µ-LAM微激光辅助加工新技术
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与传统的加工方法相比,这种µ-LAM金刚石车削工艺可将加工时间缩短大约50%。此外,该工艺在加工过程中会促使工件材料再结晶,并使工件退火软化,从而避免可能发生的损坏。
据美国西密歇根大学制造研究中心主任John Patten博士介绍,硬脆材料的加工相当困难。用传统的单晶金刚石工具车削、磨削和研磨硬脆材料(如碳化硅、陶瓷和玻璃)时,存在许多棘手的问题,包括工件易破碎和产生裂纹、刀具磨损严重、加工形状精度差、加工循环时间长等。因此,应用新的替代工艺势在必行。
为了将西密歇根大学开发的µ-LAM微激光辅助加工工艺商业化,Patten与该校博士后高级副研究员Deepak Ravindra博士一起创建了一家微激光辅助加工技术公司。
与传统的加工方法相比,该公司的µ-LAM金刚石车削工艺可将加工时间缩短大约50%。此外,该工艺在加工过程中会促使工件材料再结晶,并使工件退火软化,从而避免可能发生的损坏。
Patten解释说,µ-LAM车削工艺通过聚焦连续脉冲光纤激光器发出的激光束,产生1,000℃以上的高温和来自单晶金刚石刀具超过100GPa的高压,可以软化工件材料,增大其韧性,降低其脆性,使其变得不易碎裂。与使用其他类型刀具且加工精度不高的其他激光辅助加工工艺不同,µ-LAM工艺让激光束透过透明的金刚石刀具,而不会使其加热升温,因为当金刚石刀具暴露在空气中时,高温可能会导致其性能下降或发生裂解。
Patten指出,该工艺将激光束直接聚焦于金刚石刀具刀尖前方的切屑形成区。可带走大约90%切削热的切屑通常在空气中自然冷却。也可以使用冷却液对切屑和工件表面进行强制冷却,但冷却液并不会使激光/工件界面处的温度降低。
Patten说,该公司已能加工厚度达50µm的材料层,但没有必要切削更厚的材料。“如果车床性能足够好,并将所有环节都调整到理想状态,就可以切削1mm厚的工件材料。我不知道该工艺的加工上限究竟是多少。”
Patten表示,尽管用µ-LAM工艺车削的零件上仍有刀痕,但这种刀痕已达到“纳米级”。“我们可以车削出镜面。如果不要求零件达到埃级(0.1nm)表面光洁度,该工艺就能够胜任。”
该公司正致力于µ-LAM系统的商业化应用,争取使其作为金刚石车床的一个附件进行销售。美国国家科学基金也为该公司提供了15万美元奖金,作为对SBIR计划第一阶段的资助,以帮助该技术实现商业化。Patten估计,对于一家典型的零件制造商,该技术每年可为其节省15万-50万美元。他说,“我们将根据该技术对用户的价值对其定价。”
为了在实验室以外对该技术进行测试,该公司在匹兹堡附近一家工厂的Precitech 700系列金刚石车床上安装了一套µ-LAM系统。Patten说,“测试结果表明,其表现超出了我们的预期。”
原载:《工具展望》
上载于:2013-4-8 17:44:54

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