Ссылка для цитирования : Гуторов А. В., Чайка И. К., Язан А., Романова Г. В., Петров А. А., Афанасьев М. Я. Зависимость шероховатости поверхности сплавов на основе карбида вольфрама от параметров лазерной абляции // Изв. вузов. Приборостроение. 2025. Т. 68, № 6. С. 545–556. DOI: 10.17586/0021-3454-2 025-68-6-545-556.

Аннотация. Метод лазерной абляции обладает существенными преимуществами при обработке заготовок из твердых материалов, поскольку обеспечивает удаление материала без износа формообразующего инструмента и нагрузки на заготовку. Описан метод обработки карбида вольфрама с использованием лазерной абляции наносекундной длительности импульсов. Представлены результаты анализа морфологии поверхности карбида вольфрама после воздействия коротких лазерных импульсов. Шероховатость обработанной поверхности исследована методом контактной профилометрии. Исследовано влияние параметров лазерного воздействия (частота следования импульсов, длительность импульсов) на геометрические параметры (глубина абляции и шероховатость) поверхности заготовок из карбида вольфрама. Установлено, что с увеличением плотности энергии, длительности импульса и повышением коэффициента перекрытия лазерных импульсов увеличивается шероховатость обработанной поверхности. Установлено, что тангенциальная стратегия лазерной обработки обеспечивает наилучшее качество поверхности.

Ключевые слова: импульсная лазерная абляция, наносекундный лазер, карбид вольфрама, производство микроинструментов, лазерная обработка.

Благодарность: Работа выполнена при поддержке программы „Приоритет 2030“. Авторы выражают особую благодарность проф., д.т.н. В. П. Вейко за ценные комментарии и предложения.

Список литературы:

1. Warhanek M., Walter C. W., Hirschi M., Boos J. B., Bucourt J. F., & Wegener K. Comparative analysis of tangentially laser-processed fluted polycrystalline diamond drilling tools // J. of Manufacturing Processes. 2016. Vol. 23. Р. 157–164. DOI:10.1016/j.jmapro.2016.06.023.
2. Masuzawa T. State of the Art of Micromachining // CIRP Annals. 2000. Vol. 49, N 2. Р. 473–488. https://doi.org/10.1016/ s0007-8506(07)63451-9.
3. Vishal K. S., Shaik S., Sayantan B. A Comprehensive review of micro-cutting operation – micro milling tools // JETIR. 2021. N 8. Р. 212–218.
4. O’Hara J., Fang F. Advances in micro cutting tool design and fabrication // Intern. J. of Extreme Manufacturing. 2019. N 1. Р. 1–29.
5. Egashira K., Furukawa T. Microcutting using a micro turn-milling machine // Precision Engineering. Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology. 2015. N 44. Р. 81–86.
6. Abele E., & Fujara M. Simulation-based twist drill design and geometry optimization // CIRP Annals. 2010. Vol. 59, N 1. Р. 145–150. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2010.03.063.
7. Aurich J. C., Reichenbach I. G., & Schüler G. M. Manufacture and application of ultra-small micro end mills // CIRP Annals. 2012. Vol. 61, N 1. Р. 83–86. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2012.03.012.
8. Zhang Z., Peng H., & Yan J. Micro-cutting characteristics of EDM fabricated high-precision polycrystalline diamond tools // Intern. J. of Machine Tools and Manufacture. 2013. Vol. 65. Р. 99–106. https://doi.org/10.1016/j. ijmachtools.2012.10.007.
9. Egashira K., Hosono S., Takemoto S., and Masao Y. Fabrication and cutting performance of cemented tungsten carbide micro-cutting tools // Precision Engineering. 2011. Vol. 35, N 4. P. 547–553. DOI: https://doi.org/10.1016/j. precisioneng.2011.06.002.
10. Cheng X., Wang Z., Kobayashi S., Nakamoto K., Yamazaki K. Development of a computer assistant programming system for micro/nano milling tool fabrication bymulti-axis wire EDM // Intern. J. Comput. Integr. Manuf. 2009. N 9. Р. 847–856.
11. Timmer J. Laserkonditionieren von CBN- und Diamantschleif-scheiben: Dissertation. Technische Universität Carolo- Wilhemina zu Braunschweig, 2001.
12. Walter C., Rabiey M., Warhanek M., Jochum N., & Wegener K. Dressing and truing of hybrid bonded CBN grinding tools using a short-pulsed fibre laser // CIRP Annals. 2012. Vol. 61, N 1. Р. 279–282. https://doi.org/10.1016/j. cirp.2012.03.001.
13. Tan J. L., Butler D. L., Sim L. M., and Jarfors A. E. W. Effects of laser ablation on cemented tungsten carbide surface quality // Applied Physics A. 2010. Vol. 101, N 2. P. 265–269. DOI: https://doi.org/10.1007/s00339-010-5815-9.
14. Marimuthu S., Dunleavey J., and Smith B. Picosecond laser machining of tungsten carbide // Intern. J. of Refractory Metals and Hard Materials. 2020. Vol. 92. P. 105338. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105338.
15. Leitz K.-H., Redlingshöfer B., Reg Y., Otto A., & Schmidt M. Metal Ablation with Short and Ultrashort Laser Pulses // Physics Procedia. 2011. Vol. 12. Р. 230–238. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.128.
16. Eberle G., Dolt C. Ultrashort-pulsed laser processing of hard and ultrahard helical cutting tools // 10th CIRP Conf. on Photonic Technologies [LANE 2018], Sep. 2018.
17. Hajri M., Pfaff J., Büttner H., Voegtlin M., Kaufmann R., and Wegener K. Fabrication of a ball end nose micro milling tool by tangential laser ablation // Procedia CIRP. 2018. Vol. 77. P. 654–657. DOI: https://doi.org/10.1016/j. procir.2018.08.184.
18. Denkena B., Krödel A., & Grove T. On the pulsed laser ablation of polycrystalline cubic boron nitride–Influence of pulse duration and material properties on ablation characteristics // J. of Laser Applications. 2019. Vol. 31, N 2. Р. 022004. https://doi.org/10.2351/1.5084724.