RU2276694C1 - Cast iron casting molds manufacturing method - Google Patents
Cast iron casting molds manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2276694C1 RU2276694C1 RU2004131138/02A RU2004131138A RU2276694C1 RU 2276694 C1 RU2276694 C1 RU 2276694C1 RU 2004131138/02 A RU2004131138/02 A RU 2004131138/02A RU 2004131138 A RU2004131138 A RU 2004131138A RU 2276694 C1 RU2276694 C1 RU 2276694C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working
- molds
- edges
- mold
- hardening
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления чугунных форм при производстве стеклотары методом литья.The invention relates to mechanical engineering and can be used for the manufacture of cast iron molds in the manufacture of glass containers by casting.
В настоящее время основным методом производства стеклотары является литье с использованием чугунных форм, изготавливаемых преимущественно из серого чугуна марок СЧ-20 - СЧ-25. При этом на изготовление чугунных литьевых форм приходится существенная часть затрат от стоимости всего технологического процесса. Указанный чугун относится к относительно недорогим материалам, но имеет достаточно высокую хрупкость и не обладает повышенной твердостью. Поэтому в процессе эксплуатации под действием механических и других нагрузок относительно быстро происходит деформация рабочих кромок сопрягаемых частей литьевых форм (полуформ) в виде износа, снижения остроты кромок и появления на них повреждений (округлений, сколов и др.), приводящая к браку при литье стеклотары, например к образованию наплывов и т.п., что требует замены литьевых форм. Отсюда в массовом производстве, например при изготовлении бутылок для разлива пива, водки, воды, соков и т.п., увеличение износостойкости используемых литьевых форм и соответственно их долговечности приобретает определяющее значение для снижения себестоимости продукции, поскольку замена литьевых форм, связанная с переналадкой и регулировкой технологического оборудования, неизбежно вызывает простой указанного оборудования. Однако и при производстве оригинальных и эксклюзивных бутылок долговечность литьевых форм ввиду их высокой стоимости также имеет немаловажное значение.Currently, the main method for the production of glass containers is casting using cast iron molds made mainly from gray cast iron of the SCh-20 - SCh-25 grades. At the same time, the manufacture of cast iron molds accounts for a significant part of the cost of the cost of the entire technological process. The specified cast iron is a relatively inexpensive material, but has a sufficiently high brittleness and does not have increased hardness. Therefore, during operation under the influence of mechanical and other loads, deformation of the working edges of the mating parts of the injection molds (half-molds) occurs relatively quickly in the form of wear, reducing the sharpness of the edges and the appearance of damage on them (rounding, chips, etc.), leading to marriage when casting glass containers , for example, to the formation of sagging, etc., which requires the replacement of injection molds. Hence, in mass production, for example, in the manufacture of bottles for bottling beer, vodka, water, juice, etc., an increase in the wear resistance of the used injection molds and, accordingly, their durability, becomes crucial to reduce production costs, since the replacement of injection molds associated with readjustment and adjustment of technological equipment, inevitably causes downtime of the specified equipment. However, in the production of original and exclusive bottles, the durability of injection molds, due to their high cost, is also of great importance.
Известен способ изготовления чугунных литьевых форм для производства стеклотары, включающий изготовление литьевых чугунных заготовок двух полуформ с использованием литья в землю или кокиль, механическую обработку кромок и внутренних рабочих поверхностей полуформ посредством фрезерной и токарной обработки и последующей слесарной доводки и их чистовую обработку посредством шлифовки и полировки (Технология литейного производства Н.Д.Титов. Ю.А.Степанов, М.: Машиностроение, 1974, стр. 404-406, 410-411). Такая технология, не предусматривающая дополнительного упрочнения рабочих кромок литьевых форм, была разработана много десятилетий назад, но в силу своей простоты и дешевизны достаточно широко применяется и в настоящее время. Однако изготовленные по данной технологии чугунные литьевые формы выдерживают не более 300000 рабочих циклов изготовления стеклотары, после чего требуется их замена.A known method of manufacturing cast iron injection molds for the manufacture of glass containers, including the manufacture of cast iron castings of two half-molds using casting into the ground or chill mold, machining the edges and internal working surfaces of the half-molds by milling and turning and subsequent metalwork finishing and their finishing by grinding and polishing (Foundry technology N.D. Titov. Yu. A. Stepanov, Moscow: Mashinostroenie, 1974, pp. 404-406, 410-411). This technology, which does not provide for additional hardening of the working edges of injection molds, was developed many decades ago, but due to its simplicity and cheapness it is widely used today. However, cast iron molds made using this technology can withstand no more than 300,000 working cycles for the manufacture of glass containers, after which their replacement is required.
Увеличение долговечности литьевых форм может быть достигнуто за счет увеличения износостойкости их рабочих кромок. Для этого могут быть использованы различные методы упрочнения металлических изделий, включая термическое упрочнение, наплавку, электроэрозиционное упрочнение и т.п. Однако при изготовлении литьевых форм из чугуна необходимо учитывать специфику данного материала и прежде всего его склонность к охрупчиванию вследствие неоднородности структуры.An increase in the durability of injection molds can be achieved by increasing the wear resistance of their working edges. For this, various methods of hardening metal products can be used, including thermal hardening, surfacing, electrical discharge hardening, etc. However, in the manufacture of casting molds from cast iron, it is necessary to take into account the specifics of this material and, above all, its tendency to embrittlement due to the heterogeneity of the structure.
Известен способ поверхностной термообработки металлических деталей посредством нагрева лазерным излучением их рабочих поверхностей, при котором используется сфокусированный лазерный пучок с распределением энергии по Гауссу в поперечном сечении. Данный способ получил широкое распространение при изготовлении разделительных штампов. Для получения качественного уплотнения рабочих кромок матриц и пуансонов с помощью лазерного термоупрочнения необходимо обеспечить требующиеся твердость, ширину и глубину упрочненного слоя и его расположение относительно рабочей кромки, а также обеспечить выполнение требований по фазовому составу и однородности структуры материала и т.п.A known method of surface heat treatment of metal parts by laser radiation heating their working surfaces, which uses a focused laser beam with a Gaussian energy distribution in the cross section. This method is widely used in the manufacture of separation dies. To obtain high-quality compaction of the working edges of dies and punches using laser thermal hardening, it is necessary to provide the required hardness, width and depth of the hardened layer and its location relative to the working edge, as well as to ensure compliance with the phase composition and uniformity of the material structure, etc.
Известен способ упрочнения разделительных штампов, при котором в процессе термоупрочнения на зону упрочнения воздействуют непрерывным излучением лазера, перемещаемым вдоль рабочих кромок матриц и пуансонов (авт. св. SU 1689396, C 11 D 9/22, 1989; авт. св. SU 1748908, В 21 D 37/20, 1990). Для обеспечения необходимого качества рабочих кромок разделение матрицы и пуансона, изготавливаемых из общей заготовки, осуществляют после проведения операции лазерного упрочнения. При этом, как следует из описания изобретений, операция термоупрочнения проводится с использованием однолучевого лазера, распределение интенсивности излучения в котором близко к Гауссову (Фиг.1). При фокусировании такого излучения в зоне упрочнения получаются слои со значительными неоднородностями в структуре. Так, например, для чугуна характер такой структуры будет иметь вид, показанный на Фиг.1, где материал в зоне воздействия с максимальной интенсивностью излучения будет иметь структуру ледебурит-цементита (зона «а»), с ней будет граничить зона мартенсита-аустенита (зона «б»), далее будет переходная зона (зона «в»), граничащая с основной матрицей исходного материала (зона «г»). Данный способ обладает достаточно высокой производительностью, но не позволяет в ряде случаев обеспечить необходимой ширины и глубины упрочненного слоя и его требующегося расположения относительно рабочей кромки.A known method of hardening of separation dies, in which during the hardening process the hardening zone is affected by continuous laser radiation moving along the working edges of the dies and punches (ed. St. SU 1689396, C 11 D 9/22, 1989; ed. St. SU 1748908, B 21 D 37/20, 1990). To ensure the necessary quality of the working edges, the separation of the matrix and punch made from a common workpiece is carried out after the laser hardening operation. Moreover, as follows from the description of the inventions, the operation of hardening is carried out using a single-beam laser, the distribution of radiation intensity in which is close to Gaussian (Figure 1). When such radiation is focused in the hardening zone, layers with significant inhomogeneities in the structure are obtained. So, for example, for cast iron, the nature of such a structure will have the form shown in Fig. 1, where the material in the exposure zone with the maximum radiation intensity will have the structure of ledeburite-cementite (zone "a"), the martensite-austenite zone will border it ( zone “b”), then there will be a transition zone (zone “c”) bordering on the main matrix of the source material (zone “g”). This method has a fairly high performance, but does not allow in some cases to provide the necessary width and depth of the hardened layer and its required location relative to the working edge.
Известен способ лазерной закалки, при котором расширение зоны воздействия лазерного излучения и изменение распределения энергии внутри указанной зоны достигается путем расфокусировки лазерного луча (авт. св. SU 1481259, С 21 D 1/09, 1987). Данный способ может оказаться полезным в инструментальном производстве, например, при закалке лезвий инструментов, но практически неприменим для получения большой ширины и глубины упрочненного слоя, поскольку при этом требуется компенсировать потери интенсивности излучения, возникающие из-за расфокусировки лазерного луча в зоне воздействия, значительньм увеличением мощности излучения, что в свою очередь вызывает проблемы формирования необходимого фазового состава и однородности структуры материала в термоупрочняемой зоне.A known method of laser hardening, in which the expansion of the zone of exposure to laser radiation and the change in the energy distribution inside the specified zone is achieved by defocusing the laser beam (ed. St. SU 1481259, C 21 D 1/09, 1987). This method can be useful in tool manufacturing, for example, when hardening tool blades, but is practically not applicable to obtain a large width and depth of the hardened layer, since it is necessary to compensate for the loss of radiation intensity due to defocusing of the laser beam in the affected area by a significant increase radiation power, which in turn causes problems in the formation of the required phase composition and uniformity of the material structure in the heat-strengthened zone.
Известен способ упрочнения штампов, при котором упрочнение рабочих кромок пуансонов и матриц достигается посредством воздействия на них непрерывным излучением лазера, осуществляемым с заданным шагом в направлении от центра пуансона или от периферии матрицы перпендикулярно к их рабочим кромкам (патент RU 2033435, С 21 D 1/09, 1992). Данный способ позволяет существенно увеличить глубину упрочненного слоя, однако при его реализации не удается избежать оплавления рабочих кромок штампа, в связи с чем требуется последующая механическая обработка и доводка поверхности штампа, что соответственно сказывается на увеличении трудоемкости и снижении производительности способа. Кроме того, использование для термоупрочнения однолучевого лазера, имеющего, как указывалось выше, распределение интенсивности излучения в пятне фокусировки по Гауссу, практически неприемлемо для упрочнения чугунов вследствие неравномерности излучения. Также неприемлемо при термообработке чугунов перекрытие пятен фокусировки, поскольку повторное тепловое воздействие изменяет структуру чугунов. Таким образом, указанный способ не подходит для изготовления чугунных литьевых форм, поскольку не обеспечивает достаточной однородности фазового состава и структуры материала по всей упрочняемой зоне.A known method of hardening dies, in which hardening of the working edges of the punches and dies is achieved by exposure to them by continuous laser radiation, carried out with a given step in the direction from the center of the punch or from the periphery of the matrix perpendicular to their working edges (patent RU 2033435, C 21 D 1 / 09, 1992). This method allows you to significantly increase the depth of the hardened layer, however, when it is implemented, it is not possible to avoid melting the working edges of the stamp, which requires subsequent machining and finishing of the surface of the stamp, which accordingly affects the increase in complexity and decrease in productivity of the method. In addition, the use for thermal hardening of a single-beam laser, having, as mentioned above, the radiation intensity distribution in the Gaussian focusing spot, is practically unacceptable for hardening cast irons due to the irregularity of radiation. It is also unacceptable for heat treatment of cast irons to overlap focusing spots, since repeated heat exposure changes the structure of cast irons. Thus, this method is not suitable for the manufacture of cast iron molds, since it does not provide sufficient uniformity of the phase composition and structure of the material throughout the hardened zone.
Приведенные выше недостатки известных способов делают их мало приемлемымыми для упрочнения рабочих кромок литьевых форм, изготавливаемых из чугуна, ввиду существенно большей неоднородности указанного материала по сравнению со сталью и его склонности к охрупчиванию.The above disadvantages of the known methods make them less acceptable for hardening the working edges of injection molds made of cast iron, due to the significantly greater heterogeneity of this material compared to steel and its tendency to embrittlement.
В связи с этим наибольшее распространение в качестве способа изготовления чугунных литьевых форм с упрочненными рабочими кромками для производства стеклотары получил способ, где упрочнение рабочих кромок указанных форм осуществляется посредством применения наплавочных порошков (Износостойкие наплавочные материалы и высокопроизводительные методы их обработки. И.А.Толстов и др., М.: Машиностроение, 1992, стр. 116-127), который является наиболее близким аналогом к заявленному способу и выбран в качестве прототипа. Согласно указанному способу при изготовлении форм отливают чугунные заготовки двух полуформ, используя литье в землю или кокиль, и осуществляют предварительную механическую обработку кромок и внутренних рабочих поверхностей полуформ посредством фрезерной и токарной обработки и последующей слесарной доводки. Затем по всему периметру рабочих кромок полуформ выполняют технологическую «разделку» или другими словами паз, используя для этого, например, станки с ЧПУ и заполняют указанный паз наплавочным порошком, например, типа Delorozz, после чего производят упрочнение рабочих кромок полуформ посредством оплавления наплавочного порошка ручной газовой горелкой или установкой для плазменной наплавки. После этого осуществляют чистовую обработку кромок и внутренних рабочих поверхностей полуформ посредством шлифовки и полировки. Данная технология является достаточно трудоемкой, а то, что чистовую обработку рабочих кромок полуформ приходится осуществлять после их упрочнения, увеличивает трудоемкость еще больше. Указанный способ позволяет довести количество рабочих циклов использования полуформ до 600000-800000 штук изготавливаемой стеклотары, однако в несколько раз увеличивает трудоемкость изготовления форм по сравнению с традиционной технологией, не предусматривающей упрочнение рабочих кромок полуформ, что значительно увеличивает себестоимость производимой стеклотары. Кроме того, на увеличении себестоимости продукции сказывается высокая стоимость наплавочных материалов и значительный процент брака стеклотары, возникающий из-за неоднородностей в зоне упрочнения и возможного охрупчивания рабочих кромок литьевых форм, приводящих к их скалыванию под воздействием ударных нагрузок, возникающих в процессе работы литьевых автоматических установок.In this regard, the most widely used method of manufacturing cast iron injection molds with hardened working edges for the production of glass containers is the method where hardening of the working edges of these forms is carried out by using surfacing powders (Wear-resistant surfacing materials and high-performance methods for their processing. I.A. Tolstov and etc., M .: Mashinostroenie, 1992, pp. 116-127), which is the closest analogue to the claimed method and is selected as a prototype. According to this method, in the manufacture of molds, cast-iron blanks of two half-molds are cast using casting in the ground or chill molds, and preliminary machining of the edges and internal working surfaces of the half-molds is carried out by means of milling and turning and subsequent locksmithing. Then, a technological “cutting” or, in other words, a groove is performed around the entire perimeter of the working edges of the half-molds, using, for example, CNC machines and filling the specified groove with surfacing powder, for example, Delorozz type, after which the working edges of the half-molds are hardened by melting the welding powder manually gas burner or plasma cladding machine. After that, the finishing of the edges and internal working surfaces of the molds is carried out by grinding and polishing. This technology is quite laborious, and the fact that the finishing of the working edges of the half-molds has to be carried out after their hardening increases the complexity even more. The specified method allows you to bring the number of operating cycles for using half-molds to 600,000-800,000 pieces of manufactured glass containers, however, it increases the laboriousness of manufacturing molds several times in comparison with the traditional technology that does not require hardening of the working edges of half-molds, which significantly increases the cost of glass containers. In addition, the increase in the cost of production is affected by the high cost of surfacing materials and a significant percentage of defective glass containers arising due to heterogeneities in the hardening zone and possible embrittlement of the working edges of injection molds, which lead to their chipping under the influence of shock loads arising during the operation of injection molding machines .
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является увеличение долговечности литьевых форм за счет увеличения износостойкости их рабочих кромок при снижении трудоемкости их изготовления.The technical problem solved by the invention is to increase the durability of injection molds by increasing the wear resistance of their working edges while reducing the complexity of their manufacture.
Указанные задачи обеспечиваются тем, что по сравнению с известным способом включают изготовление литьевых чугунных заготовок двух полуформ, механическую обработку кромок и внутренних рабочих поверхностей полуформ и их чистовую обработку посредством шлифовки и полировки, а также упрочнение рабочих кромок полуформ, новым является то, что упрочнение рабочих кромок полуформ производят после чистовой обработки кромок и внутренних рабочих поверхностей полуформ, при этом упрочнение осуществляют посредством воздействия на кромку и прилегающую область многолучевым лазерным излучением со степенью неравномерности интенсивности излучения в зоне воздействия не более 10% при асимметричном расположении пятна фокусировки лазерного излучения относительно рабочей кромки полуформы и его смещения в направлении, противоположном полости полуформы.These tasks are ensured by the fact that, in comparison with the known method, they include the manufacture of cast iron billets of two half-molds, the machining of the edges and internal working surfaces of the half-molds and their finishing by grinding and polishing, as well as the strengthening of the working edges of the half-molds, new is that hardening of workers the edges of the half-molds are produced after the finishing of the edges and internal working surfaces of the half-molds, while hardening is carried out by acting on the edge and abutment the region with multipath laser radiation with a degree of unevenness in the radiation intensity in the affected area of not more than 10% with an asymmetric arrangement of the focus spot of the laser radiation relative to the working edge of the mold and its displacement in the opposite direction to the mold cavity.
Кроме того, величину смещения пятна фокусировки лазерного излучения относительно рабочей кромки полуформы определяют по формуле:In addition, the magnitude of the shift of the focus spot of the laser radiation relative to the working edge of the mold is determined by the formula:
1,1B1-0,6В≤δ≤1,05B1-0,55В1.1B 1 -0.6V≤δ≤1.05B 1 -0.55V
где δ - смещение центра проекции пятна фокусировки относительно рабочей кромки в направлении, противоположном полости полуформы, см;where δ is the displacement of the center of the projection of the focus spot relative to the working edge in the direction opposite to the cavity of the half-mold, cm;
В - ширина (диаметр) пятна фокусировки, см;B is the width (diameter) of the focusing spot, cm;
В1 - ширина пятна фокусировки с относительной неравномерностью интенсивности излучения i≤10%, см.In 1 - the width of the focus spot with a relative unevenness of the radiation intensity i≤10%, see
Кроме того, упрочнение рабочих кромок формы производят путем придания им микроструктуры, состоящей из не менее 80% мартенсита, остальное аустенит. Кроме того, мощность лазерного излучения выбирают согласно формулы:In addition, hardening of the working edges of the mold is carried out by imparting to them a microstructure consisting of at least 80% martensite, the rest is austenite. In addition, the laser radiation power is selected according to the formula:
P=kBhVP = kBhV
k - коэффициент пропорциональности,k is the coefficient of proportionality,
0,4·104≤k≤10,0·104, Вт·с/см3;0.4 · 10 4 ≤k≤10.0 · 10 4 , W · s / cm 3 ;
В - ширина (диаметр) пятна фокусировки, см;B is the width (diameter) of the focusing spot, cm;
V - скорость перемещения луча относительно детали, см/с;V is the speed of the beam relative to the part, cm / s;
h - глубина упрочненного слоя, см.h is the depth of the hardened layer, see
Использование для упрочнения рабочих кромок полуформ многолучевого лазерного излучениия со степенью неравномерности интенсивности излучения в зоне воздействия не более 10% позволяет обеспечить равномерное поле интенсивности излучения в зоне его воздействия на обрабатываемую деталь по всей ширине упрочненного слоя при перемещении излучения вдоль рабочих кромок полуформ. При этом величина интенсивности излучения может поддерживаться по всей зоне воздействия на уровне, близком к максимально возможному для используемого лазерного источника.The use of multi-beam laser radiation for hardening the working edges of the semiforms with a degree of irregularity of the radiation intensity in the exposure zone of not more than 10% allows us to ensure a uniform radiation intensity field in the zone of its influence on the workpiece over the entire width of the hardened layer when the radiation moves along the working edges of the half-forms. In this case, the magnitude of the radiation intensity can be maintained over the entire exposure zone at a level close to the maximum possible for the laser source used.
Асимметричное расположение пятна фокусировки лазерного излучения относительно рабочей кромки каждой полуформы и его смещения в направлении, противоположном полости полуформы, позволяет обеспечить максимальную глубину упрочненного слоя в месте нахождения рабочей кромки при сохранении ее остроты.The asymmetric arrangement of the focus spot of laser radiation relative to the working edge of each half-mold and its displacement in the opposite direction to the cavity of the half-mold allows us to provide the maximum depth of the hardened layer at the location of the working edge while maintaining its sharpness.
Предлагаемое смещение пятна фокусировки лазерного излучения относительно рабочей кромки полуформы, величину которого определяют по формуле: 1,1B1-0,6В≤δ≤1,05B1-0,55В, позволяет обеспечить наиболее оптимальное соотношение между глубиной и шириной упрочненного слоя по всему упрочненному слою исходя из характера распределения нагрузок на рабочие кромки полуформ в процессе их эксплуатации.The proposed shift of the focus spot of the laser radiation relative to the working edge of the mold, the value of which is determined by the formula: 1.1B 1 -0.6V≤δ≤1.05B 1 -0.55V, allows you to provide the most optimal ratio between the depth and width of the hardened layer throughout hardened layer based on the nature of the distribution of loads on the working edges of the half-molds during their operation.
Придание рабочим кромкам в процессе упрочнения микроструктуры, состоящей из не менее 80% мартенсита, остальное аустенит, обеспечивает их необходимую твердость и износостойкость при отсутствии охрупчивания.Giving the working edges during hardening of the microstructure consisting of at least 80% martensite, the rest is austenite, provides their necessary hardness and wear resistance in the absence of embrittlement.
Выбор мощности лазерного излучения согласно формулы: Р=kBhV позволяет обеспечить необходимые структурно-фазовые характеристики материала в зоне его упрочнения и оптимизировать режим упрочнения с учетом заданной глубины, ширины, твердости и структуры упрочненного слоя.The choice of laser radiation power according to the formula: P = kBhV allows you to provide the necessary structural and phase characteristics of the material in the zone of its hardening and optimize the hardening mode taking into account the specified depth, width, hardness and structure of the hardened layer.
Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется следующими чертежами:The essence of the proposed technical solution is illustrated by the following drawings:
Фиг.1 - диаграмма распределения интенсивности излучения и результаты его воздействия для однолучевых лазеров.Figure 1 is a diagram of the distribution of radiation intensity and the results of its exposure for single-beam lasers.
Фиг.2 - диаграмма распределения интенсивности излучения и результаты его воздействия для многолучевых лазеров.Figure 2 is a diagram of the distribution of the intensity of the radiation and the results of its effects for multipath lasers.
Фиг.3 - схема лазерной обработки многолучевым лазером.Figure 3 - scheme of laser processing by a multi-beam laser.
При изготовлении чугунных литьевых форм согласно предлагаемому способу отливают чугунные заготовки двух полуформ, используя литье в землю или кокиль, после чего осуществляют предварительную механическую обработку кромок и внутренних рабочих поверхностей полуформ посредством фрезерной и токарной обработки и последующей слесарной доводки. Затем производят чистовую обработку кромок и внутренних рабочих поверхностей полуформ посредством их шлифовки и полировки. После этого производят упрочнение рабочих кромок полуформ посредством воздействия на них и прилегающую область многолучевым лазерным излучением, способным обеспечить относительную неравномерность интенсивности излучения по всей зоне воздействия не более 10%, т.е.:In the manufacture of cast-iron injection molds according to the proposed method, cast-iron blanks of two half-molds are cast using casting to the ground or a chill mold, after which preliminary machining of the edges and internal working surfaces of the half-molds is carried out by means of milling and turning and subsequent locksmithing. Then, the edges and internal working surfaces of the half-molds are finished by grinding and polishing. After this, the working edges of the half-molds are hardened by exposing them and the adjacent area to multi-beam laser radiation, capable of providing a relative unevenness in the radiation intensity over the entire exposure zone of not more than 10%, i.e.:
i=ΔI/I=Imax-Imin/Imax≤0,1,i = Δ I / I = I max -I min / I max ≤0.1,
где i - относительная неравномерность интенсивности излучения,where i is the relative unevenness of the radiation intensity,
Imax и Imin - максимальная и минимальная интенсивность излучения (плотность мощности излучения) в зоне воздействия, Вт/см2.I max and I min - the maximum and minimum radiation intensity (radiation power density) in the impact zone, W / cm 2 .
Указанный многолучевой лазерный излучатель может быть выполнен в виде пакета плотно собранных газоразрядных трубок, объединенных общим резонатором, например типа Фабри - Перо, с соответствующей оптической системой, обеспечивающей при концентрации лазерного излучения в зоне воздействия излучение с равномерным прямоугольным распределением поля интенсивности в пучке (Фиг.2, 3).The specified multi-beam laser emitter can be made in the form of a package of tightly assembled gas-discharge tubes connected by a common resonator, for example, a Fabry-Perot type, with an appropriate optical system that provides radiation with a uniform rectangular distribution of the intensity field in the beam at a concentration of laser radiation in the beam (Fig. 2, 3).
Для проведения лазерной термообработки полуформы устанавливают на координатном столе автоматического лазерного комплекса, концентрируют излучение лазера на рабочей кромке полуформы и прилегающей к ней зоне, после чего осуществляют обход контура кромки с заданной скоростью V согласно имеющейся программе. При этом обход контура кромки реализуется путем относительного перемещения полуформы или фокусирующей системы, осуществляемого с постоянной скоростью, задаваемой посредством устройств с ЧПУ (числовым программным управлением). Важнейшим условием получения оптимальной глубины и ширины упрочненного слоя является асимметричное расположение пятна фокусировки лазерного излучения относительно рабочей кромки (S) каждой полуформы и его смещение в направлении, противоположном полости полуформы (Фиг.3). Указанное смещение, как было установлено в результате экспериментов, рекомендуется выбирать в соответствии с формулой:To carry out laser heat treatment, the half-molds are mounted on the coordinate table of an automatic laser complex, the laser radiation is concentrated on the working edge of the half-mold and the adjacent area, after which the edge contour is traversed at a given speed V according to the available program. In this case, the edge contour is bypassed by the relative movement of the half-mold or focusing system, carried out at a constant speed, specified by means of CNC devices (numerical program control). The most important condition for obtaining the optimal depth and width of the hardened layer is the asymmetric arrangement of the focus spot of the laser radiation relative to the working edge (S) of each half-mold and its displacement in the direction opposite to the cavity of the half-mold (Figure 3). The indicated displacement, as was established as a result of the experiments, it is recommended to choose in accordance with the formula:
1,1B1-0,6В≤δ≤1,05B1-0,55В1.1B 1 -0.6V≤δ≤1.05B 1 -0.55V
где δ - смещение центра проекции пятна фокусировки относительно рабочей кромки в направлении, противоположном полости полуформы, см;where δ is the displacement of the center of the projection of the focus spot relative to the working edge in the direction opposite to the cavity of the half-mold, cm;
В - ширина (диаметр) пятна фокусировки, см;B is the width (diameter) of the focusing spot, cm;
В1 - ширина пятна фокусировки с относительной неравномерностью интенсивности излучения i≤10%, см.In 1 - the width of the focus spot with a relative unevenness of the radiation intensity i≤10%, see
Меньшее значение S обусловлено необходимостью гарантированного получения на кромке требуемой плотности энергии потока и компенсации «размытия» пятна, в частности, за счет сферической аберрации оптической системы. Большее значение 5 обусловлено нежелательным уменьшением ширины упрочненной зоны и увеличением потерь энергии на рассеивание.The lower value of S is due to the need to guarantee that the required energy flux density is obtained on the edge and to compensate for the blur of the spot, in particular, due to spherical aberration of the optical system. A larger value of 5 is due to an undesirable decrease in the width of the hardened zone and an increase in energy loss due to dissipation.
В процессе лазерной термообработки температура в зоне упрочнения поддерживается в пределах от 950 до 1100°С для придание рабочим кромкам чугунных полуформ микроструктуры, состоящей из не менее 80% мартенсита, остальное аустенит (Фиг.2б), что обеспечивает их необходимую твердость и износостойкость при отсутствии охрупчивания. Указанный диапазон температур позволяет получить необходимую микроструктуру рабочих кромок и не допускать их оплавления. Скорость перемещения луча V относительно детали варьируется в пределах от 0,5 до 1,7 см/с в зависимости от глубины упрочненного слоя.In the process of laser heat treatment, the temperature in the hardening zone is maintained in the range from 950 to 1100 ° C to give the working edges of the cast iron half-molds a microstructure consisting of at least 80% martensite, the rest is austenite (Fig.2b), which ensures their necessary hardness and wear resistance in the absence of embrittlement. The specified temperature range allows you to obtain the necessary microstructure of the working edges and to prevent melting. The speed of the beam V relative to the part varies from 0.5 to 1.7 cm / s, depending on the depth of the hardened layer.
Необходимым условием для успешной реализации способа является выбор оптимальных режимов термообработки, позволяющих обеспечить в зоне термобработки заданную глубину, твердость, ширину и структуру упрочненного слоя, обеспечивающих увеличение долговечности форм при их эксплуатации (Фиг.3). Для этого необходимо при выборе рабочих режимов учитывать взаимосвязь энергетических, геометрических и динамических параметров лазера, фокусирующей системы и манипуляционной (координатной) системы и соответствующим образом подбирать необходимую мощность лазерного излучения. В предлагаемом способе мощность лазерного излучения рекомендуется выбирать согласно формуле:A prerequisite for the successful implementation of the method is the selection of optimal heat treatment modes, allowing to provide the specified depth, hardness, width and structure of the hardened layer in the heat treatment zone, providing an increase in the durability of the molds during their operation (Figure 3). To do this, when choosing the operating modes, it is necessary to take into account the relationship between the energy, geometric and dynamic parameters of the laser, the focusing system and the manipulation (coordinate) system and select the necessary laser radiation power accordingly. In the proposed method, the laser radiation power is recommended to be selected according to the formula:
P=kBhV,P = kBhV,
где Р - мощность излучения, Вт;where P is the radiation power, W;
k - коэффициент пропорциональности, Вт·с/см3 k is the coefficient of proportionality, W · s / cm 3
0,4·104≤k≤10,0·104;0.4 · 10 4 ≤k≤10.0 · 10 4 ;
В - ширина (диаметр) пятна фокусировки, см;B is the width (diameter) of the focusing spot, cm;
V - скорость перемещения луча относительно детали, см/с;V is the speed of the beam relative to the part, cm / s;
h - глубина упрочненного слоя, см.h is the depth of the hardened layer, see
Предлагаемый способ может быть проиллюстрирован следующим примером.The proposed method can be illustrated by the following example.
Пресс-формы AL118-КПН-ПИВ обрабатывались на лазерной установке ЛН 2, 5НМ-И1 с получением упрочненного слоя на кромке глубиной 0,04 см. Величина смещения пятна фокусировки лазерного излучения относительно рабочей кромки полуформы при:The AL118-KPN-PIV molds were processed on a
В - ширине (диаметр) пятна фокусировки = 0,7 см;In - the width (diameter) of the focus spot = 0.7 cm;
В1 - ширине пятна фокусировки с относительной неравномерностью интенсивности излучения i=ΔI/I≤10%=0,5 см;In 1 - the width of the focusing spot with relative unevenness of the radiation intensity i = Δ I / I≤10% = 0.5 cm;
определялась по формуле:was determined by the formula:
1,1B1-0,6В≤δ≤1,05B1-0,55В;1.1B 1 -0.6V≤δ≤1.05B 1 -0.55V;
1,1·0,5-0,6·0,7≤δ≤1,05·0,5-0,55·0,7;1.1 · 0.5-0.6 · 0.7≤δ≤1.05 · 0.5-0.55 · 0.7;
0,55-0,42≤δ≤0,525-0,385;0.55-0.42≤δ≤0.525-0.385;
0,13≤δ≤0,14 см.0.13≤δ≤0.14 cm.
т.е. величина смещения смещение центра проекции пятна фокусировки относительно рабочей кромки в направлении, противоположном полости полуформы, при указанных параметрах составит от 0,13 до 0,14 см.those. the amount of displacement, the displacement of the center of the projection of the focus spot relative to the working edge in the direction opposite to the cavity of the mold, with the specified parameters will be from 0.13 to 0.14 cm
Величина требуемой мощности лазерного излучения при:The magnitude of the required laser power when:
k - коэффициенте пропорциональности = 4,3·104 Вт·с/см3;k - coefficient of proportionality = 4.3 · 10 4 W · s / cm 3 ;
В - ширине (диаметре) пятна фокусировки = 0,7 см;In - the width (diameter) of the focus spot = 0.7 cm;
h - глубине упрочненного слоя = 0,04 см;h - the depth of the hardened layer = 0.04 cm;
V - скорости перемещения луча относительно детали = 1,5 см/с;V is the speed of the beam relative to the part = 1.5 cm / s;
определялась согласно формуле:was determined according to the formula:
P=kBhV=4,3·104·0,7·0,04·1,5=1800 Вт;P = kBhV = 4.3 · 10 4 · 0.7 · 0.04 · 1.5 = 1800 W;
т.е. мощность лазерного излучения при указанных параметрах составит 1800 Вт.those. the laser radiation power at the indicated parameters will be 1800 W.
Предлагаемый способ может найти широкое применение при изготовлении чугунных литьевых форм, предназначенных для производства стеклотары. Как показали проведенные исследования, использование многолучевого лазерного излучения для упрочнения рабочих кромок полуформ позволяет увеличить их долговечность при снижении трудоемкости изготовления. Причем затраты на производство литьевых форм согласно предлагаемому способу в массовом производстве ненамного превышают затраты на производство указанных форм согласно обычной технологии без упрочнения рабочих кромок литьевых форм, а их долговечность практически не уступает долговечности литьевых форм, изготовленных с упрочнением рабочих кромок посредством применения наплавочных порошков.The proposed method can be widely used in the manufacture of cast iron molds intended for the production of glass containers. As the studies showed, the use of multi-beam laser radiation for hardening the working edges of the half-molds allows to increase their durability while reducing the complexity of manufacturing. Moreover, the cost of manufacturing injection molds according to the proposed method in mass production does not slightly exceed the costs of manufacturing these molds according to conventional technology without hardening the working edges of injection molds, and their durability is practically not inferior to the durability of injection molds made with hardening of working edges by using surfacing powders.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004131138/02A RU2276694C1 (en) | 2004-10-26 | 2004-10-26 | Cast iron casting molds manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004131138/02A RU2276694C1 (en) | 2004-10-26 | 2004-10-26 | Cast iron casting molds manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004131138A RU2004131138A (en) | 2006-04-10 |
| RU2276694C1 true RU2276694C1 (en) | 2006-05-20 |
Family
ID=36458569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004131138/02A RU2276694C1 (en) | 2004-10-26 | 2004-10-26 | Cast iron casting molds manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2276694C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2693668C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-07-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | Method for thermal strengthening of tillage tools blades |
-
2004
- 2004-10-26 RU RU2004131138/02A patent/RU2276694C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ТОЛСТОВ И.А. и др. Износостойкие наплавочные материалы и высокопроизводительные методы их обработки. - М.: Машиностроение,1992, с.116-127. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2693668C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-07-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | Method for thermal strengthening of tillage tools blades |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004131138A (en) | 2006-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1071168C (en) | Cutting die and method of forming | |
| CN106498389B (en) | The laser cladding apparatus of the gentle cold light of preheating is generated based on multi-focus lens | |
| US9889525B2 (en) | Method of hardfacing a part | |
| US4447275A (en) | Cylinder liner | |
| CN101109032A (en) | Technique of laser hardening ossifying process of vehicle mold | |
| WO2019156168A1 (en) | Method for reclaiming tool material and tool material | |
| CN115106545B (en) | Coaxially-coupled multi-laser material increasing and decreasing composite forming device and method | |
| CN206298642U (en) | It is a kind of that the laser cladding equipment for preheating gentle cold light is produced based on bifocal | |
| WO2019156169A1 (en) | Tool material manufacturing method and tool material | |
| CN110586944A (en) | Laser surface modification method for metal 3D printing part | |
| CN114226759A (en) | Laser device for SLM metal 3D printing and printing method | |
| CN104593785A (en) | Method for strengthening surface of hot forging mould of steel automotive part | |
| CN1117649C (en) | Cutting moud and its mfg. method | |
| RU2276694C1 (en) | Cast iron casting molds manufacturing method | |
| CN106987685B (en) | A kind of heat treatment process for Cr12MoV steel casting mould types face | |
| RU2641444C2 (en) | Method of mechanical processing of steel casting with fragmentation of chips | |
| CN111005022A (en) | Method for preparing high-hardness iron-based coating on surface of beryllium bronze copper roller by utilizing three lasers in synergy mode | |
| RU2313581C2 (en) | Manual plasma quenching method | |
| CN111844629A (en) | Injection mold for automobile lens and 3D printing method | |
| JP2010222183A (en) | Surface processing method of glass material | |
| CN112538626B (en) | Laser additive repair and surface alloying modification method for die steel | |
| CN114789236B (en) | Additive manufacturing method of mold conformal water channel | |
| RU2679032C1 (en) | Method of manufacturing the welded bimetallic nozzle | |
| Kupo et al. | Laser-pulse thermal strengthening of injection molds and dies in the production of semiconductor device packages | |
| JPS63278726A (en) | Manufacture of high speed steel cutting tool |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091027 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100910 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20101207 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111027 |