Wszędzie tam,
gdzie powstają
nowe konstrukcje

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

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

Lipiec/sierpień 7/8 (94/95) 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.

Wpływ technik spawania na strukturę metalograficzną spoiny

Wpływ technik spawania na strukturę metalograficzną spoiny

Wykorzystanie w robotyzacji technik ręcznego spawania – ruchami zakosowymi, do przodu i do tyłu, a także połączenia tych ruchów z prostymi ściegami (elipsy i łuki)...

Korpusy maszyn i urządzeń; część 2

Korpusy maszyn i urządzeń; część 2

W ostatnich latach powstało mnóstwo nowych materiałów używanych na korpusy i to zarówno stopów na bazie żelaza, aluminium, jak i minerałów wcześniej nie...

Cięcie plazmą. Wpływ stosowanych gazów na jakość procesu

Cięcie plazmą. Wpływ stosowanych gazów na jakość procesu

Plazma to gazowa materia o wysokiej temperaturze, przewodząca prąd elektryczny. Składa się z dodatnio i ujemnie naładowanych cząstek, a także ze wzbudzonych i obojętnych atomów...

Janusz Kaniewski człowiek Pininfariny

Janusz Kaniewski człowiek Pininfariny

Zmarł człowiek, którego trudno nazwać wyłącznie projektantem. Janusz Kaniewski to nie tylko twórca fascynujących form, lecz także wizjoner usiłujący zapełniać...

Monitoring 3D górniczego wyrobiska ścianowego i pracujących tam urządzeń; cz. 1

Monitoring 3D górniczego wyrobiska ścianowego i pracujących tam urządzeń; cz. 1

W grudniu 2013 roku firma HYDROTECH S.A. oraz Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego dokonały zgłoszenia wynalazku w Urzędzie Patentowym RP na „Sposób...

Projekt wciągnika łańcuchowego z napędem pneumatycznym i hydraulicznym

Projekt wciągnika łańcuchowego z napędem pneumatycznym i hydraulicznym

W przemyśle górniczym do transportu bliskiego stosowane są różnego rodzaju środki. Są to między innymi wciągniki, umożliwiające montaż podzespołów maszyn i urządzeń...

Adjoint; solidne wsparcie w optymalizacji

Adjoint; solidne wsparcie w optymalizacji

Optymalizacja projektowanych części i urządzeń często kojarzy się z wieloma żmudnymi zmianami projektu i jego parametrów, i wielokrotnym wykonywaniem obliczeń czy symulacji inżynierskich. Nie...

Laserowe teksturowanie powierzchni na obrabiarce CNC

Laserowe teksturowanie powierzchni na obrabiarce CNC

Jednym z rozwiązań pozwalających na nadanie powierzchni określonych cech geometrycznych jest teksturowanie, tj. usuwanie materiału wskutek ukierunkowanego, kontrolowanego i sterowanego oddziaływania skoncentrowanej...

Pozycjonowanie obrabiarek CNC; Błędy wprowadzania korekcji

Pozycjonowanie obrabiarek CNC; Błędy wprowadzania korekcji

Podczas badań dokładności pozycjonowania obrabiarek często spotykałem się z sytuacją, że po wykasowaniu „starej” korekcji, wynik dokładności pozycjonowania osi był lepszy...

Termojądrowy silnik Boeinga

Termojądrowy silnik Boeinga

Prace nad nowymi sposobami napędu, zarówno pojazdów lądowych, jak i statków powietrznych, prowadzone są coraz intensywniej. Zajmują się nimi  niewielkie laboratoria...

Analiza modalna oraz jej zastosowanie w testach wibracyjnych

Analiza modalna oraz jej zastosowanie w testach wibracyjnych

Zastosowanie testów wibracyjnych jest powszechne dla większości wyrobów użytkowych. Począwszy od telefonu komórkowego, laptopa czy komponentów samochodowych, a skończywszy na satelitach...

Systemy monitorowania uszkodzeń statków powietrznych

Systemy monitorowania uszkodzeń statków powietrznych

Rozwiązania konstrukcyjne w lotnictwie są zoptymalizowane w tak wysokim stopniu, iż dalsze polepszanie parametrów lotu i osiągów statków powietrznych wiąże się z coraz większym...