УДК 621.375.826:621

Ал-НаВайсех Тарік Мухамад, наук. кер. Романенко В.В., к.т.н., доц.

Удосконалення процесу лазерного зміцнення штампів та реальне впровадження технології зміцнення у виробництво

Для цілей поверхневого зміцнення сталевих виробів на твердість 65…70 НRС з глибиною загартованого шару в межах до 30...50 мкм використовуються як твердотільні, так і газові лазери з діапазоном потужності від 0,5...1,5 кВт.

З урахуванням результатів виконаних досліджень в якості базового обладнання для створення комплексу та системи автоматизованого управління лазерного термічного зміцнення деталей обраний технологічний модуль, впроваджений для експериментальних та виробничих цілей. Модуль укомплектований твердотільним імпульсним YAG-лазером та двокоординатним столом, що управляються ЕОМ. Для передачі випромінювання використовується волоконно-оптична система.

Був розроблений метод лазерного термозміцнення кромок вирубних штампів шляхом опромінення (без оплавлення) їх робочих кромок лазерним випромінюванням з додатковим відведенням тепла за допомогою допоміжного металевого тіла при забезпеченні ідеального теплового контакту такого тіла з кромкою штампа, що опромінюється. Для цього штампом попередньо вирубають кілька деталей з заготовки необхідної товщини. Далі вирубану цим штампом деталь встановлюють усередині порожнини матриці штампа. Необхідно звернути увагу, що при цьому забезпечується максимально надійний тепловий контакт додаткового металевого тіла із робочими кромками матриці в будь-якому місці опромінення (деталь ідеально щільно контактує з кромками матриці, що веде до зростання швидкості тепловідведення). Це сприяє отриманню більш дрібнодисперсної загартованої структури зміцненого шару, а значить і більшої зносостійкості штампа. При установці дотримуються обов'язкової умови, щоб оброблювана поверхня матриці була в одній площині з верхньою поверхнею розташованої усередині вирубаної деталі. При цьому лазерне випромінювання, що потрапляє на верхню робочу поверхню кромки матриці, екранується від попадання на її бічні поверхні, поглинаючись встановленою деталлю. Це перешкоджає надмірному перегріву робочих кромок і дозволяє підвищити інтенсивність випромінювання по кромці, а значить збільшити глибину зміцненого шару на ній.

Запропонований метод був застосований при зміцненні робочих кромок вирубних штампів, виконаних із сталі Х12М. Лазерне опромінення матриць таких штампів за запропонованим методом проводилося після попереднього чорніння хімічним травленням (для підвищення поглинальної здатності) імпульсним випромінюванням. Для обробки за нашим методом в якості заготовки був обраний лист неіржавіючої сталі завтовшки 1,0 мм.

Вирубана штампом пробна деталь встановлювалась всередину порожнини матриці штампу в одній площині з її робочими кромками. Потім проводилося лазерне опромінення кромок матриці. Застосування запропонованого способу зміцнення дозволило (без оплавлення кромок штампу,) отримати глибину зміцнення до 250 мкм і мікротвердість кромок штампу в 1200 кГс/мм2. При цьому експлуатаційна стійкість штампу, підвищилася в 3...4 рази в порівнянні з його стійкістю після традиційної (об'ємної) термообробки.

При лазерній термообробці без установки деталі для уникнення оплавлення кромок енергію опромінення довелося зменшити в 1,5 рази. Це спричинило за собою зниження глибини зміцненого шару до 150 мкм з одночасним зниженням його мікротвердості до 1000 кГс/мм2. Стійкість штампу, в даному випадку підвищилася тільки в 2...3 рази по відношенню до об'ємного загартування.