HMP-urile bazate pe energie termică utilizeaz, în mod obișnuit, surse de energie precum laserul, fasciculul de plasmă sau fasciculul de electroni pentru îndepărtarea materialului din piese de prelucrat precum oțelul călit.
Thermal energy-based HMPs commonly use energy sources such as laser, plasma beam, or electron beam for material removal from such workpieces as hardened steel.

Principiul de lucru

Sursa de energie termică sub formă de laser, fascicul de plasmă sau fascicul de electroni este îndreptată către zona de prelucrare dinaintea sculei de tăiere. Concentrația de căldură determină înmuierea stratului de suprafață al materialului de lucru, rezultând astfel o schimbare de fază datorată topirii sau vaporizării. Prin urmare, în timpul tăierii apare mai degrabă deformarea ductilă decât deformarea fragilă. Este cunoscut faptul că rezistența oferită de piesa de prelucrat la îndepărtarea materialului prin acțiune mecanică este o funcție de temperatura piesei de prelucrat sub punctul său de topire, generată în zona de prelucrare. Curbele efort-deformare și proprietățile de rupere derivate din încercările de tracțiune indică scăderea rezistenței și creșterea ductilității odată cu creșterea temperaturii. Aceasta explică reducerea ulterioară a forțelor de prelucrare în timpul contactului cu sculele de tăiere. În general, pentru procesele de prelucrare hibridă pe bază termică, utilizarea energiei termice mărește prelucrabilitatea materialului de lucru pentru îndepărtarea mecanică ulterioară a materialului cu scule de tăiere.

The thermal energy source in the form of laser, plasma beam, or electron beam is directed toward the machining zone ahead of the cutting tool. The concentration of heat causes softening of the surface layer of work material thereby resulting in a phase change due to melting or vaporization. Therefore, ductile deformation occurs rather than brittle deformation during cutting. It is known that the resistance offered by the workpiece to material removal by mechanical action is a function of the workpiece temperature below its melting point, generated in the machining zone. Stress-strain curves and fracture properties derived from tensile tests indicate decrease in strength and increase in ductility with rise in temperature. This explains the consequent reduction in machining forces during contact of the cutting tool. In general, for thermal-based hybrid machining processes, the use of thermal energy increases the machinability of the work material for the subsequent mechanical removal of material by cutting tool.

În ECM asistată cu laser, un fascicul laser este focalizat pe o zonă expusă jetului de electrolit care dizolvă o anumită regiune, îmbunătățind precizia și rugozitatea suprafeței. Acest proces raportează, de asemenea, o rată mai mare de îndepărtare a materialului datorită creșterii temperaturii în regiunea vizată de fasciculul laser (Pajak et al. 2006). Precizia de prelucrare scade odată cu creșterea adâncimii, dar poate fi îmbunătățită prin creșterea vitezei jetului de electrolit (Stephen și Vollertsen 2010). S-a raportat că creșterea locală a temperaturii nu provoacă daune termice și astfel suprafața prelucrată este lipsită de tensiuni (De Silva et al. 2011). Acest proces are capacitatea de a genera modele complexe 3-D, cum ar fi micro-stenturile (Kasashima și Kurita 2012).
In laser-assisted ECM, a laser beam is focused on an area exposed to the electrolyte jet which dissolves a specific region improving precision and surface roughness. This process also reports a higher material removal rate due to temperature increase in the region targeted by the laser beam (Pajak et al. 2006). The machining precision decreases with increasing depth but can be improved by increasing the speed of the electrolyte jet (Stephen and Vollertsen 2010). It has been reported that the local temperature rise does not cause any thermal damage and so the machined surface is free of stress (De Silva et al. 2011). This process has the capability to generate complex 3-D patterns like micro-stents (Kasashima and Kurita 2012).

Efectul interacțiunii hibride asupra suprafeței de lucru

În timp ce procesele de prelucrare hibridă pe bază termică măresc prelucrabilitatea lucrării, ele conduc, de asemenea, la fenomene nedorite, cum ar fi fisuri subsuprafață, formarea de striații și zona afectată de căldură pe piesa de prelucrat. Zona afectată de căldură, în special, este caracterizată de fisuri, a căror densitate crește odată cu creșterea temperaturii. În comparație cu procesul de tăiere tradițional, adâncimea de penetrare a tensiunii în procesul de prelucrare asistată cu laser este mult mai mică. Se constată că integritatea suprafeței piesei de prelucrat se îmbunătățește cu valori uniforme ale tensiunii și durității pe suprafața prelucrată. Acest lucru este atribuit stratului de suprafață mai profund și mai uniform deformat plastic în comparație cu tăierea convențională. Mai departe, investigarea pieselor prelucrate relevă absența materialului mânjit, ceea ce indică tensiuni de compresiune reziduale favorabile. Unele studii au raportat un finisaj mai bun al suprafeței cu o aplicare mai mare de căldură pentru materiale dure. Însă, zona afectată de căldură se mărește la temperaturi mai ridicate. Prin urmare, trebuie să se ajungă la un compromis de inginerie între calitatea suprafeței și zona afectată de căldură pentru HMP-urile bazate termic.
While thermal-based hybrid machining processes increase work machinability, they also lead to undesirable phenomenon such as subsurface cracks, formation of striations, and heat-affected zone on the workpiece. The heat-affected zone, in particular, is characterized by cracks, the density of which increases with rise in temperature. Compared to traditional cutting process, the stress penetration depth in laser-assisted machining process is found to be much smaller. The surface integrity of the workpiece is found to improve with uniform values of stress and hardness over the machined surface. This is attributed to the deeper and more uniform plastically deformed surface layer as compared to conventional cutting. Further, investigation of machined workpieces reveals the absence of smeared material which is indicative of favorable residual compressive stresses. Some studies have reported better surface finish with more heat application for hard materials. However, the heat-affected zone also enlarges at higher temperatures. Therefore, an engineering compromise needs to be reached between surface quality and heat affected zone for thermal-based HMPs.