RU2781887C1 - Способ лазерного упрочнения рабочих поверхностей кромок режущего инструмента - Google Patents
Способ лазерного упрочнения рабочих поверхностей кромок режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781887C1 RU2781887C1 RU2021123250A RU2021123250A RU2781887C1 RU 2781887 C1 RU2781887 C1 RU 2781887C1 RU 2021123250 A RU2021123250 A RU 2021123250A RU 2021123250 A RU2021123250 A RU 2021123250A RU 2781887 C1 RU2781887 C1 RU 2781887C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hardening
- laser
- edges
- cutting tool
- working surfaces
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 102220375185 PSMD13 C21D Human genes 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- -1 silicon-manganese Chemical compound 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области закалки и может быть использовано при упрочнении кромок стальных деталей, изготовленных из стали и предназначенных для резки различных материалов. Способ лазерного упрочнения рабочих поверхностей кромок режущего инструмента включает обработку поверхностей кромок лазерным лучом, сфокусированным таким образом, что диаметр его пятна составляет от 0,3 до 3 мм, который перемещают со скоростью до 21,5 м/сек при осуществлении локального нагрева и охлаждения поверхности для непрерывной закалки, при этом при обработке поверхностей используют волоконный источник лазерного излучения мощностью от 700 до 10000 Вт и сканирующую оптическую систему с переменным фокусным расстоянием. Обеспечивается повышение надежности и ресурса при эксплуатации режущего инструмента. 1 пр.
Description
Изобретение относится к области закалки и может быть использовано при упрочнении рабочих поверхностей кромок режущего инструмента, изготовленного из стали и предназначенных для резки различных материалов.
Известен способ лазерной теромообработки сложных пространственных поверхностей крупногабаритных деталей (RU 2 425 894 C1, МПК C21D 1/09, опубликовано 10.08.2011). Известный способ включает воздействие непрерывным лазерным лучом на поверхность детали. Луч сфокусирован в световое пятно. На вертикальные или наклонные поверхности наносят параллельные дорожки упрочнения с перекрытием. Нанесение дорожек упрочнения осуществляют лучом, направленным на обрабатываемую поверхность под углом, и при увеличенном расходе технологического газа через сопло. Лазерный луч повернут от перпендикуляра к поверхности вверх в плоскости обработки детали на угол, равный 0,5-5°. Лазерная установка снабжена 5-координатной лазерной головкой. Дорожки наносят попеременно в различных полосах упрочнения, отстоящих друг от друга на расстоянии.
Из (RU 2 527 979 C2, МПК C21D 1/09, опубликовано: 10.09.2014 Бюл. № 25) известен стенд лазерной закалки опорной поверхности игл вращения высокоскоростных центрифуг. Стенд лазерной закалки опорной поверхности игл вращения высокоскоростных центрифуг содержит лазер параллельного пучка импульсного излучения с механизмом фокусировки оптической системы из собирающей и рассеивающей линз, корпус ванны с охлаждающей закалочной жидкостью внутри и герметичным боковым окном из кварцевого стекла по центру вертикальной стенки корпуса ванны для пропускания пучка лазерного излучения, кассету с незакаленными иглами, контейнер для сбора закаленных игл, насос охлаждающей закалочной жидкости и блок управления. В стенд дополнительно введены горизонтальная перегородка, разделяющая корпус ванны на верхнюю и нижнюю камеры, цилиндрическая обойма с первым и вторым торцами и сквозным внутренним осевым отверстием, сжимающий упор в виде швеллера с коническим отверстием в центре основания швеллера, осевой упор второго торца обоймы, механизм периодического линейного возвратно-поступательного перемещения обоймы между сжимающим и осевым упорами, держатель незакаленной иглы, подлежащей посадке внутрь обоймы, затвор кассеты с механизмом, обеспечивающим последовательную подачу незакаленных игл на держатель, фильтры тонкой очистки охлаждающей закалочной жидкости на входе и выходе насоса, решетка формирования ламинарного потока охлаждающей закалочной жидкости внутри швеллера. При этом окно из кварцевого стекла в вертикальной боковой стенке корпуса ванны выполнено в виде рассеивающей линзы. Выходные шины блока управления соединены с соответствующими входными шинами управления запуском лазера и двигателями насоса и механизмов фокусировки оптической системы, перемещения обоймы и привода затвора кассеты. Собирающая линза лазерного излучения, рассеивающая линза в окне из кварцевого стекла, коническое отверстие сжимающего упора первого торца обоймы, обойма с закаливаемой иглой, незакаленная игла на держателе и осевой упор второго торца обоймы установлены в горизонтальной последовательности по главной оптической оси лазера. Механизм фокусировки обеспечивает линейное перемещение собирающей линзы вдоль главной оптической оси лазера относительно рассеивающей линзы. Диаметр светового пятна лазерного излучения на опорной поверхности закаливаемой иглы соответствует ее диаметру.
Из патента RU 2 313 581 C2 (МПК C21D 1/09, опубликовано: 27.12.2007 Бюл. № 36) известен способ ручной плазменной закалки, в котором для получения закаленной поверхности без оплавления с достаточной глубиной упрочнения поверхностную закалку осуществляют путем перемещения по поверхности закаливаемого изделия плазменной дуги прямого действия на обратной полярности, когда электрод является анодом, а изделие - катодом.
В патенте RU 2 031 146 C1 (МПК C21D 9/18, опубликовано: 20.03.1995) описан способ изготовления ножей сельскохозяйственных машин. Способ осуществляют мощным источником энергии - газоплазменной струей, направляемой под углом 34-37° к поверхности заготовки, при этом в качестве материала для ножей используют стали, способные закаливаться на воздухе, преимущественно кремниймарганцовистые стали. Происходит одновременное формирование кромок ножей, их заточка и термическое упрочнение - закалка.
В качестве ближайшего аналога предлагается способ и система для лазерного упрочнения поверхности обрабатываемой детали (RU 2 661 131 C2, МПК C21D 9/30, Опубликовано: 11.07.2018 Бюл. № 20). Способ лазерного упрочнения рабочей поверхности стальной детали, включает обработку поверхности детали перпендикулярным сфокусированным сканирующим лазерным лучом.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и ресурса при эксплуатации режущего инструмента, а также повышение производительности и понижение себестоимости при обработке изделий.
Получаемый при этом технический результат заключается в обеспечении высокоскоростной обработки рабочих поверхностей кромок деталей со скоростью перемещения лазерного луча до 21,5 м/сек и получения гомогенного упрочненного слоя толщиной от 0,01 до 3 мм.
Основные преимущества по сравнению с традиционными методами упрочения (азотирование, термическая закалка, напыление покрытия, закалка ТВЧ):
- Высокая производительность до 3 м2/мин;
- Равномерная структура упрочненного слоя;
- Твердость упрочненного слоя выше на 20 - 30% (и выше);
- Стоимость процесса минимальна;
- Полная автоматизация процесса с возможностью контроля за чрезмерным перегревом зон поверхности детали.
Желаемый технический результат достигается тем, что в способе лазерного упрочнения рабочих поверхностей кромок режущего инструмента проводят обработку поверхностей лучом, сфокусированным таким образом, что диаметр его пятна составляет от 0,3 до 3 мм, который перемещают со скоростью до 21,5 м/сек при осуществлении локального нагрева и охлаждения поверхности для непрерывной закалки, при этом при обработке поверхностей используют волоконный источник лазерного излучения мощностью от 700 до 10000 Вт и сканирующую оптическую систему с переменным фокусным расстоянием.
Благодаря высокой скорости локального нагрева и охлаждения, поверхностный упрочненный слой без оплавления приобретает мелкодисперсную структуру с повышенной твердостью.
Способ заключается в непрерывной обработке рабочей поверхности кромок режущего инструмента сканирующим лазерным лучом с переменным фокусным расстоянием. Траектория сканирования представляет собой совокупность параллельных прямых или не прямых линий, длина которых соответствует геометрии зоны термической обработки детали. Конфигурация линий сканирования, а также их толщина и расстояние между ними, задается при программировании зоны обработки детали. Сфокусированный лазерный луч с диаметром пятна от 0,3 до 3 мм перемещается по рабочей поверхности детали со скоростью до 21,5 м/сек, осуществляя непрерывную закалку с помощью высокой скорости локального нагрева и охлаждения поверхности. Для генерации излучения используется волоконный источник лазерного излучения мощностью от 700 до 10000 Вт и сканирующая оптическая система с переменным фокусным расстоянием.
Пример
Перед выполнением упрочнения рабочих поверхностей кромок деталей из таких сплавов, например, как: 9Г, 40Х, 75Г методом лазерной закалки сканирующим лучом новое изделие крепится в специальной оснастке позиционирования для обеспечения жесткой фиксации и повторяемости процесса при обработке. По предварительно смоделированной программе траекторного перемещения пилотного луча проверяется наличие отклонений от заданной траектории и при необходимости проводится корректировка программы перемещения. В программно-аппаратных средствах шкафа управления установки лазерной закалки задаются параметры упрочения в зависимости от типа и марки стали детали режущего инструмента:
- Мощность лазерного излучения: от 700 Вт до 10000 Вт;
- Диаметр сфокусированного лазерного пятна: от 0,3 до 3 мм;
- Скорость перемещения лазерного луча: до 21,5 м/сек.
После упрочнения деталь остывает на воздухе до комнатной температуры и изымается из оснастки позиционирования.
Claims (1)
- Способ лазерного упрочнения рабочих поверхностей кромок режущего инструмента, включающий обработку поверхностей кромок лазерным лучом, сфокусированным таким образом, что диаметр его пятна составляет от 0,3 до 3 мм, который перемещают со скоростью до 21,5 м/сек при осуществлении локального нагрева и охлаждения поверхности для непрерывной закалки, при этом при обработке поверхностей используют волоконный источник лазерного излучения мощностью от 700 до 10000 Вт и сканирующую оптическую систему с переменным фокусным расстоянием.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2781887C1 true RU2781887C1 (ru) | 2022-10-19 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2033435C1 (ru) * | 1992-03-26 | 1995-04-20 | Михаил Иванович Квасов | Способ упрочнения штампа |
CN101509053B (zh) * | 2009-02-13 | 2011-01-05 | 东北大学 | 铁基非晶纳米晶软磁材料的激光诱导表面纳米化制备方法 |
RU2566224C1 (ru) * | 2014-05-20 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверскй государственный технический университет" | Способ упрочнения разделительного штампа |
CN107267715A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-10-20 | 毛啓远 | 一种汽车车身模具表面处理方法 |
RU2661131C2 (ru) * | 2012-09-06 | 2018-07-11 | Этхе-Тар, С.А. | Способ и система для лазерного упрочнения поверхности обрабатываемой детали |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2033435C1 (ru) * | 1992-03-26 | 1995-04-20 | Михаил Иванович Квасов | Способ упрочнения штампа |
CN101509053B (zh) * | 2009-02-13 | 2011-01-05 | 东北大学 | 铁基非晶纳米晶软磁材料的激光诱导表面纳米化制备方法 |
RU2661131C2 (ru) * | 2012-09-06 | 2018-07-11 | Этхе-Тар, С.А. | Способ и система для лазерного упрочнения поверхности обрабатываемой детали |
RU2566224C1 (ru) * | 2014-05-20 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверскй государственный технический университет" | Способ упрочнения разделительного штампа |
CN107267715A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-10-20 | 毛啓远 | 一种汽车车身模具表面处理方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10106864B2 (en) | Method and apparatus for laser quenching | |
RU2086378C1 (ru) | Способ лазерной обработки и устройство для его осуществления | |
US5984159A (en) | Method and apparatus for cutting through a flat workpiece made of brittle material, especially glass | |
US4539461A (en) | Method and apparatus for laser gear hardening | |
US4797532A (en) | Apparatus for laser treatment of materials | |
AU781334B2 (en) | Method for producing a surface-alloyed cylindrical, partially cylindrical or hollow cylindrical component and a device for carrying out said method | |
KR20220128654A (ko) | 레이저 금속 분말 퇴적을 위한 시스템 및 방법 | |
CN103290176A (zh) | 一种多次辐照激光淬火方法及装置 | |
JPH05115993A (ja) | レーザ加工装置 | |
JP2021534977A (ja) | 裏側表面の溶接システムおよび方法 | |
JP2003525351A5 (ru) | ||
CN111235378A (zh) | 一种大型件搅拌摩擦焊随焊即成焊缝热处理装置及方法 | |
RU2781887C1 (ru) | Способ лазерного упрочнения рабочих поверхностей кромок режущего инструмента | |
JP2680256B2 (ja) | レーザ加工装置 | |
EP0511274B1 (de) | Vorrichtung zur oberflächenbehandlung von werkstücken mittels lichtstrahlen | |
CN1245525C (zh) | 一种采用yag激光器淬火处理金属针布的系统和方法 | |
JP3179892B2 (ja) | レーザ加工装置並びにレーザ加工方法 | |
RU2684176C2 (ru) | Способ лазерного упрочнения поверхности деталей | |
JP2001150168A (ja) | レーザ開先切断装置 | |
JPH01104493A (ja) | レーザ加工機 | |
JPH02241685A (ja) | ファインセラミックス伸線ダイスのレーザ加工法 | |
JPH02241688A (ja) | 複合加工法 | |
JPS61289992A (ja) | レ−ザ加工方法 | |
JP7308371B1 (ja) | レーザ加工機及びレーザ加工方法 | |
RU2537429C2 (ru) | Способ лазерного упрочнения плоской заготовки |