Consequently, this study focused on laser-assisted machining (LAM) of silicon nitride ceramics that efficiently removes the material by machining softening zone through local heating. And the effects of laser-assisted machining parameters were studied for cost reduction and active application in the processing of silicon nitride ceramics.
레이저 예열 선삭에는 레이저 빔을 사용한 가공이 포함됩니다. 의 감소로 인해 기존의 공작기계로도 절삭가공이 가능하다는 연구결과가 꾸준히 보고되고 있다.
연구내용
또한 이를 통해 레이저 예열 용기에 대한 최적의 조건이 만들어집니다. 이러한 조직 변화의 원인이 밝혀졌고 레이저 예열의 반전 메커니즘이 확인되었습니다.
이론적 배경 8
HPDL의 특성 및 적용
200W의 레이저 출력에서는 절단 중 공구가 파손되어 절단작업이 진행되지 못하였으며, 절단력이 크고 채터링이 컸음을 알 수 있다. 또한, 빔 전달 후 시료의 온도 강하는 내부가 아닌 대기와 접촉하는 상부에서만 발생하는 것으로 예측되었다.
HPDL의 발진원리
질화규소 세라믹의 특징
- 세라믹의 소결방법 및 종류
- 공업용 세라믹의 종류 및 특성
- 질화규소 세라믹의 특성
- 질화규소 세라믹의 적용
실리카의 독특한 점은 소결체로 사용되는 일이 거의 없다는 점인데, 이는 실리카 소결체가 고온에서 그다지 좋은 특성을 갖지 못하고, 다른 재료에서는 얻을 수 없는 유리질 석영유리의 우수한 특성을 갖고 있기 때문입니다. 그림에서 볼 수 있듯이 질화규소 소결 세라믹은 육각봉 형태입니다.
절삭이론의 기초
- 절삭공구의 구조와 형상에 따른 영향
- 절삭된 칩의 형태
유동형 칩은 그림과 같이 연성재료를 고속, 큰 경사각, 작은 절삭 깊이로 절단할 때 발생하는 유형입니다. 이는 취성 재료나 절단 깊이가 크고 경사각이 작은 연성 재료를 절단할 때 발생합니다.
세라믹의 레이저 예열선삭
- 기존의 세라믹 절삭가공
- 레이저 예열선삭의 개요
레이저 예열 선삭은 경화강, 엔지니어링 세라믹, 니켈 합금 및 소결 탄소와 같은 난삭재를 가공할 때 레이저 빔을 사용하여 소재의 위치를 찾습니다. 가열하면 표면이 부드러워져 절단이 쉬워집니다. 그러나 레이저 예열 선삭은 소재 제거에 사용된 절삭 공구의 열에 의해 손상된 표면을 제거하기 때문에 레이저 가공에 비해 가공 소재의 표면 상태와 치수 공차가 우수합니다.
실험재료
따라서 이러한 구조적 특성은 예열 선삭 중 HIP 처리된 질화규소 세라믹의 가공 시 절삭력이 커지고 공구 마모가 심해지는 데 부분적으로 기여한 것으로 여겨집니다. 파괴인성값(KIC)은 다음 식으로 정의된다.
실험장치
에어기술과 결합해 적용이 용이하고 가공성이 우수할 것으로 기대된다. 레이저 복합가공기의 외관 및 부속품 사진은 Fig. 광학레이저 모듈과 터릿이 독립적으로 움직이며, 공작물과 레이저 절삭공구의 세팅과 가공이 서로 간섭하지 않고 쉽게 이루어진다. 광학계는 작업 샘플을 기준으로 위쪽에 위치하며, 절단이 이루어지는 터렛이 위치합니다. 공구는 작업물이 아래쪽에 놓이는 것을 기준으로 설정됩니다.
CO2 레이저 파장의 영향을 받지 않습니다.
- 실험방법
- 분석방법
이러한 힘은 동력계를 사용하여 실시간으로 측정됩니다. 시료의 표면은 비디오현미경과 전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였다. 절삭 에너지를 실시간으로 측정하여 고온에서의 구조 변화가 예열 선삭에 미치는 영향을 분석했습니다.
이에, 레이저 예열 과정에서 발생하는 질화규소 세라믹 구조체의 미세구조 거동을 EDS(energy dispersive spectroscopy) 및 XRD(X-ray diffractometer) 분석을 이용하여 분석하였다.
출력에 따른 질화규소 세라믹의 조직적 변화
이러한 조건에서 우리는 파단면을 관찰하여 구조적 변화를 면밀히 조사하려고 했습니다. 그러나 600W의 경우와 달리 폼 내부의 기공 외에도 산화물층과 베이스 사이에도 공극이 나타나는 것을 확인하였고, 이러한 공극의 형성으로 인해 크랙이 발생하는 것으로 판단된다. 이러한 조직 변화에 대해 자세히 알아보려면 그림을 참조하세요.
따라서 열 영향으로 인한 시료의 체계적인 변화는 없는 것으로 판단되었다.
이송속도에 따른 예열된 질화규소 세라믹 표면의 산화
이는 이동 속도가 감소함에 따라 산화 속도와 깊이가 증가하기 때문입니다. 각 콘센트의 온도를 관찰하면 동일한 콘센트의 전송 속도는 다음과 같습니다. 유지온도가 증가함에 따라 감소하는 것을 볼 수 있다.
800W의 레이저 출력에서는 공급 속도에 따라 유지 온도 감소율이 증가합니다.
소결방법에 따른 질화규소 세라믹의 예열특성
HIP 처리된 질화규소 세라믹의 레이저 예열선삭 특성
- 파라메타 변화에 따른 시편의 표면관찰
- 절삭된 칩의 형상관찰
- 절삭력 및 절삭공구의 변화
보시다시피, 절단 깊이는 이전에 시편 표면에서 테스트되었습니다. 이송속도와 절입깊이의 변화에 따른 공구의 마모는 Fig. 이송속도와 절입깊이에 따른 절삭력의 그래프는 Fig.
그러나 이송속도가 느릴수록 절삭력도 낮아지고 소음도 줄어드는 것을 알 수 있다.
소결방법에 따른 질화규소 세라믹의 예열선삭 특성비교
- 파단면을 이용한 조직적 관찰
- 절삭된 시편의 표면비교
- 절삭된 칩의 형상비교
- 절삭력 및 절삭공구 수명의 비교
절단깊이에 따른 시료의 표면경도 변화는 Fig. 일반적으로 절삭 깊이가 증가함에 따라 경도 값이 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 이송속도와 절입깊이에 따른 칩의 형상은 Fig.
이송이 증가할수록 가공시간은 감소하고 절삭력은 증가하는 것을 알 수 있다.
세라믹의 종류 및 레이저열원에 따른 예열선삭의 가능성 평가
- 각종 세라믹의 레이저 흡수율에 따른 가공성 평가
- CO 2 레이저를 사용한 세라믹 예열선삭시의 절삭특성
이는 온도가 상승함에 따라 모재로부터 질소가 질소가스 형태로 빠져나갔고, 산화로 인해 모재보다 열영향부 및 예열부에서 더 많은 산소(O)가 검출되었기 때문이다. 전사가 시작되자마자 표면 온도가 급격하게 떨어졌는데, 이는 레이저 출력이 부족했기 때문이다. 출력 분포의 이러한 증가는 레이저 출력이 샘플 직경보다 상당히 낮기 때문에 발생하는 것으로 여겨집니다.
이를 최소화하기 위해 레이저 출력을 단계별로 변경하여 커팅을 진행하였습니다.
질화규소의 절삭 메커니즘 및 조직적 거동의 규명
- 레이저조사에 의한 질화규소의 조직적 거동 및 결함발생
- 질화규소 세라믹의 레이저 예열선삭에 관한 열해석
- 질화규소 세라믹의 레이저 예열선삭 메커니즘
B에서 레이저가 조사된 부분은 온도 상승으로 인해 발생한 표면입니다. 이는 레이저 조사 영역의 온도 상승으로 인한 표면의 용융과 산소 침투로 인한 산화 반응에 따른 것이다. 그러나 절단된 시료의 표면은 산화되어 경도값이 감소하는 경향을 보였다.
3mm 이상의 깊이까지 가공이 가능했습니다.
