Laserowa mikroobróbka powierzchni narzędzi - Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie

 

Wszędzie tam,

gdzie powstają

nowe konstrukcje

Marzec
Grudzień
Październik
Marzec
Styczeń/luty
Maj
Grudzień
Styczeń/luty
Lipiec/sierpień
Marzec
Lipiec/sierpień
Wrzesień
Maj
Kwiecień
Październik
Maj
Listopad
Marzec
Marzec
Marzec

Laserowa mikroobróbka powierzchni narzędzi


O trwałości narzędzi decyduje głównie warstwa wierzchnia, która w wyniku zastosowania rożnych procesów technologicznych może mieć grubość rzędu od 1 μm do kilku milimetrów. Stan warstwy wierzchniej decyduje o własnościach tribologicznych. Natomiast w przypadku obciążeń mechanicznych nadzwyczaj ważną rolę odgrywa podłoże, jego przygotowanie oraz wzajemne korelacje pomiędzy warstwą wierzchnią a podłożem. 

Michaił Ignatiev, Volf Leszczynski, Hanna Wisniewska-Weinert,
Jacek Borowski, Tomasz Wiśniewski


Wraz z postępującym procesem zużycia narzędzi [1] pogarsza się jakość wyrobu. Z drugiej strony udział kosztów narzędzi w całkowitym koszcie wytworzenia wyrobu często osiąga wielkość 30%. Z tego względu w narzędziach do kucia stosuje się wymienne wkładki, których  powierzchnia jest zwykle pokrywana metodą CVD/PVD [2]. Dopuszczalne wielkości zmian wymiarowych narzędzi zależą od klasy dokładności kształtowania wyrobów. Powtarzalne cykle produkcyjne wpływają na zmiany wymiarowe narzędzi spowodowane ich zużyciem m.in. takim czynnikiem jak lokalny wzrost temperatury [3]. 
Środki smarujące zapobiegają zatarciu i powodują zachowanie integralności narzędzi i materiału obrabianego [4]. Jednak najczęściej stosowane jako środek smarny stearynian fosforu i olej o różnej lepkości, nie eliminują naprężeń ścinających na styku współpracujących elementów. W badaniach realizowanych w Instytucie Obróbki Plastycznej wykazano, że nanocząstki MoS2 i WS2 posiadają unikalne właściwości tribologiczne [5]. Metoda dostarczania nanocząstek o bardzo dobrych właściwościach smarujących, w sposób ciągły, do obszaru współpracujących elementów, została po raz pierwszy zastosowana w narzędziach kuźniczych do kształtowania elementów na zimno (podczas realizacji projektu EUROSTARS o akronimie NERGFORT). Została opracowana idea implementowania grafenopodobnych nanocząstek smarów stałych (MoS2 i WS2) na powierzchnię narzędzi (specjalne mikrozagłębienia w pewnych obszarach na powierzchni narzędzi). Powoduje to powolne uwalnianie na powierzchnię tych nanocząstek i, zgodnie z założeniami, zmniejsza współczynnik tarcia i zużycie materiału [6]. Powstaje cienki film na styku elementów współpracujących.
W celu wykonania mikrozagłębień na nanocząstki smaru stałego, smarujących powierzchnie narzędzi, zastosowano metodę grawerowania laserowego, pozwalającą na wykonanie dokładnych mikrozagłębień i ich odpowiedniej geometrii (głębokość średnica, szerokość i kształt).
W pierwszych próbach badań zastosowano wysokoenergetyczny pulsacyjny laser włóknowy domieszkowany iterbem do wykonania mikrokanalików. Laser miał następujące parametry: długość fali 1,06 μm; średnia moc 10-50 W; częstotliwość impulsu 20-200 kHz; energia impulsu 2 mJ; optymalny czas trwania impulsu 120 ns; punkt ogniskowy 20 μm. Parametry te pozwoliły na formowanie dokładnej sieci mikrokanalików o następujących typowych wymiarach zagłębień: średnica 20-50 μm i głębokości 5-10 μm (rys. 1).

rys_1_laserowa
Rys. 1  Struktury mikrokanalika wytworzonego przez laser włóknowy domieszkowane iterbem dla  impulsu lasera o czasie trwania 120ns i energii 2 mJ
 
Główną przeszkodą w uzyskaniu właściwych mikrokanalików jest twardy stopiony metal zarówno na dnie, jak i blisko granicy mikrokanalików. Wymaga to dodatkowych operacji technologicznych np. polerowania powierzchni narzędzi. Dlatego zmieniono układ laserowy i zmniejszono czas trwania impulsu z 120 ns do 15 ns. Nowy układ laserowy miał maksymalną energię impulsu 15 mJ. Eksperymentalnie zoptymalizowano parametry wytwarzania mikronakanalików metodą laserową: zmienne parametry obejmowały prędkość skanowania i energię impulsu.

rys2
Rys. 2  Ogólny schemat interakcji wiązki laserowej z materiałem

 

Najnowsze wydanie


280

Marzec 3 (78) 2014  
spis treści

Artykuł na życzenie

ed

Poniżej zamieszczamy fragmenty artykułów z najnowszego wydania, na które można głosować w naszej internetowej sondzie.
Artykuł, który zdobędzie największą ilość głosów zostanie opublikowany w całości.

Polskie katalizatory

Polskie katalizatory

Aż trudno uwierzyć, że w niewielkiej polskiej firmie już na początku dekady lat dziewięćdziesiątych powstawały najnowocześniejsze metalowe katalizatory zarówno do diesli jak i silników benzynowych. Przewyższały one jakością i sprawnością wiele produktów renomowanych...

Wybrane aspekty obróbki skrawaniem tworzyw sztucznych

Wybrane aspekty obróbki skrawaniem tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne to materiały użytkowe znajdujące coraz powszechniejsze zastosowanie. Wynika to z takich zalet tworzyw sztucznych, jak np. duża wytrzymałość właściwa (czyli iloraz wytrzymałości i ciężaru właściwego), dobre właściwości ślizgowe, duża odporność...

Projektowanie kompaktowej przyczepy kempingowej; cz. 5

Projektowanie kompaktowej przyczepy kempingowej; cz. 5

Po zakończeniu modelowania całego gabarytu przyczepy (metodą projektowania wieloobiektowego w pojedynczym pliku części), został on zapisany jako złożenie pojedynczych elementów, powiązanych parametrycznie z bryłą, z której ono powstało (Rys. 1). Bernard Pacula Kolejnym etapem konstrukcji...

Obliczenia połączeń śrubowych z zastosowaniem MES

Obliczenia połączeń śrubowych z zastosowaniem MES

Metoda elementów skończonych jest często wykorzystywana do obliczeń wytrzymałości statycznej konstrukcji. Dzięki jej zastosowaniu jesteśmy w stanie przewidzieć zachowanie się konstrukcji pod działaniem obciążeń, oszacować przemieszczenia, naprężenia, deformacje. Najważniejszą rolę odgrywają...

Nowości produktowe Metal Work

Nowości produktowe Metal Work

W artykule przedstawiamy ostatnio wprowadzone nowości produktowe Metal Work z zakresu zaworów proporcjonalnych, stacji przygotowania powietrza i elementów wykonawczych. Damian Pietraszek Siłowniki elektryczne serii ELEKTROSiłowniki elektryczne serii ELEKTRO ISO 15552 są elementami...

Lutowanie górniczych urządzeń chłodniczych

Lutowanie górniczych urządzeń chłodniczych

Artykuł opisuje nowatorskie w latach 80-tych ale jak najbardziej aktualne i dzisiaj opracowanie technologii lutowania miękkiego i twardego podzespołów górniczych agregatów chłodniczych. Adam Paśko Technologia lutowania obejmowała lutowanie miękkie (lutem LC40 -...

Smarowanie de l’Arte

Smarowanie de l’Arte

Smarowanie jest popularną techniką i występuje w technice montażu częściej, niż się wielu osobom wydaje. Wiele współczesnych operacji smarowania ma bowiem inne funkcje, niż ułatwianie ruchu, czy obniżanie stopnia zużycia współpracujących części. Marek...

Skurcze i inne odkształcenia spawalnicze

Skurcze i inne odkształcenia spawalnicze

Spawanie, a zwłaszcza spawanie łukowe, które za sprawą wynalazku inżyniera Stanisława Olszewskiego z 1882 roku, współautora patentu spawania łukowego, stosowane jest na całym świecie, mimo wielu lat stosowania i wielu prób opisania procesu...

Nadwozia z kompozytów

Nadwozia z kompozytów

Jeszcze zupełnie niedawno samochody, których nadwozia budowane były z wykorzystaniem kompozytu z włóknem węglowym powstawały w warunkach rzemieślniczych i kosztowały ogromnie drogo. W ubiegłym roku wprowadzono na rynek dwa auta produkowane seryjnie z elementami kompozytowymi. Opracowano...