CC BY
94
------------------------------- © А.А. Сапрыкин, Н.А. Сапрыкина,
Д.А. Шигаев, 2011
УДК 621.7.073
А.А. Сапрыкин, Н.А. Сапрыкина, Д.А. Шигаев
ПРИМЕНЕНИЕ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЕКАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДНОГО ЭЛЕКТРОДА-ИНСТРУМЕНТА
Рассмотрен вопрос применения технологии селективного лазерного спекания для изготовления электрода-инструмента для электроэрозионной обработки. Это позволяет сделать технологию изготовления пресс-форм относительно гибкой, значительно сократить время изготовления продукции инструментального производства.
Ключевые слова: селективное лазерное спекание, электрод-инструмент, быстрое прототипирование, порошковые материалы, технологическая оснастка.
Я а сегодняшний день существует проблема изготовления пресс-форм для создания сменных многогранных пластин (СМП). Эта проблема заключается в том, что традиционные методы изготовления пресс форм очень дорогие и трудоемкие. При этом способе возникают значительные трудности изготовления пуансона с твердосплавной накладкой, особенно когда имеется рельефная поверхность для прессования, например, режущих пластин со сложным рельефным профилем (рис. 1) [1].
Рис. 1. Пуансон пресс-формы для изготовления сменных многогранных режущих пластин со сложной передней поверхностью
Эшдщдицтт fHTofl
Обычно для изготовления пресс-форм используют различные методы размерной обработки, в том числе и метод электро-эрозионной обработки. Этот метод основан на тепловом воздействии импульсов электрического тока, которые непрерывно подводятся к локальным участкам обрабатываемой заготовки [2]. Схематически
Рис. 2
этот процесс представлен на рис. 2.
Преимущества этого способа заключается в независимости от свойств обрабатываемого материала, отсутствие значительных механических сил при осуществлении процесса формообразования. Однако существуют особые требования к электрод-инстументу при обработке твердых сплавов:
• Материал инструмента - монолитная медь, прессованный медный порошок или прессованная вольфрамо-медная порошковая композиция;
• Необходимость применения комплекта электродов для черновой и чистовой обработки;
• Вследствие интенсивного износа электрода-инструмента необходима частая его правка или смена.
С учетом вышесказанного предлагается использовать для изготовления электрода-инструмента применять технологию селективного лазерного спекания. Согласно этому процессу изделия создаются из порошковых материалов за счет эффекта спекания при помощи термического воздействия лазерного луча [3, 4, 5].
Данная технология относится к так называемым технологиям быстрого прототипирования (rapid prototyping - RP) или технологиям послойного синтеза. Этот процесс заключается в послойном выращивании физической копии различных объектов на основе 3D CAD-модели (рис. 3). Основное преимущество быстрого прототипирования, в сравнении с обработкой на станках с ЧПУ, состоит в том, что прототип создается за один прием, а исходными данными
для него служит непосредственно компьютерная модель изделия. При этом отпадает необходимость в проектировании технологических процессов и специальной технологической оснастки, а также исключается высококвалифицированный труд рабочего. Обладая высокой гибкостью, технологии быстрого изготовления прототипов позволяют рассматривать многовариантные технологические и конструкторские решения.
Нами предлагается способ, который позволяет ускорить процесс изготовления электродов-инструментов. Этот способ заключается в создании сложного профиля на рабочей поверхности электрода с применением селективного лазерного спекания. Данный метод позволяет изготавливать электроды из требуемых порошковых материалов. Он заключается в следующем. В установку засыпается порошковая медь или медно-вольфрамовая смесь и затем равномерно распределяется его по поверхности. Затем этот слой прессуется с усилием, необходимым для обеспечения требуемой пористости электрода-инструмента. От пористости электрода зависит величина его износа при работе и соответственно производительность процесса элек-троэрозионной обработки. После прессования единичного слоя порошка производится спекание посредством теплового воздействия лазерного излучения или спекание с медным основанием электрода. Затем засыпается следующий слой порошка и так процесс повторяется до полного изготовления электрода-инструмента.
Проведенные эксперименты по спеканию медного порошка ПМС-1 при помощи импульсного Nd:YAG-лазера подтвердили возможность применения технологии селективного лазерного спекания для изготовления медных электрод-инстру-ментов для элек-
лазер фокусирующая система
Рис. 3. Принципиальная схема процесса селективного лазерного спекания
троэрозионной обработки и даны рекомендации по выбору рациональных режимов лазерного воздействия [6, 7, 8].
Предложенный способ позволяет сделать технологию изготовления пресс-форм относительно гибкой, значительно сократить время изготовления пресс-форм для изготовления твердосплавного режущего инструмента и другой продукции инструментального производства.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Злобин Г.П. Формование изделий из порошков твердых сплавов. М.: Металлургия, 1980. - 224 с.
2. Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов: Учебник для ПТУ Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ие, 1983. - 160 с.
3. Васильев В.А., Васильев Н.В., Максимов Н.М. Получение отливок методами быстрого прототипирования для ювелирно-художественной промышленно-сти//Литейщик России. - 2003. - №9. - С.20 - 28.
4. Шиганов И.Н. Современные методы быстрого прототипирования с применением лазерного излучения //Технология машиностроения. - 2005. - №10. -С.65 - 71.
5. Добринский Е.С., Сеин В.А., Суслов Ан.А. Прогрессивные технологии и материалы в автомобилестроении//Технология машиностроения. - 2006. - №1. -С.88 - 94.
6. Сапрыкин А.А., Сапрыкина Н.А. Методика расчета толщины спеченного слоя порошка при импульсном лазерном излучении // Современные проблемы машиностроения. Труды II Международной научно-технической конференции. -Томск: Изд-во ТПУ, 2004. - 594 с. С. 444-447.
7. Сапрыкин А.А., Сапрыкина Н.А. Скорость процесса спекания порошков импульсным лазерным излучением // Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении. Труды III Всероссийской научно-пратической конференции. В 2-х т.- ЮТИ ТПУ, Юрга: Изд. ТПУ, 2005. - Т.1. - 36-37 с.
8. Сапрыкин А.А., Сапрыкина Н.А. Изготовление металлических изделий методами послойного синтеза // XI Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», г. Томск, 29 марта-2 апреля 2005 г. Труды в 2-х т. - Томск: Изд-во Томского политехи. Ун-та, 2005. - Т.1. - 404 с. С. 216-218.1Д?Ш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------------
Сапрыкин А.А., Сапрыкина Н.А., Шигаев Д.А. - Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета, e-mail: alex_sapr@rambler.ru
