Maquinagem laser de materiais ultraduros, condições de processamento de micro maquinagem em formas 3D em PCD

Abstract

A constante evolução da indústria metalomecânica em especial da maquinagem laser aplicada a materiais ultraduros como é o caso do diamante sintético e do nitreto cúbico de boro é um assunto de grande importância. O projeto pretende dar resposta à recente questão de como podemos melhorar os processo de maquinagem laser tanto a nível de qualidade de acabamento como na diminuição do tempo de maquinagem com vista a retirar maior partido da tecnologia de corte laser aplicada a diamantes policristalinos – PCD (Polycrystalline Diamond). O presente documento pretende otimizar a qualidade da aresta de corte da pastilha de PCD no menor tempo de maquinagem possível, recorrendo para tal à utilização do método de Taguchi aplicado aos componentes que têm maior influência, de forma a obter a parametrização ideal que mais se adequa a cada um dos componentes do processamento de corte por laser. Recorreu-se ao método de Taguchi utilizando o software MiniTab que permitiu otimizar os parâmetros. Foram realizados 27 ensaios de corte laser no sentido de se obter a aresta de corte da pastilha de PCD e de se caracterizar a aresta produzida. Foram introduzidos no software a rugosidade e o tempo de maquinagem laser obtidos, com diferentes configurações de parâmetros. Após a otimização procedeu-se à execução prática do novo ensaio com a parametrização otimizada. Adicionalmente foram realizados 9 ensaios de inserção de quebra-apara em pastilhas de PCD com o objetivo de se obter uma otimização de parâmetros no processo de ablação de quebra-aparas com recurso a tecnologia laser. O projeto permitiu-nos retirar conclusões sobre a velocidade linear dos eixos CNC, sobre a velocidade de pulso, a profundidade de corte e sobre a potência laser que devem ser utilizados nas fases de desbaste e de acabamento na operação de corte laser de PCD. Permitiu também relacionar a potência laser e a profundidade de corte aplicados ao processo de ablação. Conseguiu-se obter uma otimização do processo de produção em ambos os processos.

The constant evolution of the metalworking industry, in particular the laser machining technology applied to ultra-hard materials such as synthetic diamond and cubic boron nitride is a matter of great importance. The project aims to answer the recent question of how can we improve laser machining processes in terms of finishing quality and decrease machining time in order to take full advantage of laser cutting technology applied to polycrystalline diamond. The work aims to optimize the cutting edge quality in the shortest possible time, using the Taguchi method to find out which components have the most influence and which value best suits each of the laser cutting parameters. Taguchi method was applied in the MiniTab software, which allowed to optimize the parameters. Twenty seven laser cutting tests were performed in order to obtain the cutting edge of the PCD insert and to characterize the produced edge. Roughness and laser machining time with different parameter settings were introduced in the software. After optimization, the new test was carried out with the obtained parameterization. In addition, 9 ablation tests were carried out to produce chip breakers in PCD with the objective of obtaining parameter optimization in the ablation process of chip breakers using laser technology. The project allowed us to draw conclusions about the linear speed of the CNC axes, the pulse speed, the depth of cut and the laser power to be used in the roughing and finishing phases in the PCD laser cutting operation. It also allowed to relate the laser power and depth of cut applied to the ablation process. Production process optimization was achieved in both processes.