Surface generation of tungsten carbide in laser-assisted diamond turning

碳化钨 材料科学 碳化物 纳米压痕 可加工性 激光功率缩放 复合材料 金刚石车削 激光器 微晶 钻石 冶金 机械加工 光学 物理
作者
Kaiyuan You,Fengzhou Fang,Guangpeng Yan
出处
期刊:International Journal of Machine Tools & Manufacture [Elsevier BV]
卷期号:168: 103770-103770 被引量:128
标识
DOI:10.1016/j.ijmachtools.2021.103770
摘要

The removal mechanism of conventional cutting and in-process-heat laser-assisted cutting (In-LAC) of binderless polycrystalline tungsten carbide (WC) material is studied through systematic numerical analysis and experimental investigation. The proposed In-LAC model considers the accumulated thermal effect and the laser in-process-heat thermal boundary condition simultaneously. Results of molecular dynamics (MD) analysis are remarkably consistent with the experimental results qualitatively. The high-temperature nanoindentation test reveals the improved machinability of WC at an elevated temperature and provides a theoretical basis for cutting force reduction. A small Young's modulus measured at an elevated temperature presents a large elastic recovery value for the In-LAC model. The critical depth of no observed surface cracks of binderless WC increases from 26.6 nm to 106.3 nm, which can be attributed to in-process laser assistance. Furthermore, the In-LAC method is beneficial to avoid subsurface crystal bending and reduce subsurface damage in the MD model and the taper cutting sample subsurface. The existence of the laser annealing effect during the In-LAC process is directly proven by binderless WC cross-section transmission electron microscopy (TEM). According to the simulation analysis results and diamond turning chip morphology, the optimal laser power for polycrystalline WC ranges from 10 W to 15 W, which facilitates obtaining the surface finish of 4.66 nm in Sa and significantly improving the tool life.
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