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      2. 長脈寬激光切割聚晶立方氮化硼工藝研究

        發布時間: 2020-06-04 發布者: 富耐克應用研究中心

        一、聚晶立方氮化硼(PCBN)復合片切割概述

        聚晶立方氮化硼(PCBN)復合片是由CBN聚晶顆粒和WC硬質合金基體在高溫高壓條件下通過粘結劑形成的新型刀具材料。具有穩定性高、摩擦系數小、導熱性好等優點,已成為制造刀具、鉆頭等耐磨工具的理想材料。聚晶立方氮化硼(PCBN)材料具有耐高溫、高硬度等特點,是干車削硬質材料的最佳選擇,在黑色金屬加工領域得到越來越多的應用。

        然而,PCBN復合片是一種超硬、難加工的材料。隨著技術的不斷進步,激光切割作為一種非接觸、無機械切削力、可切割不同幾何形狀的切割技術,越來越受到人們的重視。它已成為PCBN復合片切割的主要加工方法之一。在激光加工過程中,激光功率、脈沖頻率和切割速度對PCBN的切割質量有著重要的影響。

        二、激光切割機理分析

        PCBN的切割質量與激光在材料表面的能量密度有著重要的關系。激光功率和切割速度決定了材料單位面積所獲得的激光能量的多少。激光光斑上的功率密度I可以表示為:

         富耐克超硬材料股份有限公司

             式中,E為單脈沖激光能量,d為光斑直徑,tp為脈沖寬度。

        當脈沖寬度和頻率一定時,增大輸出功率可以提高激光束的功率密度。功率密度越高,加工過程中產生的氣相物質越多,切割寬度和深度越大,截面質量越好,這也有利于后續加工,功率的增加使切割速度范圍也擴大,提高了切割質量的穩定性和效率,但它應該避免因功率過大而導致的崩邊。隨著脈沖頻率的增加,單脈沖能量減小,峰值功率減小,狹縫寬度和錐度減小。

        三、激光加工影響因素

        1.激光功率

        激光能量是切削過程的主要能量來源,功率大小直接影響切削過程中的能量密度。激光功率對狹縫寬度和錐度有重要影響。隨著功率的增加,狹縫寬度增加,錐度減小,材料去除量增加。

        2.脈沖頻率

        隨著頻率的增加,狹縫寬度明顯減小,切割錐度也減小。隨著脈沖頻率的增加,單脈沖能量減小,光斑重疊度增大,對提高表面切削質量和減少裂紋起著重要作用。

        3.切割速率

        隨著激光切割速率的增大,狹縫寬度趨于減小,切割速率增大,狹縫錐度增大,切割質量下降。這是因為激光作用時間縮短,能量密度降低,材料獲得的能量更少。如果切割速度太快,容易造成爐渣被清理或不被切割。如果切割速度太低,材料出現過燒現象。切割寬度和材料熱影響區過大,切割質量差,生產效率低。

        四、總結

        激光功率和切割速度的組合決定了切割線能量的大小。適當增加線能量有利于提高切割質量,但要避免材料過燒和崩邊現象。脈沖頻率的增加降低了激光單脈沖的能量,減小了狹縫寬度和錐度,有利于提高切割質量。

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