Wszędzie tam,
gdzie powstają
nowe konstrukcje

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

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

Kwiecień 4 (91) 2015
spis treści

Artykuł na życzenie

Sonda

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.

Klasyczne motocykle wyścigowe; cz. 1

Klasyczne motocykle wyścigowe; cz. 1

Często nie zdajemy sobie sprawy jak na przestrzeni dziejów motocykle, budowane z myślą o sporcie, wpływały na rozwój techniki. A były to czasy...

Hamownia do testów elektrycznych pojazdów wyścigowych

Hamownia do testów elektrycznych pojazdów wyścigowych

Konstruowanie lekkich elektrycznych bolidów Silesian Greenpower nie sprowadza się jedynie do modelowania, przeprowadzania suchych obliczeń matematycznych i wykonania układu rzeczywistego. Każda...

Samochody i czołgi Waltera Christie

Samochody i czołgi Waltera Christie

Przedziwne układają się losy twórców niekonwencjonalnych maszyn. Często ich konstrukcje zostają zaprzepaszczone przez układy polityczne i biznesowe. Wspomina się trudny charakter...

Różne podejścia do wariantowości konstrukcji

Różne podejścia do wariantowości konstrukcji

Wiele konstrukcji powstających obecnie budowanych jest na zasadzie tworzenia różnych kombinacji czy wariantów wykonania poszczególnych detali lub podzespołów. Projektowanie produktów...

Zegar na wieży Zamku Królewskiego w Warszawie; cz. 2 Konstrukcja

Zegar na wieży Zamku Królewskiego w Warszawie; cz. 2  Konstrukcja

Pierwsze mechaniczne zegary wieżowe pojawiały się na budynkach kościołów i najbardziej okazałych gmachach miejskich od końca XIII wieku. Te pionierskie „zegary...

Ewolwentowa powierzchnia śrubowa; część 3

Ewolwentowa powierzchnia śrubowa; część 3

Kompletna definicja powierzchni bocznej zęba ślimaka ewolwentowego w systemie CATIA V5, czyli taka, która jest oparta na kilku zwojach krzywej śrubowej...

Analiza numeryczna współpracy kół w pompie zębatej o zazębieniu zewnętrznym

Analiza numeryczna współpracy kół w pompie zębatej o zazębieniu zewnętrznym

Pompy, będące obecnie jednymi z najbardziej rozpowszechnionych maszyn roboczych, znajdują zastosowanie we wszystkich dziedzinach techniki i przemysłu. Spośród wielu rodzajów pomp hydraulicznych...

Niezwykłe zastosowania silników turbinowych

Niezwykłe  zastosowania  silników  turbinowych

O firmie Marine Turbo Technologies (MTT) zrobiło się głośno w pierwszej dekadzie tego wieku, gdy zaprezentowała motocykl napędzany turbiną Rolls Royce Allison...

Stanowisko do badania kół zębatych stożkowych

Stanowisko do badania kół zębatych stożkowych

W Zakładzie Tribologii Instytutu Technologii Eksploatacji – Państwowego Instytutu Badawczego w Radomiu postanowiono opracować urządzenie do badania tarcia i zużycia kół zębatych stożkowych...