一种激光热辅助精密陶瓷加工的工作原理

一种激光热辅助精密陶瓷加工的工作原理

现阶段新型的超硬刀具材料很大程度上解决了精密陶瓷加工中陶瓷材料不够硬的问题，而“脆性”却没有完全克服。所谓“脆性”，是指在工件切割过程中，很容易产生裂纹的小间隙，即所谓的裂纹。塌陷的主要原因有两个：①切割件与加工表面的分离不是由于正常切割，而是由于拉伸破坏；②是当陶瓷切屑破裂时，切屑变形引起的裂纹倾向于向下扩展，这是受拉应力的影响。

激光加热辅助精密陶瓷加工的原理是利用高能量密度激光在短时间内将陶瓷材料表面加热到其玻璃化转变温度，使材料软化，强度降低，然后利用刀具进行加工，如图１所示，由于陶瓷材料在玻璃化转变温度下的塑性效应，材料的切削性能由脆性变为塑性或准塑性，材料软化，切削力减小。在此条件下，可采用专用耐高温刀具对陶瓷材料如切削金属材料进行车削、铣削、磨削等加工，以提高切削效率，延长刀具的使用寿命。

激光技术辅助精密陶瓷加工成功实施的关键是陶瓷材料的软化，这与加热温度密切相关。由于激光的快速局部作用，被照射部位和周围环境的温度梯度很大，在加热过程中会在材料中产生很大的热应力。如果热应力超过材料的强度极限，就会出现裂纹和崩解。因此，有必要对工艺参数进行精确的控制，使材料能够软化而不产生裂纹和裂纹。影响激光加工质量的主要参数有材料的微观结构和性能、陶瓷的激光吸收、激光加工参数、切割工艺参数以及激光作用点与切割点的位置。