CZ25604U1 - Zařízení pro vytváření povrchů o vysoké drsnosti a specifických mechanických vlastnostech - Google Patents

Description

Zařízení pro vytváření povrchů o vysoké drsnosti a specifických mechanických vlastnostech

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro vytváření povrchů o velmi vysoké drsnosti a specifických mechanických vlastnostech na bázi částečné nebo úplné implantace zdrsňujícího materiálu do tepelným způsobem změkčeného nebo nataveného povrchu základního materiálu.

Dosavadní stav techniky

V některých případech je třeba připravit povrch s velmi vysokou drsností a specifickými mechanickými vlastnostmi. Jedná se o některé druhy tvářecích forem, brusné nástroje, tribologické aplikace a další případy. Takové povrchy většinou nevznikají při standardních výrobních procesech, jako je například tváření, obrábění nebo odlévání a je nutné je připravit jiným způsobem.

Takovým nejjednodušším způsobem zdrsnění povrchu je tlakové tryskání abrazivním materiálem, nebo použití brusných nástrojů. Pro běžné použití je taková technologie postačující. Výsledná drsnost však v některých případech nemusí být dostatečná. Pro některé speciální případy je uvedená technologie nevhodná. Jde o takové aplikace, kdy by došlo k použití na velmi tvrdé materiály, například kovové formy z kalených ocelí, kdy brusný nástroj nebo abrazivní materiál proniká do povrchu pouze minimálně a drsnost povrchu se tak nemění vůbec, nebo jen velmi málo.

Jiným způsobem, který se využívá například při výrobě brusných nástrojů, je vytvoření směsi smícháním abrazivních zm příslušné velikosti s vhodným pojivém. Abrazivní zma představují vlastní brusivo. Pojivo může být na bázi keramiky, pryskyřice nebo kovu. Tato směs je následně slisována se základním materiálem pod vysokým tlakem, vytvrzena při zvýšených teplotách a výsledný produkt je orovnán na požadovaný tvar. Tento způsob zdrsnění povrchu je vhodný například pro výrobu brusných nástrojů.

Výše uvedený způsob nelze použít ke zvýšení drsnosti obecných povrchů, kde by byly procesy slisování pod vysokým tlakem nebo tepelné vytvrzování velmi komplikované. Jde například o formy na tvarování plastů nebo tkaninových dílů. Typická je aplikace v automobilovém průmyslu, kdy lisovací formy jsou většinou z nástrojové oceli. Povrchy funkčních ploch jsou kalené nebo jinak vytvrzené pro zvýšení jejich odolnosti proti opotřebení, tvarové stability a životnosti. Proto je povrch hladký, aby umožňoval volný pohyb a prokluz polotovaru a tím také jeho rovnoměrné vytvarování. V některých částech formy je ovšem požadavek na pevný kontakt polotovaru s formou, který by takovému pohybu a prokluzu zabraňoval. Znamená to, že drsnost povrchu v těchto místech, kterých může být u jedné formy i několik, je třeba zvětšit z původních desetin až setin mikrometrů na hodnoty v řádech několika desítek mikrometrů. Tyto plochy se vytváří až po dokončení formy a významným požadavkem při jejich tvorbě je, aby povrch formy mimo tyto oblasti, nebo vnitřní struktura formy, nebyly žádným způsobem tepelně ani mechanicky ovlivněny a nedošlo tak ke ztrátě mechanických vlastností formy.

Toho lze dosáhnout například nalepením vrstvy abraziva na přesně vymezenou oblast. Tato technologie je v některých případech používaná, ale její aplikace je spojena s různými komplikacemi, které spočívají v nutnosti mechanické nebo chemické úpravy povrchu před vlastním nalepením zdrsňující vrstvy, nebo jejím pozdějším odlupováním a podobně.

Jinou známou metodou vytváření povrchů s vysokou drsností je ohřev celé formy v peci do teploty natavení povrchu a implantace abrazivních částí do tohoto nataveného povrchu. Tuto metodu ovšem nelze použít pro případ jen lokálního zdrsňování povrchu, neboť by došlo k ovlivnění celkových mechanických, tepelných a tvarových vlastností formy, které by v podstatě vedlo k jejímu znehodnocení.

- 1 CZ 25604 Ul

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje zařízení pro vytváření povrchů o vysoké drsnosti a specifických mechanických vlastnostech podle tohoto technického řešení, sestávající z kompresoru, tlakového ventilu, robota, laserové hlavy, tryskací hlavy a lapače s odsáváním, jehož podstata spočívá v tom, že na řídicí člen je připojeno otryskávací zařízení sestávající ze zásobníku zdrsňujícího materiálu připojeného ke směšovacímu zařízení a kompresoru. Kompresor je přes tlakový ventil připojen rovněž ke směšovacímu zařízení. Výstup směšovacího zařízení je připojen k tryskací hlavě. Řídicí člen je rovněž připojen, jednak k robotu a jednak k nanášecímu zařízení, tvořenému laserovou hlavou a tryskací hlavou. U zpracovávaného materiálu je umístěn lapač s odsáváním.

Výhodou zařízení pro vytváření povrchů o vysoké drsnosti a specifických mechanických vlastnostech podle tohoto technického řešení je skutečnost, že podle předem daného programu umožňuje do všech lokálních míst či celých ploch provést potřebné zdrsnění povrchu a to buď zapravením části nebo celých zrn zdrsňujícího materiálu do zpracovávaného materiálu bez jakéhokoliv ovlivnění celkových mechanických, tepelných a tvarových vlastností zpracovávaného materiálu. Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresu, na kterém je schematicky naznačeno na obr. 1 zařízení pro vytváření povrchů o vysoké drsnosti a specifických vlastnostech podle technického řešení. Šipkami je naznačeno působení laserového záření se zdrsňujícím materiálem na zpracovávaný materiál.

Příklady uskutečnění technického řešení

Praktický příklad zařízení pro vytváření povrchů o vysoké drsnosti a specifických mechanických vlastnostech podle tohoto technického řešení je patrný z přiloženého obrázku.

Na obr. 1 je naznačen řídicí člen 1, který je připojen na otryskávací zařízení 2. Otryskávací zařízení 2 sestává ze zásobníku 3, připojeného ke směšovacímu zařízení 6, ke kterému je rovněž přes tlakový ventil 5 připojen kompresor 4. Výstup ze směšovacího zařízení 6 je připojen k tryskací hlavě 9. Řídicí člen je rovněž připojen k robotu 7 a nanášecímu zařízení 12. sestávajícímu z laserové hlavy 8 a tryskací hlavy 9. U zpracovávaného materiálu JO je umístěn lapač 11 s odsáváním.

Uvedené zařízení pracuje tak, že do řídicího členu i je vložen speciální program, který jednak nastaví mechanickou ruku robota 7 a to do správného výchozího místa a požadovaného sklonu tryskací hlavy 9 a jednak řídí výkon laserového svazku vycházejícího z laserové hlavy 8. Na mechanické ruce robota 7 je, jako součást nanášecího zařízení 12, umístěna tryskací hlava 9, do které je dodávána směs zdrsňujícího materiálu ze zásobníku 3 zdrsňujícího materiálu a tlakového vzduchu ze směšovacího zařízení 6. Z řídicího členu 1 je pomocí tlakového ventilu 5 řízen tlak vzduchu z připojeného kompresoru 4. Laserovým svazkem je lokálně natavován povrch zpracovávaného materiálu 10. Do takto upraveného materiálu jsou danou energií implantována zrna zdrsňujícího materiálu, která mohou být buď implantována pouze zčásti, nebo zcela. Tepelný zdroj se poté přesouvá jinam, nebo se při ukončení vypíná. Po ukončení působení tepelného zdroje v určitém místě dochází k rychlému zatuhnutí nataveného materiálu se zabudovanými zrny zdrsňujícího materiálu. Zdrsňující materiál je pak napevno uchycen v povrchu zpracovávaného materiálu 10 a způsobuje požadované zvýšení jeho drsnosti na požadovanou hodnotu a změnu jeho mechanických vlastností. V okolí zpracovávaného materiálu 10 je vhodně umístěn lapač JT s odsáváním, aby se zachytával odlétávající zdrsňující materiál a odsával se zpět do zásobníku 3.

Jako zdroj laserového záření byl použit HPDD diodový laser o výkonu 4,5 kW a vlnové délce 808 mikrometrů s obdélníkovým tvarem laserového svazku. Jako zdrsňujícího materiálu bylo použito korundového prášku o velikosti zrn 0,550 mm a tlakový vzduch byl používán o tlaku 1,5

-2CZ 25604 Ul baru, což je 1,5.10⁵ Pa. Vzdálenost konce tryskací hlavy 9 od povrchu zpracovávaného materiálu 10 byla 35 mm. Výkon laseru se pohyboval okolo 80 % až 100 % při rychlosti pojezdu laserové hlavy 8 150 cm/min. Rozměry laserového svazku byly používány 12 mm. Úhel tryskací hlavy 9 vzhledem ke stopě laseru byl v rozmezí od 5° do 40°.

Výhodou uvedeného zařízení pro vytváření povrchů o vysoké drsnosti a specifických mechanických vlastnostech podle tohoto technického řešení je možnost lokálně upravit jakýkoliv povrch, u kterého je možné natavení nebo dostatečné změkčení pomocí vhodného tepelného zdroje. Průmyslová využitelnost

Zařízení pro vytváření povrchů o vysoké drsnosti a specifických mechanických vlastnostech podle tohoto technického řešení lze využít všude tam, kde je zapotřebí lokálně připravit speciální drsný povrch, který není možné připravit konvenčními metodami, například lisováním za vysokých tlaků, nebo pomocí ohřevu celého kusu v peci na vysokou teplotu. Využití je možné u povrchů některých forem, například v automobilovém průmyslu, pro brusné nástroje, v tribologických aplikacích a podobně.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro vytváření povrchů o vysoké drsnosti a specifických mechanických vlastnostech, sestávající z kompresoru, tlakového ventilu, robota, laserové hlavy, tryskací hlavy a lapače s odsáváním, vyznačující se tím, že na řídicí člen (1) je připojeno otryskávací zařízení (2) sestávající ze zásobníku (3) zdrsňujícího materiálu připojeného ke směšovacímu zařízení (6) a kompresoru (4), připojenému přes tlakový ventil (5) rovněž ke směšovacímu zařízení (6), jehož výstup je připojen k tryskací hlavě (9); že řídicí člen (1) je připojen jednak k robotu (7) a jednak k nanášecímu zařízení (12), tvořenému laserovou hlavou (8) a tryskací hlavou (9); a že u zpracovávaného materiálu (10) je umístěn lapač (11) s odsáváním.