LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості інструментів та деталей з клиноподібними робочими елементами застосуванням лазерного зміцнення

упрочнения быстрорежущих сталей, отсутствием данных, отражающих взаимосвязь характеристик структур поверхностных слоёв сталей с условиями лазерного облучения.

Для решения упомянутой проблемы в работе предложен алгоритм проведения исследования, представляющий собой расширенную методику определения оптимальных условий лазерного облучения изделий с клиновидными рабочими элементами, имеющими различные углы заострения. В соответствии с этим алгоритмом, на первом этапе устанавливаются закономерности изменгения структуры поверхностного слоя массивных образцов в зависимости от условий лазерного облучения и определяются оптимальные; расчетным путем определяются соответствующие оптимальной структуре характеристики теплового состояния ( температуры, скорости и время нагрева, охлаждения). На втором этапе разрабатывается математическая модель процесса нагрева движущимся лазерным лучом тела клиновидной формы с различными углами заострения, выполняется параметрический анализ и выявляются наиболее значимые факторы и параметры; численным моделированием определяются критические значения факторов, ограничивающие область их оптимальных значений при выбранных параметрах оптимизации; в оптимальной области выбираются характеристики теплового состояния клина, которые аналогичны соответствующим характеристикам температурного поля в полуограниченном теле, обусловивших образование требуемой структуры, и определяются оптимальные режимы лазерного упрочнения клина.

Показано, что лазерный нагрев стали Р6М5 позволяет получить на поверхности упрочненный слой с твердостью 10,5-11 ГПа при строго определенных условиях облучения, обеспечивающих формирование высокодисперсной структуры, включающей высокоуглеродистый мартенсит, необычно большое (20-22%) для такой твердости количество остаточного аустенита и сложные карбиды типа Fe3W3C, VC (30-35%). Приведено обоснование оптимальности полученной структуры. Численным решением тепловой задачи установлены характеристики теплового состояния материала, обусловившего получение оптимальной структуры. Сформулирована точка зрения на механизм лазерного упрочнения быстрорежущей стали.

Предложена математическая модель, адекватно описывающая процесс нагрева режущих кромок инструментов при действии непрерывного излучения СО2 лазера. Показано, что для управления температурным режимом клина целесообразно использовать такие параметры обработки, как скорость перемещения теплового источника V и величину смещения максимума его интенсивности относительно кромки клина а*, при стабильных значениях мощности излучения и диаметра пятна фокусирования. Определены области оптимальных режимов лазерного упрочнения, ограниченные критическими значениями V и а*, соответсвующими недопустимым ситуациям: оплавлению кромки, оплавлению передней поверхности, отрыву упрочненного слоя от кромки, когда скорость охлаждения в зоне ниже критической.

Приведены данные о влиянии лазерного облучения на характер распределения остаточных напряжений в упрочненном слое клина и его триботехнические характеристики. Показано, что при оптимальных условиях облучения в упрочненном слое сталей формируются сжимающие остаточные напряжения, переходящие в зоне отпуска в растягивающие. Лазерное упрочнение стали Р6М5 по сравнению со стандартной закалкой обеспечивает повышение износостойкости в условиях сухого трения в 1,5...2,5 раза; при этом отмечается снижение в 2 раза коэффициента трения, отсутствие схватывания, образование текстурированой структуры упрочненного слоя. Сообщается о результатах стойкостных испытаний дисковых долбяков, вырубных штампов и барабанных ножей для размалывания сои, проведенных в условиях промышленных предприятий, свидетельствующие о высокой эфективности разработанной технологии

Ключевые слова: лазер, упрочнение, моделирование, тепловые процессы, клин, клиновидные элементы, опимальные режимы, структура, микротвердость, остаточные напряжения, износостойкость.


SUMMARY

Jawad Jadallah Mustafa AL-Duweik. An improvement of quality of tools and pieces having wedge-shaped working parts using laser hardening – Typescript.

Thesis for the candidate of technical sciences degree, the specialty 05.03.07 – Processes of physicotechnical treatment – "Kiev Polytechnical Institute", National Technical University of Ukraine – Kiev, 2004.

This study analyses the problem of laser hardening of pieces of machines and tools having wedge-shaped working parts made of carbon and high-speed tool and structural steels. As specified, cases of laser radiation having an effect on tools representing a semi-closed block and considerably less on those with wedge-shaped working parts has been sufficiently studied by now. For the latter ones an experimental determination of optimal modes of hardening is either impossible or very complicated, especially if such tools have small angles of wedge and are made of high-speed steels. To solve the said problem, an algorithm of determination of optimal conditions of laser irradiation of tools with wedge-shaped working parts is proposed. As demonstrated, laser heating of the R6M5 steel allows to obtain a hardened case with a hardness of 10.5-11GPa on the surface in strictly fixed heating conditions. A mathematical model of the process of wedge heating with an impact of CO2 laser radiation is proposed. As specified, the control of the wedge temperature mode is expedient using the rate of heating source transfer and the amount of displacement of maximum of intensity thereof from the wedge edge. Disclosed is the origination of compressive residual stresses in hardened case of steels and tensile stresses in the tempering zone at optimal irradiation conditions. The R6M5 steel laser hardening provides for wear-resistance increase by 1.5...2.5 times in the conditions of dry friction, reducing by 2 times the friction coefficient. Results of disc rams, punching dies and drum knives resistance tests performed in industrial enterprises conditions are reported, thus proving a high effectiveness of the developed technology.

Keywords: laser, hardening, simulation, heat processes, wedge, wedge-shaped parts, optimal modes, structure, microhardness, residual stresses, wear resistanc.