Способ механической обработки высокопрочных труднообрабатываемых материалов

 

Изобретение относится к области машиностроения, к обработке металлов резанием, и может найти применение при обработке высокопрочных труднообрабатываемых и термически закаленных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что перед механической обработкой металлов лазерное воздействие на обрабатываемую поверхность производят в температурных режимах, обеспечивающих структурные изменения, приводящие к разупрочнению в поверхностном слое на глубину снимаемого припуска за один проход, при этом лазерную и механическую обработку ведут с интервалом, величина которого определяется временем, необходимым для структурных превращений. Разупрочнение производят сканирующим расфокусированным лазерным пятном со сторонами а =1 -33 мм, в = 3 -6 мм и частотой 150 - 200 Гц. 3 ил.

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может найти применение при обработке высокопрочных труднообрабатываемых и термически закаленных материалов.

Целью предлагаемого способа является повышение производительности труда механической обработки, снижение трудоемкости изготовления деталей из высокопрочных труднообрабатываемых материалов, сокращение расхода режущего инструмента за счет разупрочнения с изменением структуры поверхностного слоя на заданную глубину снимаемого припуска.

Цель достигается тем, что в известном способе с лазерным воздействием, лазерное воздействие на обрабатываемую поверхность производят в температурных режимах, обеспечивающих структурные изменения, приводящие к разупрочнению в поверхностном слое на глубину снимаемого припуска за один проход, при этом лазерную и механическую обработку ведут с интервалом, величина которого определяется временем, необходимым для структурных превращений.

В результате экспериментальных исследований установлено, что лазерное разупрочнение поверхностного слоя на глубину снимаемого припуска обеспечивается за счет воздействия сканирующим расфокусированным прямоугольным лазерным пятном с оптимальными параметрами: со сторонами "а" 1-3 мм, "в" 3-6 мм, с амплитудой 3-6 мм, частотой 150-200 Гц. Лазерное воздействие прямоугольным пятном со сторонами "а" меньше 1 мм, "в" меньше 3 мм, с амплитудой меньше 3 мм, частотой меньше 150 Гц приведет к малой производительности процесса разупрочнения, а лазерное воздействие прямоугольным пятном со сторонами "а" больше 3 мм, "в" больше 6 мм, с амплитудой больше 6 мм, с частотой больше 200 Гц не позволит получить разупрочнение поверхностного слоя из-за недостаточной плотности мощности в прямоугольном лазерном пятне.

На фиг. 1 представлена полученная зависимость глубины разупрочненного слоя от скорости лазерного воздействия при постоянной мощности P=1,5 кВт жаропрочных сплавов марок: ЭП742У, 40Х13, 12ХН3А; на фиг.2 фотография неизмененной исходной структуры жаропрочного сплава ЭП742У в результате лазерного воздействия: мощность 1 кВт и скоростью V=2 м/мин. Микротвердость исходной структуры равна H_μ>=3180-3670 МПа; на фиг.3 фотография разупрочненного поверхностного слоя на 40% с изменением структуры на заданную глубину снимаемого припуска, равную 1,8, полученную при мощности лазерного воздействия P=1,5 кВт и скорости V 0,5 м/мин.

H_μ основы 3180-3670 МПа H_μ измененной структуры поверхностного слоя 2100-940 МПа Таким образом, произошло разупрочнение поверхностного слоя со снижением микротвердости по сравнению с основой на 28-40% Глубина зоны со снижением микротвердости составляет 1,8 мм у образца со скоростью V=0,5 м/мин и 0,63 мм у образца со скоростью 1,5 м/мин.

Можно сделать вывод, что глубина разупрочненного слоя обратно пропорциональна скорости лазерного воздействия: с увеличением скорости глубина уменьшается при постоянной мощности лазерного воздействия. С увеличением мощности лазерного воздействия глубина разупрочненного слоя увеличивается в той же зависимости от скорости.

Таким образом глубина разупрочненного слоя в результате лазерного воздействия управляемая с точностью до 0,01 мм из-за физической сущности лазерного излучения ( лазерная установка излучает лазерный луч с постоянной мощностью излучения и длиной волны).

Таким образом, брак деталей (по разупрочнению на глубину больше, чем заданная) исключен.

Использование предлагаемого способа механической обработки высокопрочных труднообрабатываемых материалов с лазерным разупрочнением поверхностного слоя на заданную глубину снимаемого припуска обеспечивает по сравнению с существующими способами нагрева следующие преимущества повышает производительность труда в 2 раза; снижает трудоемкость на 40%-50% сокращает расход режущего инструмента на 60-70%

Формула изобретения

Способ механической обработки высокопрочных труднообрабатываемых материалов, при котором осуществляют предварительное воздействие на обрабатываемую поверхность лазерным лучом в температурных режимах, обеспечивающих структурные изменения на глубину снимаемого припуска за один проход, при этом лазерную и механическую обработку ведут с интервалом времени, величина которого определяется временем, необходимым для структурных превращений, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и повышения стойкости режущего инструмента, лазерным воздействием осуществляют разупрочнение и ведут его сканирующим расфокусированным прямоугольным лазерным пятном со сторонами а 1^oC3 мм, в 3^oC6 мм с амплитудой 3 6 мм и частотой 150 200 Гц.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3