Obrábění železných slitin

  3.5 Kompozitní

  Kompozity jsou nehomogenní povahy, které se obvykle tvoří dispergací částic, vláken a vláken v matrici. Začlenění tvrdých zpevňujících částic / vláken zvyšuje vlastnosti, jako je lepidlo, abrazivní, difúzní odolnost proti opotřebení, tepelné vlastnosti, tvrdost a tuhost. Zásadní výzvou pro obrábění těchto kompozitů je nadměrné opotřebení nástroje a následné poškození obrobku. Špatná obrobitelnost je způsobena vytahováním vláken, delaminací, netříděnými vlákny, vysokou rozměrovou odchylkou a vysokou drsností povrchu [10].

  Změkčení hliníkové matrice energií laseru, která se stává měkčím a plastičtější, vede k výraznému snížení složek síly ve srovnání s běžným obráběním. Na základě mikroskopické analýzy Wang [36] vyvodil, že změkčená matrice je snadno vytlačena z obrobeného povrchu, zatímco částice Al2O3 jsou vytlačovány z obráběného povrchu, což vede k vyšší koncentraci (37%) částic A1203 v povrchu vrstvy zvyšují odolnost obráběného povrchu proti opotřebení. Výsledkem je lepší povrchová úprava a delší životnost nástroje. Vyšší kompresní zbytkové napětí (3x větší než běžné obrábění) se uvádí u LAM. Nicméně, Barnes a kol., Zkoumali vliv obrábění za tepla (200-400 ° C) MMC Al / SiCp / 18P a zjistili zvýšený životnost nástroje díky vybudovaným okrajům při nízké rychlosti řezu [37]. Při vyšší teplotě pracovního kusu vykazuje kompozitní tyč kratší životnost nástroje než běžné obrábění.

  Další studie o částicových MMC (Al / SiCp / 20) byla provedena za účelem studovaného účinku teploty obrobku spolu s různým rozsahem řezné rychlosti (při nižší i vyšší řezné rychlosti) a výsledky ukazují, že drsnost povrchu (37% (40% při 150-200m / min ve srovnání s 57% při 50-100m / min) a hloubka poškození závisí na rychlosti řezání oproti běžnému obrábění tím, že definuje kritéria drsnosti povrchu jako 2 μm [3]. Účinnost teploty obrobku na poškození podzemního povrchu je relativně nezávislá kvůli malému rozsahu Ft / Fc. Nicméně LAM na Al / Al2O3 / 60f ukazuje, že pozorovatelné poškození, pokud jde o vytahování vláken, klesá s rostoucí teplotou při odstraňování materiálu. Rychlost posuvu má negativní vliv na životnost nástroje a drsnost povrchu spolu s teplotou při odstraňování materiálu 300˚C [39]. Tabulka 5 shrnuje nejnovější výzkumy v laserovém obrábění kompozitů.

Tabulka 5 Přehled laserového obrábění kompozitů

  3.6Materiály nástrojů, které se používají v obtížně zpracovatelných materiálech

  Vlastní výzva při obrábění těchto obtížně zpracovatelných materiálů spočívá v tom, že vybraný řezný nástroj musí odolat mechanickému a tepelnému namáhání při vysoké teplotě. V LAM se používají různé typy řezných nástrojů, keramiky, potažených karbidových vložek, CBN, PCD, PCBN. PCBN se používá pro LAM nitrid křemíku [25] a zirkonia [27], karbidová vložka pro oxid hlinitý [29] a mullit [28]. Nicméně, delší životnost nástroje je pozorována u PCBN ve srovnání s karbidem při LAM zirkonia za zkušebních podmínek. Nejobvyklejší mechanismus opotřebení pozorovaný při laserovém obrábění zirkonia s PCBN je oděr, difúze a adheze [27]. Avšak abrazivní a difúzní opotřebení není v LAM nitridu křemíku pozorováno [25,30] ve srovnání se zirkonem [27] kvůli nízké tažnosti a tepelné difuzivitě zirkonia. Zdá se, že PCD není vhodná pro LAM na zirkonové keramice. Na základě průzkumu provedeného a zkoumaného na různých typech řezných nástrojů Ti-6AL-4V [15] a slitin Inconel 718 [20] bylo uvedeno, že TiAlN potažené karbidové vložky jsou nejvhodnějším nástrojem pro LAM pro zlepšení drsnosti povrchu. Keramické vložky jsou považovány za alternativní nástroj pro obrábění slitin na bázi niklu [10, 22] pro vyšší životnost nástroje, ale nejsou vhodné pro titanové slitiny kvůli chemické reaktivitě, špatné tepelné vodivosti a nízké houževnatosti. Karbidové vložky SPG 422 podle Kennametal K68 [31] se používají buď řezné vložky TiN potažené nebo nepotištěné, řezání kalené oceli a kompozitů. V případě LAM kompozitů se karbidové vložky používají pro příznivé výsledky z hlediska rychlosti odstraňování materiálu, zlepšené celistvosti povrchu a delší životnosti nástroje při vyšší řezné rychlosti [38, 39].

4.Scope pro optimalizaci procesu LAM

  Výhody LAM oproti běžnému obrábění přitahovaly mnoho výzkumů na zlepšení proveditelnosti a zpracovatelnosti, které jsou obtížně řezitelné. Bylo systematicky zkoumáno jen málo studií pro výběr optimální hodnoty parametru LAM pro získání minimální řezné síly, přiměřeně dobrého MRR a vlivu typu řezných nástrojů na opotřebení. Avšak optimální hodnota parametrů LAM závisí jak na parametrech laseru, tak na parametrech obrábění. Je obtížné najít optimální parametry obrábění kvůli složitosti parametrů ovlivňování a jejich interakčním účinkům. Tato revize se zaměřila na charakterizaci procesu obrábění laserem tím, že identifikuje, jak jednotlivé parametry ovlivňují výsledky obrábění. Kvůli složitosti je třeba staticky založený návrh experimentů zkoumat vliv laserových parametrů na výsledky obrábění a jejich vzájemné interakce ovlivňují předpověď optimálního nastavení parametru LAM. Obvykle je prováděn obráběcí proces často charakterizovaný skupinou odezev. Pokud je zohledněna více než jedna odpověď, je velmi obtížné vybrat optimální nastavení, které může současně dosáhnout všech požadavků na kvalitu. Jinak optimalizace jedné funkce kvality může způsobit vážnou ztrátu kvality jiným kvalitativním charakteristikám, které nemusí být akceptovány. Proto lze v procesu LAM implementovat simultánní optimalizační přístup.

  5. Závěr

  V této studii byl učiněn pokus podrobného přezkoumání laserového obrábění těžko řezných materiálů. Výsledky hodnocení jsou shrnuty následovně:

  1. Je zřejmé, že obrábění pomocí laseru může být použito ke zvýšení efektivity procesu materiálů s obtížně řezitelnými materiály ve srovnání s běžnými metodami.

2.Však ještě více výzkumu v této oblasti je třeba mít dobrou znalost mechanismu procesu odstranění materiálu a zvolit parametr procesu správným způsobem.

  3. Je třeba vyvinout model založený na simulaci, aby analyzoval rozložení teploty do materiálu, což je nezbytné pro snížení mechanické pevnosti.

  4. Studie uvádějí pouze jeden parametrický efekt na obrábění těchto obtížně řezných materiálů. Současný vliv na variační faktory při získávání příznivých obráběcích studií však nebyl komplexně prozkoumán.

  5. Je třeba provést další výzkum optimálního výběru parametrů procesu velikosti paprsku, výkonu laseru, řezného parametru jako řezné rychlosti, rychlosti posuvu, hloubky řezu a dalších faktorů pro dosažení celkové produktivity. Současné výzkumné zájmy zahrnují také zkoumání vlivů simultánního vlivu parametrů obrábění pomocí experimentálních a empirických metod.

  6.Většina nedávných výzkumů na LAM byla z velké části zaměřena na laserové asistované soustružení. Jiné procesy obrábění, jako je frézování, vrtání a broušení, hrají zásadní roli ve výrobních systémech.