Usinagem Assistida por Laser de materiais difíceis de cortar: Oportunidades de Pesquisa e Direções Futuras - Uma revisão abrangente

 Abstrato

  Ligas de alta resistência, como níquel e titânio, e materiais avançados de engenharia, como cerâmicas e compósitos, estão sendo desenvolvidos e amplamente utilizados nas indústrias aeroespacial, automotiva, médica e nuclear devido às suas propriedades fisico-mecânicas inerentes. No entanto, a conversão desses novos materiais em produtos de engenharia está sempre associada à usinagem. As características de usinabilidade, como maior força de corte, maior temperatura de corte, baixa integridade superficial e menor vida útil da ferramenta associada a esses materiais, colocam muitos desafios para os pesquisadores e, portanto, são considerados difíceis de cortar materiais. Métodos convencionais de usinagem desses materiais são considerados antieconômicos. Nos últimos dias, muitas tentativas foram feitas para melhorar a usinabilidade desses materiais de forma mais eficaz através do uso de usinagem assistida por energia externa. Entre os vários métodos externos de usinagem assistida por energia, a usinagem assistida por laser (LAM) tem recebido a atenção de pesquisadores no domínio de corte de metal e algumas pesquisas foram realizadas nos últimos anos. Este artigo tem como objetivo revisar e resumir o uso potencial de LAM para materiais difíceis de cortar, progresso atual, benefícios e desafios na usinagem assistida por laser. Além disso, um trabalho de otimização para estudar o efeito de parâmetros de laser e parâmetros de processo de usinagem no desempenho de usinabilidade não é relatado, aplicável a processos industriais. Conclui-se que novas técnicas experimentais de modelagem e empíricas são necessárias para criar modelos baseados em previsão. acordo com experimentos confiáveis, enquanto explica os efeitos de muitos parâmetros, para usinagem destes materiais difíceis de cortar.

1. Introdução

  Nas últimas décadas, materiais avançados como superligas à base de titânio e níquel, ligas ferrosas, cerâmicas, compósitos e ligas de cromo-cobalto estão sendo desenvolvidos para aplicações resistentes e resistentes ao calor, que incluem as indústrias automotiva, aeroespacial, nuclear, médica e eletrônica. 10].

  Estes materiais são caracterizados com excelente relação força-peso, forte resistência à corrosão e capacidade de reter alta resistência a alta temperatura. Todos esses materiais possuem resistência e resistência superiores em comparação ao material de engenharia convencional. No entanto, aplicações destes materiais não estão crescendo atualmente porque o que faz metade do custo final do produto para converter um componente final [1, 2]. Isto é atribuído à baixa velocidade de corte, menor profundidade de corte devido ao desgaste excessivo da ferramenta. Portanto, esses materiais são considerados materiais difíceis de cortar. Muitos problemas são encontrados durante a usinagem, como geração excessiva de calor na zona de corte e alta fricção entre a interface do chip da ferramenta, tendência à formação de BUE e falha catastrófica da aresta de corte [3,4,5]. Isso pode ter um efeito significativo no desempenho de processos de usinagem, como baixa usinabilidade, alto custo de usinagem e baixa produtividade. Devido às características inerentes do material difícil de cortar, os métodos de usinagem convencionais, como fresamento ou torneamento, estão se mostrando ineficientes. Diversos processos de usinagem inovadores, como usinagem de abrasivos, usinagem a laser, usinagem de descarga elétrica, usinagem química, métodos de usinagem assistida termicamente, como usinagem assistida por laser, usinagem assistida por plasma, estão sendo aplicados a esses materiais. Entre as muitas abordagens, uma abordagem, que está se tornando cada vez mais popular com materiais difíceis de usinar, é a usinagem assistida por laser (LAM) devido a seus maiores benefícios, crescimento substancial em tecnologia e viabilidade comercial.

Neste contexto, este documento destaca o progresso atual e os desafios da LAM em relação ao efeito dos parâmetros do laser e parâmetros de usinagem na eficiência do processo de materiais difíceis de cortar.

2.Máquina Assistida por Laser - Visão Geral

  A usinagem assistida por laser é um método híbrido que usa um laser de alta potência para aquecer localmente a peça de trabalho antes da remoção do material com uma ferramenta de corte tradicional. Em temperaturas elevadas, a resistência ao escoamento de um material frágil diminui para abaixo da resistência à fratura, alterando o comportamento de deformação do material de quebradiço para dúctil. Também a temperaturas elevadas, a resistência ao escoamento de material forte e dúctil diminui, reduzindo assim as forças de corte e o desgaste da ferramenta, bem como melhorando a qualidade da superfície [6]. A figura 1 mostra um esquema de usinagem assistida por laser.

  Duas principais fontes de laser são amplamente utilizadas em experiências de LAM: laser de CO2 e laser de Nd: YAG. Este último, tendo um comprimento de onda menor, tem melhor absorção. O laser de CO2 é menos benéfico na maioria dos materiais difíceis de cortar, como Inconel, aço endurecido e materiais compósitos, quando comparado ao Nd: YAG, devido à baixa absorção de energia do laser [7,8,9]. A maior parte da pesquisa foi focada nos benefícios da LAM e abordou os desafios da usinagem convencional. Porém, os resultados de usinagem do LAM dependem dos parâmetros do processo de usinagem e dos parâmetros do laser. Os principais parâmetros operacionais associados à usinagem assistida por laser são: potência do laser, diâmetro do ponto do feixe de laser, velocidade de corte, taxa de avanço e profundidade de corte. A configuração ideal para o LAM é difícil devido aos muitos parâmetros de controle e suas interações. Além disso, um estudo estatístico baseado no planejamento de experimentos é necessário para investigar o efeito do parâmetro LAM ótimo e suas interações não são publicadas.

  3. Efeito dos parâmetros do laser e parâmetros de usinagem em materiais difíceis de usinar

  Recentemente, a LAM identificou uma importante área de pesquisa e aplicou-se a muitos materiais de alta resistência e alta dureza. Para obter os benefícios máximos da LAM, é necessário compreender o efeito de interação dos parâmetros do processo a laser em diferentes materiais da peça e os níveis ótimos para obter menor força de corte, baixo custo de usinagem e qualidade superficial [7]. Temperatura da superfície da peça, velocidade de corte, avanço, corte de profundidade, diâmetro do laser, distância da ponta da ferramenta laser, distância focal tem um papel significativo no processo LAM para evitar danos à superfície e falha prematura das ferramentas de corte. Nesta seção, os parâmetros do laser de efeito, juntamente com os parâmetros de usinagem em diferentes materiais de difícil corte, são revisados.

  Ligas 3.1Titanium

  As ligas de titânio são materiais atrativos nas indústrias aeroespacial, automotiva, biomédica, nuclear e de turbinas a gás devido às suas excelentes propriedades físico-mecânicas, como excelente relação resistência-peso, forte resistência à corrosão e capacidade de reter alta resistência a altas temperaturas [10,11]. 12]. Essas propriedades, juntamente com baixo módulo de elasticidade, baixa condutividade térmica, alta resistência e dureza em temperaturas elevadas e reatividade química com ferramentas de corte tornam a usinagem desses materiais extremamente difícil, resultando em menor vida útil da ferramenta [10]. Menor velocidade de corte e menor vida útil da ferramenta, o que gera maior custo de usinagem para essas ligas [11]. Algumas tentativas de pesquisa foram feitas para analisar a usinabilidade via usinagem assistida criogênica a seco para aumentar a velocidade de corte e a vida útil da ferramenta. Estudos revelam que a usinagem assistida criogênica proporciona uma melhoria substancial na vida útil da ferramenta em comparação com a usinagem a seco [12]. A combinação de baixa alimentação / alta profundidade de corte melhora a vida útil da ferramenta em 6 vezes quando comparado a alta alimentação / baixa profundidade de corte a uma velocidade de corte constante de 125 m / min com o uso de nitrogênio líquido como refrigerante [13,14]. Devido ao crescimento substancial da usinagem assistida por laser, é necessário melhorar a usinabilidade do titânio [7,8]. Na maior velocidade de corte, o LAM resultou em menor vida útil da ferramenta devido ao desgaste por difusão na temperatura de remoção de material de temperatura de 250˚C em comparação com a usinagem convencional [15]. No entanto, a LAM beneficia estas ligas via usinagem híbrida, ou seja, LAM na usinagem criogênica [15] e relatou a máxima vida útil da ferramenta, em termos de MRR devido à menor temperatura da interface do chip da ferramenta, menor atrito entre a ferramenta de corte e a peça. Observou-se que as pastilhas de metal duro com cobertura TiAlN proporcionam uma economia total da vida útil da ferramenta durante a usinagem LAM e híbrida [15].

Mais pesquisas foram feitas sobre os benefícios das pastilhas de corte de carboneto não revestidas com refrigerantes criogênicos para investigar a vida útil da ferramenta e o mecanismo de desgaste ao girar o Ti-6Al-4V em alta velocidade (125 m / min). O resultado revela que a usinagem com refrigerantes melhora significativamente a vida útil da ferramenta em 235% em comparação com a LAM sozinha, e descobriu-se que o refrigerante suprime a aderência, desgaste por difusão que melhora significativamente a vida útil da ferramenta [16]. No entanto, os pesquisadores estão focados no potencial da LAM na aplicação industrial através da análise crítica do efeito do feixe de laser na força de corte e temperatura de corte e resultaram em uma redução significativa na força de corte (15%) [17]. Foi observado que com o aumento da energia do laser (entre 1200 W-1600 W e ponto de feixe de laser de 2-3 mm), há uma redução de 10% na força de corte na faixa de velocidade de corte de 25 - 125 m / min e também observaram uma vida útil mais curta na velocidade de corte > 150 m / min. O estudo da morfologia de cavacos no LAM revela que a formação de cavacos depende fortemente da velocidade de corte e da potência do laser [18]. Observou-se que a energia laser constante, a mudança de dente de serra para chip contínuo e de volta ao dente de serra a maior velocidade de corte.

A Tabela 1 resumiu as últimas pesquisas em usinagem assistida por laser de ligas de titânio.

  3.2 ligas à base de níquel

  Ligas à base de níquel como Inconel, Hastelloys, Waspaloys e Udimet são outros materiais atrativos sobre ligas de titânio usadas nas indústrias aeroespacial e nuclear, como turbinas a gás, motores a jato e reservatório de propulsão devido a propriedades químicas e mecânicas a temperatura elevada [10]. Devido à alta temperatura na zona de corte 1200˚C, químico

Tabela 1 Resumo da usinagem assistida por laser de ligas de titânio

reatividade com a maioria das ferramentas de corte e presença de partículas abrasivas duras como TiC, CrC, MoC na microestrutura, o que dificulta a usinagem dessas ligas e estimula o desgaste abrasivo. Isso resulta em baixa velocidade de corte, menor vida útil da ferramenta, baixa qualidade superficial e, portanto, alto custo de usinagem [19,20].

Nos últimos anos, a LAM foi utilizada para melhorar a usinabilidade em ligas à base de níquel. Como a dureza de Inconel é morta rapidamente acima de 600˚C -700˚C e, portanto, a temperatura de remoção do material (Tmr) do material da peça de trabalho não precisa ser elevada ao contrário da LAM de cerâmica. Devido à baixa absorção nos metais, um laser de alta potência foi utilizado no Inconel 718 em estágios iniciais [19]. The Anderson et al, relataram que a taxa de absortividade no Inconel 718 pode ser melhorada através de adesivo de grafite na superfície do laser de CO2 e os resultados são comprovados. No entanto, o revestimento aplicado não pode se sustentar em alta temperatura e várias unidades a laser são usadas simultaneamente na superfície não virada e na superfície do chanfro para melhorar a usinabilidade [20]. Energia laser de alta potência, pequeno diâmetro do feixe de laser, menor taxa de alimentação e maior tempo de pré-aquecimento podem resultar em Tmr necessária na peça de trabalho [21]. Por outro lado, juntamente com a Tmr, a taxa de alimentação tem o maior fator de influência na energia de corte específica. Como a energia do laser aquece a superfície do material a 540˚C para Inconel 718 [20] e entre 300-400˚C para Waspaloy [23], o desgaste médio do flanco e o desgaste do entalhe diminuíram com o aumento da velocidade de 60 m / min para 180 m / min para Inconel 718 e para Waspaloy.

  A integridade da superfície usinada (rugosidade, danos na superfície / subsuperfície, tensão residual, microdureza), em particular a rugosidade da superfície, é melhorada ligeiramente com o uso de pastilhas de cerâmica em LAM sobre usinagem convencional [22]. Uma análise comparativa de pastilhas de cerâmica e metal duro usando LAM é experimentada e resultou que a vida da pastilha de metal duro sem revestimento é menor em comparação com a usinagem convencional [22]. Outras experiências realizadas com a ferramenta de corte Sailon e relataram que a rugosidade superficial melhorou em 25% para a ferramenta cerâmica, que produziu o resultado favorável, apesar da pesquisa anterior associada à qualidade superficial ruim [21]. Além disso, a LAM produziu um aumento notável na taxa de remoção de material. A ferramenta cerâmica Sailon demonstrou um aumento de 800% na taxa de remoção de material e uma melhoria de 50% na vida útil da ferramenta em comparação com a usinagem convencional. A Tabela 2 resumiu as pesquisas mais recentes em usinagem assistida por laser de ligas à base de níquel.

Tabela 2 Resumo da usinagem assistida por laser de superligas à base de níquel

  3.3 Cerâmica

  Cerâmicas estruturais avançadas como mulita, zircônia, alumina e nitreto de silício são identificadas como outro material atraente devido às suas propriedades compressivas [24,26,27,28]. Devido à sua baixa densidade, resistência superior ao desgaste e resistência a altas temperaturas, estas são normalmente empregadas na fabricação de componentes críticos nas áreas automotiva e aeroespacial. A maioria das pesquisas anteriores sobre a LAM foi realizada neste material devido à sua dureza e fragilidade [24, 25]. Verificou-se que a ferramenta de corte PCBN mostra uma ferramenta mais longa (digamos 121 min) quando LAM em zircônia a uma Tmr de 900 -C -1100˚C [27] e uma pastilha de metal duro foi usada para LAM em alumina a 850˚C [ 29] e mulite (digamos 44 min) [28]. Três mecanismos de desgaste dominantes, como abrasão, aderência e difusão, são atribuídos ao desgaste da ferramenta e dependem fortemente da temperatura de remoção do material [27]. Portanto, é necessário encontrar a melhor temperatura de remoção do material para uma maior vida útil da ferramenta [26]. No entanto, encontrar a Tmr ótima é difícil devido à complexidade dos parâmetros de influência e suas interações mútuas.

Verificou-se que a força de corte e a energia de corte específica diminuem com o aumento da temperatura da superfície com a energia do laser quando LAM nas cerâmicas, mas não influenciam significativamente a distância do cabo da ferramenta a laser [25,27,28]. A influência da velocidade de corte na força de corte é insignificante, mas, por outro lado, a taxa de alimentação [28,29]. A razão de força, como força de alimentação / força de corte, diminui em zircônia [28] e mulita [29] resulta em maior Tmr, o que indica evidência de amolecimento significativo da peça de trabalho perto da zona de corte e deformação quase plástica. Observa-se que a velocidade de corte tem a influência mais significativa na rugosidade da superfície, seguida da taxa de avanço e do corte de profundidade [30].

  Quando se examina a morfologia dos cavacos, verificou-se que a temperatura de remoção do material e a razão de força (Ff / Fc < 1) desempenham um papel fundamental durante a formação de cavacos em comparação com outros parâmetros [25,26]. Para a temperatura da peça de trabalho na faixa de 1260˚C-1410˚C, com base na investigação SEM do chip obtido, Lei [25] observou que a deformação plástica do nitreto de silício na zona de cisalhamento foi continuada pela mobilidade aprimorada da haste. como grãos de silício, o que é facilitado pela redução da viscosidade da fase vítrea inter granular na temperatura mais alta.

  Para mulita, Patrick desenvolveu uma configuração experimental de dupla rampa laser para evitar a fratura térmica da peça de trabalho devido à baixa difusividade térmica, tenacidade à fratura e resistência à tração do material poroso, em comparação com nitreto de silício [28] e inferida em três diferentes mecanismo tal como fratura frágil e chip semi-contínuo para (Ff / Fc > 1) e operando janela de temperatura de trabalho de 800˚C-1000 ˚C para formação contínua de cavacos para (Ff / Fc < 1) e operando janela de temperatura de trabalho maior de 1300˚C. Este sinal não é observado quando LAM em zircônia [28], mas a deformação plástica ocorre durante a formação de cavacos, juntamente com fratura frágil. A rugosidade da superfície, não é sensibilidade à temperatura de remoção do material durante o LAM do nitreto de silício [25], mas depende do tamanho e distribuição dos grãos de nitreto de silício e da zircônia [25,27]. Fissuras locais são apresentadas na zona afetada pelo calor antes dos processos de material e permanecem no subsolo quando sua espessura de fissuração é maior que a profundidade de corte [27]. Portanto, é necessário controlar a temperatura de remoção do material para produzir superfície livre de rachaduras durante o LAM. A Tabela 3 resumiu as últimas pesquisas em usinagem assistida por laser de cerâmica.

  Ligas 3.4Ferrous

  Os aços dúctil de baixo carbono, aço inoxidável e aço temperado foram classificados em materiais difíceis de usinar com base de ferro e encontraram sua aplicação em automóveis, como engrenagens, eixos de virabrequim e blocos de motor [10]. No entanto, a usinagem desses componentes automotivos apresenta um grande problema, devido à alta dureza e tenacidade à fratura com a tecnologia tradicional de usinagem [31]. O conceito de técnica de torneamento duro é referido para esses aços cuja dureza ultrapassa 45 HRC. Essa técnica elimina o processo secundário, como a retificação e o tratamento térmico, que contribuem com até 60-90% do custo final do produto usinado [33]. No entanto, uma investigação experimental usando LAM foi realizada em aço AISI D2 [31], ferro grafite compactado [32], aço AISI 4130 [33], ferro fundido branco com alto teor de cromo [34] e aço XC42 [35], a fim de reduzir o custo geral de usinagem e aumentar a produtividade através da substituição do processo de retificação e torneamento duro.

Tabela 3 Resumo da Usinagem Assistida por Laser de Cerâmica

  Observa-se que a distância da ferramenta a laser tem influência mais significativa na força de corte durante a usinagem de aço XC42 endurecido do que o método de corte convencional com a maior redução de 65% para a força de corte radial e 85% para a força de avanço [35 ]. Resultados de experimentos confirmaram que a distância da ferramenta a laser é um fator crítico no sucesso da usinagem assistida por laser [34]. Isso ocorre porque a temperatura na superfície diminui à medida que a distância entre o ponto de laser e a ferramenta de corte aumenta e leva mais tempo para dissipar o calor na peça de trabalho.

  Na LAM do aço AISI D2, não apenas a magnitude da força de empuxo é reduzida, mas também a variação de amplitude da força de corte é reduzida, o que é atribuído à maior redução da vibração da máquina. Isso se deve à maior duração do ciclo de aquecimento e à distribuição do feixe de laser [31]. Temperatura de pré-aquecimento quando o LAM do ferro de grafite compactado é mais significativamente afetado pela potência do laser e taxa de alimentação [33]. Descobriu-se que, com o auxílio do calor do laser, o desgaste do flanco e a falha catastrófica das ferramentas de metal duro são reduzidas e melhoram a vida útil da ferramenta em até 100% para o aço LAM D2 [31], devido ao amolecimento da peça em torno de 300˚ C-400˚C para a espessura de cavaco não cortada de 0,05 mm e um BUE estável que protege a aresta de corte durante a LAM. No entanto, a vida útil da ferramenta ao usinar ferro grafitado compactado é significativamente afetada pela taxa de alimentação [32] Na LAM dos aços endurecidos, as tensões residuais tornam-se mais compressivas e a profundidade de penetração do estresse torna-se menor quando comparada ao corte convencional [33]. Ao contrário da liga de titânio, a morfologia do chip muda a forma do dente para o chip contínuo quando LAM do aço D2, devido à maior temperatura da superfície [31]. A formação de cavacos de dente de serra na usinagem é uma das principais causas de trepidação e descobriu-se que o pré-aquecimento da peça em LAM resulta em uma redução drástica na amplitude de vibração e vibração [31,32]. A Tabela 4 resumiu as últimas pesquisas em usinagem assistida por laser de ligas ferrosas.

Tabela 4 Resumo da usinagem assistida por laser de ligas ferrosas

  3,5Composto

  Os compostos são de natureza não homogênea, geralmente formados pela dispersão de partículas, fibras e bigodes em uma matriz. A incorporação de partículas reforçadas com fibras reforça as propriedades como adesivo, abrasivo, resistência ao desgaste por difusão, propriedades térmicas, dureza e rigidez. O desafio inerente da usinagem desses compósitos é o desgaste excessivo da ferramenta e danos subsequentes na peça de trabalho. A baixa usinabilidade é devido à retirada da fibra, delaminação, fibras não cortadas, alto desvio dimensional e alta rugosidade superficial [10].

  O amolecimento da matriz Al pela energia do laser, que se torna mais macia e plástica, leva a uma redução significativa dos componentes de força quando comparada à usinagem convencional. Com base na análise microscópica, o Wang [36] inferiu que a matriz amolecida é facilmente extraída da superfície usinada enquanto a partícula de Al2O3 é empurrada da superfície usinada, o que leva a uma maior concentração (37%) de partículas de Al2O3 na superfície camada aumenta a resistência ao desgaste da superfície usinada. Isso resultou em melhor acabamento superficial e maior vida útil da ferramenta. Maior tensão residual de compressão (3 vezes do que a usinagem convencional) é relatada com LAM. No entanto, Barnes et al estudaram o efeito da usinagem a quente (200-400 ° C) de MMCs de Al / SiCp / 18P e encontraram uma maior vida útil da ferramenta devido às bordas construídas em baixa velocidade de corte [37]. Mas em temperaturas mais altas, a barra composta exibe uma vida útil mais curta do que a usinagem convencional.

Pesquisas adicionais sobre MMCs particulados (Al / SiCp / 20) foram realizadas para estudar o efeito da temperatura da peça juntamente com diferentes faixas de velocidade de corte (em velocidades de corte mais baixas e mais altas) e os resultados indicam que a rugosidade superficial (37%) vida útil da ferramenta (40% a 150-200m / min comparado a 57% a 50-100m / min) e a profundidade de dano depende da velocidade de corte sobre a usinagem convencional definindo os critérios de rugosidade da superfície como 2 μm [3]. O efeito da temperatura da peça no dano subsuperficial é relativamente independente devido à pequena faixa de Ft / Fc. No entanto, o LAM em Al / Al2O3 / 60f mostra danos observáveis em termos de retirada da fibra, diminuindo com o aumento da temperatura de remoção do material. A taxa de alimentação tem efeito negativo sobre a vida útil da ferramenta e a rugosidade da superfície, juntamente com a temperatura de remoção de material de 300˚C [39]. A Tabela 5 resumiu as últimas pesquisas em usinagem assistida por laser de compósitos.

Tabela 5 Resumo da Usinagem Assistida por Laser de Compósitos

  3.6Cortar materiais de ferramentas utilizados em materiais difíceis de usinar

  O desafio inerente durante a usinagem destes materiais difíceis é que a ferramenta de corte selecionada deve suportar as tensões mecânicas e térmicas em alta temperatura. Os diferentes tipos de ferramentas de corte, cerâmicas, insertos de metal duro revestidos, CBN, PCD, PCBN são empregados na LAM. PCBN é usado para LAM de nitreto de silício [25] e zircônia [27], pastilha de metal duro para alumina [29] e mulita [28]. No entanto, a maior vida útil da ferramenta é observada em PCBN comparado ao carboneto quando LAM de Zircônia nas condições de teste. O mecanismo de desgaste mais comum observado na usinagem assistida por laser de zircônia com PCBN é abrasão, difusão e adesão [27]. Mas o desgaste abrasivo e difusivo não é observado na LAM do nitreto de silício [25,30] quando comparado à zircônia [27] devido à baixa ductilidade e à difusividade térmica da zircônia. O PCD é considerado não adequado para LAM em cerâmicas de zircónia. Com base na pesquisa conduzida e investigada em diferentes tipos de ferramentas de corte, as ligas Ti-6AL-4V [15] e Inconel 718 [20], relataram que as pastilhas de metal duro com TiAlN são a ferramenta mais apropriada para LAM para melhoria da rugosidade superficial. Insertos cerâmicos são considerados como uma ferramenta alternativa para usinagem de ligas à base de níquel [10, 22] para maior vida útil da ferramenta, mas não é adequada para ligas de titânio devido à reatividade química, baixa condutividade térmica e baixa tenacidade. Insertos de metal duro SPG 422 da Kennametal K68 [31] Os insertos de corte do tipo revestidos ou não revestidos com TiN são usados para cortar aços endurecidos e compósitos. No caso de LAM de compósitos, os insertos de metal duro são usados para resultados favoráveis em termos de taxa de remoção de material, melhoria da integridade da superfície e maior vida útil da ferramenta a uma velocidade de corte mais alta [38, 39].

  4. Escopo para otimização do processo LAM

  As vantagens da LAM em relação à usinagem convencional atraíram muitas pesquisas sobre a melhoria dos benefícios de viabilidade e usinabilidade de materiais difíceis de cortar. Poucos estudos foram sistematicamente investigados para selecionar o valor ótimo do parâmetro LAM para obter uma força de corte mínima, MRR razoavelmente bom e efeito do tipo de material da ferramenta de corte no mecanismo de desgaste. No entanto, o valor ideal dos parâmetros LAM depende dos parâmetros do laser e dos parâmetros de usinagem. É difícil encontrar os parâmetros ideais de usinagem devido à complexidade dos parâmetros de influência e seus efeitos de interação. Esta revisão teve como objetivo caracterizar o processo de usinagem assistida por laser, identificando como o parâmetro individual afeta os resultados da usinagem. Devido à complexidade, é necessário um projeto de experimentos com base estatística para investigar o efeito dos parâmetros do laser nos resultados de usinagem e seu efeito de interações mútuas para prever o ajuste ideal dos parâmetros LAM. Normalmente, o desempenho de um processo de usinagem geralmente é caracterizado por um grupo de respostas. Se mais de uma resposta for considerada, é muito difícil selecionar a configuração ideal que pode atingir todos os requisitos de qualidade simultaneamente. Caso contrário, a otimização de um recurso de qualidade pode levar a uma perda grave de qualidade para outras características de qualidade que podem não ser aceitas. Portanto, a abordagem de otimização simultânea pode ser implementada no processo LAM.

5. Conclusão

  Neste estudo, foi feita uma tentativa de revisão detalhada da usinagem assistida por laser de materiais difíceis de cortar. Os resultados da revisão são resumidos da seguinte forma:

  1. É evidente que a usinagem auxiliada por laser pode ser usada para aumentar a eficiência do processo de materiais difíceis de cortar quando comparados aos métodos convencionais.

  2. No entanto, é necessário ainda mais pesquisas nesta área para se ter um bom entendimento do mecanismo de remoção de material de processo e selecionar o parâmetro de processo de maneira apropriada.

  3. Modelos baseados em simulação precisam ser desenvolvidos para analisar a distribuição de temperatura no material, o que é necessário para reduzir a resistência mecânica.

  4. Os estudos são relatados apenas o efeito paramétrico na usinagem destes materiais difíceis de cortar. No entanto, a influência simultânea nos fatores de variação na obtenção de estudos de usinagem favoráveis não foi bem explorada de forma abrangente.

  5. Mais pesquisas precisam ser conduzidas sobre a seleção ideal de parâmetros de processo de tamanho do feixe, potência do laser, parâmetros de corte como velocidade de corte, taxa de avanço, profundidade de corte e outros fatores para alcançar a produtividade geral. Interesses de pesquisa atuais incluem também explorar os efeitos da influência simultânea de parâmetros de usinagem por meio de métodos experimentais e empíricos.

  6. A maioria das pesquisas recentes sobre LAM tem sido amplamente focada no torneamento assistido por laser. No entanto, outros processos de usinagem, como fresamento, perfuração e retificação, desempenham um papel vital nos sistemas de produção.