Wszędzie tam,
gdzie powstają
nowe konstrukcje

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

Czerwiec 6 (93) 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.

Korpusy maszyn i urządzeń; część 1

Korpusy maszyn i urządzeń; część 1

Korpusy występują we wszystkich maszynach i wielu urządzeniach technicznych. Wiążą one w jedną całość pozostałe części i zespoły maszyny. Głównym zadaniem korpusów, ram...

Obróbka wykończeniowa materiałów lekkich; Cz. 4

Obróbka wykończeniowa materiałów lekkich; Cz. 4

Materiały lekkie (o gęstości ρ≈1 ÷ 5 g/cm3), takie jak stopy aluminium i stopy magnezu (przedstawione w części 1 i 2 naszego cyklu artykułów)...

AeroMobil

AeroMobil

Próby połączenia konstrukcji pojazdu lądowego z latającym trwają co najmniej od początku XX stulecia. Niestety po wielu z nich nie pozostały żadne...

Ewolwentowa powierzchnia śrubowa; część 5

Ewolwentowa powierzchnia śrubowa; część 5

Zamiast sklejania elementarnych powierzchni definiujących kształt zęba ślimaka lub segmentu zęba ślimaka (opisanych w poprzednich odcinkach tego cyklu) w systemie CATIA V5...

Spawalność stopów niklu; część 1

Spawalność stopów niklu; część 1

W poprzednich artykułach pisaliśmy o stalach niklowych o zawartości do 9% niklu do pracy w niskich temperaturach i stalach austenitycznych do pracy w niskich i wysokich temperaturach...

Wyścig na megapiksele

Wyścig na megapiksele

Każdy kto spotkał się już ze skanerami wykorzystującymi kamerę i projektor do rejestracji danych, zauważył na pewno, że jednym z najczęściej...

TORQ - samochód wyścigowy bez kierowcy

TORQ - samochód wyścigowy bez kierowcy

Biura projektowe przemysłu samochodowego intensywnie pracują nad rozwiązaniami pozwalającymi w jak największym stopniu wyeliminować błędy kierowcy. Dąży się do tego aby...

Nowoczesna metoda trasowania odkuwki monolitycznego wału korbowego

Nowoczesna metoda trasowania odkuwki monolitycznego wału korbowego

Wały korbowe monolityczne wytwarzane na potrzeby przemysłu maszynowego stanowią najbardziej pracochłonne elementy maszyn [1, 2, 3]. Wymagania wymiarowe dotyczące wału...