(整理)PDC電火花線切割與激光切割表面形貌比較.

1、精品文檔精品文檔精品文檔PDC電火花線切割與激光切割表面形貌比較圖1為聚晶金剛石復(fù)合片的激光切割表面形貌。從該圖中可以看出試件表面存在明顯的波形條紋。這是一種在激光切割中碳鋼、鈦合金等塑性金屬材料時(shí)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，對(duì)于這一現(xiàn)象的形成機(jī)理仍是一個(gè)有待深入研究的問題。普遍認(rèn)為激光切割過程中測(cè)面材料的熔化是形成波形條紋的前提，而測(cè)面材料的熔化深度與單脈沖能量以及脈沖寬度有直接聯(lián)系。由于lOOus的YAG激光脈寬大，導(dǎo)致測(cè)面熔化層深度大， 熔化材料在輔助氣體吹力與材料表面張 力作用下達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡而凝結(jié)在切割表面并形成殘留層。在激光高能束作用下，由于材料沿切深方向存在一定的熔化時(shí)間差，從而使得激光照射

2、區(qū)沿切深方向存在一定角度的坡 口，在輔助氣體吹力作用下，導(dǎo)致熔化材料在切割表面形成了波紋狀殘留層。線切割PDC激光切割形貌圖2為PDC的金剛石層電火花 線切割表面形貌，表面粗糙度 Ra為1. 6/ zm左右。由 于所采用的PDC其金剛石平均粒徑為 25um,從圖2可以看到金剛石顆粒有明顯的碎化現(xiàn)象， 并且存在許多小凹坑，這是金剛石顆粒間隙的金屬鈷過量去除留下的痕跡。圖3為硬質(zhì)合金層電火花線切割表面形貌，表面粗糙度Ra為3. 2/zm左右。PDC硬質(zhì)合金層 WC的平均粒徑小于2um,從圖3可以看到表面存在大量大顆粒 WC,這主要是因?yàn)榻饘兮捜埸c(diǎn)低，金 屬鈷單脈沖去除體積相對(duì) WC與金剛石要大得多

3、，從而造成硬質(zhì)合金層金屬鈷過量去除。 在脈沖放電爆炸力作用下，小粒徑WC從硬質(zhì)合金表面脫落，從而導(dǎo)致電火花線切割后硬質(zhì)合金層表面存在大量大顆粒WC。PDC金剛石層電火花線切割表面形貌圖3 PDC硬質(zhì)合金層電火花線切割表面形貌從表面形貌對(duì)比分析，采用lOOus的YAG激光進(jìn)行PDC切割殘留層厚度大，表面質(zhì)量差，而采用電火花線切割進(jìn)行加工則表面質(zhì)量相對(duì)較好。試件拋光對(duì)比分析經(jīng)激光切割的試件表面殘留層與基體材料結(jié)合比較松散，利用細(xì)砂紙輕微打磨即可將殘留層去除。圖4為經(jīng)細(xì)砂紙打磨后的試件表面形貌，從圖4可以看到在金剛石層與硬質(zhì)合金層之間存在明顯的連續(xù)裂紋。圖5為利用W2 . 5的金剛石微粉對(duì)激光切割試

4、件拋光4h后的表面形貌。盡管殘留層已完整去除，但界面處的連續(xù)裂紋依然存在。圖6為利用W2 . 5的金剛石微粉對(duì)電火花 線切割試件拋光4h后的表面形貌，界面處沒有裂紋存在，但從測(cè)面形 貌可以發(fā)現(xiàn)，PDC電火花線切割試件在界面處存在明顯的材料過量去除現(xiàn)象，從而在界面 處留下明顯的凹槽。這主要是PDC在制備過程中在硬質(zhì)合金與金剛石層界面存在富鈷界面層，火花放電時(shí)金屬鈷過量去除而導(dǎo)致界面處存在凹槽。經(jīng)拋光后的電火花線切割試件界面試件拉曼光譜對(duì)比分析在空氣中加熱金剛石到700800C，金剛石就會(huì)出現(xiàn)氧化失重，并且表面碳原子層會(huì)發(fā)生相變，轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)碳或玻璃態(tài)碳；當(dāng)加熱到1600 C時(shí)，金剛石表層的非晶態(tài)

5、碳與玻璃態(tài)碳才轉(zhuǎn)變成晶態(tài)石墨。圖7為切割前PDC金剛石層拉曼光譜，從拉曼光譜圖中可以看到明顯的金剛石峰和微 弱的石墨峰，說明PDC金剛石層有微量的石墨存在。圖8為PDC激光切割表面的拉曼光譜，拉曼光譜存在很強(qiáng)的石墨峰，這說明在激光高能輻射作用下表層金剛石發(fā)生相變后大部分轉(zhuǎn) 變成了晶態(tài)石墨，從而在拉曼光譜圖中看到了明顯的石墨峰。圖9為電火花 線切割表面的拉曼光譜，圖9中顯示金剛石峰與石墨峰均較弱，說明金剛石在火花放電脈沖能量作用下發(fā)生相變后轉(zhuǎn)變成了非晶態(tài)碳，只有極少的碳轉(zhuǎn)變成了晶態(tài)石墨。因此，電火花線切割試件的拉曼光譜石墨較弱片。從圖10可以明顯地看出殘留層與石墨變質(zhì)層（由白色虛線分割），其中里

6、層的石墨變質(zhì)層材質(zhì)比較緊密，與金剛石層結(jié)合牢固，厚度為2030/ Lm左右；殘留沉積層結(jié)構(gòu)松散，呈層狀結(jié)構(gòu)，厚度在3050um之間，與石墨變質(zhì)層結(jié)合力很小，通過細(xì)砂紙打磨即可去除。石墨變質(zhì)層與殘留沉積層厚度總共可達(dá)5080um。精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔* W1000 12001400 16001800 2000拉曼譜r/cm"<金剛石峰切割前PDC金剛石層拉曼光譜拉曼譜r/cm18 PDC金剛石層激光切割表面拉曼光譜精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔T金剛石峰1000 12001400 1600 1800 2000精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔圖9 PDC金剛石層電火花線切割表面拉曼光譜精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔10經(jīng)拋光的激光切割試件截面精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔經(jīng)拋光的電火花線切割試件截面精品文檔精品文檔圖11為經(jīng)拋光后的電火花 線切割試件金剛石層的 SEM照片。從圖11可以看到平均厚 度在10/um以內(nèi)的變質(zhì)層，并且變質(zhì)層與基體材料之間存在明顯的裂紋。