Laserowa mikroobróbka powierzchni narzędzi - Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie

 

Wszędzie tam,

gdzie powstają

nowe konstrukcje

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

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 (81) 2014  
spis treści

Artykuł na życzenie

ed

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.

V-dwójka po włosku

V-dwójka po włosku

Gdy na ulicy zobaczymy motocykl w którym spod zbiornika paliwa wystają głowice – po jednej z każdej strony – prawie na pewno będzie to maszyna włoskiej marki Moto Guzzi. Ustawiony...

Napęd hybrydowy w lokomotywach manewrowych na przykładzie modernizacji SM42

Napęd hybrydowy w lokomotywach manewrowych na przykładzie modernizacji SM42

Lokomotywy manewrowe to głównie maszyny spalinowe wykorzystywane do prac o dużej różnorodności. Spotkać je możemy na bocznicach towarowych, bocznicach przyzakładowych, stacjach rozrządczych czy też punktach utrzymaniu taboru (tzw. depo). Spalinową...

Projektowanie form wtryskowych

Projektowanie form wtryskowych

W obecnych czasach udział elementów wykonywanych z tworzyw sztucznych w stosunku do innych technologii wytwarzania jest bardzo duży. Widać to w każdym produkcie, niezależnie czy jest to sprzęt AGD, czy samochód. Projektowanie elementów z tworzyw...

Przeczekać złą koniunkturę

Przeczekać złą koniunkturę

Ostatnie ekspozycje samochodowe pozwalają zwątpić w słowa polityków o tym, że kryzys już za nami. Niewiele firm odważa się na wprowadzanie nowych rozwiązań. Nowości te są zwykle mocno zbliżone do...

Zrobotyzowany trap z układem aktywnej kompensacji ruchu

Zrobotyzowany trap z układem aktywnej kompensacji ruchu

Spośród wielu problemów, z którymi boryka się górnictwo morskie, na wyróżnienie zasługuje problem transportu ludzi pomiędzy obiektami oceanotechnicznymi a statkami. Transport ten wiąże się z wysokim ryzykiem zajścia różnego rodzaju...

Okładziny dla masowego przepływu węgla w zasobnikach

Okładziny dla masowego przepływu węgla w zasobnikach

Należąca do Polskiej Grupy Energetycznej Elektrownia Turów o osiągalnej mocy 1498 MW, zlokalizowana jest w południowo-zachodniej części województwa dolnośląskiego. Pracuje nieprzerwanie od 1962 roku i jest trzecią, co do wielkości, w Polsce elektrownią spalająca...

Szybkie prototypowanie w procesie projektowania

Szybkie prototypowanie w procesie projektowania

Stosowanie technologii szybkiego prototypowania (Rapid Prototyping) pozwala w krótkim czasie wykonać wiele wariantów produktu i spośród nich wybrać ostateczny, który trafi do produkcji. Szczególnie istotne jest to w przypadku projektowania...

Szybkie prototypowanie i wytwarzanie endoprotez

Szybkie prototypowanie i wytwarzanie endoprotez

Warunki panujące w ludzkim organizmie stwarzają bardzo rygorystyczne kryteria dla materiałów stosowanych na elementy endoprotez. Ich trwałość jest ograniczona ze względu na procesy zużycia tribologicznego, zmęczenia materiału, inicjację procesów korozyjnych i reakcji...

Oszczędniej, wydajniej i nowocześniej w powietrzu

Oszczędniej, wydajniej i nowocześniej w powietrzu

Berliński Salon Lotniczy ILA to największa, odbywająca się co dwa lata, ekspozycja lotnicza. Przed dwoma laty współgospodarzem salonu była Polska, w tym roku tę rolę pełniły Turcja i Italia. Impreza...