الليزر بمساعدة الآلات من الصعب قطع المواد: الفرص البحثية والاتجاهات المستقبلية - مراجعة شاملة

 نبذة مختصرة

  يتم تطوير سبائك عالية القوة مثل النيكل والتيتانيوم والمواد الهندسية المتقدمة مثل السيراميك ، المركبة وتستخدم على نطاق واسع في صناعات الفضاء والسيارات والطبية والنووية بسبب خصائصها الفيزيائية والميكانيكية المتأصلة. ومع ذلك ، فإن تحويل هذه المواد الجديدة إلى منتجات هندسية يرتبط دائمًا بالقطع. إن خصائص الماكينات مثل قوة القطع الأعلى ، وارتفاع درجة حرارة القطع ، وسوء تكامل السطح ، والحياة الأقصر للأدوات المرتبطة بهذه المواد تشكل تحديات كثيرة للباحثين ، وبالتالي تعتبر من الصعب قطع المواد. تم العثور على الأساليب التقليدية لتصنيع هذه المواد لتكون غير اقتصادية. في الأيام الأخيرة ، تم بذل العديد من المحاولات لتحسين قابلية تصنيع هذه المواد بشكل أكثر فاعلية عن طريق استخدام المعالجة الخارجية بمساعدة الطاقة. من بين مختلف طرق المعالجة الخارجية بمساعدة الطاقة ، تلقت الآلات بمساعدة الليزر (LAM) انتباه الباحثين في مجال القطع المعدني وتم إجراء عدد قليل من الأبحاث خلال السنوات الأخيرة. تهدف هذه الورقة إلى مراجعة وتلخيص الاستخدام المحتمل لـ LAM للمواد التي يصعب قطعها ، والتقدم الحالي ، والفوائد والتحديات في المعالجة بالليزر المساعدة. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتم الإبلاغ عن إطار عمل تحسين لدراسة تأثير معلمات الليزر ومعاملات عملية المعالجة على الأداء الميكانيكي الذي ينطبق على العمليات الصناعية. ويستنتج أن هناك حاجة إلى مزيد من النمذجة التجريبية والتقنيات التجريبية لإنشاء نماذج مبنية على التنبؤات تعطي قيمة جيدة. اتفاق مع تجارب موثوقة ، في حين يشرح آثار العديد من المعلمات ، لتشكيل هذه المواد الصعبة للقطع.

1 المقدمة

  في العقود الأخيرة ، تم تطوير مواد متطورة مثل سبائك التيتانيوم والتي تعتمد على النيكل ، والسبائك الحديدية ، والسيراميك ، والمركبات المركبة وسبائك الكوبالت والكروم للتطبيقات ذات القوة العالية والحرارة والتي تشمل صناعات السيارات والفضاء والنووي والطبية والإلكترونية [1] ، 10].

  تتميز هذه المواد بنسبة ممتازة من القوة إلى الوزن ، مقاومة قوية للتآكل والقدرة على الاحتفاظ بقوة عالية في درجة حرارة عالية. كل هذه المواد لديها قوة ومتانة أعلى مقارنة مع المواد الهندسية التقليدية. ومع ذلك ، فإن تطبيقات هذه المواد لا تنمو في الوقت الحالي لأن ذلك يجعل نصف التكلفة النهائية للمنتج لتحويل مكون نهائي [1 ، 2]. ويعزى ذلك إلى انخفاض سرعة القطع ، وعمق قطع أصغر بسبب ارتداء أداة مفرطة. ولذلك تعتبر هذه المواد مواد يصعب قطعها. هناك العديد من المشاكل التي تصادف أثناء التشغيل مثل توليد الحرارة الزائد في منطقة القطع والاحتكاك العالي بين واجهة رقاقة الأداة ، والميل إلى تشكيل BUE والفشل الكارثي لعمود القطع [3،4،5]. هذا يمكن أن يكون له تأثير كبير من أداء عمليات المعالجة مثل ضعف القدرة على الماكينات وتكلفة التصنيع العالية وانخفاض الإنتاجية. بسبب الخصائص المتأصلة للمواد صعبة القطع ، فإن طرق التشغيل التقليدية مثل الطحن أو الدوران تثبت عدم كفاءتها. يتم حاليًا تطبيق عدد من عمليات المعالجة المبتكرة مثل الآلات الكاشطة ، وتصنيع الآلات بالليزر ، وتصنيع الآلات الكهربائية ، والتشغيل الكيميائي ، وطرق المعالجة الآلية بمساعدة الحرارة ، مثل الآلات المساعدة بالليزر ، والقطع بمساعدة البلازما على هذه المواد. ومن بين الأساليب العديدة التي يتبعها نهج واحد ، والتي تزداد شعبية مع المواد التي يصعب إستخدامها في الماكينة ، هي المعالجة بالليزر (LAM) بسبب فوائدها العالية ونموها الكبير في التكنولوجيا وللاستدامة التجارية.

في هذا السياق ، تسلط هذه الورقة الضوء على التقدم والتحديات الحالية في LAM فيما يتعلق بتأثير معلمات الليزر والمعاملات الآلية على كفاءة عملية المواد التي يصعب قطعها.

2. بالليزر بمساعدة بالقطع - نظرة عامة

  تعتبر الآلات المساعدة بالليزر طريقة هجينة تستخدم ليزرًا عالي الطاقة للتسخين المحلي لقطعة العمل قبل إزالة المواد باستخدام أداة القطع التقليدية. عند درجات الحرارة المرتفعة تنخفض قوة الخضوع لمادّة هشة إلى أقل من قوة الكسر ، فتغيّر سلوك التشوه المادي من الهش إلى السكون. أيضا في درجات الحرارة المرتفعة ، تقلل قوة الخضوع من المواد القوية والقابلة للدقة ، وبالتالي تقلل من قوة القطع وأدوات ارتداء وكذلك تحسين جودة السطح [6]. يوضح الشكل 1 تخطيطًا للقطع بمساعدة الليزر.

  وتستخدم على نطاق واسع اثنين من مصادر الليزر الرئيسية في تجارب LAM هي ليزر ثاني أكسيد الكربون و Nd: YAG الليزر. هذا الأخير ، مع وجود طول موجي أقصر ، لديه امتصاصية أفضل. ليزر CO2 له فائدة أقل على معظم المواد التي يصعب قطعها مثل Inconel ، الصلب المقسى والمواد المركبة بالمقارنة مع Nd: YAG بسبب انخفاض امتصاص طاقة الليزر [7،8،9]. وقد ركزت معظم الأبحاث على فوائد LAM وتناولت التحديات في الآلات التقليدية. ولكن ، تعتمد نتائج المعالجة الميكانيكية LAM على كل من معلمات عملية المعالجة ومعلمات الليزر. معلمات التشغيل الرئيسية المرتبطة بالقطع بمساعدة الليزر هي: طاقة الليزر ، قطر بقعة شعاع الليزر ، سرعة القطع ، معدل التغذية وعمق القطع. يعتبر الإعداد الأمثل لـ LAM صعبًا بسبب العديد من معلمات التحكم وتفاعلاتها. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حاجة إلى دراسة إحصائية تعتمد على تصميم التجارب لمعرفة تأثير المعلمة LAM المثالية وتفتقر تفاعلاتها في النشر.

  3. تأثير المعلمات الليزر والمعلمات بالقطع على المواد صعبة لآلة

  في الآونة الأخيرة ، حددت LAM مجالًا مهمًا من الأبحاث وطبقت على العديد من المواد عالية القوة والصلابة العالية. لتحقيق أقصى فوائد LAM ، يحتاج المرء إلى فهم تأثير التفاعل لمعلمات عملية الليزر على مواد قطعة العمل المختلفة والمستويات المثلى لتحقيق قوة قطع أقل وتكلفة تصنيع منخفضة وجودة السطح [7]. درجة حرارة سطح الشغل ، سرعة القطع ، معدل التغذية ، قطع العمق ، قطر بقعة الليزر ، المسافة الرصاصية لأداة الليزر ، طول البؤرة يلعب دوراً هاماً في عملية LAM لتجنب تلف السطح والفشل المبكر لأدوات القطع. في هذا القسم ، تتم مراجعة معلمات تأثير الليزر جنبًا إلى جنب مع معلمات تصنيع المواد المختلفة الصعبة.

  3.1 سبائك التيتانيوم

  تعتبر سبائك التيتانيوم من المواد الجذابة في صناعات التوربينات الفضائية والسيارات والطبية الحيوية والنووية والغازية بسبب خواصها الفيزيائية الميكانيكية الممتازة مثل القوة الممتازة إلى الوزن ومقاومة التآكل القوية والقدرة على الاحتفاظ بالقوة العالية عند درجات الحرارة المرتفعة [10،11] ، 12]. هذه الخصائص جنبا إلى جنب مع انخفاض معامل المرونة ، التوصيل الحراري المنخفض ، القوة العالية والصلابة عند درجة الحرارة المرتفعة والتفاعل الكيميائي مع أدوات التقط يجعل عملية تصنيع هذه المواد صعبة للغاية مما يؤدي إلى حياة أداة أقصر [10]. انخفاض سرعة القطع وحياة أداة أقصر مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة المعالجة لهذه السبائك [11]. وقد بذلت بعض المحاولات البحثية لتحليل القدرة الآلية عن طريق المعالجة بالتبريد الجاف المبردة لزيادة سرعة القطع وأداة الحياة. تكشف الدراسات أن المعالجة بالتبريد المبردة تعطي تحسنا كبيرا في حياة الأداة بالمقارنة مع الآلات الجافة [12]. يعمل الجمع بين عمق القطع المنخفض / العالي على تحسين عمر الأداة بمقدار 6 مرات عند مقارنته بعمود القطع المنخفض / الأعلاف عند سرعة القطع الثابتة 125 م / دقيقة مع استخدام النيتروجين السائل كمبرد [13،14]. ويرجع ذلك إلى نمو كبير من بالقطع بمساعدة الليزر لتحسين machinability من التيتانيوم [7،8]. في سرعة القطع الأعلى ، أسفر LAM عن عمر افتراضي قصير للأداة بسبب تآكل الانتشار عند درجة حرارة إزالة المواد 250 درجة مئوية مقارنةً بالتشغيل الميكانيكي التقليدي [15]. ومع ذلك ، فإن LAM تستفيد من هذه السبيكة عبر الآلات الهجينة أي LAM في الآلات المبردة [15] ، وأبلغت عن أقصى عمر للأداة ، من حيث MRR بسبب انخفاض درجة حرارة سطح رقاقة الأدوات ، وانخفاض الاحتكاك بين أداة القطع وقطع العمل. وقد لوحظ أن تيجان قطع الكربيد المغلفة من TiAlN ينتج عنها توفيرًا إجمالًا لأداة الحياة خلال عملية LAM والقطع الهجين [15].

وقد تم إجراء مزيد من البحوث على فوائد قصاصات كربيد غير المطلية مع المبردات المبردة للتحقيق في الحياة أداة وآلية ارتداء عند تحويل Ti-6Al-4V بسرعة عالية (125 م / دقيقة). وتكشف النتائج أن المعالجة بالتبريد تحسن بشكل كبير من عمر الأداة بنسبة 235٪ مقارنة مع LAM وحده ، وتبين أن المبرد يقمع التصاق وارتداء الانتشار الذي يحسن بشكل كبير من عمر الأداة [16]. ومع ذلك ، يركز الباحثون على إمكانات LAM في التطبيق الصناعي عن طريق التحليل النقدي لتأثير حزمة الليزر على قوة القطع وتقطيع درجة الحرارة ، مما أدى إلى انخفاض كبير في قوة القطع (15٪) [17]. لوحظ أنه مع زيادة طاقة الليزر (بين 1200 واط 1600 واط وحجم بقعة شعاع الليزر من 2-3mm) ، هناك انخفاض في قوة القطع بنسبة 10٪ في نطاق سرعة القطع من 25 إلى 125 متر / دقيقة وأيضا لاحظت حياة أداة أقصر في خفض سرعة و GT ؛ 150 م / دقيقة. تكشف دراسة مورفولوجية رقاقة على LAM أن تشكيل رقاقة يعتمد بشدة على سرعة القطع وقوة الليزر [18]. لوحظ أنه عند طاقة الليزر المستمرة ، فإن التغيير من سن المنشار إلى الرقاقة المستمرة والعودة إلى سن المنشار عند سرعة القطع الأعلى.

يلخص الجدول 1 أحدث الأبحاث في مجال المعالجة بالليزر بمساعدة سبائك التيتانيوم.

  3.2 سبائك النيكل مقرها

  تعتبر سبائك النيكل مثل إنكونيل ، وهاستيلويز ، واسبالويز وأوديميت مواد أخرى جذابة على سبائك التيتانيوم المستخدمة في مجال الفضاء والصناعات النووية مثل التوربينات الغازية والمحركات النفاثة وخزان الدفع بسبب الخواص الكيميائية والميكانيكية في درجات الحرارة المرتفعة [10]. بسبب ارتفاع درجة الحرارة في منطقة القطع في 1200 درجة مئوية ، الكيميائية

الجدول 1 ملخص الليزر بمساعدة بالقطع من سبائك التيتانيوم

التفاعل مع معظم أدوات القطع ووجود جسيمات كاشطة صلبة مثل TiC و CrC و MoC في البنية المجهرية مما يجعل عملية تصنيع هذه السبائك صعبة ويشجع على التآكل الكاشطة. وهذا يؤدي إلى انخفاض سرعة القطع ، وحياة الأداة الأقصر ، وسوء جودة السطح ، وبالتالي تكلفة المعالجة العالية [19،20].

  في السنوات الأخيرة ، تم استخدام LAM لتحسين machinability على سبائك أساسها النيكل. حيث أن صلابة Inconel متوفاة بسرعة فوق 600 درجة مئوية -700 درجة مئوية ، وبالتالي لا يجب رفع درجة حرارة إزالة المواد (Tmr) من مادة قطعة العمل على عكس الخزفيات LAM. نظرًا لانخفاض الامتصاص على المعادن ، تم استخدام ليزر عالي الطاقة على Inconel 718 في المراحل المبكرة [19]. ذكر أندرسون وآخرون أن معدل الامتصاص على Inconel 718 يمكن تحسينه عن طريق لاصق الجرافيت على سطح ليزر CO2 وقد ثبتت النتائج. ومع ذلك ، لا يمكن للطلاء المطبق أن يحافظ على نفسه عند درجة حرارة عالية وتستخدم وحدات ليزر متعددة في وقت واحد على السطح غير المحكوم وسطح الشطب لتحسين القدرة على القطع [20]. طاقة الليزر عالية الطاقة وقطر شعاع الليزر الصغير ومعدل التغذية الأصغر وزمن التسخين الأكبر يمكن أن يؤدي إلى Tmr مطلوب على قطعة العمل [21]. من ناحية أخرى ، إلى جانب Tmr ، يكون معدل التغذية أعلى عامل تأثير على طاقة القطع المحددة. مع تسخين طاقة الليزر لسطح المادة إلى 540 درجة مئوية لـ Inconel 718 [20] وفي ما بين 300-400 درجة مئوية لـ Waspaloy [23] ، انخفض متوسط ​​ارتداء البسطة والشق مع زيادة السرعة من 60 م / دقيقة إلى 180 م / min لـ Inconel 718 و Waspaloy.

تم تحسين تكامل السطح الميكانيكي (الخشونة ، الضرر السطحي / السطحي ، الإجهاد المتبقي ، الصلابة الدقيقة) ، على وجه الخصوص خشونة السطح بشكل طفيف مع استخدام إدراجات السيراميك في لام فوق الآلات التقليدية [22]. تم إجراء تحليل مقارن لتدوير السيراميك وكربيد باستخدام LAM ونتج عن ذلك أن حياة إدراج الكربيد غير المطلي أقل مقارنة بالتشغيل الميكانيكي التقليدي [22]. المزيد من التجارب التي أجريت مع أداة القطع Sailon وذكرت أن خشونة السطح قد تحسنت بنسبة 25٪ للأداة الخزفية التي أسفرت عن نتيجة إيجابية على الرغم من الأبحاث السابقة المرتبطة بسوء جودة السطح [21]. علاوة على ذلك ، أنتجت LAM زيادة ملحوظة في معدل إزالة المواد. أظهرت أداة Sailon الخزفية زيادة بنسبة 800٪ في معدل إزالة المواد و 50٪ من عمر الأداة المحسنة مقارنة بالماكينات التقليدية. يلخص الجدول 2 أحدث الأبحاث في مجال المعالجة بالليزر بمساعدة السبائك القائمة على النيكل.

الجدول 2 ملخص بالليزر بمساعدة بالقطع من سبائك النيكل على أساس سوبر

  3.3Ceramics

  يتم تعريف السيراميك الإنشائي المتقدم مثل الموليت ، زركونيا ، الألومينا ونتريد السيليكون كمواد جذابة أخرى بسبب خواصها الانضغاطية [24،26،27،28]. نظرا لكثافتها المنخفضة ومقاومة التآكل الفائقة وقوة درجات الحرارة العالية ، فإنها تستخدم عادة في تصنيع المكونات الحرجة في السيارات والفضاء. وقد أجريت معظم الأبحاث السابقة في لام على هذه المواد بسبب صلابة وقشور [24 ، 25]. وقد وجد أن أداة القطع PCBN تظهر أداة أطول (قل 121 دقيقة) عندما يكون LAM على زركونيا عند درجة حرارة تساوي 900 درجة مئوية -1100 درجة مئوية [27] ، وقد تم استخدام إدراج كربيد لام على الألومينا عند 850 درجة مئوية [ 29] و mullite (قل 44 دقيقة) [28]. تُعزى ثلاث آليات بارزة للتآكل مثل التآكل والالتصاق والانتشار لارتداء الأدوات وتعتمد بقوة على درجة حرارة إزالة المواد [27]. لذلك ، من الضروري العثور على درجة حرارة إزالة المواد المثلى للحياة الأطول للأداة [26]. ومع ذلك ، من الصعب العثور على Tmr الأمثل بسبب تعقيد المعلمات التأثير والتفاعلات المتبادلة.

  تم العثور على قوة القطع وطاقة قطع محددة مع زيادة درجة حرارة السطح مع طاقة الليزر عند LAM على السيراميك ولكن لا تؤثر بشكل كبير عن طريق المسافة الرصاص أداة الليزر [25،27،28]. إن تأثير سرعة القطع على قوة القطع غير ذي أهمية ولكن معدل التغذية بخلاف ذلك [28،29]. تم العثور على نسبة القوة مثل قوة التغذية / قوة القطع على انخفاض الزركونيوم [28] و mullite [29] أدى إلى ارتفاع Tmr مما يدل على وجود دليل على تليين كبير من قطعة العمل بالقرب من منطقة القطع وتشوه شبه البلاستيك. لوحظ أن سرعة القطع لها التأثير الأكثر أهمية على خشونة السطح يليها معدل التغذية وخفض العمق [30].

  عند فحص مورفولوجيا الرقاقة ، وجد أن درجة حرارة إزالة المواد ونسبة القوة (Ff / Fc & lt؛ 1) تلعب دورًا رئيسيًا أثناء تكوين الرقاقة مقارنةً بالمعلمات الأخرى [25،26]. بالنسبة لدرجات حرارة قطعة العمل في نطاق 1260˚C-1410˚C ، استنادا إلى تحقيق SEM للرقائق التي تم الحصول عليها ، لاحظ Lei [25] أن تشوه البلاستيك لنيتريد السيليكون في منطقة القص استمر بواسطة الحركية المعززة للقضيب مثل حبيبات السليكون التي يسهلها انخفاض في لزوجة الطور الزجاجي الحبيبي عند درجة الحرارة العالية.

بالنسبة للميليت ، طور باتريك إعدادًا تجريبيًا ليزرًا مزدوجًا منحدرًا لمنع الكسر الحراري لقطعة العمل بسبب الانتشار الحراري المنخفض وصلابة الكسر وقوة الشد للمواد المسامية ، مقارنةً مع نيتريد السيليكون [28] والاستدلال في ثلاثة آلية مثل كسر هش وشبه شبه مستمر لـ (Ff / Fc & gt؛ 1) ونافذة تعمل بدرجة حرارة 800˚C-1000 ˚C إلى تشكيل رقاقة مستمر لـ (Ff / Fc & lt؛ 1) ونافذة تعمل بدرجة حرارة أكبر من 1300 درجة مئوية. لا تلاحظ هذه العلامة عند LAM على زركونيا [28] ، ولكن يحدث تشوه من البلاستيك خلال تشكيل الرقاقة مع كسر هش. خشونة السطح ، ليست حساسية لدرجة حرارة إزالة المواد خلال LAM من نيتريد السيليكون [25] ولكنها تعتمد على حجم وتوزيع حبيبات نيتريد السيليكون ولزركونيا [25 ، 27]. يتم عرض التشققات المحلية على عمليات المواد المسبقة في المنطقة المتأثرة بالحرارة وتبقى في الطبقة تحت السطحية عندما يكون سمك التشقق أكبر من عمق القطع [27]. لذلك ، من الضروري التحكم في درجة حرارة إزالة المواد لإنتاج سطح خال من التشققات أثناء LAM. يلخص الجدول 3 أحدث الأبحاث في المعالجة بالليزر بمساعدة السيراميك.

  3.4 سبائك حديدية

  صُنِع الفولاذ المرن منخفض الكربون ، والفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقسى تحت مادة صلبة من الحديد ، ووجدت تطبيقه في السيارات مثل التروس ، وأعمدة الكرنك وكتل المحرك [10]. ومع ذلك ، فإن تصنيع مكونات السيارات هذه يمثل مشكلة كبيرة ، بسبب الصلابة العالية وصلابة الكسر مع تقنية الآلات التقليدية [31]. ويشار إلى مفهوم تقنية الدوران الصلب لهذه الفولاذ الذي يتجاوز صلابة HRC 45. تقضي هذه التقنية على العملية الثانوية مثل الطحن والمعالجة الحرارية التي تساهم بنسبة تصل إلى 60-90٪ من التكلفة النهائية للمنتج المشغول [33]. ومع ذلك ، فقد تم إجراء اختبار تجريبي باستخدام LAM على الصلب AISI D2 [31] ، وحديد الجرافيت المضغوط [32] ، والفولاذ AISI 4130 [33] ، والحديد الزهر الأبيض عالي الكروم [34] والصلب XC42 [35] ، للحد من تكلفة تصنيع الكلي وزيادة الإنتاجية من خلال استبدال عملية طحن وتحول الثابت.

الجدول 3 ملخص المعالجة بالليزر بمساعدة السيراميك

  يلاحظ أن لمس أداة الأدوات تأثيرًا كبيرًا على قوة القطع أثناء عملية تصنيع الفولاذ XC42 المقسى من طريقة القطع التقليدية مع أكبر تخفيض بنسبة 65٪ بالنسبة لقوة القطع الشعاعي و 85٪ لقوة التغذية [35] ]. أكدت نتائج التجربة أن مسافة أداة الليزر هي عامل حاسم في نجاح المعالجة بالليزر المساعدة [34]. وذلك لأن درجة الحرارة في السطح تنخفض كلما ازدادت المسافة بين بقعة الليزر وأداة القطع ، واستغرق مزيدًا من الوقت لتبديد الحرارة في قطعة العمل.

  في LAM من AISI D2 ، لا يتم تقليل قوة قوة الدفع فحسب ، بل يتم أيضًا تقليل تباين قوة القطع التي تُعزى إلى الحد الأكبر من اهتزاز الماكينة. ويرجع ذلك إلى إطالة مدة دورة التسخين وتوزيع شعاع الليزر [31]. درجة الحرارة المسبقة للتسخين عندما يتأثر LAM من الحديد الغرافيت المضغوط بشكل كبير من خلال قوة الليزر ومعدل التغذية [33]. وقد وجد أنه بمساعدة الحرارة بالليزر ، يتم تقليل تآكل الوجه والقصور الكارثي لأدوات الكربيد وتحسين عمر الأداة بنسبة تصل إلى 100٪ بالنسبة للصلب LAM من D2 [31] ، بسبب تخفيف الشغل حوالي 300 درجة مئوية C-400˚C لسمك الشريحة غير المقطوعة 0.05mm و BUE المستقر الذي يحمي حافة القطع أثناء LAM. ومع ذلك ، فإن حياة الأداة عند تشكيل الحديد الجرافيت المضغوط تتأثر بشكل كبير بمعدل التغذية [32] في LAM من الفولاذ المقسى ، تصبح الضغوط المتبقية أكثر انضغاطًا ويصبح عمق تغلغل الضغط أصغر عند مقارنته بالقطع التقليدي [33]. بخلاف سبائك التيتانيوم ، فإن تغيرات شكل التشكل رقاقة ورأى رقاقة الأسنان إلى رقاقة المستمر عندما LAM من D2 الصلب بسبب ارتفاع درجة حرارة السطح [31]. إن تشكيل رقاقة الأسنان المنشورة في الآلات هو أحد الأسباب الرئيسية للأحاديث ووجد أن التسخين المسبق في الشغل في LAM يؤدي إلى انخفاض كبير في اهتزاز السعة والثرثرة [31،32]. يلخص الجدول 4 أحدث الأبحاث في مجال المعالجة بالليزر بمساعدة السبائك الحديدية.

الجدول 4 موجز الليزر بمساعدة الآلات من سبائك الحديدية

  3.5Composite

  تكون المركبات غير متجانسة بطبيعتها تتكون عادةً من خلال تشتيت الجسيمات والألياف والشوارب في مصفوفة. إن دمج الجسيمات / الألياف القوية يعزز خصائص مثل المواد اللاصقة ، والكشط ، ومقاومة التآكل ، والخصائص الحرارية ، والصلابة ، والتصلب. إن التحدي الكامن في تشكيل هذه المركبات هو ارتداء أداة مفرطة وتلف لاحق في قطعة العمل. ضعف الماكينات هو بسبب الانسحاب من الألياف ، والتفريغ ، والألياف غير المصقولة ، والانحرافات عالية الأبعاد ، وخشونة السطح العالية [10].

  ويؤدي تليين المصفوفة بواسطة طاقة الليزر ، التي تصبح أخف وزنا من البلاستيك ، إلى انخفاض كبير في مكونات القوة عند مقارنتها بالتشغيل التقليدي. استناداً إلى التحليل المجهري ، استنتج وانج [36] أن المصفوفة الميسرة يتم ضغطها بسهولة من السطح الميكانيكي بينما يتم دفع جسيم Al2O3 من السطح الميكانيكي ، مما يؤدي إلى تركيز أعلى (37٪) من جزيئات Al2O3 في السطح. طبقة زيادة مقاومة التآكل من السطح تشكيله. هذا أدى إلى تحسين سطح النهاية وأطول حياة الأداة. يتم الإبلاغ عن الضغط المتبقي العالي الضغط (3 مرات من المعالجة التقليدية) مع LAM. ومع ذلك ، قام بارنز وآخرون بدراسة تأثير المعالجة الساخنة (200 - 400 درجة مئوية) من MMC / AlP / SiCp / 18P ، ووجدوا عمر الأداة المتزايد بسبب الحواف المبنية بسرعة قص منخفضة [37]. ولكن عند ارتفاع درجة حرارة قطعة العمل ، فإن شريط المركب يعرض حياة أداة أقصر من الآلات التقليدية.

  تم إجراء المزيد من الأبحاث على MMCs الجسيمات (Al / SiCp / 20) لدراسة تأثير درجة حرارة قطعة العمل مع مجموعة مختلفة من سرعة القطع (عند كل من سرعة القطع الأعلى والأعلى) وتشير النتائج إلى أن خشونة السطح (37٪) ، الحياة أداة (40 ٪ في 150-200M / دقيقة مقارنة مع 57 ٪ في 50-100m / min) وتعتمد عمق الضرر على سرعة القطع على الآلات التقليدية عن طريق تحديد معايير خشونة السطح كما 2 ميكرومتر [3]. يعتبر تأثير درجة حرارة قطعة العمل على الضرر تحت السطحية مستقلاً نسبيًا نظرًا لوجود نطاق صغير من Ft / Fc. ومع ذلك ، فإن LAM على Al / Al2O3 / 60f تظهر وجود تلف ملحوظ من حيث سحب الألياف هو انخفاض مع زيادة درجة حرارة إزالة المواد. معدل التغذية له تأثير سلبي على حياة الأداة وخشونة السطح جنبا إلى جنب مع درجة حرارة إزالة المواد من 300 درجة مئوية [39]. يلخص الجدول 5 أحدث الأبحاث في المعالجة بالليزر بمساعدة المركبات.

ﺟدول 5 ﻣﻟﺧص اﻟﺗﺷﻐﯾل اﻟﻣﺳﺎﻋد ﺑﺎﻟﻟﯾزر ﻟﻟﻣرﮐﺑﺎت

  3.6 أداة قطع المواد المستخدمة في المواد صعبة للماكينة

  إن التحدي المتأصل أثناء تصنيع هذه المواد الصعبة هو أن أداة القطع المختارة يجب أن تتحمل الضغوط الميكانيكية والحرارية عند درجة الحرارة العالية. يتم استخدام أنواع مختلفة من أدوات القطع ، والسيراميك ، وإدراج كربيد المغلفة ، CBN ، PCD ، PCBN في LAM. يستخدم PCBN ل LAM من نيتريد السيليكون [25] وزركونيا [27] ، وإدخال كربيد الألومينا [29] وموليت [28]. ومع ذلك ، لوحظ عمر أطول أداة في PCBN مقارنة كربيد عندما لام زركونيا في ظروف الاختبار. إن آلية التآكل الأكثر شيوعًا التي تتم ملاحظتها في المعالجة بالليزر بمساعدة الزركونيا مع PCBN هي التآكل والانتشار والالتصاق [27]. ولكن لم يلاحظ التآكل الكاشي والنادي في لام نيتريد السيليكون [25،30] عند مقارنته بزركونيا [27] نظرًا لانخفاض الليونة والانتشار الحراري للزركونيوم. تم العثور على PCD لتكون غير مناسبة لام على سيراميك زركونيا. استنادًا إلى البحث الذي تم إجراؤه والتحقيق في أنواع مختلفة من أدوات القطع Ti-6AL-4V [15] و سبائك Inconel 718 [20] ، أفادوا أن إدراج كربيد TiAlN المطلي هو الأداة الأكثر ملاءمة لـ LAM لتحسين خشونة السطح. تعتبر الأدوات الخزفية بمثابة أداة بديلة لتشكيل سبائك النيكل [10 ، 22] لأداة أعلى للحياة ولكنها غير مناسبة لسبائك التيتانيوم بسبب التفاعل الكيميائي ، والتوصيل الحراري المنخفض والصلابة المنخفضة. تدرج الكربيد SPG 422 بواسطة Kennametal K68 [31] أما TIN المغلفة أو غير المطلية ، فتستخدم في قص القطع من الفولاذ المقسى والمركبات. في حالة LAM من المركبات المركبة ، تستخدم إدراجات كربيد لتحقيق نتائج إيجابية من حيث معدل إزالة المواد ، وتحسين سلامة السطح وأطول عمرًا للحياة عند سرعة القطع الأعلى [38 ، 39].

4.Scope لتحسين عملية لام

جذبت مزايا LAM على الآلات التقليدية العديد من الأبحاث على تحسين الجدوى ومزايا machinability المواد صعبة القطع. تم إجراء دراسات منتظمة على عدد قليل من الدراسات لتحديد القيمة المثلى لمعلمة LAM للحصول على الحد الأدنى من قوة القطع ، MRR الجيد بشكل معقول وتأثير نوع أدوات أدوات القطع على آلية التآكل. ومع ذلك ، تعتمد القيمة المثلى لمعاملات LAM على كل من معلمات الليزر ومعلمات المعالجة. من الصعب العثور على معلمات التشغيل المثلى بسبب تعقيد معايير التأثير وآثار تفاعلها. ركزت هذه المراجعة على وصف عملية المعالجة بالليزر المساعدة من خلال تحديد كيف تؤثر المعلمة الفردية على نتائج المعالجة. نظرًا إلى التعقيد ، فإن تصميم التجارب القائم بشكل ثابت يحتاج إلى دراسة تأثير معاملات الليزر على نتائج المعالجة والتأثير المتبادل للتفاعلات للتنبؤ بإعداد المعلمات LAM الأمثل. عادة ما يكون أداء عملية تصنيع الآلات غالباً ما يتميز بمجموعة من الاستجابات. إذا كان هناك أكثر من استجابة واحدة ، فإنه من الصعب جدًا تحديد الإعداد الأمثل الذي يمكنه تحقيق جميع متطلبات الجودة في وقت واحد. وإلا فإن تحسين ميزة جودة واحدة قد يؤدي إلى فقدان جودة عالية لخصائص الجودة الأخرى التي قد لا يتم قبولها. ومن ثم يمكن تنفيذ نهج التحسين المتزامن في عملية لام.

  5. الخلاصة

  في هذه الدراسة ، جرت محاولة للمراجعة التفصيلية للقطع بالليزر بمساعدة المواد الصعبة. يتم تلخيص نتائج المراجعة على النحو التالي:

  1. من الواضح أن المعالجة بالليزر المساعدة يمكن أن تستخدم لزيادة كفاءة عملية المواد التي يصعب قطعها مقارنة بالطرق التقليدية.

  2. ومع ذلك ، لا تزال هناك حاجة لمزيد من البحث في هذا المجال لفهم جيد لآلية إزالة المواد العملية واختيار معلمة العملية بالطريقة المناسبة.

  3. يجب تطوير نماذج التحفيز لتحليل توزيع الحرارة إلى مادة ، وهو أمر ضروري لتقليل القوة الميكانيكية.

  4. يتم الإبلاغ عن الدراسات فقط تأثير واحد parametric على الآلات من هذه المواد من الصعب قطع. ومع ذلك ، لم يتم استكشاف التأثير المتزامن على عوامل الاختلاف في الحصول على دراسات معالجة مواتية بشكل جيد بطريقة شاملة.

  5. يجب إجراء مزيد من البحوث على الاختيار الأمثل لمعلمات العملية لحجم الحزمة ، طاقة الليزر ، معلمة القطع مثل سرعة القطع ، معدل التغذية ، عمق القطع ، وعوامل أخرى لتحقيق الإنتاجية الكلية. تشمل الاهتمامات البحثية الحالية أيضًا استكشاف تأثيرات التأثير المتزامن لمعاملات المعالجة عن طريق الطرق التجريبية والتجريبية.

  6. معظم الأبحاث الحديثة حول LAM تركزت بشكل كبير على التحول بمساعدة الليزر. ومع ذلك ، فإن عمليات المعالجة الأخرى مثل الطحن والحفر والطحن تلعب دوراً حيوياً في أنظمة الإنتاج.