ЛАЗЕРНАЯ УПРОЧНЯЮЩАЯ ОБРАБОТКА ТВЕРДОСПЛАВНЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ РЕЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНСТРУМЕНТА
Шуленина Т.И., Буглаев А.М. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
В настоящее время в машиностроении широко используется лазерное упрочнение изделий, изготовленных из различных материалов, в том числе твердых сплавов [1].Однако при назначении режимов лазерного упрочнения деталей возникают проблемы, связанные с тем, что не учитывается отражательная способность поверхностей. Это приводит к тому, что срок службы упрочненных деталей увеличивается незначительно.
Нами проведены исследования лазерной обработки образцов из твердых сплавов вольфрамокобальтовой группы с учетом отражательной способности поверхностей. Исходя из этого были изготовлены образцы из сплавов ВК6, ВК10, ВК15. Поверхности заготовок окончательно обрабатывались алмазным шлифованием и доводкой алмазными пастами до получения шероховатости поверхности Ra от 0,08 до 2,5 мкм.
Шероховатость поверхности определялась на профилографе- профилометре модели 205, микротвердость определялась на микротвердомере ПМТ-3.
Лазерная обработка проводилась на импульсной лазерной установке «КВАНТ-16». Энергия упрочнения варьировалась в диапазоне Е = 15,0-30,0 Дж, диаметр лазерного луча dn=2,0-2,5 мкм коэффициент перекрытия пятен закалки Кn=0,1-0,6,что обеспечивало изменение плотности энергии g=1,8-4,0 Дж/мм2.
Для измерения отражательной способности использовалась установка, принцип работы которой основан на отражении луча лазера от исследуемой поверхности и определении коэффициента отражения [2]. Установка состоит из гелий-неонового лазера и корпуса с механизмами и приборами. Диаметр светового пятна на образце - 1 мм, угол падения зондирующего излучения - гелий-неоновый лазер ЛГ-209 с длиной волны - 0,63 мкм, мощностью 0,1 мВт. Отражательная способность поверхности определялась с помощью коэффициента, который показывает гальванометр.
Результаты проведенных исследований показали, что отражательная способность поверхности в основном зависит от шероховатости и содержания кобальта в твердом сплаве. Так, для образца из твердого сплава ВК6 с увеличением шероховатости Rа с 0,4 до 1,5 мкм коэффициент отражения уменьшался с R 82 до 20 %. Аналогичная зависимость наблюдается и для образцов из сплавов ВК10 и ВК15.
Вместе с тем, у образцов с одинаковыми параметрами шероховатости при увеличении содержания кобальта с 6 до 15% значение коэффициента отражения повышается на 50-80%.
Для всех исследуемых марок твердых сплавов с увеличением плотности энергии с 1,5 до 3,3 Дж/мм2 микротвердость увеличивается. Следует отметить, что для всех образцов, имеющих коэффициент отражения поверхности R=20% микротвердость на 2-5% выше, чем для образцов с коэффициентом отражения 80%.
Однако было установлено, что увеличение плотности энергии лазерной обработки более 2,5 Дж/мм2 в некоторых случаях приводит к появлению микротрещин, поэтому при упрочнении деталей из твердых сплавов необходимо использовать меньшую плотность энергии.
Были проведены испытания на стойкость 5 круглых пил Æ200 мм с твердосплавными пластинами из твердого сплава ВК15, из которых три пилы подвергались лазерному упрочнению. Упрочнение проводилось по передней поверхности зуба пилы при следующих режимах: плотность энергии g=2,0-2,2 Дж/мм2, диаметр лазерного луча dn=3,0 мм.
Шероховатость передней и задней поверхностей зубьев пилы составляла 0,08-0,16 мкм, с коэффициентом отражения 90%. На расстоянии 2 мм от кромки передняя поверхность подвергалась искусственному чернению типографской краской, что позволяло уменьшить коэффициент отражения до 20-30%.
Испытания пил проводились при резании ламинированной древесностружечной плиты. Результаты проведенных исследований показали, что стойкость трех пил, упрочненных лазерным методом в среднем была выше на 30-40%.
Таким образом, можно отметить, что лазерное упрочнение с учетом отражательной способности поверхностей твердосплавных деталей позволяет существенно повысить их износостойкость.
Литература.
1. Зотов Г.А., Памфилов Е.А. Повышение стойкости дереворежущего инструмента. -М.: Экология, 1991.-304 с.
2. Баранова И.М.,Евтюхов К.Н., Жарковский Е.М., Концевой Ю.А., Шутов Д.Г. Оптический метод контроля качества алюминиевой металлизации транзисторных структур, заводская лаборатория.-1994, № 11, с.32-35.