硬質(zhì)合金的激光與超聲復(fù)合加工實(shí)驗(yàn)研究

摘 要：硬質(zhì)合金屬于高硬度、高脆性材料，加工性能較差。為了提高硬質(zhì)合金的加工質(zhì)量，采用激光與超聲復(fù)合加工方法對其打孔，研究在無水條件下和水環(huán)境下的激光與超聲復(fù)合加工對硬質(zhì)合金加工質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水環(huán)境下，采用激光與超聲復(fù)合加工方法加工硬質(zhì)合金時(shí)可達(dá)到較好的效果。

關(guān)鍵詞：硬質(zhì)合金；激光；超聲；復(fù)合加工

中圖分類號：TG66 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.044

1 實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備

激光與超聲復(fù)合加工設(shè)備如圖1所示。實(shí)驗(yàn)采用的是HGL-VIB1型激光加工系統(tǒng)。在試樣加工過程中，通過水射流系統(tǒng)引入低壓水流，其對試樣加工表面的形貌及表面質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。在加工過程中，超聲設(shè)備放置在激光加工平臺上。

2 硬質(zhì)合金的加工

選擇一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對孔洞內(nèi)表面的微觀形貌進(jìn)行觀察分析。無水條件下的加工結(jié)果如圖2（a）和（b）所示，水環(huán)境下的加工結(jié)果如圖2（c）和（d）所示。無水與有水條件下相比，激光燒蝕的結(jié)果有一定的區(qū)別：在水環(huán)境下，激光燒蝕得到的孔洞為規(guī)則的圓形，孔徑較大，孔洞內(nèi)表面光滑，熔渣較少，孔的質(zhì)量較好。因?yàn)樗袕?qiáng)烈的冷卻作用，水的加入可以有效地去除熔渣。而無水條件下加工得到的孔形不規(guī)則，孔徑小，表面重鑄層厚。

在無水條件下加工時(shí)，有超聲振動(dòng)和無振動(dòng)輔助2種條件下，激光燒蝕得到的孔洞的表面微觀形貌基本一致，均有熔渣覆蓋。而在水環(huán)境下，與無振動(dòng)輔助時(shí)的激光加工相比，有振動(dòng)輔助時(shí)，超聲的高頻振動(dòng)易產(chǎn)生空化效應(yīng)，可對加工表面起到強(qiáng)烈的清洗作用，使得加工表面相對光滑，孔形更加規(guī)則。

由此可知，在硬質(zhì)合金的打孔加工方面，水環(huán)境下的激光與超聲復(fù)合加工方法可起到一定的效果。

3 結(jié)論

由上述實(shí)驗(yàn)可知，水環(huán)境下，有超聲振動(dòng)輔助時(shí)，加工過程產(chǎn)生超聲空化效應(yīng)，可起到清洗燒蝕表面熔渣的作用，形成表面光滑、孔形規(guī)則的孔洞。

本實(shí)驗(yàn)為硬脆材料的加工提供了理論研究的基本知識。但我們的實(shí)驗(yàn)研究存在許多亟待解決的問題，后續(xù)仍需要進(jìn)行更系統(tǒng)、更深入的研究。

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〔編輯：劉曉芳〕