Большая техническая энциклопедия
2 7
A V W
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ЛА ЛЕ ЛИ ЛО ЛУ ЛЮ

Лазерное упрочнение

 
Лазерное упрочнение становится поистине незаменимым, когда обрабатываются детали со сложными и тонкими сечениями при жестком соблюдении постоянства формы, при затрудненности подвода теплоты к обрабатываемой зоне обычными методами в тех случаях, когда размеры обрабатываемых поверхностей неизмеримо меньше размеров детали.
Лазерное упрочнение может использоваться как часть комплексных методов обработки. Например, лазерно-криогенная или ла-зерно-ультразвуковая обработки повышают износостойкость поверхностей, подвергнутых лазерному упрочнению.
Зависимость глубины упрочненного слоя инструментальных сталей от плотности мощности лазерного излучения. Процесс лазерного упрочнения имеет ряд особенностей, выгодно отличающих его от других методов упрочнения: получение на поверхности материала слоя с заданными свойствами путем введения легирующих элементов; локальность процесса упрочнения; применение в качестве финишной операции, так как коробление при лазерной обработке отсутствует; получение заданной шероховатости поверхности; повышение коррозионной стойкости поверхностных слоев; автоматизация процесса обработки; высокая культура производства.
При лазерном упрочнении излучение электромагнитных волн оптического диапазона расплавляет очень тонкий слой, который сверхбыстро затвердевает и получает новые свойства. Процесс возможен в атмосфере и в жидкости. Широко применяется в Японии и Англии.
Критическими режимами лазерного упрочнения являются те, при которых воздействие излучения лазера не приводит к нарушению шероховатости поверхности, а глубина упрочненного слоя максимальна.
Изменение микротвердости в зоне упрочнения стали, покрытой Zn3 ( РО4 2 при разной скорости обработки ( W 1 кВт, q 2 X X Ю7 Вт / см.| Влияние скорости пере -.. мещения луча на ширину ( 1, мм. Параметры режима лазерного упрочнения выбирают на основании зависимости изменения размеров и микротвердости ЗТВ от энергетических характеристик лазерного излучения и скорости обработки.
Оптимальные режимы лазерного упрочнения стеллита на установке СЛС-10-1: напряжение накачки UH 980 В, что соответствует энергии импульса Е - 8 Дж; длительность импульса т 4 мс; количество импульсов в фокальном пятне п 1 - 8; фокусное расстояние фокусирующей оптики F 37 мм; смещение поверхности образца относительно фокальной плоскости A. При этих режимах обработки диаметр зоны проплавления составляет 0 4 - 0 6 мм.
В большинстве случаев лазерное упрочнение основано на сверхвысоких скоростях нагревания и охлаждения микрообъемов обрабатываемой поверхности. Под действием мгновенного нагрева микрообъема температурных областей, где возникают фазовые превращения с чрезвычайно быстрым охлаждением, в поверхностных слоях формируется закаленная зона, характеризующаяся высокой твердостью и износостойкостью.
Особенно эффективно применение лазерного упрочнения с целью повышения износостойкости штампов, используемых на скоростных прессах-автоматах. При этом наблюдается стабильное повышение стойкости штампов между переточками в 2 - 3 раза. Повышение стойкости вырубных, гибочных, вытяжных штампов при упрочнении их рабочих кромок лазерным излучением отмечают и другие авторы. В одной из работ [6] приведены результаты испытаний большого числа штампов разного назначения, в также инструментов, изготовленных из стали У8, У10, ШХ15, Х12М и упрочненных лазерным излучением на установке Квант-16.
При выборе варианта лазерного упрочнения следует иметь в виду, что при обработке без оплавления шероховатость поверхности практически не изменяется. В некоторых случаях она может даже несколько снизиться за счет оплавления вершин микронеровностей.
Влияние плотности мощности лазерного излучения на параметры ЗТВ. Оптимальные режимы процесса лазерного упрочнения разрабатывают с учетом зависимости глубины равномерно упрочненного слоя от коэффициента перекрытия.
Поверхности, подвергаемые лазерному упрочнению, должны быть чистыми, не иметь следов коррозии, окалины, прижогов, трещин, забоин.

Как отмечает Е. Л. Воловик, лазерное упрочнение целесообразно для следующих деталей автомобилей и тракторов: направляющих втулок и седел клапанов, кулачков распределительных валов, канавок для поршневых колец, корпусов картера рулевого управления.
При штамповке на быстроходных прессах применение лазерного упрочнения обеспечивает повышение стойкости штампов в 2 - 3 раза.
Общий вид распределительного ( а и коленчатого ( б валов, упрочненных излучением СО2 - лазера. Фирмой AVCO Everett разработан также процесс лазерного упрочнения внутренней поверхности детали авиационного двигателя - цилиндра диаметром 130 мм и длиной 160 мм.
Как видно из рассмотренных примеров, эффективность лазерного упрочнения и легирования довольно высока.
Общий вид плунжера ( а и микрофотография шлифа упрочненной отсечной кромки ( б. В настоящее время разработаны технологические процессы для лазерного упрочнения конкретных деталей и узлов, в частности, для упрочнения отсечных кромок плунжеров топливных насосов, обкатных кулачковых роликов, распределительных валов двигателей внутреннего сгорания.
Показано, что независимо от технологических вариантов и исходного состояния материала лазерное упрочнение повышает триботехни-ческие свойства поверхностных слоев за счет формирования структуры, обладающей высокой твердостью, прочностью и пластичностью.
В работе / 16 / приведены данные исследований по определению оптимальных режимов лазерного упрочнения рабочих кромок режущего инструмента и вырубных штампов из инструментальных сталей марок ХВГ, ЭИ958 ( 4Х5В2ФС) и Х12Ф1 на твердотельной лазерной технологической установке импульсного действия в среде аргона.
Проводимые комплексные исследования по повышению стойкости важнейших механизмов и агрегатов нефтепромыслового оборудования проводят с применением лазерного упрочнения буровых долот, втулок буровых и глубинных насосов, запорной арматуры.
На рис. 25 показан общий вид установки Panarays Model GM - CL4, на которой можно выполнять лазерное упрочнение.
Зависимость отношения количества феррита Ф0 в слое к количеству феррита Фи в исходной структуре ( / и микротвердости в четвертом слое ( 2 от скорости перемещения луча.| Схема лазерной обработки образцов. В качестве конструкционного материала часто используются алюминий, эксплуатационные характеристики которого также могут быть повышены в результате лазерного упрочнения.
Поскольку между воздействием электронного и лазерного луча на материал есть много общего, можно предположить, что указанная формула справедлива и для лазерного упрочнения. В этом случае следует произвести замену в выражении ( 67) произведения 0 8 VI ( представляющего, очевидно, поглощенную материалом мощность электронного пучка) на Wn - мощность лазерного излучения, поглощенную поверхностью материала.
Задача 2 также может быть решена на основании уравнения (8.59), если положить foo ( x y) fs ( x y) и рассмотреть правую часть соотношения как функцию подлежащих определению параметров 7г - Следует отметить, что обычно на параметры л накладываются некоторые ограничения, обусловленные реальными возможностями технологии создания неоднородных поверхностей, например, особенностями лазерного упрочнения, при котором обработка ведется импульсами ( поточечно) или полосами.

Задача 2 также может быть решена на основании уравнения (8.59), если положить foo ( x y) Л ( ж, у) и рассмотреть правую часть соотношения как функцию подлежащих определению параметров 7г - Следует отметить, что обычно на параметры л накладываются некоторые ограничения, обусловленные реальными возможностями технологии создания неоднородных поверхностей, например, особенностями лазерного упрочнения, при котором обработка ведется импульсами ( поточечно) или полосами.
Для повышения периода стойкости и работоспособности инструментов применяют различные методы: 1) использование оптимальных режимов резания; 2) применение инструментов с оптимальными геометрическими параметрами; 3) эффективное использование смазочно-охлаждающих веществ: 4) применение высококачественных инструментальных материалов; 5) специальную термообработку и покрытие поверхностей режущей части инструмента; 6) электроискровое упрочнение или облучение режущей части потоком элементарных частиц с целью повышения ее твердости и износостойкости, а также с применением лазерного упрочнения; 7) усовершенствование конструкций режущих инструментов; 8) тщательную заточку и доводку поверхностей инструментов; 9) рациональную и эффективную эксплуатацию режущих инструментов в заводских условиях.
Схема расположения зоны термического воздействия ( ЗТВ в плане ( а и в продольном сечении ( б при линейном упрочнении. Для лазерной обработки используют технологические лазеры импульсного и непрерывного действия. Особенностью лазерного упрочнения является его локальность. При импульсном излучении воздействие осуществляется в точке, при непрерывном - в полосе шириной до 3 мм. В связи с этим для обработки поверхности необходимо сканировать луч с взаимным перекрытием или без перекрытия зон упрочнения.
Схемы управления перемещением лазерного луча в пространстве при обработке. Лазерная закалка может быть окончательной при восстановлении инструмента и деталей технологической оснастки, используемой для упрочнения рабочих поверхностей, при упрочнении протяженных кромок инструмента и деталей технологической оснастки, а также рабочих поверхностей деталей, подвергающихся интенсивному изнашиванию. Для лазерного упрочнения кромок инструмента и деталей технологической оснастки применяют 50 % - ное перекрытие пятен закалки. В общем случае перекрытие характеризуется коэффициентом перекрытия.
Схема лазерной термообработки. Лазерная термообработка позволяет повысить твердость материала на 20 - 30 % по сравнению с традиционными методами упрочнения и в несколько раз износостойкость. Рассматриваемый пример лазерного упрочнения межкамерных промежутков головки блока цилиндров двигателя автомобиля ЗИЛ-130, внедренного на Московском автомобильном заводе им. Лихачева, позволил повысить ресурс работы в2 раза.
Лазерной обработкой возможно упрочнение алюминиевых и медных сплавов. Отличительной особенностью лазерного упрочнения является образование упрочненной зоны, полученной закалкой из жидкого состояния.
Схема базирования лапы на первой операции. Наибольший эффект от лазерного упрочнения наблюдается у лап, выполняемых из сталей заэвтектоидного состава.
Помимо микротвердости, важной характеристикой упрочненной поверхности является ее шероховатость. Поскольку наиболее перспективными для лазерного упрочнения являются контактные поверхности различных деталей, важно знать влияние параметров этого процесса на шероховатость обработанной поверхности.
Схема упрочнения поршня излучением СО2 - лазера мощностью 3 кВт. Одной из важных проблем в металлообработке является повышение износостойкости деталей типа распределительных коленчатых валов. При использовании для этого лазерного упрочнения взамен индукционной термообработки устраняется искажение профиля и исключается необходимость в последующей механической обработке и рихтовальных операциях. На рис. 91, а показан распределительный вал двигателя внутреннего сгорания, упрочненный излучением СОа-лазера.
Долговечность долот с лапами, подверженными лазерному упрочнению, увеличивается в 1 4 - 1 6 раза.

Следует отметить, что лазерная обработка приводит к существенному уменьшению коэффициента трения и повышению задиростойкости и износостойкости поверхностей. Дополнительным резервом повышения надежности и ресурса деталей, подвергнутых лазерному упрочнению, является наличие сжимающих напряжений в приповерхностных слоях.
Лазерное упрочнение может использоваться как часть комплексных методов обработки. Например, лазерно-криогенная или ла-зерно-ультразвуковая обработки повышают износостойкость поверхностей, подвергнутых лазерному упрочнению.
Изменение поглощательной способности материала при воздействии излучения СО2 - лазера. Однако в последние несколько лет значительно возрос интерес как к изучению процессов лазерного упрочнения, так и к применению для этих целей СО2 - лазеров непрерывного излучения. Основными достоинствами таких лазеров при использовании их для упрочнения являются высокая производительность процесса, возможность сравнительно легко обработать участки поверхности любого профиля и высокая однородность упрочненных слоев.
Здесь на базе теоретического анализа тепловых процессов представлены металлофизические аспекты лазерного термоупрочнения и выполнена систематизация способов, режимов лазерного упрочнения конструкционных материалов, обеспечивающая практическое применение лазерного термоупрочнения.
Лазерное поверхностное упрочнение применяется в автомобилестроении, дорожном и сельскохозяйственном машиностроении, при обработке валков прокатных станов и блюмингов, инструментов и штампов. Экономический эффект от внедрения этой технологии существенен. Лазерное упрочнение кромок позволяет повысить стойкость инструмента до повторного шлифования до 14 тыс. деталей.
Схема расположения ЗТВ в плане ( а и в продольном сечении ( б при линейном упрочнении. При таком способе фокусирования излучения зона лазерного воздействия в плане ограничивается окружностью диаметра Dn. После лазерного упрочнения детали обработанная поверхность представляет собой совокупность таких зон лазерного воздействия. При относительном перемещении обрабатываемой поверхности и луча ОКГ в системе координат XY обеспечивается получение различных технологических схем обработки, в частности, линейной и плоскостной.
Процессы, происходящие в поверхностном слое, а следовательно, и его свойства определяются мощностью и длительностью действия лазерного луча. Накоплен достаточно большой опыт лазерного упрочнения деталей из сталей н чугунов.
Процессы, происходящие в поверхностном слое, а следовательно, и его свойства определяются мощностью и длительностью действия лазерного луча. Накоплен достаточно большой опыт лазерного упрочнения деталей из сталей и чугунов.
Во 2 - е издание внесено много изменений. Так, изложение простейших диаграмм состояния сплавов написано не абстрактно, а на примере реальных сплавов, сварка металлов изложена на основе классификации, принято. В учебник введены сведения о новых методах термической обработки и лазерного упрочнения металлов, о современных способах механизации и автоматизации литейного производства и переработки пластмасс в изделия.
Поверхностной лазерной обработке подвергают инструмент, прошедший термическую обработку, окончательное шлифование и заточку. Лазерную обработку проводят в воздушной атмосфере, но чаще в атмосфере защитного газа аргона, предохраняющего от обезуглероживания обрабатываемый участок. Средняя производительность термоупрочнения в аргоне до 500 мм2 / мин, на воздухе - до 800 мм2 / мин. Лазерное упрочнение повышает стойкость инструмента в 2 раза и более.
Для обработки гильз цилиндра использовалось излучение мощностью 5 кВт при скорости сканирования луча 2160 мм / мин. При использовании разработанного процесса лазерного упрочнения устраняется трудоемкий процесс азотирования поверхности цилиндра и сокращается трудоемкость выполняемых после термообработки хонинговальных операций.
В основных заданиях отраслевой научно-технической программы развития заводов по ремонту подвижного состава на 1986 - 1990 годы предусмотрено техническое перевооружение цехов и участков, внедрение поточно-механизированных линий ремонта локомотивов и вагонов, автоматизированное оборудование для очистки, обмывки, разборки и сборки деталей и агрегатов во всех цехах. Будет внедрено автоматическое оборудование для обработки деталей локомотивов, робототехнические комплексы, станки с числовым программным управлением и гибкие производственные системы в механических цехах. В г. Великие Луки в конце XII пятилетки будет построен завод по производству технических средств для переоснащения локомоти-воремонтных заводов. На ряде заводов ( Люблинском литейно-меха-ническом, Полтавском тепловозоремонтном, Великолукском и Дау-гавпилсском локомотиворемонтных заводах и др.) будут оборудованы участки для газотермического и лазерного упрочнения деталей.
Схема для расчета концентрации легирующего элемента в зоне лазерного легирования.
В твердотельных лазерах в качестве активной среды используются твердые тела: рубин, специальное стекло, алюмоиттриевый гранат, вольфрамат кальция и др. Всего к настоящему времени разработано и испытано несколько десятков различных твердых сред, пригодных для создания твердотельных лазеров. Однако для целей упрочнения могут использоваться лишь те из них, которые обеспечивают генерацию лазерного излучения с определенными энергетическими и пространственно-временными характеристиками. В зависимости от вида используемой активной среды твердотельные лазеры могут работать в импульсном или в непрерывном режиме генерации излучения. При работе в импульсном режиме для реализации процессов упрочнения важны следующие параметры лазерного излучения: энергия в импульсе, длительность импульса, расходимость излучения, диаметр луча, частота следования импульсов. При реализации процесса шокового лазерного упрочнения важной характеристикой также является импульсная мощность излучения.
Лазером осуществляются разрезка металла, получение очень малых отверстий и выполнение других видов размерной обработки. Лазеры работают в импульсном режиме с частотой до 1 кГц и сосредоточением луча в пучок диаметром до 0 01мм при длительности импульса, равной тысячным долям секунды. Обработка материалов с помощью лазеров не требует вакуумных камер. На ЗИЛе работает автоматическая линия лазерного упрочнения деталей автомобильного двигателя, позволяющая увеличить надежность его работы более чем в 2 раза.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11