RU2621245C1 - Method for laser processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramics - Google Patents
Method for laser processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621245C1 RU2621245C1 RU2015154241A RU2015154241A RU2621245C1 RU 2621245 C1 RU2621245 C1 RU 2621245C1 RU 2015154241 A RU2015154241 A RU 2015154241A RU 2015154241 A RU2015154241 A RU 2015154241A RU 2621245 C1 RU2621245 C1 RU 2621245C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- sample
- oxide
- processing
- cutting inserts
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
- B23K26/355—Texturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
- B23K26/3568—Modifying rugosity
- B23K26/3576—Diminishing rugosity, e.g. grinding; Polishing; Smoothing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/0036—Laser treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/91—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics involving the removal of part of the materials of the treated articles, e.g. etching
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к инструментальной промышленности, а именно к способам обработки режущих пластин из оксидно-карбидной керамики (керамика на основе TiC+MgO+Al2O3).The invention relates to the tool industry, and in particular to methods of processing cutting inserts of oxide-carbide ceramics (ceramics based on TiC + MgO + Al 2 O 3 ).
Процессы абразивной обработки керамики алмазным инструментом имеют некоторые технологические ограничения, которые проявляются в том, что на поверхности керамики после шлифования формируется дефектный слой, склонный к хрупкому разрушению при эксплуатационных нагрузках. Перспективным технологическим процессом, способным управлять состоянием поверхностного слоя керамики с целью повышения физико-механических свойств, является лазерная модификация. Сущность процесса лазерной модификации состоит в формировании на поверхности керамики мелкозернистой структуры, состоящей из микроразмерных, оптимально-наноразмерных образований.The processes of abrasive processing of ceramics with a diamond tool have some technological limitations, which are manifested in the fact that a defective layer is formed on the ceramic surface after grinding, which is prone to brittle fracture under operational loads. A promising technological process capable of controlling the state of the surface layer of ceramics in order to increase the physicomechanical properties is laser modification. The essence of the laser modification process is the formation on the ceramic surface of a fine-grained structure consisting of micro-sized, optimal-nanoscale formations.
Известен способ формирования на керамических подложках структурных образований нано- и микроразмеров. Способ включает осаждение частиц вещества из газовой фазы с использованием локального нагрева области осаждения лазерным излучением. Вещество в газовой фазе диспергировано в виде аэрозоля. Осуществляют локальный нагрев области осаждения лазерным импульсным излучением и осуществляют припекание частиц аэрозоля к подложке. Длительность импульса лазерного излучения не менее той, при которой длина тепловой волны в частице больше размера частицы в направлении излучения. Известный способ демонстрирует высокую производительность нанесения покрытий с сохранением высокой разрешающей способности (патент RU №2452792 С2, С23С 4/12, В23К 26/14, 31.05.2010).A known method of forming on ceramic substrates the structural formations of nano and micro sizes. The method includes the deposition of particles of a substance from the gas phase using local heating of the deposition region by laser radiation. The substance in the gas phase is dispersed in the form of an aerosol. Localization of the deposition region by laser pulse radiation is carried out and aerosol particles are sintered to the substrate. The duration of the laser pulse is not less than that at which the thermal wavelength in the particle is greater than the particle size in the direction of radiation. The known method demonstrates high coating performance while maintaining high resolution (patent RU No. 2452792 C2,
Недостатком данного способа является увеличение технологической цепочки и удорожание процесса за счет создания дополнительного покрытия на поверхности керамического материала. Экономически целесообразно не наносить покрытия, а управляемо структурировать поверхностный слой на основе того материала, из которого изготовлена деталь, минуя промежуточные технологические стадии.The disadvantage of this method is the increase in the technological chain and the cost of the process by creating an additional coating on the surface of the ceramic material. It is economically feasible not to apply the coating, but to manage the surface layer in a controlled manner based on the material from which the part is made, bypassing the intermediate technological stages.
Известен способ и установка для лазерной обработки поверхности ситаллов (стеклокерамики). Способ включает лазерное облучение стеклокерамической пластины и ее последующее охлаждение, отличающийся тем, что осуществляют предварительный нагрев пластины до температуры 450-1100°C, проводят обработку, охлаждают образец до температуры 150-200°C совместно с печью, завершающую стадию охлаждения производят на воздухе. Обработку ведут на установке для лазерной обработки поверхности ситалла, содержащей CO2-лазер, систему зеркал, фокусирующую линзу, управляющий компьютер, рабочий стол с образцом, нагревателем образца, управляемой заслонкой, расположенной между фокусирующей линзой и нагревателем с возможностью горизонтального смещения, экраном с отверстиями, находящимися между заслонкой и образцом, устройством обдува, размещенным между линзой и поверхностью образца, оптической системой для сканирования пучка по поверхности образца (патент RU №2463267 С2, С03С 17/04, В23К 26/36).The known method and installation for laser surface treatment of glass (glass ceramics). The method includes laser irradiation of a glass-ceramic plate and its subsequent cooling, characterized in that the plate is preheated to a temperature of 450-1100 ° C, the treatment is carried out, the sample is cooled to a temperature of 150-200 ° C together with the furnace, the final stage of cooling is carried out in air. The processing is carried out on a laser processing machine for the surface of a glass containing a CO 2 laser, a mirror system, a focusing lens, a control computer, a desktop with a sample, a sample heater controlled by a shutter located horizontally between the focusing lens and the heater, a screen with holes located between the shutter and the sample, a blower placed between the lens and the surface of the sample, an optical system for scanning the beam along the surface of the sample (patent RU No. 2463267 C2, C0 3C 17/04, B23K 26/36).
Недостатком данного способа является то, что он применяется для повышения свойств ситаллов и неприемлем для обработки оксидно-карбидной керамики (TiC+MgO+Al2O3), имеющей более низкую теплопроводность и высокий температурный коэффициент линейного расширения, а также наличие в технологической цепи дополнительных термических операций и оборудования в виде нагревателя.The disadvantage of this method is that it is used to improve the properties of ceramic and is unacceptable for processing oxide-carbide ceramics (TiC + MgO + Al 2 O 3 ), which has a lower thermal conductivity and a high temperature coefficient of linear expansion, as well as the presence of additional thermal operations and equipment in the form of a heater.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является выбранный в качестве прототипа способ лазерной обработки режущих пластин из твердых неметаллических материалов, включая оксидно-карбидную керамику TiC+MgO+Al2O3, при котором рабочие участки поверхности режущей пластины подвергают импульсному лазерному воздействию, каждая пачка импульсов которого формирует пятно лазерного луча с определенной мощностью пучка на образце, с коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча в диапазоне от 0,1 до 0,9 (патент RU №2394780 C1, С03В 33/00, 13.04.2009).The closest in technical essence to the claimed technical solution is the selected as a prototype method of laser processing of cutting inserts from solid non-metallic materials, including oxide-carbide ceramic TiC + MgO + Al 2 O 3 , in which the working sections of the surface of the cutting insert are subjected to pulsed laser irradiation, each burst of pulses of which forms a laser beam spot with a certain beam power on the sample, with a laser beam spot overlap factor in the range from 0.1 to 0.9 (RU patent 2394 780 C1, C03B 33/00, 04/13/2009).
Недостатками прототипа является следующее:The disadvantages of the prototype is the following:
- способом-прототипом решена только задача формообразования изделия без связи этого процесса с функциональным состоянием поверхностного слоя;- the prototype method solved only the problem of shaping the product without the connection of this process with the functional state of the surface layer;
- не определены значения и/или критерии выбора оптимальных технологических режимов обработки, в частности, в отношении мощности импульса, частоты следования импульсов и числа импульсов в пачке.- the values and / or criteria for selecting the optimal technological processing modes are not defined, in particular with respect to the pulse power, pulse repetition rate, and the number of pulses in a packet.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности обработки режущих пластин из оксидно-карбидной керамики TiC+MgO+Al2O3 на режимах, позволяющих оптимально модифицировать обработанную поверхность по критерию стойкости обработанных режущих пластин.The objective of the present invention is to provide the possibility of processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramic TiC + MgO + Al 2 O 3 in modes that optimally modify the treated surface according to the criterion of durability of the treated cutting inserts.
Технический результат - повышение стойкости режущих пластин.EFFECT: increased resistance of cutting inserts.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в способе лазерной обработки режущей пластины из оксидно-карбидной керамики TiC+MgO+Al2O3, при котором поверхность режущей пластины подвергают импульсному лазерному воздействию, каждая пачка импульсов которого формирует пятно лазерного луча с определенной мощностью пучка на образце, с коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча в диапазоне от 0,1 до 0,9, обработку проводят с частотой следования импульсов от 90 до 110 кГц, числом импульсов в пачке более 60 и мощностью пучка на образце от 7 до 8 Вт, оптимально, когда поверхность режущей пластины подвергают импульсному лазерному воздействию с коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча в диапазоне от 0,5 до 0,75.The problem is solved, and the claimed technical result is achieved by the fact that in the method of laser processing of a cutting insert of oxide-carbide ceramic TiC + MgO + Al 2 O 3 , in which the surface of the cutting insert is subjected to pulsed laser irradiation, each pulse packet of which forms a laser beam spot with a certain power of the beam on the sample, with a coefficient of overlap of the laser spot in the range from 0.1 to 0.9, the processing is carried out with a pulse repetition rate of 90 to 110 kHz, the number of pulses in a packet of more than 60 and generality of the beam on the sample of 7 to 8 W, optimally, when the surface of the cutting insert is subjected to pulsed laser irradiation from a laser beam spot overlap ratio in the range from 0.5 to 0.75.
Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
- на Фиг. 1 представлены лазерная установка с ее составными элементами (а) и схема обработки (б);- in FIG. 1 shows a laser unit with its constituent elements ( a ) and processing scheme (b);
- на Фиг. 2 представлена пластина с обработанным участком поверхности для испытаний на износостойкость при трении;- in FIG. 2 shows a plate with a machined surface area for abrasion resistance tests;
- на Фиг. 3 представлен лабораторный стенд для трибологических испытаний на износостойкость при трении с его составными элементами;- in FIG. 3 shows a laboratory bench for tribological tests for wear resistance during friction with its constituent elements;
- на Фиг. 4 представлен пример измерения ширины участка износа после трения диском;- in FIG. 4 shows an example of measuring the width of a wear section after friction by a disk;
- на Фиг. 5 представлено влияние частоты следования импульсов при различных значениях мощности пучка на образце на ширину участка износа при трении;- in FIG. Figure 5 shows the effect of the pulse repetition rate at various values of the beam power on the sample on the width of the friction wear section;
- на Фиг. 6 представлено влияние числа импульсов в пачке при различных значениях мощности пучка на образце на ширину участка износа при трении;- in FIG. Figure 6 shows the effect of the number of pulses in a packet at various values of the beam power on the sample on the width of the friction wear section;
- на Фиг. 7 представлено влияние коэффициента перекрытия пятна лазерного луча при различных значениях мощности пучка на образце на ширину участка износа при трении;- in FIG. 7 shows the effect of the overlap coefficient of the laser beam spot at different values of the beam power on the sample on the width of the friction wear section;
- на Фиг. 8 представлены микрофотографии поверхностей оксидно-карбидной керамики после алмазного шлифования (а), излома исходной керамики (б), после лазерной модификации (в и г) на рациональном режиме лазерного излучения;- in FIG. 8 shows micrographs of the surfaces of oxide-carbide ceramics after diamond grinding ( a ), fracture of the initial ceramic (b), after laser modification (c and d) in the rational regime of laser radiation;
- на Фиг. 9 представлены зависимости «износ - время» при точении стали ШХ15 (55 HRC) резцами с пластинами из исходной керамики (1) и керамики с модифицированным поверхностным слоем (2) при ν=125 м/мин, S=0,05 мм/об и t=1 мм (а); при ν=150 м/мин, S=0,05 мм/об и t=1 мм (б); ν=150 м/мин, S=0,075 мм/об и t=1 мм (в); ν=150 м/мин, S=0,1 мм/об и t=1 мм (г).- in FIG. Figure 9 shows the wear – time relationships for turning steel ШХ15 (55 HRC) with cutters with plates from the original ceramic (1) and ceramic with a modified surface layer (2) at ν = 125 m / min, S = 0.05 mm / rev and t = 1 mm ( a ); at ν = 150 m / min, S = 0.05 mm / rev and t = 1 mm (b); ν = 150 m / min, S = 0.075 mm / rev and t = 1 mm (in); ν = 150 m / min, S = 0.1 mm / rev and t = 1 mm (g).
Оптимальные режимы способа определялись в процессе эксперимента, в рамках которого рабочие участки режущей пластины, включающие переднюю и заднюю поверхности, а также упрочняющую фаску, подвергали импульсному лазерному облучению. Оптимальные режимы обработки определялись по результатам испытаний обработанных режущих пластин на износостойкость при трении.The optimal modes of the method were determined during the experiment, in which the working sections of the cutting insert, including the front and rear surfaces, as well as the hardening facet, were subjected to pulsed laser irradiation. Optimum processing conditions were determined by the results of tests of machined cutting inserts for wear resistance during friction.
Экспериментальную обработку пластин выполняли с использованием технологического лазера мод. U-15 (RMI Laser LLC (США), имеющего твердотельный источник на основе кристалла Nd: YVO4 с длиной волны λ=1064 нм, длительностью импульса τ=7 нс, при частоте излучения 10 кГц. Поле обработки имеет площадь 100×100 мм. Настройкой оптимального фокусного расстояния линзы 163 мм обеспечивали диаметр пятна фокусировки dп=40 мкм. Лазерная установка состоит из головного модуля 1, управляющего контроллера 2, рабочего стола 3 и фокусирующего объектива 4 (Фиг. 1а). Лазерный луч перемещали по двум координатам (x и y), причем первоначально создали трек по координате х, затем луч перемещали по координате y и создавали следующий трек. За счет этих последовательных перемещений формировали обработанную площадку (Фиг. 1б). Практическую реализацию этой схемы обработки обеспечивает выбор величин коэффициента перекрытия пятна лазерного луча kп при неизменяемом dп=40 мкм.The experimental processing of the plates was performed using a technological laser mode. U-15 (RMI Laser LLC (USA), having a solid-state source based on an Nd: YVO 4 crystal with a wavelength of λ = 1064 nm, a pulse duration of τ = 7 ns, and a radiation frequency of 10 kHz. The processing field has an area of 100 × 100 mm . by setting the optimum focal distance of the lens 163 mm provided focusing spot diameter d f = 40 mm. The laser system consists of the
Технологические режимы импульсного лазерного воздействия изменяли в диапазонах: мощность пучка на образце от 1 до 15 Вт, частоту следования импульсов от 10 до 170 кГц, число импульсов в пачке от 1 до 75 импульсов, коэффициент перекрытия пятна лазерного луча от 0,1 до 0,9. Неизменяемыми, постоянными параметрами была относительная скорость растрового сканирования (ν=100%) и диаметр пятна фокусировки dп=40 мкм. На торцевой поверхности образцов керамических пластин размером 12,7×12,7 формировали площадки размером 10×10 мм (Фиг. 2).Technological modes of pulsed laser exposure were varied in the ranges: the beam power on the sample from 1 to 15 W, the pulse repetition rate from 10 to 170 kHz, the number of pulses in a packet from 1 to 75 pulses, the overlap coefficient of the laser beam from 0.1 to 0, 9. The immutable, constant parameters were the relative scanning scanning speed (ν = 100%) and the diameter of the focusing spot d p = 40 μm. On the end surface of the samples of ceramic plates with a size of 12.7 × 12.7 formed the area of 10 × 10 mm (Fig. 2).
Исследование структуры поверхности обработанных в ходе эксперимента образцов проводили на сканирующем микроскопе VEGA3 LMH, программное обеспечение которого позволяет производить замеры ширины, высоты, диаметра и площади зерен. Для выявления оптимальных технологических режимов импульсного лазерного воздействия проводили испытания образцов на износ при трении. На основе изучения нормативной литературы выбрана наиболее рациональная схема сухого трения - «неподвижный образец - вращающийся диск».The surface structure of the samples processed during the experiment was studied using a VEGA3 LMH scanning microscope, whose software allows measurements of the width, height, diameter, and area of grains. To identify the optimal technological regimes of pulsed laser exposure, the samples were tested for wear during friction. Based on the study of normative literature, the most rational scheme of dry friction was chosen - “fixed sample - rotating disk”.
Схему трения реализовали на лабораторном стенде. Конструктивные особенности стенда показаны на Фиг. 3.The friction scheme was implemented at the laboratory bench. Design features of the stand are shown in FIG. 3.
Основание 1 стенда стационарно крепится к суппорту 2 токарного станка, что позволяет точно ориентировать зону контакта с использованием маховиков продольного и поперечного перемещения суппорта. На основании крепится осевая опора 3, на которую устанавливается равноплечий рычаг 4. На один край рычага монтируются тиски 5 с закрепленным в них керамическим образцом, на другой свободно подвешивается груз 6 с расчетным весом, под действием которого керамический образец с установленной силой Fн прижимается к вращающемуся диску 7. Диск крепится на оправке 8, закрепленной в токарном патроне 9, для обеспечения жесткости оправка поджимается задним центром 10.The
Анализ результатов позволил идентифицировать ширину участка износа (hиз) на образцах, имеющих исходную и модифицированную поверхность. На фиг. 4 показан пример измерения ширины участка износа.An analysis of the results made it possible to identify the width of the wear section (h of ) on samples having an initial and modified surface. In FIG. 4 shows an example of measuring the width of a wear section.
Влияние частоты следования импульсов при различных значениях мощности пучка на образце на ширину участка износа при трении проиллюстрировано на Фиг. 5. Установлено, что наименьшее значение hиз при всех значениях мощности пучка на образце зафиксировано при частоте следования импульсов а диапазоне от 90 до 110 кГц. Минимальное значение hиз отмечали при значении мощности пучка на образце между 7 Вт и 8 Вт (7,5 Вт).The effect of the pulse repetition rate at various values of the beam power on the sample on the width of the friction wear section is illustrated in FIG. 5. It was found that the smallest value of h from for all values of the beam power on the sample was recorded at a pulse repetition rate in the range from 90 to 110 kHz. The minimum value of h from was noted at a beam power on the sample between 7 W and 8 W (7.5 W).
Влияние числа импульсов в пачке при различных значениях мощности пучка на образце на ширину участка износа проиллюстрировано на Фиг. 6. Установлено, что с увеличением числа импульсов в пачке от 60 импульсов и более ширина участка износа интенсивно уменьшается при всех значениях мощности пучка на образце. Минимальное значение hиз отмечали при мощности пучка на образце около 7,5 Вт.The effect of the number of pulses in a packet at different values of the beam power on the sample on the width of the wear section is illustrated in FIG. 6. It was found that with an increase in the number of pulses in a packet from 60 pulses or more, the width of the wear section decreases rapidly at all values of the beam power on the sample. The minimum value of h from was noted at a beam power on the sample of about 7.5 watts.
Влияние коэффициента перекрытия пятна лазерного луча при различных значениях мощности пучка на образце на ширину участка износа при трении проиллюстрировано на Фиг. 7. Установлено, что наименьшее значение hиз при всех значениях мощности пучка на образце зафиксировано при коэффициенте перекрытия пятна kп от 0,5 до 0,75. Минимальное значение отмечали при значении мощности пучка на образце 7,5 Вт.The effect of the overlap coefficient of the laser beam spot at different values of the beam power on the sample on the width of the friction wear section is illustrated in FIG. 7. It was found that the smallest value of h from for all values of the beam power on the sample was recorded at a spot overlap coefficient k p from 0.5 to 0.75. The minimum value was noted at a beam power on the sample of 7.5 watts.
Установлено, что рациональными режимами лазерного излучения по критерию минимального значения участка износа при трении являются: частота следования импульсов от 90 до 110 кГц, число импульсов в пачке более 60, мощность пучка на образце от 7 до 8 Вт и коэффициент перекрытия пятна от 0,5 до 0,75. При соблюдении указанного комплекса режимов зафиксировано уменьшение параметра износа на 24% по сравнению со шлифованной поверхностью пластины из оксидно-карбидной керамики.It has been established that rational laser radiation conditions according to the criterion of the minimum value of the friction wear section are: pulse repetition rate from 90 to 110 kHz, number of pulses in a packet over 60, beam power on a sample from 7 to 8 W and spot overlap coefficient from 0.5 up to 0.75. Subject to the specified set of modes, a decrease in the wear parameter by 24% is recorded in comparison with the polished surface of the oxide-carbide ceramic plate.
На Фиг. 8 представлены микрофотографии поверхности оксидно-карбидной керамики после алмазного шлифования (Фиг. 8а) и после лазерной модификации (Фиг. 8б и г) на рациональном режиме лазерного излучения.In FIG. 8 shows micrographs of the surface of oxide-carbide ceramics after diamond grinding (Fig. 8 a ) and after laser modification (Fig. 8b and d) in a rational regime of laser radiation.
На шлифованной поверхности (Фиг. 8а) отмечен рыхлый дефектный слой, сформированный пластически деформированными зернами, порами различных форм, во внутреннем объеме пор просматриваются зерна размерами до 2,8 мкм. После лазерной обработки поверхностный слой сформирован равномерными частицами размельченных зерен керамики неправильной геометрической формы. Диапазон изменения размеров частиц составляет от 0,3 до 2,2 мкм. Границы между частицами плотные, поверхность имеет ровный рельеф без картеров и выступов. Отсутствие на поверхности чешуйчатых структур говорит о том, что поверхностный слой не был интенсивно оплавлен, трещины и поры отсутствуют. Описанные признаки поверхностного слоя позволяют говорить о реализации механизма лазерной модификации.On the polished surface (Fig. 8 a ), a loose defective layer formed by plastically deformed grains, pores of various shapes is marked, grains up to 2.8 microns in size are visible in the inner pore volume. After laser treatment, the surface layer is formed by uniform particles of crushed ceramic grains of irregular geometric shape. The range of particle size ranges from 0.3 to 2.2 microns. The boundaries between the particles are dense, the surface has a smooth relief without sumps and protrusions. The absence of scaly structures on the surface indicates that the surface layer was not intensively fused, cracks and pores are absent. The described features of the surface layer allow us to talk about the implementation of the laser modification mechanism.
С использованием рациональных режимов изготовили опытную партию пластин и испытали на износостойкость при точении. По результатам исследовательских испытаний на износостойкость при точении установлено, что наибольшую среднюю стойкость при точении стали ШX15 (55 HRC) при скорости 125 м/мин, подаче 0,05 мм/об и глубине резания 1 мм имеют резцы с многогранными неперетачиваемыми пластинами с модифицированным поверхностным слоем (Фиг. 9а). Так при продольном точении средняя стойкость пластин с модифицированным поверхностным слоем при критерии затупления hз=0,5 мм на 12% превысила аналогичный показатель исходных пластин. Тср=43 мин и 38 мин соответственно. При ν=125 м/мин, S=0,05 мм/об и t=1 мм случаев выхода исходных и модифицированных пластин из работоспособного состояния из-за хрупкого разрушения (сколов) не установлено.Using rational modes, an experimental batch of plates was made and tested for wear resistance during turning. According to the results of research tests for wear resistance during turning, it was found that the highest average resistance when turning steel SHX15 (55 HRC) at a speed of 125 m / min, a feed of 0.05 mm / rev and a cutting depth of 1 mm have cutters with polyhedral non-turning plates with a modified surface layer (Fig. 9 a ). So, with longitudinal turning, the average resistance of plates with a modified surface layer with a blunting criterion of h s = 0.5 mm was 12% higher than that of the original plates. T cf = 43 min and 38 min, respectively. At ν = 125 m / min, S = 0.05 mm / rev and t = 1 mm, cases of the initial and modified plates getting out of working condition due to brittle fracture (chips) have not been established.
Увеличение скорости резания до 150 м/мин также выявило эксплуатационные преимущества режущих пластин с модифицированным поверхностным слоем по сравнению с исходными пластинами (Фиг. 9б). Так средняя стойкость пластин с модифицированным поверхностным слоем составила 31 мин, исходных пластин 24 мин соответственно. Превышение стойкости составило 29%. При ν=150 м/мин, S=0,05 мм/об и t=1 мм случаев выхода исходных и модифицированных пластин из работоспособного состояния из-за хрупкого разрушения (сколов) не установлено.An increase in cutting speed to 150 m / min also revealed the operational advantages of cutting inserts with a modified surface layer compared to the original inserts (Fig. 9b). So, the average resistance of plates with a modified surface layer was 31 min, of the
При ужесточении условий эксплуатации (увеличении значения подачи) повышение работоспособности режущих пластин из керамики с модифицированным слоем по сравнению с исходными пластинами также очевидно (Фиг. 8 в и г). Так при ν=150 м/мин, S=0,075 мм t=1 мм и ν=150 м/мин, S=0,1 мм t=1 мм средняя стойкость исходных пластин составила 11 и 5,8 мин, модифицированных пластин 18 и 12 мин соответственно. При этом анализ отказов пластин показал, что 45% исходных пластин вышли из строя в результате хрупкого разрушения, аналогичный показатель пластин с модифицированным поверхностным слоем составил 28%. При этом уменьшение стандартного отклонения стойкости 5 составило 2,2 раза.When the operating conditions are tightened (increase in feed value), the increase in the working capacity of ceramic inserts with a modified layer in comparison with the original inserts is also obvious (Fig. 8 c and d). So, for ν = 150 m / min, S = 0.075 mm t = 1 mm and ν = 150 m / min, S = 0.1 mm t = 1 mm, the average resistance of the initial plates was 11 and 5.8 min, modified plates 18 and 12 min, respectively. Moreover, the analysis of plate failures showed that 45% of the initial plates failed due to brittle fracture, a similar indicator of plates with a modified surface layer was 28%. The decrease in standard deviation of
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача изобретения - обеспечение возможности обработки режущих пластин из оксидно-карбидной керамики TiC+MgO+Al2O3 на режимах, позволяющих оптимально модифицировать обработанную поверхность по критерию стойкости обработанных режущих пластин - решена, а заявленный технический результат - повышение стойкости режущих пластин - достигнут.The foregoing allows us to conclude that the objective of the invention is to provide the possibility of processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramic TiC + MgO + Al 2 O 3 in modes that optimally modify the treated surface according to the criterion of durability of the processed cutting inserts - solved, and the claimed technical the result - increased durability of the cutting inserts - is achieved.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы изобретения признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are essential and interconnected with each other with the formation of a stable set of necessary features unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the desired synergistic technical result.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к инструментальной промышленности, а именно к способам обработки режущих пластин из оксидно-карбидной керамики TiC+MgO+Al2O3;- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, relates to the tool industry, and in particular to methods of processing cutting inserts from oxide-carbide ceramic TiC + MgO + Al 2 O 3 ;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в нижеизложенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the formula below, the possibility of its implementation using the methods and methods described above or known from the prior art on the priority date is confirmed;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the requirements of the patentability conditions of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154241A RU2621245C1 (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Method for laser processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154241A RU2621245C1 (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Method for laser processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramics |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2621245C1 true RU2621245C1 (en) | 2017-06-01 |
Family
ID=59032141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015154241A RU2621245C1 (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Method for laser processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2621245C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2712154C1 (en) * | 2019-09-06 | 2020-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Method of increasing wear resistance of cutting plates from oxide-carbide ceramics during milling |
RU2751608C1 (en) * | 2020-10-06 | 2021-07-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Method for modifying surface layer of cutting plates made of tool ceramics intended for turning nickel alloys |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2206145C1 (en) * | 2002-02-11 | 2003-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Method for manufacturing microwave integrated circuits |
RU2262152C1 (en) * | 2003-12-10 | 2005-10-10 | Марийский государственный университет | Method for manufacturing substrate for thick-film high-temperature superconductor circuit |
RU2394780C1 (en) * | 2009-04-13 | 2010-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" | Method of laser pulsed shaping of solid non-metal materials |
US8846551B2 (en) * | 2005-12-21 | 2014-09-30 | University Of Virginia Patent Foundation | Systems and methods of laser texturing of material surfaces and their applications |
RU2544892C1 (en) * | 2013-10-24 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Method of producing micro- and nanostructures of surface of materials |
-
2015
- 2015-12-17 RU RU2015154241A patent/RU2621245C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2206145C1 (en) * | 2002-02-11 | 2003-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" | Method for manufacturing microwave integrated circuits |
RU2262152C1 (en) * | 2003-12-10 | 2005-10-10 | Марийский государственный университет | Method for manufacturing substrate for thick-film high-temperature superconductor circuit |
US8846551B2 (en) * | 2005-12-21 | 2014-09-30 | University Of Virginia Patent Foundation | Systems and methods of laser texturing of material surfaces and their applications |
RU2394780C1 (en) * | 2009-04-13 | 2010-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" | Method of laser pulsed shaping of solid non-metal materials |
RU2544892C1 (en) * | 2013-10-24 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Method of producing micro- and nanostructures of surface of materials |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RU 2544892 C1, 2003.2015. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2712154C1 (en) * | 2019-09-06 | 2020-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Method of increasing wear resistance of cutting plates from oxide-carbide ceramics during milling |
RU2751608C1 (en) * | 2020-10-06 | 2021-07-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Method for modifying surface layer of cutting plates made of tool ceramics intended for turning nickel alloys |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI724321B (en) | Lamination molding apparatus and method for manufacturing lamination molded product | |
Shunmugavel et al. | A comparative study of mechanical properties and machinability of wrought and additive manufactured (selective laser melting) titanium alloy–Ti-6Al-4V | |
Hanon et al. | Experimental and theoretical investigation of the drilling of alumina ceramic using Nd: YAG pulsed laser | |
Walter et al. | Laser-structured grinding tools–Generation of prototype patterns and performance evaluation | |
Gong et al. | Melt pool characterization for selective laser melting of Ti-6Al-4V pre-alloyed powder | |
TWI380868B (en) | Fine processing method of sintered diamond using laser, cutter wheel for brittle material substrate, and method of manufacturing the same | |
KR101484158B1 (en) | Scribing Wheel having micro structure for cutting | |
WO2004035255A1 (en) | Cyclic structure formation method and surface treatment method | |
Kadivar et al. | Laser-assisted micro-grinding of Si3N4 | |
EP2874769A1 (en) | Functionally graded additive manufacturing with in situ heat treatment | |
Zimmermann et al. | Influence of the laser parameters on the cutting edge preparation and the performance of cemented carbide indexable inserts | |
Yilbas et al. | Laser cutting of 7050 Al alloy reinforced with Al 2 O 3 and B 4 C composites | |
RU2621245C1 (en) | Method for laser processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramics | |
Mishra et al. | Experimental investigation on laser directed energy deposition based additive manufacturing of Al2O3 bulk structures | |
Kibria et al. | Investigation into the effect of overlap factors and process parameters on surface roughness and machined depth during micro-turning process with Nd: YAG laser | |
WO2006027850A1 (en) | Method for enhancing adhesion of thin film | |
Brecher et al. | Finishing of polycrystalline diamond tools by combining laser ablation with grinding | |
Pacella et al. | On the topographical/chemical analysis of polycrystalline diamond pulsed laser ablated surfaces | |
JP7033867B2 (en) | Methods and systems for treating synthetic diamond coating areas | |
Shaheen et al. | Experimental studies on ablation characteristics of alumina after irradiation with a 193-nm ArF excimer laser | |
US20160280560A1 (en) | Method of laser treating a zirconia surface | |
CN110385607A (en) | The shaping methods of cutting tool | |
US20150231736A1 (en) | Method and apparatus for removing material from a cutting insert using electromagnetic radiation | |
Hermani et al. | Nanosecond laser processing of diamond materials | |
Harimkar et al. | Rapid surface microstructuring of porous alumina ceramic using continuous wave Nd: YAG laser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210728 Effective date: 20210728 |