Wszędzie tam,
gdzie powstają
nowe konstrukcje

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

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

Grudzień 12 (99) 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.

Czesław Marchaj – profesor żeglarzy

Czesław Marchaj – profesor żeglarzy

Czesław Marchaj jest doskonale znany wszystkim, którzy w jakiejkolwiek formie zajmują się żeglarstwem. Pierwsze wydanie jego dzieła „Teoria Żeglowania” ukazało...

Materiały i powłoki na ostrza narzędzi skrawających; cz. 2

Materiały i powłoki na ostrza narzędzi skrawających; cz. 2

W tej części artykułu przedstawimy rodzaje powłok przeciwzużyciowych, ich strukturę, właściwości oraz przykładowe zastosowania przemysłowe. Kazimierz Czechowski, Iwona Wronska, Daniel Toboła Rodzaje powłok...

Modyfikacja układu rozrządu motocykla Royal Enfield Bullet 500

Modyfikacja układu rozrządu motocykla Royal Enfield Bullet 500

Mechanizm rozrządu zastosowany w silniku motocykla Royal Enfield Bullet 500 jest bardzo tradycyjnym rozwiązaniem. Jak większość zespołów tego motocykla jest dopracowany...

Projektowanie wałów ślimakowych w urządzeniach transportowych

Projektowanie wałów ślimakowych w urządzeniach transportowych

W wielu dziedzinach przemysłu stosowane są urządzenia transportujące przeróżne obiekty. Jest kilka typów rozwiązań konstrukcyjnych takich urządzeń. Począwszy od najprostszego transportu...

Tworzenie bryły typu Multi-sections Solid

Tworzenie bryły typu Multi-sections Solid

Jaki powinien być perfekcyjny system CAD? Intuicyjny, łatwy w obsłudze, powinien mieć przyjazny interfejs użytkownika, łatwość definiowania i modyfikacji geometrii, etc. Czy...

iStream Carbon z Formuły 1 do wielkiego przemysłu

iStream Carbon z Formuły 1 do wielkiego przemysłu

Podczas ostatniego salonu samochodowego w Tokio Yamaha zaprezentowała koncepcyjny samochód Sports Ride Concept.  Większość mediów potraktowała go jako techniczną ciekawostkę koncentrując...

Numeryczne obliczenia wytrzymałościowe elementu o strukturze przekładkowej

Numeryczne obliczenia wytrzymałościowe elementu o strukturze przekładkowej

Laminaty – kompozyty o strukturach warstwowych – charakteryzują się anizotropią własności mechanicznych, co bardzo często komplikuje numeryczne przewidywanie ich zachowania w zakresie...

Fizyka spawania elektrycznego

Fizyka spawania elektrycznego

W artykule przedstawimy podstawy fizyki spawania, które mogą być użyteczne do przygotowania algorytmów sterowania robota spawalniczego. Ryszard Jastrzębski Charakterystyki statyczne i charakterystyki dynamiczne łuku...