RU2792101C1 - Method for hardening woodworking tools made of chromium and chromium-silicon steels - Google Patents

Method for hardening woodworking tools made of chromium and chromium-silicon steels Download PDF

Info

Publication number
RU2792101C1
RU2792101C1 RU2022118017A RU2022118017A RU2792101C1 RU 2792101 C1 RU2792101 C1 RU 2792101C1 RU 2022118017 A RU2022118017 A RU 2022118017A RU 2022118017 A RU2022118017 A RU 2022118017A RU 2792101 C1 RU2792101 C1 RU 2792101C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chromium
hardening
laser
woodworking
laser radiation
Prior art date
Application number
RU2022118017A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Анатольевич Маринин
Александр Владимирович Тиханов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2792101C1 publication Critical patent/RU2792101C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: thermal hardening of metals; hardening woodworking tools.
SUBSTANCE: method stipulates for the imposing of continuous laser radiation along the back face of a woodworking tool with a CO2 laser with a laser beam power density of 25-45 MW/m2 and a linear speed of the laser beam of 10-15 mm/s in one pass, while the width of the formed track is the same with the diameter of the focused laser radiation. The proposed method can be used for woodworking tools with a thickness of 10 to 25 mm.
EFFECT: increased strength and service life of woodworking tools made of chromium and chromium-silicon steels.
2 cl, 2 dwg 1 tbl

Description

Изобретение относится к области термического упрочнения металлов, в частности, к способам упрочнения деревообрабатывающего инструмента.The invention relates to the field of thermal hardening of metals, in particular, to methods for hardening woodworking tools.

Из уровня техники известен способ поверхностной лазерной упрочняющей обработки материалов [Коваленко В.С. Упрочнение деталей лучом лазера. – Киев: Техника, 1981. – 131 с.], который представляет собой последовательную упрочняющую обработку режущего инструмента при облучении лазером. При использовании данного способа контролируют твердость и глубину поверхностного упрочненного слоя.The prior art method of surface laser hardening processing of materials [Kovalenko V.S. Hardening of parts with a laser beam. - Kyiv: Technique, 1981. - 131 p.], which is a sequential hardening treatment of the cutting tool during laser irradiation. When using this method, the hardness and depth of the surface hardened layer are controlled.

Данный способ отличают следующие недостатки:This method has the following disadvantages:

- упрочнение осуществляется по передней грани, то есть при переточке деревообрабатывающего инструмента удаляется непосредственно упрочненный слой;- hardening is carried out along the front face, that is, when regrinding a woodworking tool, the hardened layer is removed directly;

- за счет многократного перекрытия при сканировании упрочняемой области возникают зоны отпуска (области с пониженными механическими характеристиками);- due to repeated overlapping, when scanning the hardened area, tempering zones appear (areas with reduced mechanical characteristics);

- большая длительность технологического цикла за счет многократных повторений;- long duration of the technological cycle due to multiple repetitions;

- отсутствие учета влияния всей области, подверженной лазерному воздействию на прочность инструмента и его период стойкости.- the lack of consideration of the influence of the entire area subjected to laser impact on the strength of the tool and its durability period.

Наиболее близким способом к предлагаемому является способ лазерной обработки деталей тел вращения из инструментальных сталей [Патент RU 2734826 C1. МПК C21D 1/09. Заявка № 2020120549 от 22.06.2020, опубл.: 23.10.2020, Бюл. № 30], заключающийся в одновременном вращении и осевом перемещении детали с обработкой ее поверхности лучом лазера непрерывного действия со степенью перекрытия лазерных дорожек 10÷15%, плотность мощности лазерного луча составляет 80÷90 Вт/мм2, диаметром пятна лазерного луча 3 мм и при линейной скорости перемещения лазерного луча 6 мм/с. При реализации этого способа обеспечивается повышение износостойкости упомянутой детали вращения в условиях повышенных контактных нагрузок, а также расширяется номенклатура упрочняемых лазером деталей, имеющих увеличенные габариты рабочих частей.The closest method to the proposed is a method of laser processing of parts of bodies of revolution from tool steels [Patent RU 2734826 C1. IPC C21D 1/09. Application No. 2020120549 dated 06/22/2020, published: 10/23/2020, Bull. No. 30], which consists in the simultaneous rotation and axial movement of the part with the processing of its surface by a continuous laser beam with a degree of overlap of laser paths of 10÷15%, the power density of the laser beam is 80÷90 W/mm 2 , the diameter of the laser beam spot is 3 mm and at a linear speed of the laser beam of 6 mm/s. When implementing this method, an increase in the wear resistance of the said rotating part under conditions of increased contact loads is provided, and the range of laser-hardened parts with increased dimensions of the working parts is also expanded.

Однако данное техническое решение не эффективно при использовании для упрочнения деревообрабатывающего инструмента по следующим причинам:However, this technical solution is not effective when used to harden a woodworking tool for the following reasons:

- образование зон перекрытия с пониженными механическими характеристиками;- formation of overlap zones with reduced mechanical characteristics;

- невозможность контроля структурного состояния и уровня механических свойств вглубь от упрочненной поверхности;- the impossibility of controlling the structural state and the level of mechanical properties in depth from the hardened surface;

- невозможно сформировать упрочненный слой в зоне деревообрабатывающего инструмента непосредственно участвующего в процессе резания.- it is impossible to form a hardened layer in the zone of a woodworking tool directly involved in the cutting process.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в обеспечении повышения прочности и периода стойкости деревообрабатывающего инструмента, изготовленного из хромистых и хромокремнистых сталей. The technical result of the proposed technical solution is to increase the strength and durability of woodworking tools made of chromium and chromium-silicon steels.

Технический результат достигается посредством обработки непрерывным лазерным излучением по задней грани деревообрабатывающего инструмента СО2-лазером с плотностью мощности лазерного луча 25-45 МВт/м2 и линейной скоростью перемещения лазерного луча 10-15 мм/сек за один проход после закалки и высокого отпуска, при этом ширина формируемой дорожки совпадает с диаметром сфокусированного лазерного излучения.The technical result is achieved by processing with continuous laser radiation along the back face of a woodworking tool with a CO 2 laser with a laser beam power density of 25-45 MW / m 2 and a laser beam linear speed of 10-15 mm / s in one pass after hardening and high tempering, in this case, the width of the formed track coincides with the diameter of the focused laser radiation.

Предлагаемый способ может быть использован для деревообрабатывающего инструмента толщиной от 10 до 25 мм.The proposed method can be used for woodworking tools with a thickness of 10 to 25 mm.

Ширина формируемой дорожки может варьироваться от 5 до 15 мм в зависимости от требований по количеству переточек деревообрабатывающего инструмента в процессе его эксплуатации.The width of the formed track can vary from 5 to 15 mm, depending on the requirements for the number of regrinds of the woodworking tool during its operation.

Способ осуществляется за счет формирования на передней и задней грани, участвующих в процессе резания, так называемого эффекта самозатачивания, который заключается в том, что участки деревообрабатывающего инструмента, испытывающие разные степени изнашивания имеют различные механические характеристики, при этом наибольшими механическими характеристиками должна обладать именно режущая кромка.The method is carried out by forming on the front and back faces involved in the cutting process, the so-called self-sharpening effect, which consists in the fact that the parts of the woodworking tool that experience different degrees of wear have different mechanical characteristics, while it is the cutting edge that should have the greatest mechanical characteristics. .

Было отмечено (см. фиг. 1), что при лазерной обработке непрерывным лазерным излучением с формирование дорожки, параллельной режущей кромке, хромистых и хромокремнистых сталей механические свойства плавно изменяются вглубь от поверхностно слоя. Обработка осуществляется на следующих режимах: плотность мощности лазерного луча 25 – 45 МВт/м2, скорость линейного перемещения лазерного луча 10-15 мм/с, ширина дорожки совпадает с диаметром сфокусированного лазерного излучения (диаметр пучка 5-15 мм), обработка осуществляется в режиме без оплавления поверхности.It was noted (see Fig. 1) that when laser processing with continuous laser radiation with the formation of a track parallel to the cutting edge, chromium and chromium-silicon steels, the mechanical properties change smoothly deep into the surface layer. Processing is carried out in the following modes: laser beam power density 25 - 45 MW / m 2 , laser beam linear displacement speed 10-15 mm / s, track width coincides with the diameter of the focused laser radiation (beam diameter 5-15 mm), processing is carried out in mode without surface melting.

При этом на примере стали 9ХС микротвердость изменяется от значений 800-900 кг/мм2 до микротвердости основного материала 400-500 кг/мм2.In this case, on the example of steel 9XC, the microhardness varies from values of 800-900 kg/mm 2 to the microhardness of the base material 400-500 kg/mm 2 .

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

Готовый деревообрабатывающий инструмент, изготовленный из хромистых и хромокремнистых сталей, после закалки и высокого отпуска обрабатывают однократным сканированием непрерывным лазерным излучением плотностью мощности 25 - 45 МВт/м2 со скоростью 10-15 мм/с, с формированием дорожки параллельно режущей кромке на заданном расстоянии от нее. Область обработки для снижения негативного влияния кислорода воздуха при нагреве и остывании защищают инертным газом – аргоном.The finished woodworking tool made of chromium and chromium-silicon steels, after hardening and high tempering, is processed by a single scanning with continuous laser radiation with a power density of 25 - 45 MW / m 2 at a speed of 10-15 mm / s, with the formation of a track parallel to the cutting edge at a given distance from her. To reduce the negative effect of atmospheric oxygen during heating and cooling, the treatment area is protected with an inert gas - argon.

Выбор плотности мощности непрерывного лазерного излучения, скорости линейного перемещения, ширины лазерной дорожки и расстояния от дорожки до лезвия деревообрабатывающего инструмента осуществляется исходя из величины снимаемого припуска и требуемого количества переточек для обеспечения равномерного снижения механических характеристик на передней грани деревообрабатывающего инструмента в соответствие с матрицей проведенного эксперимента (см. таблицу). The choice of the power density of continuous laser radiation, the speed of linear movement, the width of the laser track and the distance from the track to the blade of the woodworking tool is based on the amount of allowance to be removed and the required number of regrinds to ensure a uniform decrease in mechanical characteristics on the front face of the woodworking tool in accordance with the matrix of the experiment ( see table).

Анализируя таблицу можно отметить, что наибольшая твердость обеспечивается при плотности мощности непрерывного лазерного излучения 40 МВт/мм2 и вне зависимости от скорости перемещения луча лазера. Скорость перемещения влияет на глубину упрочненной зоны следующим образом: при увеличении скорости обработки глубина обработки снижается.Analyzing the table, it can be noted that the highest hardness is provided at a power density of continuous laser radiation of 40 MW/mm 2 and regardless of the speed of the laser beam. The travel speed affects the depth of the hardened zone in the following way: as the processing speed increases, the processing depth decreases.

Выбор основных параметров лазерной обработки, предлагаемой в способе, должен обеспечивать формирование на режущей кромке упрочненной области в соответствии с фигурой 2.The choice of the main parameters of laser processing proposed in the method should ensure the formation of a hardened area on the cutting edge in accordance with figure 2.

При этом изменение механических характеристик происходит от режущей кромки вглубь инструмента по передней грани. За счет этого обеспечивается более длительное сохранение в процессе работы инструмента геометрии режущей кромки, а значит происходит увеличение периода стойкости деревообрабатывающего инструмента.In this case, the change in mechanical characteristics occurs from the cutting edge deep into the tool along the front edge. Due to this, a longer preservation of the geometry of the cutting edge during the operation of the tool is ensured, which means that there is an increase in the period of durability of the woodworking tool.

ТаблицаTable

Плотность мощностиPower density 15 мм/с15 mm/s 12,5 мм/с12.5 mm/s 10 мм/с10 mm/s Толщина слоя общая/середина (микротвердость в точке)Layer thickness total/middle (microhardness at point) Толщина слоя общая/середина (микротвердость в точке)Layer thickness total/middle (microhardness at point) Толщина слоя общая/середина (микротвердость в точке)Layer thickness total/middle (microhardness at point) 30,5 МВт/м2 30.5 MW/ m2 -- -- 858 кг/мм2 858 kg/ mm2 -- -- 154 мкм/77 мкм (794 кг/мм2)154 µm/77 µm (794 kg/ mm2 ) 35,6 МВт/м2 35.6 MW / m 2 762 кг/мм2 762 kg/ mm2 -- 824 кг/мм2 824 kg/ mm2 190 мкм/95 мкм (752 кг/мм2)190 µm/95 µm (752 kg/ mm2 ) -- 339 мкм/170 мкм (752 кг/мм2)339 µm/170 µm (752 kg/ mm2 ) 40,8 МВт/м2 40.8 MW/ m2 894 кг/мм2 894 kg/ mm2 -- 894 кг/мм2 894 kg/ mm2 313 мкм/157 мкм (752 кг/мм2)313 µm/157 µm (752 kg/ mm2 ) -- 273 мкм/137 мкм (752 кг/мм2)273 µm/137 µm (752 kg/ mm2 ) 45 МВт/м2 45 MW/ m2 824 кг/мм2 824 kg/ mm2 -- 824 кг/мм2 824 kg/ mm2 475 мкм/238 мкм (795 кг/мм2)475 µm/238 µm (795 kg/ mm2 ) -- 653 мкм/327 мкм (841 кг/мм2)653 µm/327 µm (841 kg/ mm2 ) 25 МВт/м2 25 MW/ m2 -- -- 824 кг/мм2 824 kg/ mm2 -- -- 958 мкм/ 479 мкм (841 кг/мм2)
На глубине 0,75 мм - 713 кг/мм2
958 µm/ 479 µm (841 kg/ mm2 )
At a depth of 0.75 mm - 713 kg / mm 2
32 МВт/м2 32 MW/ m2 733 кг/мм2 733 kg/ mm2 938 кг/мм2 938 kg/ mm2 858 кг/мм2 858 kg/ mm2 833 мкм/417 мкм (713 кг/мм2)
На глубине 0,75 мм - 752 кг/мм2
833 µm/417 µm (713 kg/ mm2 )
At a depth of 0.75 mm - 752 kg / mm 2
1091 мкм/546 мкм (795 кг/мм2)
На глубине 0,75 мм - 795 кг/мм2
1091 µm/546 µm (795 kg/ mm2 )
At a depth of 0.75 mm - 795 kg / mm 2
1167 мкм/584 мкм (613 кг/мм2)
На глубине 0,75 мм - 644 кг/мм2
1167 µm/584 µm (613 kg/ mm2 )
At a depth of 0.75 mm - 644 kg / mm 2

Claims (2)

1. Способ упрочнения деревообрабатывающего инструмента, изготовленного из хромистых и хромокремнистых сталей, включающий закалку, высокий отпуск и последующую обработку непрерывным лазерным излучением, отличающийся тем, что обработку непрерывным лазерным излучением проводят по задней грани деревообрабатывающего инструмента с использованием CO2-лазера с плотностью мощности лазерного луча 25-45 МВт/м2 и линейной скоростью перемещения лазерного луча 10-15 мм/сек за один проход, при этом ширина формируемой дорожки совпадает с диаметром сфокусированного лазерного излучения. 1. A method for hardening a woodworking tool made of chromium and chromium-silicon steels, including hardening, high tempering and subsequent processing with continuous laser radiation, characterized in that the processing with continuous laser radiation is carried out along the rear face of the woodworking tool using a CO 2 laser with a laser power density beam 25-45 MW/m 2 and the linear speed of the laser beam 10-15 mm/s in one pass, while the width of the formed track coincides with the diameter of the focused laser radiation. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упрочняют деревообрабатывающий инструмент толщиной от 10 до 25 мм.2. The method according to p. 1, characterized in that the woodworking tool with a thickness of 10 to 25 mm is strengthened.
RU2022118017A 2022-07-01 Method for hardening woodworking tools made of chromium and chromium-silicon steels RU2792101C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2792101C1 true RU2792101C1 (en) 2023-03-16

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125103C1 (en) * 1997-02-21 1999-01-20 Валерий Анатольевич Петров Cutting tool and method of surface thermal hardening of its cutting part
RU2682189C2 (en) * 2014-03-11 2019-03-15 Этхе-Тар, С.А. Method and system for surface laser strengthening of the processed item
RU2700903C1 (en) * 2019-04-23 2019-09-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) Laser thermal strengthening method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125103C1 (en) * 1997-02-21 1999-01-20 Валерий Анатольевич Петров Cutting tool and method of surface thermal hardening of its cutting part
RU2682189C2 (en) * 2014-03-11 2019-03-15 Этхе-Тар, С.А. Method and system for surface laser strengthening of the processed item
RU2700903C1 (en) * 2019-04-23 2019-09-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) Laser thermal strengthening method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5906053A (en) Rotary cutting blade having a laser hardened cutting edge and a method for making the same with a laser
RU2305136C1 (en) Method for reinforcement of part surface and apparatus for performing the same
RU2792101C1 (en) Method for hardening woodworking tools made of chromium and chromium-silicon steels
EP3525971A1 (en) A method and apparatus for producing toothed blades
CN102094111A (en) Bar hot shear blade laser-quenching manufacturing process
CA2245866A1 (en) Cutting die and method of making
CN111286596A (en) Quenching strengthening process for cutting edge of thin blade
JP2001098326A (en) Bushing for crawler belt and its producing method
CN104480255A (en) Manufacturing technology of novel moving blades of crusher
CN108559820A (en) The method that laser surface hardening based on generation gear grinding avoids tempering band
JPH04263020A (en) Method for strengthening edge tip
JP2021066911A (en) Surface hardening treatment method of metal work by laser
JPH0772303B2 (en) ▲ High ▼ Deep hardened bushing and its manufacturing method
Marinin et al. The capability of pulsed laser radiation for cutting band saws hardening
JPH02221304A (en) Manufacture of high speed steel tool
RU2113512C1 (en) Method for heat treatment of blades of hot saws for cutting rolled products
RU2270259C2 (en) Method of strengthening of components made out of medium carbon steel and high-carbon steels
JPS63278726A (en) Manufacture of high speed steel cutting tool
SU1122716A1 (en) Method for heat treating of welded cutting tools
US11642741B2 (en) System for treating material of a cutting element
RU2112053C1 (en) Method of heat treatment of blades of saws for hot cutting of rolled products
JP2007290052A (en) Surface machining method
JPS61249210A (en) Broach made of high-speed steel possessing high performance
RU2795955C1 (en) Method for hardening cutting parts of cultivator shares
RU2799598C1 (en) Method for hardening the shear plate of a mulching cutter