多結晶立方晶窒化ホウ素の長いパルス幅レーザー切断に関する研究

Published: 2020-07-28 ソース: Funik

一、多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)焼結体切断の概要

多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)焼結体は、高温高圧条件下でCBN多結晶粒子とWC硬質合金マトリックスがバインダーを介して形成する新しいタイプの工具材料です。 高い安定性、小さな摩擦係数、優れた熱伝導率などの利点があり、切削工具やドリルビットなどの耐摩耗性工具の製造に理想的な材料になっています。多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)材料は、高温耐性と高硬度などの特徴を備えており、乾式旋削硬質材料に最適な選択肢であり、黒色金属加工の領域でますます多くの応用が得られています。

ただし、PCBN焼結体は超硬で、加工しにくい材料です。技術の継続的な進歩により、レーザー切断は非接触で、機械的な切断力がなく、異なる幾何学的形状を切断できる切断技術として、ますます注目を集めています。PCBN焼結体切断の主要な加工方法の1つになっています。 レーザー加工の過程で、レーザーパワー、パルス周波数と切断速度はPCBNの切断品質に重要な影響を及ぼします。

二、レーザー切断メカニズムの分析

PCBNの切断品質は、材料の表面におけるレーザーのエネルギー密度と重要な関係があります。 レーザーパワーと切断速度は、材料の単位面積あたりに得られるレーザーエネルギーの量を決定します。レーザースポットのパワー密度Iは、次のように表すことができます:

 

式では、Eはシングルパルスレーザーエネルギー、dはスポット径、tpはパルス幅です。

パルス幅と周波数が一定である場合、出力パワーを大きくすると、レーザービームのパワー密度を向上させることができます。パワー密度が高いほど、加工中に発生する気相物質が多くなり、切断幅と深さが大きくなり、断面品質がよくなり、これは後続の処理にも役立ち、パワーの増加により、切断速度の範囲が広がり、切断品質の安定性と効率が向上しますが、過剰なパワーによるチッピングは回避する必要があります。パルス周波数が増加すると、シングルパルスのエネルギーが減少し、ピークパワーが減少し、スリット幅とテーパーが減少します。

三、レーザー加工の影響要因

1.レーザーパワー

レーザーエネルギーは切断過程の主要なエネルギー源であり、パワーレベルは切断過程中のエネルギー密度に直接影響します。 レーザーパワーはスリット幅とテーパーに重要な影響を与えます。パワーが増加するとともに、スリット幅が増加し、テーパーが減少し、材料除去量が増加します。

2.パルス周波数

周波数が増加すると、スリット幅が大幅に減少し、切断テーパも減少します。 パルス周波数が増加すると、シングルパルスエネルギーが減少し、スポットオーバーラップが増加し、これは、表面切削品質の向上と亀裂の減少に重要な役割を果たします。

3.切断速度

レーザー切断速度が高くなると、スリット幅が減少する傾向があり、切断度が高くなり、スリットのテーパーが増大し、切断品質が低下します。これは、レーザーの作用時間が短くなり、エネルギー密度が低下し、材料のエネルギーがより少なくなるためです。切断速度が速すぎると、スラグがきれいに清掃されたり切断されないことになりやすいです。切断速度が遅すぎると、材料が過熱現象が発生します。切断幅や材料熱影響部が大きすぎて切断品質が悪く、生産効率が低いです。

四、まとめ

レーザー出力と切断速度の組み合わせにより、切断のエネルギー入力の量が決まります。エネルギー入力の適切な増加は切断品質の向上に役立ちますが、材料の過燃焼やエッジの崩壊の現象を回避する必要があります。パルス周波数の増加は、レーザーの単一パルスのエネルギーを低下させ、スリット幅とテーパーを減少させ、切断品質の向上に役立ちます。

 

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