硬质合金的激光与超声复合加工实验研究

摘 要：硬質合金属于高硬度、高脆性材料，加工性能较差。为了提高硬质合金的加工质量，采用激光与超声复合加工方法对其打孔，研究在无水条件下和水环境下的激光与超声复合加工对硬质合金加工质量的影响。实验结果表明，在水环境下，采用激光与超声复合加工方法加工硬质合金时可达到较好的效果。

关键词：硬质合金；激光；超声；复合加工

中图分类号：TG66 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.044

1 实验方法及设备

激光与超声复合加工设备如图1所示。实验采用的是HGL-VIB1型激光加工系统。在试样加工过程中，通过水射流系统引入低压水流，其对试样加工表面的形貌及表面质量产生显著影响。在加工过程中，超声设备放置在激光加工平台上。

2 硬质合金的加工

选择一组实验结果，对孔洞内表面的微观形貌进行观察分析。无水条件下的加工结果如图2（a）和（b）所示，水环境下的加工结果如图2（c）和（d）所示。无水与有水条件下相比，激光烧蚀的结果有一定的区别：在水环境下，激光烧蚀得到的孔洞为规则的圆形，孔径较大，孔洞内表面光滑，熔渣较少，孔的质量较好。因为水有强烈的冷却作用，水的加入可以有效地去除熔渣。而无水条件下加工得到的孔形不规则，孔径小，表面重铸层厚。

在无水条件下加工时，有超声振动和无振动辅助2种条件下，激光烧蚀得到的孔洞的表面微观形貌基本一致，均有熔渣覆盖。而在水环境下，与无振动辅助时的激光加工相比，有振动辅助时，超声的高频振动易产生空化效应，可对加工表面起到强烈的清洗作用，使得加工表面相对光滑，孔形更加规则。

由此可知，在硬质合金的打孔加工方面，水环境下的激光与超声复合加工方法可起到一定的效果。

3 结论

由上述实验可知，水环境下，有超声振动辅助时，加工过程产生超声空化效应，可起到清洗烧蚀表面熔渣的作用，形成表面光滑、孔形规则的孔洞。

本实验为硬脆材料的加工提供了理论研究的基本知识。但我们的实验研究存在许多亟待解决的问题，后续仍需要进行更系统、更深入的研究。

参考文献

[1]姚燕生，王园园，李修宇，等.水环境下激光超声复合加工实验研究[J].应用激光，2015，35（2）：26-32.

[2]姚燕生，王园园，李修宇.激光复合焊接技术综述[J].热加工工艺，2014，43（9）：16-20.

[3]M.H. Bocanegra-Bernal，B. Matovic.Mechanical properties of silicon nitride-based ceramics and its use in structural applications at high temperatures.Materials Science and Engineering A，2010，527（6）：1314-1338.

〔编辑：刘晓芳〕