CC BY
7
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
УДК 621.9.048
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ФОРМООБРАЗОВАНИИ
В.Н. Сидоров
Рассмотрено влияние рабочей среды на качество поверхности при лазерном формообразовании при обработке Стали 20-импульсным лазерным излучением. При обработке использовалась комбинация различных стратегий обхода траектории. В качестве рабочих сред использовалась воздушная среда и жидкая (деионизированная вода). Выявлено влияние рабочей среды на качество поверхности и глубину обработки.
Ключевые слова: лазерная обработка, рабочая среда, качество поверхности, шероховатость поверхности.
Введение. Лазерное формообразование - это трехмерная лазерная микрообработка, заключающаяся в получение сложных требуемой геометрической формы, размеров и качества поверхностей, вследствие термического воздействия с помощью лазерного луча на материал.
В настоящее время лазерное формообразование обычно выполняется в воздушной среде. Недостатками использования воздушной среды являются наличие остаточных зон термического влияния (ЗТВ), высокая шероховатость поверхности, повторное осаждение материала, наличие микротрещин [1].
Перспективным направлением является использование жидкой среды в лазерном формообразовании. Согласно предыдущим исследованиям, наличие жидкого слоя поглощает тепло и охлаждает обработанную поверхность, тем самым сводя к минимуму образование ЗТВ [2].
Лазерное формообразование в жидкой среде может осуществляться по двум схемам: в проточной жидкости и с принудительной подачей жидкости в зону обработки совместно с лазерным лучом [3,4]
В качестве жидкой среды используются жидкости, такие как вода, деионизированная вода, этиленгликоль, пропанол, метанол и ацетон [1].
Целью исследования является оценить влияние рабочей среды на качество поверхности при лазерном формообразовании.
Подробности эксперимента. В данной работе использовался импульсный Nd:YAG лазер LQ929. В качестве материала заготовки была выбрана Сталь 20. Схема обработки продемонстрирована на рис.1.
Постоянные параметры процесса: скорость перемещения лазерного луча Vx, Vy - 70 мм/мин; частота следования импульсов - 10 Гц; энергия импульса - 50 Дж; диаметр лазерного луча - 0,45 мм, время импульса - 190 мкс.
В данной работе была применена комбинированная стратегия обхода лазерным лучом траектории, продемонстрированная на рис. 2.
Рис.1. Схема обработки: 1 — лазерный луч; 2 — заготовка; Ух, Уу — направление перемещения заготовки со скоростью Ух, Уу; X, — система координат
Рис. 2. Стратегия обхода лазерным лучом траектории и полученная полость
в результате обработки
В качестве воздушной рабочей среды использовалась окружающая среда, а жидкой деионизированная вода. Размер обрабатываемой полости 9мм х 9мм. Время обработки составило 21 мин
Результаты и обсуждение. На рис.3 продемонстрированы снимки и профило-граммы. Профилограммы и значения шероховатости поверхности были получены с помощью профилометра БигТсогёег ББ 1700а.
Шероховатость поверхности при обработке в воздушной среде составила Яа = 28.33 мкм в жидкой среде - Яа = 12.04 мкм. Глубина обработки составила 50 мкм в воздушной среде и 25 мкм в жидкой среде. Максимальная высота наплыва составила 150 мкм для воздушной среды и 50 мкм для жидкой среды.
151
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 4
Рис. 3. Снимки и профилограммы обработанных поверхностей, полученные после лазерной обработки в различных рабочих средах:
а — воздушной; б — жидкой
Выводы. Было проведено исследование влияние рабочей среды на качество поверхности. Было выявлено, что жидкая среда позволяет снизить шероховатость поверхности и высоту наплыва. В нашем случае шероховатость снизилась в 2.35 раза, а высота наплыва в 3 раза. Несмотря на улучшение качества поверхности при обработке в жидкой среде глубина обработки уменьшилась в 2 раза, что сказывается на производительности процесса.
Список литературы
1. Menon V.A., James S. Molecular dynamics simulation study of liquid-assisted laser beam micromachining process // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2018. Т. 2. №. 3. С. 51.
2. Garcia-Giron A., Sola D., Pena J. I. Liquid-assisted laser ablation of advanced ceramics and glass-ceramic materials // Applied Surface Science. 2016. Т. 363. С. 548-554.
3. Mwangi J. W. et al. Nitinol manufacturing and micromachining: A review of processes and their suitability in processing medical-grade nitinol // Journal of Manufacturing Processes. 2019. Т. 38. С. 355-369.
4. Liu Y. et al. Overview on the development and critical issues of water jet guided laser machining technology // Optics & Laser Technology. 2021. Т. 137. С. 106820.
Сидоров Василий Николаевич, студент, vasili-sidorov. tula@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH INFLUENCE OF WORKING MEDIUM ON SURFACE QUALITY IN LASER
FORMATION
V.N. Sidorov
The influence of the working medium on the quality of the surface during laser shaping during the processing of Steel 20 by pulsed laser radiation is considered. The processing used a combination of different trajectory traversal strategies. Air and liquid (deionized water) were used as working media. The influence of the working environment on the surface quality and processing depth is revealed.
Key words: laser processing, working environment, surface quality, surface roughness.
Sidorov Vasiliy Nikolaevich, student, vasili-sidorov. tula@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9.06:004 Б01: 10.24412/2071-6168-2021-4-153-158
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
СТРУЖКОУДАЛЕНИЕМ ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ СО ШНЕКОВЫМ КОНВЕЙЕРОМ
Я.Л. Либерман, Л.Н. Горбунова
При обработке резанием на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах с многообразными технологическими возможностями, большое значение имеют системы автоматического регулирования удалением стружки с помощью шнековых конвейеров. Рассмотрена подобная система применительно к токарному станку с ЧПУ, которая содержит станину с направляющими, установленный на станке шпиндель с приводом, соединенный с датчиком скорости его вращения, суппорт с приводами его продольного и поперечного перемещения по направляющим, кинематически связанный с датчиком величины продольной подачи и датчиком обработанного на станке диаметра детали, блок управления формообразованием детали на станке, входы которого соединены с датчиком скорости шпинделя, с датчиком величин продольной подачи и с датчиком обработанного диаметра, а выходы связаны с приводами шпинделя и приводами перемещения суппорта, стружкоуборочный транспортер, размещенный в нижней части станины станка под его рабочей зоной. Электродвигатель соединен с рабочим органом через редуктор и снабжен блоком бесступенчатого регулирования его скорости в зависимости от объема металла, срезаемого на станке в единицу времени.
Ключевые слова: металлообрабатывающий станок, стружка, привод, автоматическое регулирование скорости, экономичность, надежность.
В последние десятилетия в нашей стране широко используются металлорежущие станки с многообразными технологическими возможностями. Поскольку такие станки дорогостоящи, вопрос об эффективности и надежности их использования является актуальным [1, 2].
Для повышения экономичности и надежности станочных стружкоуборочных конвейеров их начали выпускать с приводами, скорость которых можно изменять с помощью механической коробки скоростей, размещаемой между электродвигателем и шнеком [3-6]. Таковы, в частности, конвейеры, производимые совместным российско-германском предприятием ООО «ХЕННЛИХ» в г. Твери и др. [7]. Однако коробки скоростей позволяют регулировать скорости ступенчато и далеко не всегда оптимально [8, 9]. Кроме того, в существующих шнековых конвейерах они переключаются вручную, что рабочий-станочник часто сделать забывает [10].
Постановка задачи. Разработка системы бесступенчатого автоматического регулирования скорости шнековых конвейеров в зависимости от объема металла, срезаемого на станке в единицу времени.
