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    PCD復合片激光切割工藝研究

    發布時間: 2020-06-04 發布者: 富耐克應用研究中心

    PCD復合片得以有效的利用關鍵在于按實際需要的形狀和尺寸切割出來。激光切割時割炬與工件無接觸,不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件,只需改變激光器的輸出參數即可。激光切割過程噪聲低,振動小,無污染,加工變形及熱變形均很小,且激光加工速度快、效率高,是一種較為有效的加工方法。

    在PCD的激光切割過程中,先是受激光輻射的表層金剛石發生相變轉變為石墨,然后表層石墨直接升華或與氧氣反應生成二氧化碳。同時,在激光的熱影響下,較深層的金剛石又轉變為石墨,這樣不斷石墨化和不斷逐層去除的過程就是金剛石的激光去除機理。

    最優的PCD復合片激光切割工藝可以獲取最優的切割質量和加工效率,研究發現激光功率、切割速度、脈沖頻率及離焦量等工藝參數對切割質量有一定影響。因此,需要從不同角度分析參數對切割質量的影響來優化切割工藝。

    1.切縫寬度

    不同參數下激光切割縫寬與錐度差別較大,這對刀具材料表面質量及尺寸精度的控制有重要影響??p寬過大,PCD材料利用率降低,刀具尺寸不易保證;錐度過大會產生較大的磨削余量,增加了刃磨難度。

    縫寬影響因素的主次為離焦量、脈沖頻率、切割速度、激光功率,離焦量對切縫寬度和切割錐度影響較為顯著,原因在于激光焦深范圍內能量較高且分布相對均勻,負離焦過大激光能量透射率低,正離焦時能量發散迅速。激光功率和切割速率決定了材料一定時間內單位面積獲得激光能量的大小,在脈寬和頻率一定時,提高輸出功率能增大激光束功率密度,較高的功率密度使加工過程中產生更多的蒸汽相物質,切縫寬度增大。

    2.加工質量

    對表面粗糙度的影響因素主次為脈沖頻率、離焦量、激光功率、切割速度。脈沖頻率增加,激光光斑重疊度增大,激光單脈沖能量減小,峰值功率降低,能有效減小切縫寬度,提高表面加工質量。脈沖頻率與切割速度的大小決定著光斑的重疊程度,適當提高激光功率密度或增大光斑重疊度有利于提高激光切割質量,頻率越高或者脈寬越小側面毛刺現象越嚴重,而毛刺比較嚴重就會對后期的焊接產生影響。

    激光功率的增加使切割速率范圍也隨之擴大,有利于提高切割穩定性和效率。

    3.微裂紋

    一般來說,激光的輸出功率越高,加工過程中熱負荷就越大,從而產生更大的溫度差和熱應力,最終使得熱影響區變大并產生更多的微裂紋。研究結果表明激光功率越高,切口寬度也就越大,應力水平也隨即降低,當拉應力Fmax<材料的強度,裂紋就不會產生。切口寬度大散熱快,加工過程中產生的熱量來不及向更深層傳遞,使得熱影響區反而變小。高的激光功率有利于材料的順利去除,形成良好的加工表面,但激光功率并非越大越好。

    綜合來講,切割不同品牌不同料層厚度及總厚度甚至切割不同形狀的PCD刀具均需要選用合適的激光切割參數,以避免毛刺、微裂紋等外觀缺陷的產生。

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