Usinage assisté par laser de matériaux difficiles à couper: possibilités de recherche et orientations futures - Un examen complet

 Abstrait

  Des alliages à haute résistance tels que le nickel et le titane et des matériaux d'ingénierie avancés tels que la céramique et les composites sont en cours de développement et sont largement utilisés dans les industries aérospatiale, automobile, médicale et nucléaire en raison de leurs propriétés physico-mécaniques inhérentes. Cependant, la transformation de ces nouveaux matériaux en produits d'ingénierie est toujours associée à l'usinage. Les caractéristiques d'usinabilité telles qu'une force de coupe plus élevée, une température de coupe plus élevée, une intégrité de surface médiocre et une durée de vie réduite de l'outil associée à ces matériaux posent de nombreux défis aux chercheurs, et sont donc considérées comme des matériaux difficiles à couper. Les méthodes conventionnelles d'usinage de ces matériaux se révèlent peu économiques. Ces derniers jours, de nombreuses tentatives ont été faites pour améliorer l'usinabilité de ces matériaux grâce à l'utilisation d'un usinage assisté par énergie externe. Parmi les différentes méthodes d'usinage assisté par énergie externe, l'usinage assisté par laser (LAM) a retenu l'attention des chercheurs dans le domaine de la coupe du métal et quelques recherches ont été menées au cours des dernières années. Ce document vise à examiner et à résumer l'utilisation potentielle de la MAMA pour les matériaux difficiles à couper, les progrès actuels, les avantages et les inconvénients de l'usinage assisté par laser. De plus, un cadre d'optimisation visant à étudier l'effet des paramètres laser et des processus d'usinage sur les performances d'usinabilité n'est pas présenté. Il est conclu qu'il est nécessaire de recourir à une modélisation expérimentale et à des techniques empiriques supplémentaires pour créer un modèle prédictif donnant de bons résultats. accord avec des expériences fiables, tout en expliquant les effets de nombreux paramètres, pour l’usinage de ces matériaux difficiles à couper.

1. Introduction

  Au cours des dernières décennies, des matériaux avancés tels que des superalliages à base de titane et de nickel, des alliages ferreux, des céramiques, des composites et des alliages cobalt-chrome ont été mis au point pour des applications à haute résistance et résistance à la chaleur, notamment les industries automobile, aérospatiale, nucléaire, médicale et électronique [1 ,dix].

  Ces matériaux se caractérisent par un excellent rapport résistance / poids, une forte résistance à la corrosion et une capacité à conserver une résistance élevée à haute température. Ces matériaux ont tous une résistance et une ténacité supérieures à celles des matériaux d'ingénierie conventionnels. Cependant, les applications de ces matériaux ne sont pas en croissance actuellement, ce qui représente la moitié du coût final du produit pour la conversion d'un composant final [1, 2]. Ceci est attribué à la faible vitesse de coupe et à la faible profondeur de coupe due à l'usure excessive de l'outil. Par conséquent, ces matériaux sont considérés comme des matériaux difficiles à couper. De nombreux problèmes sont rencontrés lors de l'usinage, tels que la génération de chaleur excessive dans la zone de coupe et le frottement important entre l'interface outil-puce, la tendance à la formation de BUE et la défaillance catastrophique du tranchant [3,4,5]. Cela pourrait avoir un effet significatif sur les performances des processus d'usinage, telles qu'une faible usinabilité, des coûts d'usinage élevés et une faible productivité. En raison des caractéristiques inhérentes aux matériaux difficiles à découper, les méthodes d'usinage conventionnelles telles que le fraisage ou le tournage s'avèrent inefficaces. Un certain nombre de procédés d'usinage innovants, tels que l'usinage par abrasion, l'usinage au laser, l'usinage par décharge électrique, l'usinage chimique, les procédés d'usinage assistés thermiquement, tels que l'usinage assisté par laser, l'usinage assisté par plasma, sont actuellement appliqués à ces matériaux. Parmi les nombreuses approches, l'une des approches qui gagne en popularité avec les matériaux difficiles à usiner est l'usinage assisté par laser (LAM) en raison de ses avantages supérieurs, de sa croissance substantielle de la technologie et de sa viabilité commerciale.

Dans ce contexte, le présent document met en évidence les progrès et les défis actuels de la MAMA en relation avec l’effet des paramètres de laser et des paramètres d’usinage sur l’efficacité des processus de matériaux difficiles à couper.

2.Usinage assisté par laser - Aperçu

  L'usinage assisté par laser est une méthode hybride qui utilise un laser de forte puissance pour chauffer localement la pièce à travailler avant le retrait du matériau avec un outil de coupe traditionnel. Aux températures élevées, la limite d'élasticité d'un matériau fragile diminue au-dessous de la résistance à la rupture, ce qui modifie le comportement de déformation du matériau de fragile à ductile. De même, à des températures élevées, la limite d'élasticité d'un matériau solide et ductile diminue, réduisant ainsi les efforts de coupe et l'usure de l'outil, tout en améliorant la qualité de la surface [6]. La figure 1 montre un schéma d'usinage assisté par laser.

  Le laser CO2 et le laser Nd: YAG sont les deux principales sources laser utilisées dans les expériences LAM. Ce dernier, ayant une longueur d'onde plus courte, a une meilleure capacité d'absorption. Le laser CO2 a moins d’avantages sur la plupart des matériaux difficiles à découper tels que l’Inconel, l’acier trempé et les matériaux composites par rapport au Nd: YAG en raison de la faible capacité d’absorption de l’énergie laser [7,8,9]. La plupart des recherches ont été axées sur les avantages de la MAMA et ont abordé les défis de l'usinage conventionnel. Cependant, les résultats d'usinage de la MAMA dépendent à la fois des paramètres de processus d'usinage et des paramètres laser. Les principaux paramètres de fonctionnement associés à l'usinage assisté par laser sont les suivants: puissance du laser, diamètre du point du faisceau laser, vitesse de coupe, vitesse d'avance et profondeur de coupe. Le réglage optimal pour la MAMA est difficile en raison des nombreux paramètres de contrôle et de leurs interactions. De plus, une étude statistique basée sur la conception d’expériences est nécessaire pour étudier l’effet du paramètre optimal de la MAMA et leur interaction n’est pas encore publiée.

  3.Effet des paramètres laser et des paramètres d'usinage sur des matériaux difficiles à usiner

  Récemment, LAM a identifié un domaine de recherche important et s’applique à de nombreux matériaux à haute résistance et haute dureté. Pour tirer le maximum d'avantages de la MAMA, il est nécessaire de comprendre l'effet d'interaction des paramètres de traitement laser sur le matériau de la pièce et les niveaux optimaux permettant de réduire la force de coupe, les coûts d'usinage et la qualité de surface [7]. La température de surface de la pièce, la vitesse de coupe, la vitesse d'avance, la profondeur de coupe, le diamètre du point laser, la distance de fil de l'outil laser, la longueur focale ont joué un rôle important dans le processus LAM afin d'éviter des dommages superficiels et une défaillance prématurée des outils de coupe. Dans cette section, les paramètres d'effet laser ainsi que les paramètres d'usinage sur différents matériaux difficiles à découper sont passés en revue.

  3.1Alliages de titane

  Les alliages de titane sont des matériaux attrayants dans les industries de l'aérospatiale, de l'automobile, du biomédical, du nucléaire et des turbines à gaz en raison de leurs propriétés physico-mécaniques supérieures telles qu'un excellent rapport résistance / poids, une résistance élevée à la corrosion et la capacité de conserver une résistance élevée à haute température [10,11 , 12]. Ces propriétés, combinées à un faible module d'élasticité, une faible conductivité thermique, une résistance et une dureté élevées à température élevée et une réactivité chimique avec les outils de coupe, rendent l'usinage de ce matériau extrêmement difficile, réduisant ainsi la durée de vie de l'outil [10]. Une vitesse de coupe réduite et une durée de vie réduite, ce qui entraîne des coûts d'usinage plus élevés pour ces alliages [11]. Certaines recherches ont été tentées pour analyser l'usinabilité via un usinage sec assisté par cryogénie afin d'augmenter la vitesse de coupe et la durée de vie de l'outil. Des études révèlent que l'usinage assisté par cryogénique améliore considérablement la durée de vie de l'outil par rapport à l'usinage à sec [12]. La combinaison de faible avance / grande profondeur de coupe améliore la durée de vie de l'outil de 6 fois par rapport à une grande avance / faible profondeur de coupe à une vitesse de coupe constante de 125 m / min avec utilisation d'azote liquide comme fluide de refroidissement [13,14]. En raison de la croissance substantielle de l'usinage assisté par laser, il est envisagé d'améliorer l'usinabilité du titane [7,8]. Avec une vitesse de coupe supérieure, la MAMA réduisait la durée de vie de l'outil à cause de l'usure par diffusion à une température d'enlèvement de matière de 250 ° C par rapport à l'usinage conventionnel [15]. Cependant, la LAM bénéficie de ces alliages via l’usinage hybride, c’est-à-dire la LAM dans l’usinage cryogénique [15]. Il a été observé que les plaquettes de coupe en carbure revêtues de TiAlN permettent de réduire globalement la durée de vie de l'outil lors de l'usinage LAM et hybride [15].

Des recherches supplémentaires ont été entreprises sur les avantages des plaquettes de coupe en carbure non revêtues avec des agents de refroidissement cryogéniques pour étudier la durée de vie de l'outil et le mécanisme d'usure lors du retournement du Ti-6Al-4V à grande vitesse (125 m / min). Le résultat révèle que l'usinage avec des liquides de refroidissement améliore considérablement la durée de vie de l'outil de 235% par rapport à la méthode LAM seule. Il a été constaté que le liquide de refroidissement supprime l'adhérence et l'usure par diffusion, ce qui améliore considérablement la durée de vie de l'outil [16]. Cependant, les chercheurs se sont concentrés sur le potentiel de la MAMA dans les applications industrielles en analysant de manière critique l'effet du faisceau laser sur la force de coupe et la température de coupe, ce qui a entraîné une réduction significative de la force de coupe (15%) [17]. Il a été observé qu'avec une augmentation de l'énergie laser (entre 1200 W et 1600 W et une taille de point de faisceau laser de 2-3 mm), une réduction de> 10% de la force de coupe est observée dans une plage de vitesses de coupe de 25 à 125 m / min et a également observé une durée de vie plus courte de l'outil à une vitesse de coupe supérieure à 150 m / min. L'étude de la morphologie de la puce sur la MAMA révèle que la formation de la puce dépend fortement de la vitesse de coupe et de la puissance du laser [18]. Il a été observé qu’à énergie laser constante, le passage de la dent de scie au copeau continu et de retour à la scie à une vitesse de coupe supérieure.

Le tableau 1 résume les dernières recherches sur l'usinage assisté par laser d'alliages de titane.

  3.2 Alliages à base de nickel

  Les alliages à base de nickel tels que Inconel, Hastelloys, Waspaloys et Udimet sont des matériaux attrayants par rapport aux alliages de titane utilisés dans les industries aérospatiale et nucléaire telles que les turbines à gaz, les moteurs à réaction et les réservoirs de poussée en raison de leurs propriétés chimiques et mécaniques à température élevée [10]. En raison de la température élevée dans la zone de coupe à 1200˚C, produit chimique

Tableau 1 Résumé de l'usinage assisté par laser d'alliages de titane

réactivité avec la plupart des outils de coupe et présence de particules abrasives dures telles que TiC, CrC, MoC dans la microstructure, ce qui rend l'usinage de cet alliage difficile et favorise l'usure par abrasion. Il en résulte une faible vitesse de coupe, une durée de vie réduite, une qualité de surface médiocre et donc un coût d'usinage élevé [19,20].

  Ces dernières années, la MAMA a été utilisée pour améliorer l'usinabilité des alliages à base de nickel. Étant donné que la dureté d'Inconel est dépassée rapidement entre 600 ° C et 700 ° C, la température d'élimination du matériau (Tmr) du matériau de la pièce à usiner ne doit pas être élevée, contrairement à la MÉA de la céramique. En raison de la faible capacité d'absorption sur les métaux, un laser de forte puissance a été utilisé à un stade précoce sur Inconel 718 [19]. Anderson et al. Ont indiqué que le taux d'absorption sur Inconel 718 pouvait être amélioré via un adhésif en graphite sur la surface d'un laser à CO2 et que les résultats étaient prouvés. Cependant, le revêtement appliqué ne peut pas se maintenir à haute température et plusieurs unités laser sont utilisées simultanément sur la surface non retournée et la surface chanfreinée pour améliorer l'usinabilité [20]. Une énergie laser de grande puissance, un diamètre de faisceau laser faible, une vitesse d’avance plus faible et un temps de préchauffage plus long pourraient entraîner le Tmr requis sur la pièce à traiter [21]. D'autre part, avec Tmr, le taux d'alimentation a le plus grand facteur d'influence sur l'énergie de coupe spécifique. L'énergie laser chauffant la surface du matériau à 540 ° C pour Inconel 718 [20] et entre 300 et 400 ° C pour Waspaloy [23], l'usure moyenne des flancs et l'usure de l'entaille diminuaient avec l'augmentation de la vitesse de 60 m / min à 180 m. / min pour Inconel 718 et Waspaloy.

L'intégrité de la surface usinée (rugosité, endommagement surface / sous-surface, contrainte résiduelle, microdureté), en particulier la rugosité de la surface, est légèrement améliorée par l'utilisation d'inserts céramiques en LAM par rapport à l'usinage conventionnel [22]. Une analyse comparative des plaquettes en céramique et en carbure à l'aide de la méthode LAM a été expérimentée et a permis de réduire la durée de vie de la plaquette en carbure non revêtue par rapport à l'usinage conventionnel [22]. D'autres expériences menées avec l'outil de coupe Sailon ont révélé une amélioration de 25% de la rugosité de surface pour l'outil en céramique, ce qui a donné un résultat favorable malgré les recherches antérieures associées à une mauvaise qualité de surface [21]. En outre, la MAMA a entraîné une augmentation remarquable du taux d’enlèvement de matière. L'outil en céramique Sailon a démontré une augmentation de 800% du taux d'enlèvement de matière et une durée de vie améliorée de 50% par rapport à l'usinage conventionnel. Le tableau 2 résume les dernières recherches sur l'usinage assisté par laser d'alliages à base de nickel.

Tableau 2 Résumé de l'usinage assisté par laser de superalliages à base de nickel

  3.3Céramiques

  Les céramiques structurelles avancées telles que la mullite, la zircone, l'alumine et le nitrure de silicium sont identifiées comme un autre matériau attractif en raison de leurs propriétés de compression [24,26,27,28]. En raison de leur faible densité, de leur résistance à l'usure supérieure et de leur résistance aux températures élevées, ils sont généralement utilisés dans la fabrication de composants critiques pour l'automobile et l'aérospatiale. La plupart des recherches antérieures sur la MAMA ont été effectuées sur ce matériau en raison de leur dureté et de leur fragilité [24, 25]. Il a été constaté que l’outil de coupe PCBN présente un outil plus long (par exemple 121 min) lorsque la MAMA sur zircone à une température de 900 ° C -1100 ° C [27] et qu’un insert en carbure a été utilisé pour la MAMA sur alumine à 850 ° C [ 29] et mullite (disons 44 min) [28]. Trois mécanismes d'usure dominants tels que l'abrasion, l'adhérence et la diffusion sont attribués à l'usure des outils et dépendent fortement de la température d'élimination du matériau [27]. Par conséquent, il est nécessaire de trouver la température optimale d’enlèvement de matière pour prolonger la durée de vie de l’outil [26]. Cependant, il est difficile de trouver le Tmr optimal en raison de la complexité des paramètres d'influence et de leurs interactions mutuelles.

  Il a été constaté que la force de coupe et l’énergie de coupe spécifique diminuaient avec l’augmentation de la température de surface avec l’énergie du laser lorsque la MAMA était appliquée sur la céramique, sans influence notable de la distance d’avance de l’outil laser [25,27,28]. L'influence de la vitesse de coupe sur la force de coupe est insignifiante, mais sinon, le débit d'alimentation [28,29]. Le rapport de force tel que force d’alimentation / force de coupe diminue sur la zircone [28] et la mullite [29] résulte à un Tmr plus élevé, ce qui indique la preuve d’un important ramollissement de la pièce à proximité de la zone de coupe et d’une déformation quasi plastique. Il a été observé que la vitesse de coupe avait la plus grande influence sur la rugosité de la surface, suivie de la vitesse d'avance et de la profondeur de coupe [30].

  Lors de l'examen de la morphologie de la puce, il a été constaté que la température de retrait du matériau et le rapport de force (Ff / Fc <1) jouaient un rôle clé pendant la formation de la puce par rapport à d'autres paramètres [25,26]. Lei [25] a observé que la déformation plastique du nitrure de silicium dans la zone de cisaillement se poursuivait pour la température de la pièce dans la plage de 1260 ° C à 1410 ° C, sur la base de l'analyse par SEM de la puce obtenue. comme des grains de silicium, ce qui est facilité par une réduction de la viscosité de la phase vitreuse intergranulaire à la température la plus élevée.

Pour la mullite, Patrick a mis au point un dispositif expérimental à laser à double rampe destiné à empêcher la rupture thermique de la pièce en raison de la diffusivité thermique, de la ténacité et de la résistance à la traction du matériau poreux comparé au nitrure de silicium [28]. mécanisme tel que fracture fragile et puce semi-continue pour (Ff / Fc> 1) et fenêtre de température de fonctionnement de 800 ° C à 1 000 ° C jusqu'à la formation de copeaux continus pour (Ff / Fc> 1) et fenêtre de température de travail de fonctionnement supérieure à 1300 ° C. Ce signe n'est pas observé lorsque la MAMA est sur de la zircone [28], mais une déformation plastique se produit lors de la formation de copeaux, accompagnée d'une rupture fragile. La rugosité de surface n’est pas sensible à la température d’élimination du matériau pendant le LAM du nitrure de silicium [25] mais dépend de la taille et de la distribution des grains de nitrure de silicium et de la zircone [25,27]. Les fissures locales sont présentées sur la zone affectée thermiquement avant les processus de matériaux et restent dans le sous-sol lorsque son épaisseur de fissuration est supérieure à la profondeur de coupe [27]. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler la température d’enlèvement de matière pour produire une surface exempte de fissures pendant le LAM. Le tableau 3 résume les dernières recherches en usinage laser assisté par céramique.

  3.4Alliages ferreux

  Les aciers ductiles à faible teneur en carbone, les aciers inoxydables et les aciers trempés ont été classés dans la catégorie des matériaux difficiles à usiner à base de fer et ont trouvé leur application dans l'industrie automobile, tels que les engrenages, les arbres de vilebrequin et les blocs moteurs [10]. Cependant, l’usinage de ces composants automobiles pose un problème majeur, en raison de la grande dureté et de la ténacité à la rupture obtenues avec la technologie d’usinage traditionnelle [31]. Le concept de technique de tournage dur est évoqué pour ces aciers dont la dureté est supérieure à 45 HRC. Cette technique élimine les processus secondaires tels que le broyage et le traitement thermique, qui représentent jusqu'à 60% à 90% du coût final du produit traité [33]. Cependant, une étude expérimentale utilisant la méthode LAM a été menée sur les aciers AISI D2 [31], fonte à graphite compacté [32], acier AISI 4130 [33], fonte blanche à haute teneur en chrome [34] et acier XC42 [35], dans le but de: réduire le coût global d'usinage et augmenter la productivité en remplaçant le processus de rectification et de tournage dur.

Tableau 3 Résumé de l'usinage assisté par laser de la céramique

Il est observé que la distance de l'outil laser a la plus grande influence sur la force de coupe lors de l'usinage d'acier XC42 durci par rapport à la méthode de coupe conventionnelle, avec la plus grande réduction de 65% pour la force de coupe radiale et de 85% pour la force d'avance [35 ]. Les résultats de l'expérience ont confirmé que la distance entre les outils laser est un facteur déterminant du succès de l'usinage assisté par laser [34]. En effet, la température à la surface baisse à mesure que la distance entre le point laser et l'outil de coupe augmente et prend plus de temps pour dissiper la chaleur dans la pièce.

  Dans la LAM de l'acier AISI D2, non seulement l'amplitude de la force de poussée est réduite, mais aussi la variation de l'amplitude de la force de coupe est attribuée à la réduction plus importante des vibrations de la machine. Cela est dû à la durée plus longue du cycle de chauffage et à la distribution du faisceau laser [31]. La température de préchauffage lorsque la MAMA de la fonte à graphite compacté est affectée de la manière la plus significative par la puissance du laser et le débit d'alimentation [33]. On constate qu’avec l’aide de la chaleur laser, l’usure des flancs et la défaillance catastrophique des outils en carbure sont réduites et leur durée de vie améliorée jusqu’à 100% pour la LAM en acier D2 [31], en raison du ramollissement de la pièce à environ 300 ° C C-400˚C pour l'épaisseur de copeau non coupée de 0,05 mm et un BUE stable qui protège le tranchant pendant la MAMA. Cependant, lors de l'usinage de la fonte à graphite compactée, la durée d'avancement [32] des aciers trempés LAM est très sensible, les contraintes résiduelles deviennent plus compressives et la profondeur de pénétration des contraintes plus petite par rapport à la coupe conventionnelle [33]. Contrairement à l'alliage de titane, la morphologie des copeaux change de copeau à dents de scie en copeau continu lorsque LAM d'acier D2 est due à une température de surface plus élevée [31]. La formation de copeaux en dents de scie lors de l'usinage est l'une des principales causes de bavardage. Il a été constaté que le préchauffage de la pièce dans LAM entraînait une réduction spectaculaire de la vibration et du bavardage en amplitude [31, 32]. Le tableau 4 résume les dernières recherches sur l'usinage assisté par laser d'alliages ferreux.

Tableau 4 Résumé de l'usinage assisté par laser des alliages ferreux

  3.5Composite

  Les composites sont de nature non homogène, formés généralement par dispersion de particules, de fibres et de trichites dans une matrice. L'incorporation de particules / fibres à renforcement dur améliore les propriétés telles que l'adhésif, l'abrasif, la résistance à l'usure par diffusion, les propriétés thermiques, la dureté et la rigidité. Le défi inhérent à l'usinage de ces composites est l'usure excessive des outils et des dommages ultérieurs dans la pièce. L'usinabilité est médiocre en raison de l'arrachement des fibres, du délaminage, des fibres non coupées, d'un écart dimensionnel élevé et d'une rugosité de surface élevée [10].

  Le ramollissement de la matrice Al par l'énergie du laser, qui devient plus souple et plus plastique, entraîne une réduction significative des composantes de la force par rapport à l'usinage conventionnel. Sur la base d'une analyse microscopique, Wang [36] a déduit que la matrice ramollie s'échappait facilement de la surface usinée tandis que les particules d'Al2O3 étaient poussées de la surface usinée, ce qui entraînait une concentration plus élevée (37%) de particules d'Al2O3 à la surface. couche augmente la résistance à l'usure de la surface usinée. Cela a permis d'améliorer l'état de surface et de prolonger la durée de vie de l'outil. Une contrainte résiduelle en compression plus élevée (3 fois supérieure à l'usinage conventionnel) est rapportée avec la MAMA. Cependant, Barnes et al. Ont étudié l'effet de l'usinage à chaud (200 - 400 ° C) de MMC Al / SiCp / 18P et ont constaté l'augmentation de la durée de vie de l'outil due aux arêtes rapportées à une vitesse de coupe faible [37]. Mais à une température de pièce plus élevée, la barre composite présente une durée de vie des outils plus courte que celle des machines conventionnelles.

Des recherches supplémentaires sur les MMC particulaires (Al / SiCp / 20) ont été menées pour étudier l’effet de la température de la pièce à usiner avec différentes plages de vitesse de coupe (à la vitesse de coupe inférieure et supérieure) et les résultats indiquent que la rugosité de la surface (37%), la durée de vie de l'outil (40% à 150-200 m / min contre 57% à 50-100 m / min) et la profondeur de l'endommagement dépendent de la vitesse de coupe par rapport à l'usinage traditionnel en définissant le critère de rugosité de la surface à 2 µm [3]. L'effet de la température de la pièce sur les dommages sous la surface est relativement indépendant en raison de la faible plage de Ft / Fc. Cependant, la LAM sur Al / Al2O3 / 60f montre des dommages observables en termes d'arrachement de la fibre qui diminue avec l'augmentation de la température d'élimination du matériau. Le débit d'alimentation a un effet négatif sur la durée de vie de l'outil et la rugosité de la surface, ainsi que sur une température d'enlèvement de matière de 300 ° C [39]. Le tableau 5 résume les dernières recherches sur l'usinage assisté par laser de composites.

Tableau 5 Résumé de l'usinage assisté par laser de composites

  3.6Matériel de coupe utilisé dans les matériaux difficiles à usiner

  Le défi inhérent à l’usinage de ces matériaux difficiles à résoudre réside dans le fait que l’outil de coupe sélectionné doit résister aux contraintes mécaniques et thermiques à haute température. Les différents types d’outils de coupe, céramique, plaquettes carbure revêtues, CBN, PCD, PCBN sont utilisés en LAM. Le PCBN est utilisé pour la MAMA du nitrure de silicium [25] et de la zircone [27], de l'insert en carbure pour l'alumine [29] et de la mullite [28]. Cependant, la durée de vie des outils est plus longue dans le PCBN que dans le carbure lorsque la MAMA de Zircone est utilisée dans les conditions de test. Le mécanisme d'usure le plus couramment observé lors de l'usinage laser de zircone avec PCBN est l'abrasion, la diffusion et l'adhérence [27]. Toutefois, l'usure par abrasion et par diffusion n'est pas observée dans la MAMA du nitrure de silicium [25,30] par rapport à la zircone [27] en raison de la faible ductilité et de la diffusivité thermique de la zircone. La PCD ne convient pas à la MAMA sur les céramiques en zircone. Sur la base des recherches menées et étudiées sur différents types d’outils de coupe Ti-6AL-4V [15] et Inconel 718 [20], il a été signalé que les plaquettes en carbure revêtues de TiAlN étaient l’outil le plus approprié pour améliorer la rugosité de surface. Les plaquettes en céramique sont considérées comme un outil alternatif pour l'usinage des alliages à base de nickel [10, 22] afin de prolonger leur durée de vie et ne sont pas adaptées aux alliages de titane en raison de leur réactivité chimique, de leur mauvaise conductivité thermique et de leur faible ténacité. Plaquettes carbure SPG 422 de Kennametal K68 [31] Les plaquettes de coupe revêtues de TiN ou non revêtues sont utilisées pour couper de l'acier trempé et des composites. Dans le cas de la MAMA des composites, les plaquettes en carbure sont utilisées pour obtenir des résultats favorables en termes de taux d'enlèvement de matière, d'amélioration de l'intégrité de la surface et de durée de vie prolongée de l'outil à une vitesse de coupe supérieure [38, 39].

  4.Scope pour l'optimisation du processus LAM

  Les avantages de la MAMA par rapport à l'usinage conventionnel ont attiré de nombreuses recherches sur l'amélioration de la faisabilité et de l'usinabilité, ainsi que sur les avantages d'un matériau difficile à couper. Peu d'études ont été systématiquement examinées pour sélectionner la valeur optimale du paramètre LAM afin d'obtenir une force de coupe minimale, un MRR raisonnablement bon et l'effet du type de matériau de l'outil de coupe sur le mécanisme d'usure. Cependant, la valeur optimale des paramètres LAM dépend à la fois des paramètres laser et des paramètres d'usinage. Il est difficile de trouver les paramètres d’usinage optimaux en raison de la complexité des paramètres d’influence et de leurs effets d’interaction. Cette revue s'est concentrée sur la caractérisation du processus d'usinage assisté par laser en identifiant comment un paramètre individuel affecte les résultats d'usinage. En raison de la complexité, une conception d’expériences basée sur la statique est nécessaire pour étudier l’effet des paramètres laser sur les résultats d’usinage et leur effet d’interaction mutuelle afin de prédire le réglage optimal des paramètres de la MAMA. Habituellement, l'exécution d'un processus d'usinage est souvent caractérisée par un groupe de réponses. Si plusieurs réponses entrent en ligne de compte, il est très difficile de sélectionner le réglage optimal permettant de répondre simultanément à toutes les exigences de qualité. Sinon, l'optimisation d'une caractéristique de qualité peut entraîner une perte de qualité importante pour d'autres caractéristiques de qualité qui pourraient ne pas être acceptées. Par conséquent, une approche d'optimisation simultanée peut être mise en œuvre dans le processus LAM.

5. Conclusion

  Dans cette étude, on a tenté d’examiner en détail l’usinage assisté par laser de matériaux difficiles à couper. Les résultats de l'examen sont résumés comme suit:

  1.Il est évident que l'usinage assisté par laser peut être utilisé pour augmenter l'efficacité du traitement de matériaux difficiles à découper par rapport aux méthodes conventionnelles.

  2. Cependant, des recherches supplémentaires dans ce domaine sont nécessaires pour bien comprendre le mécanisme d'élimination du processus et pour sélectionner le paramètre de processus de manière appropriée.

  3. Des modèles basés sur la simulation doivent être développés pour analyser la répartition de la température dans le matériau, ce qui est nécessaire pour réduire la résistance mécanique.

  4.Les études ne rapportent que le seul effet paramétrique sur l'usinage de ces matériaux difficiles à couper. Cependant, l’influence simultanée des facteurs de variation sur l’obtention d’études d’usinage favorables n’a pas été explorée de manière exhaustive.

  5.Des recherches supplémentaires doivent être menées sur le choix optimal des paramètres de processus de la taille du faisceau, de la puissance du laser, des paramètres de coupe tels que la vitesse de coupe, le débit d'alimentation, la profondeur de coupe et d'autres facteurs permettant d'atteindre la productivité globale. Les recherches portent actuellement sur les effets de l’influence simultanée de paramètres d’usinage au moyen de méthodes expérimentales et empiriques.

  6.La plupart des recherches récentes sur la MAMA ont été principalement axées sur le tournage assisté par laser. Cependant, d'autres processus d'usinage tels que le fraisage, le forage et la rectification jouent un rôle essentiel dans les systèmes de production.