Hoe Laser-Assisted Draaien de Snijkracht en Bewerking Kwaliteit Verbeteren

In de technologie van laser-assisted draaien (LAT), wordt het gebruik van een laserstraal in combinatie met conventioneel draaien toegepast om de bewerkingsparameters te verbeteren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de laser de werkstuktemperatuur lokaal verhoogt, wat leidt tot een verbeterde snijkracht en chipvorming, en daarmee de algehele bewerkingskwaliteit aanzienlijk verbetert.

Tijdens conventioneel draaien wordt de kracht die nodig is om het materiaal te snijden vaak beperkt door de sterkte en hardheid van het werkstuk. Voor moeilijk te bewerken materialen zoals nikkel-gebaseerde superlegeringen of vliegtuiglegeringen is het snijproces bijzonder uitdagend. Het materiaal heeft een hoge sterkte en hardheid, waardoor het moeilijk wordt voor het snijgereedschap om in het werkstuk door te dringen, wat resulteert in verhoogde snijkrachten en gereedschapsslijtage. Dit leidt tot problemen zoals ernstige trillingen en een slechte afwerking van het werkoppervlak.

In LAT wordt dit probleem verlicht door de toepassing van laserstraling, die het werkstuk lokaal verhit en de sterkte van het materiaal vermindert. De verhoging van de temperatuur zorgt ervoor dat het materiaal in de snijzone zachter wordt, waardoor het gemakkelijker is voor het gereedschap om in te snijden en de weerstand tegen vervorming afneemt. Dit verlaagt de snijkracht en vermindert de kans op trillingen, wat een stabieler snijproces mogelijk maakt. De chipvorming verbetert ook, waarbij continuïteit van de chip wordt bevorderd, wat resulteert in een betere afwerking van het oppervlak en een lagere slijtage van het gereedschap.

De voordelen van laser-assisted draaien zijn niet beperkt tot snijkracht en gereedschapsslijtage. Het wordt ook aangetoond dat het de oppervlaktekwaliteit van het werkstuk aanzienlijk verbetert. Dit wordt verklaard door de invloed van de laser op de microstructuur van de chips. Bij conventioneel draaien wordt de chip vaak in segmenten gesneden, wat leidt tot onregelmatige plastische vervorming aan de randen en verhoogde spanningen. Onder invloed van de laser wordt de chipvorming gelijkmatiger, en het materiaal in de snijzone wordt gelijkmatiger vervormd, wat resulteert in een meer uniforme chip die minder schadelijk is voor de gereedschapshandvaten en het werkoppervlak.

De interactie tussen de laserstraal en het werkstuk is van groot belang voor het bereiken van deze voordelen. Wanneer het werkstuk adequaat wordt verwarmd voordat de snijbewerking plaatsvindt, vermindert de gereedschapsslijtage, terwijl de chipvorming stabieler en meer continu wordt. Dit kan leiden tot een langere levensduur van het gereedschap en een verbeterde afwerking van het werkstuk. Het beheersen van de laserkracht, de snijsnelheid en de voeding is van essentieel belang om ervoor te zorgen dat de temperatuur in de snijzone niet te hoog wordt, wat anders kan leiden tot verslechtering van de bewerkingskwaliteit.

Naast de voordelen die worden behaald door de verminderde snijkracht en gereedschapsslijtage, kan de toepassing van laser ook de productiviteit van de bewerkingsprocessen verbeteren. Door de verhoogde temperatuur en de verbeterde chipcontinuïteit kan het proces sneller en efficiënter worden uitgevoerd, wat resulteert in een verkorte bewerkingstijd en lagere kosten.

Hoe hybride bewerkingsprocessen de bewerkbaarheid van moeilijk te bewerken materialen verbeteren

De bewerkbaarheid van moeilijk te bewerken materialen is een uitdaging die steeds vaker wordt aangepakt door het gebruik van hybride bewerkingsprocessen. Een van de veelbelovende innovaties in dit veld is het gebruik van laser-geïnduceerde oxidatie (LOAM) in combinatie met frezen. Dit proces maakt gebruik van een gepulste laser om een oxidatiereactie tussen het werkstuk en zuurstof te induceren, waardoor losjes gebonden, poreuze oxiden ontstaan die eenvoudig te verwijderen zijn. Deze oxiden worden tegelijkertijd verwijderd met een frezen gereedschap, wat resulteert in een verbeterd materiaalverwijderingspercentage en een langere gereedschapsduur.

In andere studies is aangetoond dat het gebruik van lasers in bewerkingsprocessen, zoals laser-geassisteerd snijden (LEAC), aanzienlijke voordelen biedt door het thermische verzachtende effect van de laser. Deze technologie maakt gebruik van de warmte die door de laser wordt gegenereerd om de bewerkbaarheid van materialen zoals titaniumlegeringen te verbeteren, wat resulteert in een lagere snijkracht, een langere gereedschapslevensduur en een betere verwerking van moeilijk te bewerken materialen. Onderzoek door verschillende wetenschappers heeft bevestigd dat een zorgvuldige afstemming van laserkracht, snelheid en snijparameters essentieel is om de snijkracht te minimaliseren en tegelijkertijd de gereedschapslevensduur te optimaliseren.

Daarnaast is er ook veel onderzoek gedaan naar de invloed van het snijpad op de prestaties van laser-geassisteerd snijden. Studies hebben aangetoond dat de snijkracht afneemt bij toenemende spindelsnelheden, maar juist toeneemt bij een hogere voedsnelheid. Deze bevindingen sluiten aan bij de trends die we ook zien in conventionele bewerkingsmethoden. Dit benadrukt de complexiteit van het proces en de noodzaak om het proces gedetailleerd te modelleren en te simuleren voor een optimaal resultaat.

Bij cryogeen koelen in draai- en freesbewerkingen, bijvoorbeeld met behulp van vloeibare stikstof, is een duidelijke verbetering van de oppervlakte-afwerking waargenomen, met lagere ruwheidswaarden en langere gereedschapslevensduur. Het gebruik van cryogene koeling heeft ook geleid tot betere integriteit van de oppervlakken, met een dikkere compressieve zone onder het oppervlak, wat bijdraagt aan de algehele mechanische eigenschappen van het werkstuk.

Het combineren van deze geavanceerde technieken kan dus leiden tot aanzienlijke verbeteringen in de bewerkbaarheid van moeilijke materialen. Zowel LOAM als LEAC hebben aangetoond dat ze niet alleen de snijkrachten kunnen verminderen en de gereedschapslevensduur kunnen verlengen, maar ook dat ze de oppervlaktekwaliteit kunnen verbeteren, zelfs onder de meest veeleisende bewerkingsomstandigheden. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor de productie van hoogwaardige onderdelen uit moeilijk te bewerken materialen, die anders misschien niet efficiënt bewerkt zouden kunnen worden met conventionele methoden.

In de toekomst zal de verdere ontwikkeling van hybride bewerkingsprocessen, gecombineerd met slimme parameteroptimalisatie en geavanceerde koelingstechnieken, de mogelijkheden voor precisiebewerking van superlegeringen en andere complexe materialen verder uitbreiden. Het is van cruciaal belang om de onderlinge relaties tussen laserkracht, snijsnelheid, koeltechnieken en andere bewerkingsparameters goed te begrijpen en optimaal af te stemmen om de efficiëntie en effectiviteit van het bewerkingsproces te maximaliseren.