SI26180A - Postopek obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela - Google Patents

Postopek obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela Download PDF

Info

Publication number
SI26180A
SI26180A SI202100068A SI202100068A SI26180A SI 26180 A SI26180 A SI 26180A SI 202100068 A SI202100068 A SI 202100068A SI 202100068 A SI202100068 A SI 202100068A SI 26180 A SI26180 A SI 26180A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
machine part
layer
laser beam
metal particles
sliding surface
Prior art date
Application number
SI202100068A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitjan Kalin
Original Assignee
Univerza V Ljubljani
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerza V Ljubljani filed Critical Univerza V Ljubljani
Priority to SI202100068A priority Critical patent/SI26180A/sl
Priority to PCT/SI2021/000004 priority patent/WO2022216237A1/en
Priority to EP21727625.2A priority patent/EP4319938A1/en
Publication of SI26180A publication Critical patent/SI26180A/sl

Links

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
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • 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
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
    • 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
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/127—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an enclosure
    • 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
    • B23K26/354—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by melting
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

Namen izuma je zasnovati dovolj hiter in ekonomičen postopek površinske obdelave drsne površine (10) kovinskega strojnega dela (1), s katerim bo na ravni površini (10) predhodno mehansko že obdelanega kovinskega strojnega dela (1) možno zagotoviti jamičasto strukturo, namreč dimenzijsko in oblikovno v zadostni meri natančno definiran raster površinskih vdolbin vnaprej določljive globine, dimenzij (B1, B2) in oblike. Po izumu se v prvem koraku preko predhodno obdelane, ravne in gladke drsne površine (10)vsakokratnega v zaščitni atmosferi (70) nahajajočega se strojnega dela (1) namesti enakomerno razporejen sloj (11) kovinskih delcev v praškasti obliki z vnaprej določeno in enakomerno debelino (A), nakar se v drugem koraku v vnaprej določeno območje (100) na omenjeni površini (10) strojnega dela (1) usmeri laserski žarek (55), in sicer za vsaj toliko časa, da se praškasti delci v sloju (11) vključno s pod njimi nahajajočo se površino (10) v celoti ali vsaj deloma stalijo, temu pa potem v tretjem korakusledi še odstranitev preostalih med seboj in/ali s površino (10) strojnega dela (1) nezlitih oz. nepovezanih praškastih kovinskih delcev sloja (11) s površine (10) strojnega dela (1). Korak nanašanja sloja (11) praškastih kovinskih delcev na površino (10) in usmerjanja laserskega žarka (55) v izbrana območja (100, 100') je možno po izbiri zatem tudi še enkrat ali večkrat ponoviti.

Description

Postopek obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela
Izum se nanaša na postopek obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela, namreč zunanje površine mehansko obremenjenega strojnega dela, ki je med uporabo pod vnaprej določenimi obremenitvenimi pogoji v stiku z nasprotno drsno površino z omenjenim strojnim delom vsakokrat sodelujočega strojnega dela, zato je njegova drsna površina med uporabo navzlic sloju maziva na njej izpostavljena trenju in obrabi. Tovrstne rešitve in metode v okviru zadevnega področja tehnike, so po Mednarodni razvrstitvi patentov uvrščene na področje obdelave, namreč obdelave kovinskih predmetov, še zlasti obdelave z laserskim žarkom, pri kateri so uporabljeni tudi kovinski praškasti materiali.
Pri tem je izum osnovan na problemu, kako zasnovati dovolj hiter in ekonomičen postopek površinske obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela, s katerim bo na ravni površini predhodno mehansko že obdelanega kovinskega strojnega dela možno zagotoviti jamičasto strukturo, namreč dimenzijsko in oblikovno v zadostni meri natančno definirano strukturo, ki vključuje raster površinskih vdolbin vnaprej določljive oblike in dimenzij, pri tem pa bi bila odpravljena potreba po vsakršni nadaljnji obdelavi tako dobljene površine pred uporabo.
Strokovnjakom je znano, da je za izboljšanje triboloških lastnosti na drsnih površinah medsebojno nalegajočih strojnih delov možno poseči po ukrepu, da se na drsni površini zagotovi jamičasto strukturo, namreč raster površinskih vdolbin vnaprej vsaj približno definirane oblike in dimenzij. Tovrstna struktura po eni strani zagotavlja možnost zadrževanja maziva v vdolbinah, ob zmanjšanju med seboj aktivno nalegajočih površinskih območij in s tem trenja pa je s tem zagotovljena tudi permanentna omočenost teh aktivno sodelujočih površinskih območij z mazivom, obenem pa se navzlic zadovoljivemu mazanju zmanjšajo strižne sile, ki so posledica viskoznosti maziva. Tako se doseže zmanjšanje trenja in še zlasti tudi obrabe zaradi kontaktnih pritiskov na površini vsakokratnega strojnega dela.
Problematika, ki jo opisuje izum, je opisana tudi v stanju tehnike, npr. v WO 2008/047 062 A3, razen tega pa tudi v iz strokovni literaturi in javno dostopnih strokovnih člankih, npr. Townsend A., et aL, A Review of Surface Texture Metrology for Additive Manufacturing of Metal Parts, Precision Engineering 2016.
Iz stanja tehnike je tudi znano, da je jamičasto strukturo v obliki rastra površinskih vdolbin vnaprej znane globine, dimenzij in oblike na drsnih površinah možno doseči na različne načine. Z uvajanjem laserske tehnologije je bilo omogočeno, da se vdolbine na površini izvede z uporabo laserja in laserskega žarka, in sicer na tak način, da se laserski žarek, po izbiri pulzirajoč žarek, iz primernega vira z zadostno močjo usmeri v vnaprej določeno območje na površini kovinskega strojnega dela, tako da se material v obsevanem območju na površini strojnega dela stali, pri tem pa se ustvari krater približno krožne oblike in vsaj približno vnaprej določene globine. Vendar pa se pri tem pa del taline izstopi iz kraterja in se nalaga nad ravnino omenjene drsne površine, tako da okoli kraterja formira obrobek, ki se tam ohlaja in strjuje. Po prenehanju delovanja laserskega žarka in s tem dovajanja toplote v območje kraterja se material v območju kraterja ohladi in strdi, tako da omenjen obrobek okoli ustvarjene vdolbine v obliki kraterja ostane na drsni površini še tudi po strjevanju materiala. Iz tega razloga je po zaključeni izdelavi vdolbin potrebno še brušenje, včasih tudi poliranje drsne površine.
Ekstremni fizikalno-kemijski in materialni procesi, ki se pojavljajo med taljenjem in strjevanjem materiala s pomočjo laserskega žarka, torej povzročajo visoko hrapavost in valovitost oz. neravnost vsakokrat obdelane površine, povrhu tega pa tudi dokaj nepredvidljivo orientiranost in potek strukture zaradi lokalnih sprememb v kristalni zgradbi materiala pri različnih pogojih ohlajanja. Izjemno visoka je tudi verjetnost nastanka defektov in razpok v površinskih slojih tako obdelanega materiala. Zato je takoimenovana celovitost oz. integriteta površinske strukture po obdelavi z laserskim žarkom praviloma precej slabša od tiste po mehanski obdelavi površine, kakršna je pri tovrstnih proizvodnih tehnikah v pm-ali celo nm-območjih pričakovana. Tako okrnjena celovitost obdelane površine pa potem povzroča težave tudi pri določanju in optimizaciji drugih parametrov, ki jih je potrebno upoštevati pri zagotavljanju triboloških karakteristik vsakokratnega strojnega dela. Znano je namreč, da so tribološke karakteristike vsakokratnega strojnega dela, npr. torni koeficient, odpornost proti obrabi in podobno, močno odvisne od celovitosti površine, namreč od topografije, teksture, hrapavosti in defektov, obenem pa tudi od mehanskih lastnosti materiala kot so trdota, trdnost in prisotnost notranjih napetosti zaradi razlik v mikrostrukturi samega materiala.
Pričujoči izum se torej v splošnem nanaša na postopek obdelave drsne površine strojnega dela iz kovinskega materiala, namreč postopek, pri katerem se vsakokraten strojni del s predhodno že obdelano, dovolj ravno in gladko drsno površino, bodisi pri sobni ali pa povišani temperaturi, ki pa je nižja od temperature plastifikacije in tališča omenjenega kovinskega materiala, iz katerega sestoji strojni del, obda z zaščitno atmosfero, potem pa se omenjeno drsno površino obdeluje s pomočjo usmerjanja laserskih žarkov v vnaprej določena območja na omenjeni površini. Učinkovanje laserskega žarka na material v izbranem območju se vrši vsaj toliko časa, da se zagotovi taljenje kovinskega materiala na površini strojnega dela. Premikanje laserskega žarka po površini je načeloma vnaprej določeno in vodeno, še zlasti s pomočjo primernega računalniškega algoritma, ki zagotavlja doseganje po eni strani vsakokrat želenih dimenzij in po drugi strani tudi razporeditve in gostote laserskim žarkom izpostavljenih območij na površini strojnega dela.
Za postopek po izumu pa je poleg navedenega značilno, da obsega korake
i) nameščanja enakomerno razporejenega sloja kovinskih delcev v praškasti obliki z vnaprej določeno in enakomerno debelino preko omenjene predhodno obdelane, ravne in gladke drsne površine vsakokratnega v zaščitni atmosferi nahajajočega se strojnega dela;
ii) usmerjanja laserskega žarka v vnaprej določeno območje na omenjeni s slojem kovinskih delcev v praškasti obliki prekriti površini strojnega dela za vsaj toliko časa, da se praškasti delci vključno s pod njimi nahajajočo se površino v celoti ali vsaj deloma stalijo, namreč vsaj do te mere, da se delci sprimejo med seboj in obenem neposredno ali posredno tudi z omenjeno površino strojnega dela, čemur potem po izbiri sledi premik laserskega žarka v naslednje za obdelavo predvideno območje na omenjeni s slojem kovinskih delcev v praškasti obliki prekriti površini;
iii) po izbiri odstranjevanja preostalih med seboj in/ali s površino strojnega dela nezlitih oz. nepovezanih praškastih kovinskih delcev iz omenjenega sloja s površine strojnega dela.
iv) po izbiri ponovnega nameščanja nadaljnjega enakomerno razporejenega sloja kovinskih delcev v praškasti obliki z enakomerno in vnaprej določeno debelino preko predhodno že staljenega in potem strjenega sloja na površini predhodno obdelane, ravne in gladke drsne površine vsakokratnega v zaščitni atmosferi nahajajočega se strojnega dela, pri čemer se debelina in/ali sestava vsakokrat nadaljnjega sloja po izbiri lahko tudi razlikuje(ta) od debeline in sestave vsakokrat predhodnega sloja, čemur pa potem sledi ponovna izvedba koraka ii); in
v) dokončno odstranitev vseh še preostalih med seboj in/ali s površino strojnega dela nezlitih oz. nepovezanih praškastih kovinskih delcev sloja s površine strojnega dela.
Pri prednostni različici postopka po izumu je predvideno, da omenjene praškaste kovinske delce vsakokrat na površino strojnega dela nanešenega sloja predstavljajo kovinski praškasti delci, po izbiri nanodelci, katerih kemijska sestava vsaj približno ustreza kemijski sestavi materiala strojnega dela v območju njegove drsne površine.
Pri alternativnih različicah postopka po izumu je predvideno da omenjene praškaste kovinske delce vsakokrat na površino nanešenega sloja predstavljajo kovinski praškasti delci, po izbiri nanodelci, katerih kemijska sestava se sicer razlikuje od kemijske sestave materiala strojnega dela v območju njegove drsne površine, vendar pa ob taljenju zagotavlja tvorbo zlitine ali vsaj sprijemanje delcev tako med seboj kot tudi z materialom strojnega dela.
Debelino vsakokrat nanesenega sloja kovinskih delcev v praškasti obliki na omenjeni drsni površini strojnega dela se uravnava v območju med 5 in 100 pm. Nadalje se v prej omenjenem procesnem koraku ii) laserski žarek vsakokrat usmeri na sloj kovinskih delcev v praškasti obliki na omenjeni predhodno obdelani, ravni in gladki drsni površini strojnega dela v območju, katerega največja dimenzija na drsni površini znaša 40 - 100 pm. Še nadalje se v koraku ii) med vsakokrat sosednjimi lasersko obdelanimi območji ohrani laserskemu žarku neizpostavljena in zato neobdelana območja, katerih najmanjša dimenzija, gledano na drsni površini strojnega dela, znaša vsaj 5-50 pm. Za generiranje laserskega žarka se uporabi laser z močjo 100 - 1000 W in hitrostjo premikanja laserskega žarka, ki znaša 50 - 5000 mm/s, tako da temperatura v vsakokrat izpostavljenem območju lahko doseže vsaj 2000°C, intenziteta preoblikovanja materiala v sloju praškastega materiala in na drsni površini strojnega dela pa znaša vsaj 15-20 cm3/h. Obenem je predvideno, da zaščitno atmosfero vsaj v pretežni meri predstavlja eden izmed inertnih plinov ali pa zmes le-teh.
Izum bo v nadaljevanju podrobno obrazložen s primerom izvedbe in v povezavi s priloženo skico, kjer kažejo
Sl. 1 shematično ponazorjeno komoro za izvajanje površinske obdelave strojnega dela po predlaganem postopku po izumu;
Sl. 2 po zadevnem postopku že obdelan strojni del v prečnem prerezu;
Sl. 3 pa shematično in v izometriji ponazorjen že obdelan strojni del po Sl. 2.
Postopek obdelave drsne površine 10 strojnega dela 1 iz kovinskega materiala je načeloma izvedljiv v zaprti komori 7 (Sl. 1), v kateri je možno vzpostaviti zaščitno atmosfero 70, s čimer se prepreči pojav oksidacije ali potek podobnih kemijskih reakcij materiala strojnega dela 1 v segretem ali raztaljenem stanju z eno ali več sestavinami iz atmosfere, s katero je med obdelavo obdan.
Vsakokraten strojni del 1 je predhodno obdelan in obsega za nadaljnjo obdelavo po predmetnem postopku pripravljeno, še zlasti dovolj ravno in gladko drsno površino 10. Obdelavo omenjene drsne površine 10 se po izumu vrši pri sobni ali povišani temperaturi, ki pa je nižja od temperature plastifikacije ali tališča omenjenega kovinskega materiala, iz katerega sestoji vsakokraten strojni del 1.
Tako pripravljeno drsno površino 10 se načeloma obdeluje s pomočjo usmerjanja laserskih žarkov 55 v vnaprej določena območja 100; 100' na omenjeni površini 10, v vsakokratno območje 100, 100' pa je laserski žarek 55 usmerjen tako dolgo, da se zagotovi taljenje praškastega kovinskega materiala na površini 10 v laserskim žarkom 55 vsakokrat izpostavljenem površinskem območju 100; 100' strojnega dela 1, obenem pa tudi osnovnega materiala strojnega dela 1 pod njim.
Laser 5, ki je vgrajen v omenjeni komori 7, je prilagodljiv in krmiljen na tak način, daje premikanje laserskega žarka 55 po površini 10 vsakokratnega strojnega dela 1 vnaprej določeno in vodeno, še zlasti s pomočjo primernega računalniškega algoritma, ki zagotavlja doseganje po eni strani vsakokrat želenih dimenzij BI in po drugi strani tudi razporeditve in gostote laserskim žarkom 55 izpostavljenih območij 100; 100' na površini 10 strojnega dela 1.
Strojni del 1 je v prikazanem primeru po vnosu v komoro 7 položen na nosilno ploščo 31, ki je vgrajena v kadi 3 v notranjosti omenjene komore 7, in sicer na tak način, daje po višini nastavljiva s pomočjo primernega nastavljalnega sredstva 32, kar je na Sl. 1 zgolj simbolično in v ilustrativne namene ponazorjeno z vijačnim vretenom. Nad omenjeno kadjo 3 je v komori 7 na voljo vsebnik 33 za hrambo in doziranje kovinskega praškastega materiala. Omenjena kad 3 nadalje obsega tudi sredstvo 34 za enakomerno porazdeljevanje omenjenega praškastega materiala po površini 10 omenjenega strojnega dela 1, kar je na Sl. 1 simbolično in spet zgolj v ilustrativne namene ponazorjeno z valjem. Poleg navedenega pa omenjena kad 3 obsega tudi zbiralnik 35 odvečnega praškastega materiala.
Po izumu predviden postopek obdelave mehansko predhodno že obdelane in torej dovolj ravne in gladke drsne površine 10 strojnega dela 1 je izvedljiv po pritrditvi strojnega dela 1 na omenjeno nosilno ploščo 31 ter potem zaprtju komore 7 in vzpostavitvi primerne zaščitne atmosfere 70 v notranjosti komore 7.
V prvem koraku postopka gre za nameščanje enakomerno razporejenega sloja 11 kovinskih delcev v praškasti obliki z vnaprej določeno in enakomerno debelino Δ (Sl. 2) preko omenjene predhodno obdelane, ravne in gladke drsne površine 10 vsakokratnega v zaščitni atmosferi 70 nahajajočega se strojnega dela 1. V primeru, ko je površina 10 poravnana z zgornjo ravnino kadi 3, se to preprosto doseže s premikom nosilne plošče 31 za razdaljo Δ navzdol, tako da se nosilna plošča 31 spusti za razdaljo Δ pod zgornjo ravnino kadi 3. Zatem se iz vsebnika 33 na površino kadi 3 in preko strojnega dela 1 dovede praškast kovinski material, ki se ga potem s pomočjo omenjenega sredstva 34 enakomerno razporedi po površini 10 strojnega dela 1 in s tem na preprost način ustvari sloj 11 enakomerno razporejenega kovinskega praškastega materiala vnaprej določene in enakomerne debeline Δ, pri tem pa se presežne delce praškastega materiala odlaga v omenjeni zbiralnik 35.
V drugem koraku postopka po izumu se ob aktiviranju laserja 5 laserski žarek 55 usmeri v vnaprej določeno območje 100 na omenjeni s slojem 11 kovinskih delcev v praškasti obliki prekriti površini 10 strojnega dela 1, in sicer za vsaj toliko časa, da se praškasti delci vključno s pod njimi nahajajoči se površino 10 v celoti ali vsaj deloma stalijo, namreč vsaj do te mere, da se sprimejo med seboj in neposredno ali posredno tudi z omenjeno površino 10, čemur potem po izbiri sledi premik laserskega žarka 55 v naslednje za obdelavo predvideno območje 100' na omenjeni s slojem 11 kovinskih delcev v praškasti obliki prekriti površini 10 stojnega dela 1.
Premikanje laserskega žarka 55 z vnaprej določeno hitrostjo poteka po vnaprej izbrani poti po površini 10, tako da se praškasti delci iz sloja 11 v vnaprej natančno določenih območjih 100, 100' vključno s samo površino 10 pod njimi stalijo in zlijejo oz med seboj nerazstavljivo povežejo. Pri tem je možno obliko in velikost BI območij 100, 100' vnaprej določiti in so lahko bodisi približno okrogla ali približno kvadratna ali druge poljubno izbrane in vnaprej določene oblike. S tem je na površini 10 možno ustvariti vnaprej določen vzorec izbočitev razmeroma natančnega obrisa in še zlasti tudi vnaprej določene in enakomerne višine. V vmesnih območjih 101, ki med delovanjem laserja 5 niso izpostavljena učinku laserskega žarka 55, sloj 11 kovinskega praškastega materiala načeloma vsaj v pretežni meri zadrži svoje prvotne lastnosti, tako da prašni delci v teh območjih 101 vnaprej določenih dimenzij B2 ostanejo med seboj in tudi s površino 10 strojnega dela 1 nepovezani in so torej z omenjene površine 10 zlahka odstranljivi, kar potem privede do želenih vbočitev v površini 10 strojnega dela 1, odstranjevanje teh prostih delcev iz sloja 11 pa je predvideno v tretjem, po izbiri zadnjem koraku izvajanja postopka po izumu.
Kadar je zaželeno, da se na površini 10 formira raster izbočitev v višini, ki znatno presega za lasersko taljenje primerno debelino Δ sloja 11 praškastega materiala, je možno korak nanašanja praškastega materiala enkrat ali tudi večkrat ponoviti, tako da se po vsakokrat nadaljnjem premiku nosilne plošče 31, npr. spet za razdaljo Δ navzdol, preko strojnega dela 1 nanese nov sloj 11 praškastega materiala enake ali načeloma celo spremenjene sestave, katerega debelina po odstranitvi odvečnega praškastega materiala s pomočjo sredstva 34 v območju že pred tem formiranih izbočitev torej spet znaša Δ. Če po aktiviranju laserja 5 laserski žarek 55 usmerjamo v enaka območja 100, 100' kot v predhodnem koraku, to spet privede do taljenja sloja 11 praškastega materiala zgolj v vnaprej določenih žarku 55 izpostavljenih območjih 100, 100', ne pa tudi v preostalih območjih 101, ki učinku laserskega žarka 55 niso izpostavljena. V neizpostavljenih območjih 101 delci iz sloja 11 praškastega materiala ostanejo med seboj in tudi s površino 10 strojnega dela 1 nepovezani in jih je možno zato s površine 10 strojnega dela 1 hitro in preprosto odstraniti, na tem mestu pa potem v površini 10 strojnega dela 1 ostane vbočitev z ravnim dnom ter vnaprej določene velikosti B2, oblike konture in globine.
Za razliko od klasične laserske obdelave po stanju tehnike je torej s postopkom po izumu omogočeno doseganje poljubnih iz vnaprej določenih vbočitev in izbočitev sestoječih vzorcev na površini 10 strojnega dela 1, razen tega pa je učinkovanje laserskega žarka 55 na površino 10 dosti bolj obvladljivo in kontrolirano, s čimer pa se izognemo pojavu defektov in razpok, zato je v takem primeru integriteta površine bistveno boljša, zato nadaljnja obdelava površine 10 strojnega dela 1 pred uporabo ni več potrebna.
Omenjene praškaste kovinske delce vsakokrat na površino 10 nanešenega sloja 11 po izbiri lahko predstavljajo bodisi kovinski praškasti delci, po izbiri nanodelci, katerih kemijska sestava vsaj približno ustreza kemijski sestavi materiala strojnega dela 1 v območju njegove drsne površine 10, ali pa kovinski praškasti delci, po izbiri nanodelci, katerih kemijska sestava se sicer razlikuje od kemijski sestavi materiala strojnega dela 1 v območju njegove drsne površine 10, vendar pa ob taljenju zagotavlja tvorbo zlitine ali pa vsaj sprijemanje delcev med seboj in tudi z materialom strojnega dela 1.
Pri prednostni različici postopka po izumu se debelino Δ vsakokrat nanešenega sloja 11 kovinskih delcev v praškasti obliki na omenjeni drsni površini 10 strojnega dela 1 uravnava v območju med 5 in 100 pm. Nadalje se laserski žarek 55 vsakokrat prednostno usmeri na sloj 11 kovinskih delcev v praškasti obliki na omenjeni predhodno obdelani, ravni in gladki drsni površini 10 strojnega dela 1 v območju 100, 100', katerega največja dimenzija BI, gledano na drsni površini 10, znaša 40 - 100 pm. Obenem se med vsakokrat sosednjimi lasersko obdelanimi območji 100, 100' ohrani laserskemu žarku 55 neizpostavljena in zato neobdelana območja 101, katerih najmanjša dimenzija B2, spet gledano na površini 10, znaša 5 - 50 pm.
Za generiranje laserskega žarka 55 je v postopku po izumu uporaben laser 5 z močjo 100 - 1000 W in hitrostjo premikanja laserskega žarka 55, ki znaša 50 5000 mm/s, tako da temperatura v vsakokrat izpostavljenem območju lahko doseže vsaj 2000°C, intenziteta preoblikovanja materiala v sloju 11 praškastega materiala o in na površini 10 pa znaša vsaj 15 - 20 cm /h, pri čemer pa kot rečeno zaščitno atmosfero 70 vsaj v pretežni meri predstavlja eden izmed inertnih plinov ali pa zmes le-teh.

Claims (8)

  1. PATENTNI ZAHTEVKI
    1. Postopek obdelave drsne površine (10) strojnega dela (1) iz kovinskega materiala, pri katerem se vsakokraten strojni del (1) s predhodno obdelano, dovolj ravno in gladko drsno površino (10) pri sobni ali povišani temperaturi, ki pa je nižja od temperature plastifikacije ali tališča omenjenega kovinskega materiala, iz katerega sestoji strojni del (1), obda z zaščitno atmosfero (7), potem pa se omenjeno drsno površino (10) obdeluje s pomočjo usmerjanja laserskih žarkov (55) v vnaprej določena območja (100; 100') na omenjeni površini (10), in sicer toliko časa, da se zagotovi taljenje kovinskega materiala na površini (10) v laserskim žarkom (55) vsakokrat izpostavljenem površinskem območju (100; 100') strojnega dela (1), pri čemer pa je premikanje laserskega žarka (55) po površini (10) vnaprej določeno in vodeno, še zlasti s pomočjo primernega računalniškega algoritma, ki zagotavlja doseganje po eni strani vsakokrat želenih dimenzij (BI, B2) in po drugi strani tudi razporeditve in gostote laserskim žarkom (55) izpostavljenih območij (100; 100') na površini (10) strojnega dela (1), označen s tem, da obsega korake
    i) nameščanja enakomerno razporejenega sloja (11) kovinskih delcev v praškasti obliki z vnaprej določeno in enakomerno debelino (Δ) preko omenjene predhodno obdelane, ravne in gladke drsne površine (10) vsakokratnega v zaščitni atmosferi (70) nahajajočega se strojnega dela (1);
    ii) usmerjanja laserskega žarka (55) v vnaprej določeno območje (100) na omenjeni s slojem (11) kovinskih delcev v praškasti obliki prekriti površini (10) strojnega dela (1) za vsaj toliko časa, da se praškasti delci vključno s pod njimi nahajajočo se površino (10) v celoti ali vsaj deloma stalijo, namreč do te mere, da se sprimejo med seboj ter neposredno ali posredno tudi z omenjeno površino (10), čemur potem po izbiri sledi premik laserskega žarka (55) v naslednje za obdelavo predvideno območje (100') na omenjeni s slojem (11) kovinskih delcev v praškasti obliki prekriti površini (10) strojnega dela (1); in iii) po izbiri odstranjevanja preostalih med seboj in/ali s površino (10) strojnega dela (1) nezlitih oz. nepovezanih praškastih kovinskih delcev sloja (11) z omenjene površine (10) strojnega dela (1).
    iv) po izbiri ponovnega nameščanja nadaljnjega enakomerno razporejenega sloja (11) kovinskih delcev v praškasti obliki z enakomerno in vnaprej določeno debelino (Δ) preko predhodno že staljenega in strjenega sloja (11) na površini predhodno obdelane, ravne in gladke drsne površine (10) vsakokratnega v zaščitni atmosferi (70) nahajajočega se strojnega dela (1), pri čemer se debelina in/ali sestava vsakokrat nadaljnjega sloja (11) lahko razlikuje(ta) od debeline in sestave predhodnega sloja (11), čemur pa potem sledi ponovna izvedba izpostavljanja laserskim žarkom (55) v skladu z omenjenim korakom ii); in
    v) dokončne odstranitve vseh še preostalih med seboj in/ali s površino (10) strojnega dela (1) nezlitih oz. nepovezanih praškastih kovinskih delcev sloja (11) s površine (10) strojnega dela (1).
  2. 2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da omenjene praškaste kovinske delce vsakokrat na površino (10) nanešenega sloja (11) predstavljajo kovinski praškasti delci, po izbiri nanodelci, katerih kemijska sestava vsaj približno ustreza kemijski sestavi materiala strojnega dela (1) v območju njegove drsne površine (10).
  3. 3. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da omenjene praškaste kovinske delce vsakokrat na površino (10) nanešenega sloja (11) predstavljajo kovinski praškasti delci, po izbiri nanodelci, katerih kemijska sestava se sicer razlikuje od kemijski sestavi materiala strojnega dela (1) v območju njegove drsne površine (10), vendar ob taljenju zagotavlja tvorbo zlitine ali vsaj sprijemanje delcev med seboj in tudi z materialom strojnega dela (1).
  4. 4. Postopek po zahtevku 2 ali 3, označen s tem, da se debelino (Δ) vsakokrat nanešenega sloja (11) kovinskih delcev v praškasti obliki na omenjeni drsni površini (10) strojnega dela (1) uravnava v območju med 5 in 100 pm.
  5. 5. Postopek po kateremkoli od zahtevkov 1 - 4, označen s tem, da se v omenjenem koraku ii) po zahtevku 1 laserski žarek (55) vsakokrat usmeri na sloj (11) kovinskih delcev v praškasti obliki na omenjeni predhodno obdelani, ravni in gladki drsni površini (10) strojnega dela (1) v območju (100, 100'), katerega največja dimenzija (BI), gledano na omenjeni površini (10), znaša 40 - 100 pm.
  6. 6. Postopek po kateremkoli od zahtevkov 1-4, označen s tem, da se v koraku ii) po zahtevku 1 med vsakokrat sosednjimi lasersko obdelanimi območji (100, 100') ohrani laserskemu žarku (55) neizpostavljena in zato neobdelana območja (101), katerih najmanjša dimenzija (B2), gledano na omenjeni površini (10), znaša 5-50 pm.
  7. 7. Postopek po kateremkoli od zahtevkov 1 - 6, označen s tem, da se za generiranje laserskega žarka (55) uporabi laser (5) z močjo 100 - 1000 W in hitrostjo premikanja laserskega žarka (55), ki znaša 50 - 5000 mm/s, tako da temperatura v vsakokrat izpostavljenem območju lahko doseže vsaj 2000°C, intenziteta preoblikovanja materiala v sloju (11) praškastega materiala in na β
    površini (10) pa znaša vsaj 15 - 20 cm /h.
  8. 8. Postopek po kateremkoli od zahtevkov 1 - 7, označen s tem, da zaščitno atmosfero (70) vsaj v pretežni meri predstavlja eden izmed inertnih plinov ali pa zmes le-teh.
SI202100068A 2021-04-06 2021-04-06 Postopek obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela SI26180A (sl)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI202100068A SI26180A (sl) 2021-04-06 2021-04-06 Postopek obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela
PCT/SI2021/000004 WO2022216237A1 (en) 2021-04-06 2021-04-08 Method for treatment of a sliding surface on metallic machine part
EP21727625.2A EP4319938A1 (en) 2021-04-06 2021-04-08 Method for treatment of a sliding surface on metallic machine part

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI202100068A SI26180A (sl) 2021-04-06 2021-04-06 Postopek obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI26180A true SI26180A (sl) 2022-10-28

Family

ID=76076423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI202100068A SI26180A (sl) 2021-04-06 2021-04-06 Postopek obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4319938A1 (sl)
SI (1) SI26180A (sl)
WO (1) WO2022216237A1 (sl)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014222302A1 (de) * 2014-10-31 2016-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Herstellen eines Bauteils durch Selektives Laserschmelzen
CN108349004B (zh) * 2015-12-18 2021-06-29 自动工程有限公司 增强型结构部件
DE102018206320A1 (de) * 2018-04-24 2019-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels generativer Fertigung

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022216237A1 (en) 2022-10-13
EP4319938A1 (en) 2024-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mukherjee Effect of build geometry and orientation on microstructure and properties of additively manufactured 316L stainless steel by laser metal deposition
Cherry et al. Investigation into the effect of process parameters on microstructural and physical properties of 316L stainless steel parts by selective laser melting
Li et al. Interfacial phenomena and characteristics between the deposited material and substrate in selective laser melting Inconel 625
Narra et al. Location specific solidification microstructure control in electron beam melting of Ti-6Al-4V
Basha et al. Laser polishing of 3D printed metallic components: a review on surface integrity
Deng et al. On the formation of microstructural gradients in a nickel-base superalloy during electron beam melting
Tanvir et al. Phase stability and mechanical properties of wire+ arc additively manufactured H13 tool steel at elevated temperatures
Boban et al. Improving the surface integrity and mechanical properties of additive manufactured stainless steel components by wire electrical discharge polishing
JP2006320907A (ja) 粉体および被膜を用いたマイクロレーザピーニング処理およびマイクロレーザピーニング処理部品
KR20190092496A (ko) 강판의 표면 지형을 압연하기 위한 롤 및 이를 제조하기 위한 방법
PL230204B1 (pl) Sposób i urządzenie do addytywnego wytwarzania co najmniej jednego obszaru danej części składowej
Metelkova et al. Hybrid dual laser processing for improved quality of inclined up-facing surfaces in laser powder bed fusion of metals
Oh et al. Effect of in-situ heat treatments on deposition characteristics and mechanical properties for repairs using laser melting deposition
Kruth et al. Roughness improvement in selective laser melting
SI26180A (sl) Postopek obdelave drsne površine kovinskega strojnega dela
Meylan et al. Investigations of surface defects during laser polishing of tool steel
Zhirnov et al. Optical monitoring and diagnostics of SLM processing for single track formation from Co-Cr alloy
Oh et al. Excess deposition for suppressing interfacial defects induced on parts repaired using direct energy deposition
Harimkar et al. Rapid surface microstructuring of porous alumina ceramic using continuous wave Nd: YAG laser
Bonek et al. Effect of laser surface melting on structure and properties of a high speed tool steel
Hua et al. Surface modification of DF-2 tool steel under the scan of a YAG laser in continuously moving mode
Chang et al. Surface quality, microstructure, and mechanical properties of the SKD 61 tool steel with prior heat treatment affected by single-and double-pass continuous wave laser polishing
Giordimaina Physical verification of the melt pool in laser-bed fusion
Bariman et al. Laser Melting of High Thermal Conductivity Steel (HTCS) Surface
Gustavsson Effect of Beam Scan Length on Microstructure Characteristics of EBM Manufactured Alloy 718

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20221104