使用纳秒激光在PCD刀具制备微孔结构

发布日期：2021-11-14

研究背景

PCD刀具由于其优异的耐磨性、导热性，被广泛用于加工各种金属和非金属材料。然而，PCD刀具在切削难加工材料的过程中存在切屑粘附。微织构已被证明可以降低切削力和温度，增加刀具寿命，保留磨损碎屑，储存切削液，减少接触面积并提高抗粘附能力。因此，PCD刀具的性能可以通过微织构来改善。

激光具有效率高、无污染、无机械损伤和刀具磨损等优点。因此，激光技术是加工PCD表面微织构的有效方法。与皮秒和飞秒激光器相比，纳秒激光器加工效率高，成本低。因此，纳秒激光器在微加工中有着更广泛的应用。由于纳秒激光微加工产生更多的温度影响区域，导致重铸层、碎片和裂缝。因此，为了获得较高的表面质量，需要对激光工艺参数进行优化。

内容简介

通过单因素和多目标优化实验，研究了激光工艺参数（激光功率、脉冲功率、散焦量）对PCD刀具前刀面微孔加工的影响。激光功率、脉冲频率和散焦量对PCD刀具前刀面采用纳秒激光加工的微孔有不同的影响。PCD刀具前刀面上微孔的直径、深度和重铸层面积呈非高斯分布。因此，使用单一参数来研究PCD表面凹坑的微孔深度、微孔直径和重铸层面积是不够的。微孔的直径、深度和重铸层面积是研究对象。基于灰色关联分析法和响应面法（RSM），将多个研究指标转化为灰色关联度（GRG）作为微孔形态指标。分析了激光加工中主要工艺参数对灰度关联度的影响规律，构建了灰度关联度模型，优化了工艺参数，验证了形态指标。

该研究工作主要受到吉林省科技发展项目项目(20190201076GX)资助。

图文导读

图1：(a) PCD刀具; (b) 纳秒激光器; (c) 光路图; (d)检测设备

图2  (a) 正离焦加工示意图；(b) 纳秒激光烧蚀过程示意图；(c) 负离焦加工示意图

图3 花瓶型孔结构

图4 GRG值随不同激光工艺参数变化