Введение к работе
Актуальность работы. Применение различных методов поверхностного упрочнения для повышения износостойкости и прочности станочных направляющих и других деталей станков является прогрессивным направлением развития станкостроения.
К новым высокоэффективным методам поверхностного упрочнения относится лазерная поверхностная термообработка (ЛПТО). Метод обладает существенными преимуществами по сравнению с традиционными методами термического и химико-термического упрочнения, а именно, высокой степенью упрочнения поверхности и малой степенью деформации деталей при обработке. В тоже время метод имеет ряд недостатков, которые сдерживают его применение, в частности, для обработки станочных направляющих. К ним относятся невысокая глубина и сильная неравномерность упрочнения, вероятность локального оплавления поверхности.
Повысить качественные показатели ЛПТО позволяет применение сканирующих систем, которые обеспечивают многократный пробег лазерного луча поперек упрочняемой дорожки, чем достигается большая равномерность теплового воздействия луча, большая ширина и глубина упрочнения. При условии достижения требуемого качества обработанной поверхности сканирующая ЛПТО могла бы явиться идеальным методом упрочнения катальных ходов станочных направляющих качения. Недостаточное количество экспериментальных и теоретических исследований по данному вопросу обусловливает актуальность представляемой работы.
[[ель работы: выявить основные закономерности процесса сканирующей ЛПТО, объяснить их с позиций теплофизики процесса, оценить возможность применения метода для обработки станочных направляющих качения, оптимизировать технологические режимы обработки.
Объектом исследования является процесс сканирующей ЛПТО станочных направляющих качения.
Методы исследования. Теоретическую основу исследования составили методы математико-статистического анализа эксперимента, численное решение дифференциальных уравнений. Экспериментальная часть включала лазерную обработку, металлографические исследования формы и строения упрочненных зон, измерение механических свойств поверхности: микротвердости, износостойкости и контактной прочности.
Научная новизна работы:
-
Предложена классификация типов упрочненного слоя при сканирующей ШІТО по равномерности глубины закалки и дан количественный критерий степени равномерности.
-
Получено аналитическое описание усредненного теплового воздействия сканирующего по гармоническому закону лазерного луча. С учетом этого разработана трехмерная тепловая модель процесса. Модель качественно объясняет основные закономерности сканирующей ЛПТО и позволяет количественно рассчитать глубину упрочненного слоя.
-
Сформулирована совокупность критериев и предложена обобщенная целевая функция оптимизации процесса сканирующей ЛПТО станочных направляющих качения.
Практическая ценность работы:
1. Определена степень влияния глубины упрочнения при сканирующей
ЛПТО на нагрузочную способность слоя в станочных направляющих качения;
-
Разработано программное обеспечение к ПЭВМ, позволяющее рассчитывать температурный режим закалки, параметры упрочненного слоя, технологические режимы обработки по заданной стратегии оптимизации;
-
Рассчитаны номограммы для назначения оптимальных режимов сканирующей ЛПТО станочных направляющих качения.
Реачизация результатов работы. Рекомендации по расчету нагрузочной способности упрочненного слоя и номограммы для назначения оптимальных режимов сканирующей ЛПТО переданы на станкостроительное объединение ОАО "Ивановский завод тяжелого станкостроения".
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на: Российской научно-технической конференции "Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении", Рыбинск, 1994 г.; Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии", Москва, 1995 г.; 1Х-й Российской научно-технической конференции "Теплофизика технологических процессов", Рыбинск, 1996 г.; Международной научно-технической конференции " VIII Бенардосовские чтения", Иваново, 1997 г.
Публикаиии. Основные теоретические положения и результаты исследований опубликованы в одной статье, четырех тезисах докладов.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав и
списка литературы, содержит ff3 страниц печатного текста, /г7 таблиц,
32. _рисунков, .литературных источников.