Способ лазерной обработки резьбовых поверхностей

 

Изобретение относится к машиностроению, точнее к лазерным технологиям, и может быть использовано для лазерного термоупрочнения резьбовых поверхностей. Сущность: регулируют дозу поглощаемой поверхностью выступов и впадин энергии лазерного излучения изменением поглощающей способности обрабатываемой поверхности выступов и впадин. Способ позволяет повысить качество закаленного слоя за счет выравнивания его глубины при расширении диапазона использования лазерной технологии для обработки резьбовых поверхностей.

Изобретение относится к области машиностроения, точнее к лазерным технологиям, и может быть использовано для лазерной обработки резьбовых поверхностей.

Известен способ лазерной обработки поверхностей, включающий нанесение на обрабатываемую поверхность светопоглощающего покрытия и последующее относительное перемещение поверхности и сфокусированного вблизи нее лазерного луча (см., например, патент Японии №56 - 087225, C 21 D 1/09, 1983 г.).

Недостатком известного способа является ограниченная возможность регулирования глубины закаленного слоя при обработке поверхностей сложного профиля, к которым может быть отнесена и резьбовая поверхность. Действительно, выступающие части профильной поверхности обладают меньшей способностью теплоотвода в тело детали, чем ее заглубленные части, и требуют меньшей дозы поглощаемой энергии лазерного излучения по сравнению с любыми другими элементами поверхности для нагрева до температуры закалки. Более того, теплоотдача от нагретого выступа в воздух, незначительная сама по себе, еще более лимитирована дополнительным термическим сопротивлением нанесенного светопоглощающего покрытия. Совокупность указанных причин может привести к перегреву выступов обрабатываемой резьбовой поверхности и увеличению глубины закаленного слоя вплоть до сплошного прокаливания резьбового выступа и его охрупчивания.

Известен способ лазерной обработки резьбовых поверхностей, содержащих выступы и впадины, включающий управление дозой поглощаемой поверхностью энергии лазерного излучения (см. патент России №2075518 С 21 D 1/09, 1997 г.). Управление дозой поглощаемой энергии осуществляют изменением скорости перемещения лазерного луча по обрабатываемой поверхности на 10-15%.

Недостатком известного способа является невозможность его применения в случаях, когда минимально достижимое оптическими системами современных технологических лазеров пятно нагрева сфокусированного лазерного излучения имеет диаметр, превышающий шаг резьбы обрабатываемой поверхности. В этом случае не обеспечивается дифференциация доз энергии, поглощаемой выступами и впадинами резьбовой поверхности, что приводит к перегреву выступов вплоть до их расплавления.

Техническим результатом изобретения является повышение качества закаленного слоя за счет выравнивания его глубины при расширении диапазона использования лазерной технологии для обработки резьбовых поверхностей.

Для достижения технического результата в известном способе лазерной обработки резьбовых поверхностей, содержащих выступы и впадины, включающем управление дозой поглощаемой поверхностью энергии лазерного излучения, управление осуществляют, изменяя поглощающую способность обрабатываемой поверхности.

Сущность способа заключается в следующем.

На обрабатываемую поверхность, содержащую вершины и впадины резьбового профиля, наносят светопоглощающее покрытие с неодинаковой поглощающей способностью на вершинах и впадинах. На поверхности формируют пятно нагрева сфокусированного лазерного излучения. Пятно нагрева может быть как круглым, так и овальным, причем его характерный размер превышает величину шага резьбы. Саму обработку проводят любым известным образом, например, вращая обрабатываемую поверхность относительно ее оси симметрии при одновременном осевом перемещении пятна нагрева на величину характерного размера пятна за один оборот поверхности. Скорости вращения детали, перемещения пятна нагрева и коэффициент поглощающей способности светопоглощающего покрытия определяют экспериментально в зависимости от мощности имеющегося в распоряжении лазера и требуемой глубины закаленного слоя.

Наиболее простым примером светопоглощающего покрытия с неодинаковой поглощающей способностью является любое покрытие, нанесенное только на впадины резьбового профиля шириной не более 0,8 от шага резьбы. Вершины резьбового профиля в этом случае будут иметь коэффициент поглощения 0,2-0,25, тогда как покрытие на впадинах в зависимости от используемого состава будет иметь коэффициент поглощения 0,4-0,9.

Возможно нанесение покрытия на всю обрабатываемую поверхность с помощью краскопульта или аэрозольного баллона. В данном варианте степень сплошности нанесенного покрытия, зависящая от времени воздействия краскопульта на единицу поверхности, адекватно определяет и коэффициент поглощения поверхности.

Возможно, также, комбинированное покрытие, т.е. покрытие, наносимое на всю обрабатываемую поверхность или ее часть несколькими материалами, имеющими неодинаковые коэффициенты поглощения так, чтобы на вершинах профилей светопоглощающее покрытие имело наименьший коэффициент поглощения, на прилегающих к вершинам участках - промежуточное значение, на впадинах - максимальное.

Светопоглощающие покрытия могут наноситься и гальваническими методами, в том числе и осаждением на поверхность из химических растворов. При таком нанесении участки поверхности, на которых покрытие должно отсутствовать, необходимо защитить технологическими масками, удаляемыми после завершения процесса нанесения.

Имея широкую гамму материалов для покрытий и методов их нанесения, мы получаем возможность кратно менять дозу поглощаемой обрабатываемой поверхностью энергии лазерного излучения и, как следствие, не только стабилизировать, но и управлять глубиной термоупрочнения, не опасаясь перекаливания каких-либо элементов профилированных поверхностей.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить качество закаленного слоя за счет выравнивания его глубины при расширении диапазона применения лазерного термоупрочнения для различных профилированных, в том числе, резьбовых поверхностей.

Формула изобретения

Способ лазерной обработки резьбовых поверхностей, включающий регулирование дозы поглощаемой поверхностью выступов и впадин энергии лазерного излучения, отличающийся тем, что регулирование поглощаемой поверхностью энергии лазерного излучения осуществляют путем изменения поглощающей способности поверхности выступов и впадин.