способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента методом импульсной лазерной обработки (ило)

Классы МПК:C21D9/22 сверл; фрез; резцов для металлорежущих станков 
B22F3/24 последующая обработка заготовок или изделий 
C21D1/09 непосредственным действием электрической или волновой энергии; облучением частицами
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "СевКавГТУ") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-01-20
публикация патента:

Изобретение относится к области термической обработки режущего инструмента. Режущий инструмент обрабатывают импульсным лазерным лучом с плотностью энергии 10-50 Дж/мм2 при расстоянии режущей кромки от места облучения 12-18 мм. Обеспечивается повышение механических свойств и однородность твердого сплава и вследствие этого увеличивается стойкость инструмента, повышается производительность труда механической обработки. 3 ил.

способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента   методом импульсной лазерной обработки (ило), патент № 2460811 способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента   методом импульсной лазерной обработки (ило), патент № 2460811 способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента   методом импульсной лазерной обработки (ило), патент № 2460811

Формула изобретения

Способ лазерной обработки твердосплавного режущего инструмента, включающий воздействие импульсным лазерным лучом на режущий инструмент, отличающийся тем, что воздействие импульсным лазерным лучом на инструмент осуществляют с плотностью энергии 10-50 Дж/мм 2 при расстоянии режущей кромки от места облучения 12-18 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке материалов резанием, в частности к режущему инструменту.

Известен способ упрочнения готового инструмента путем лазерной обработки (А.с. № 1078939 А (СССР)), заключающийся в том, что после термической обработки производят лазерную обработку с плотностью энергии 5-30 Дж/мм2.

Данный способ может применяться только для быстрорежущих инструментальных сталей.

Известен также способ поверхностной лазерной обработки твердых сплавов (Коваленко B.C. Упрочнение деталей лучом лазера. - Киев: Техника, 1981. - 131 с.), который представляет собой последовательную закалку режущего инструмента при облучении лазером. Основные недостатки поверхностной лазерной обработки твердосплавного режущего инструмента следующие:

- упрочнение производится только в месте примыкания рабочей поверхности к режущей кромке;

- одновременное упрочнение обеих поверхностей (передней и задней) недопустимо;

- режущая кромка после лазерной обработки ослаблена против действия сил хрупкого разрушения;

- процесс продолжителен во времени (при облучении многолезвийного инструмента) и требует значительных энергетических затрат;

- при переточке режущего инструмента упроченный слой удаляется.

Основной задачей, на решение которой направлен заявленный способ, является повышение работоспособности твердосплавного режущего инструмента.

Технический результат изобретения заключается в получении твердосплавного режущего инструмента, имеющего большую прочность и стабильность работы в условиях черновой обработки материалов, механические свойства которого после переточек сохраняются.

Указанный технический результат достигается тем, что твердосплавный режущий инструмент подвергается лазерной обработке, при этом воздействие импульсным лазерным лучом на инструмент осуществляют с плотностью энергии 10-50 Дж/мм при расстоянии режущей кромки от места облучения 12-18 мм.

Схемы упрочнения режущего инструмента по прототипу и заявленному способу представлены на чертеже (фиг.1), где 1 - лазер непрерывного действия; 2 - режущий инструмент; 3 - призма полного внутреннего отражения; 4 - активный элемент; 5 - импульсная лампа накачки; 6 - источник энергии накачки; 7 - электрод поджига; 8 - стопа плоскопараллельных кварцевых пластин; 9 - твердотельный калориметр. На фигуре 2 представлена зависимость затрат и эффективности производства от методов упрочнения режущих инструментов.

Способ упрочнения твердосплавного режущего инструмента заключается в следующем. На лазерной установке импульсного действия устанавливается режим генерации импульса с энергией от 100 до 500 Дж (в зависимости от вида и типоразмера режущего инструмента) и длительностью порядка одной микросекунды. Световой луч фокусируется при помощи призмы полного внутреннего отражения 3 и стопы плоскопараллельных кварцевых пластин 8 на поверхность режущего инструмента 2, который может быть закреплен в тисках или для повышения производительности в специальном приспособлении. Процесс контролируется твердотельным калориметром 10. Облучение производится однократным импульсом по передней поверхности для сменных пластин или по задней вспомогательной поверхности для напайных пластин.

В результате облучения наблюдается наклеп карбидных фаз и кобальтовой связки, а также уменьшение пористости твердого сплава. Это приводит к повышению прочности и стабильности свойств твердого сплава.

Проведенные экспериментальные испытания показали, что ударная лазерная обработка повышает прочность в 1,2-1,3 раза, абразивную износостойкость в 1,3-1,4 раза и уменьшение коэффициента вариации износа в 1,5 раза, что приводит к следующим результатам промышленных испытаний:

- повышению стойкости режущих инструментов в 2,0-2,5 раза;

- уменьшению коэффициента вариации стойкости в 1,3-3,1 раза;

- повышению гамма-процентной стойкости в 1,7-2,8 раза;

- уменьшению количества выкрашиваний, поломок в зоне приработки режущего инструмента в 2,7 раза;

- повышению величины оптимальной подачи в 1,2-1,3 раза;

- повышению производительности в 1,1-1,2 раза.

Следует также отметить, что упрочнение носит объемный характер, так, например, при пяти переточках наблюдается повышение стойкости режущего инструмента в 5-7,5 раз, повышение производительности обработки на 20-40% без дополнительных трат времени и средств на упрочнение. Кроме того, повышение стабильности свойств режущего инструмента (коэффициент вариации стойкости, гамма-процентная стойкость) позволяет применять его в условиях автоматизированного производства.

В качестве проверки предлагаемого способа в сравнении с прототипом были проведены испытания проходных резцов при следующих условиях:

- обрабатываемый материал - серый специальный чугун К-1;

- инструментальный материал - твердый сплав ВК6;

- режущий инструмент - проходной резец с напайной пластиной (способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента   методом импульсной лазерной обработки (ило), патент № 2460811 =10°, способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента   методом импульсной лазерной обработки (ило), патент № 2460811 =8°, способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента   методом импульсной лазерной обработки (ило), патент № 2460811 =60°);

- обрабатывающее оборудование - станок МК 6026;

- операция - расточка-обточка по копиру;

- обрабатываемая поверхность - литейная корка;

- обрабатываемая деталь - кольцо поршневое D=150÷110 мм, способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента   методом импульсной лазерной обработки (ило), патент № 2460811 =3÷6 мм;

- режимы резания: скорость резания способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента   методом импульсной лазерной обработки (ило), патент № 2460811 =42 м/мин, подача S=0,15 мм/об., глубина резания t=1,0 мм;

- режимы упрочнения: плотность мощности облучения 3,4·1013 Вт/м2, длина волны: 1,064·10 -6 м, продолжительность импульса: 0,8·10-3 с, диаметр луча: 2,0·10-3 м, расстояние от главной режущей кромки до места облучения 14,8 мм; место облучения - вспомогательная задняя поверхность; число импульсов - 1.

Результаты испытаний показали, что относительные затраты на упрочнение при ударной лазерной обработке в 1,44 раза ниже, чем при поверхностной лазерной обработке, а относительная эффективность упрочнения в 1,125 раз выше (фиг.2).

Чертеж режущего инструмента, на котором обозначены место облучения и расстояние от места облучения до главной режущей кромки, показан на рисунке (фиг.3).

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2460811

patent-2460811.pdf

Класс C21D9/22 сверл; фрез; резцов для металлорежущих станков 

способ термической обработки штампов и пресс-форм -  патент 2527575 (10.09.2014)
способ подготовки структуры стали к дальнейшей термической обработке -  патент 2526341 (20.08.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ термической обработки режущего инструмента с напаянной твердосплавной пластиной -  патент 2517093 (27.05.2014)
способ изготовления инструментального композиционного материала -  патент 2483123 (27.05.2013)
способ упрочнения наплавленной быстрорежущей стали -  патент 2483120 (27.05.2013)
способ термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов -  патент 2471878 (10.01.2013)
способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия -  патент 2457261 (27.07.2012)
способ упрочнения разделительного штампа -  патент 2452780 (10.06.2012)
способ азотирования в плазме тлеющего разряда -  патент 2409700 (20.01.2011)

Класс B22F3/24 последующая обработка заготовок или изделий 

способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп -  патент 2528539 (20.09.2014)
способ стабилизации механических характеристик изделий из твердых сплавов -  патент 2525873 (20.08.2014)
способ улучшения обрабатываемости металлопорошковых сплавов -  патент 2519434 (10.06.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ получения изделий из сложнолегированных порошковых жаропрочных никелевых сплавов -  патент 2516267 (20.05.2014)
способ получения износостойкого антифрикционного самосмазывающегося сплава -  патент 2492964 (20.09.2013)
способ изготовления постоянного магнита и постоянный магнит -  патент 2490745 (20.08.2013)
выполненная с увеличенной вязкостью буровая коронка инструмента для бурения породы и способ увеличения вязкости таких буровых коронок -  патент 2488681 (27.07.2013)
способ термического упрочнения деталей из порошковых материалов на основе железа -  патент 2486030 (27.06.2013)
способ получения деталей газотурбинных двигателей с длительным ресурсом эксплуатации из порошковых никелевых сплавов -  патент 2483835 (10.06.2013)

Класс C21D1/09 непосредственным действием электрической или волновой энергии; облучением частицами

стенд лазерной закалки опорной поверхности игл вращения высокоскоростных центрифуг -  патент 2527979 (10.09.2014)
способ упрочнения металлических изделий с получением наноструктурированных поверхностных слоев -  патент 2527511 (10.09.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ производства листовой электротехнической анизотропной стали и листовая электротехническая анизотропная сталь -  патент 2514559 (27.04.2014)
способ формирования износостойкого покрытия деталей -  патент 2510319 (27.03.2014)
лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой -  патент 2509813 (20.03.2014)
текстурованный лист электротехнической стали и способ его получения -  патент 2509163 (10.03.2014)
способ улучшения магнитных свойств анизотропной электротехнической стали лазерной обработкой -  патент 2501866 (20.12.2013)
способ упрочнения изделий из твердых сплавов -  патент 2501865 (20.12.2013)
способ обработки изделий из высокоуглеродистых легированных сплавов -  патент 2494154 (27.09.2013)
Наверх