priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-6-545-556pribor-386Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРИБОРОВDESIGN AND PRODUCTION TECHNOLOGY OF INSTRUMENTSЗависимость шероховатости поверхности сплавов на основе карбида вольфрама от параметров лазерной абляцииDependence of Surface Roughness of Tungsten Carbide Alloys on Laser Ablation ParametersГуторовА. В.GutorovA. V.

Александр Владимирович Гуторов — аспирант; факультет систем управления и робототехники,

Санкт-Петербург.

Aleksandr V. Gutorov — Post-Graduate Student (PhD); ITMO University, Faculty of Control Systems and Robotics,

St. Petersburg.

gut-111@mail.ruЧайкаИ. К.ChaikaI. K.

Илья Константинович Чайка — студент; Институт лазерных технологий,

Санкт-Петербург.

Ilya K. Chaika - Student; Institute of Laser Technologies,

St. Petersburg.

chaika00753@yandex.ruЯзанА.YazanA.

Язан Алсаиф — аспирант;  Институт лазерных технологий,

Санкт-Петербург.

Yazan Alsaif - Post-Graduate Student; Institute of Laser Technologies,

St. Petersburg.

РомановаГ. В.RomanovaG. V.

Галина Викторовна Романова — канд. техн. наук; Институт лазерных технологий, директор,

Санкт-Петербург.

Galina V. Romanova - PhD; Institute of Laser Technologies, Director of the Institute,

St. Petersburg.

gvromanova@itmo.ruПетровА. А.PetrovA. A.

Андрей Анатольевич Петров — канд. техн. наук;  Институт лазерных технологий, доцент,

Санкт-Петербург.

Andrey A. Petrov - PhD, Associate Professor; Institute of Laser Technologies,

St. Petersburg.

aapetrov@itmo.ruАфанасьевМ. Я.AfanasyevM. Ya.

Максим Яковлевич Афанасьев — канд. техн. наук; факультет систем управления и робототехники, доцент,

Санкт-Петербург.

Maxim Ya. Afanasyev - PhD; Faculty of Control Systems and Robotics, Associate Professor,

St. Petersburg.

myafanasyev@itmo.ruУниверситет ИТМОITMO University202517072025686545556Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/386

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.

The laser ablation method has significant advantages in processing workpieces from hard materials, since it ensures the removal of material without wear of the forming tool and load on the workpiece. A method for processing tungsten carbide using laser ablation of nanosecond pulse duration is described. The results of the analysis of the tungsten carbide surface morphology after exposure to short laser pulses are presented. The roughness of the processed surface is studied using the contact profilometry method. The effect of laser exposure parameters (pulse repetition rate, pulse duration) on the geometric parameters (ablation depth and roughness) of the surface of tungsten carbide workpieces is studied. It is found that with an increase in energy density, pulse duration and an increase in the overlap coefficient of laser pulses, the roughness of the processed surface increases. The tangential laser processing strategy is shown to provide the best surface quality.

импульсная лазерная абляциянаносекундный лазеркарбид вольфрамапроизводство микроинструментовлазерная обработкаpulsed laser ablationnanosecond lasertungsten carbidemicro-tool manufacturinglaser processingРабота выполнена при поддержке программы „Приоритет 2030“. Авторы выражают особую благодарность проф., д.т.н. В. П. Вейко за ценные комментарии и предложения.The work was carried out with the support of the Priority 2030 program. The authors express special gratitude to Prof. V. P. Veiko, Doctor of Engineering Sciences, for valuable comments and suggestions.ReferencesWarhanek 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.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.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.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.Vishal K. S., Shaik S., Sayantan B. A Comprehensive review of micro-cutting operation – micro milling tools // JETIR. 2021. N 8. Р. 212–218.Vishal K. S., Shaik S., Sayantan B. A Comprehensive review of micro-cutting operation – micro milling tools // JETIR. 2021. N 8. Р. 212–218.O’Hara J., Fang F. Advances in micro cutting tool design and fabrication // Intern. J. of Extreme Manufacturing. 2019. N 1. Р. 1–29.O’Hara J., Fang F. Advances in micro cutting tool design and fabrication // Intern. J. of Extreme Manufacturing. 2019. N 1. Р. 1–29.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.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.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.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.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.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.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.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.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. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2011.06.002.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. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2011.06.002.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.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.Timmer J. Laserkonditionieren von CBN- und Diamantschleif-scheiben: Dissertation. Technische Universität Carolo- Wilhemina zu Braunschweig, 2001.Timmer J. Laserkonditionieren von CBN- und Diamantschleif-scheiben: Dissertation. Technische Universität Carolo- Wilhemina zu Braunschweig, 2001.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.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.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. https://doi.org/10.1007/s00339-010-5815-9.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. https://doi.org/10.1007/s00339-010-5815-9.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. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105338.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. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105338.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.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.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.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.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. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.184.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. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.184.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.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.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.