Wszędzie tam,
gdzie powstają
nowe konstrukcje

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

Czerwiec 6 (117) 2017
spis treści

Artykuł na życzenie

................................

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.

Automatyzacja pracy w złożeniach

Przy projektowaniu elementów maszyn często zdarza się, że pewne ich fragmenty lub podzespoły wykorzystywane są wielokrotnie. Wynika to chociażby z typoszeregów...

Rekreacyjne jednostki podwodne

Idea swobodnego pływania pod wodą znana była od stuleci. Z lepszymi lub gorszymi efektami ludzie pragnęli zajrzeć w głębiny. Wyobraźnię pobudzali zarówno...

Plan technologiczny jako dokument prawny; cz. 1

Wiele lat wstecz obowiązywały w Polsce przepisy dotyczące prototypów, także maszyn. Traktowały one łagodnie wykonawcę nieudanego prototypu, pozwalając wliczyć koszty w straty...

Rola checklist’y w procesie analiz numerycznych CAE

Czas wprowadzania produktów na rynek wciąż się skraca. Każdy projekt musi spełniać kolejne, coraz bardziej restrykcyjne, normy. Presja czasu może...

Wybrane zagadnienia obróbki wiórowej ; cz. 1. Zmniejszanie zużycia ostrzy w obróbce materiałów trudnoobrabialnych

Zapotrzebowanie na wysokiej jakości wyroby, nierzadko o złożonej i zarazem lekkiej konstrukcji oraz czasem nietypowych kształtach, wymusza na producentach stosowanie coraz lepszych...

Poszukiwanie źródła rezonansu. Badania wibroakustyczne silników spalinowych w praktyce; cz. 2

Pomimo ciągłego doskonalenia oprogramowania CAD/CAE, nie da się – na etapie konstruowania silnika – do końca przewidzieć potencjalnych jego uszkodzeń...

Poliwęglan czy szkło?

Technika rozwija się w tak zawrotnym tempie, że to co dziś jest wielką innowacją, jutro będzie już przestarzałe. Każda firma, która...

Pop.Up. Nowa wizja transportu

Podczas ostatniego Salonu Samochodowego w Genewie zaprezentowano wiele ciekawych konceptów. W większości były to atrakcyjne i szybkie supersamochody oraz niewielkie, ekologiczne pojazdy miejskie. Ryszard...

Na marginesie Shanghai Car Show 2017

Początki japońskiego, a następnie koreańskiego przemysłu motoryzacyjnego były z perspektywy wysoce rozwiniętych krajów europejskich czy Stanów Zjednoczonych zabawne. Teraz niegdysiejsze motoryzacyjne „dzieci”...