SU1611946A1

SU1611946A1 - Способ лазерной обработки внутренних поверхностей отверстий

Info

Publication number: SU1611946A1
Application number: SU884473469A
Authority: SU
Inventors: Сергей Васильевич Каюков; Сергей Игоревич Яресько; Людмила Владимировна Баженова
Original assignee: Куйбышевский Филиал Физического Института Им.П.Н.Лебедева
Priority date: 1988-05-23
Filing date: 1988-05-23
Publication date: 1990-12-07

Abstract

Изобретение относитс к лазерной обработке и может быть использовано при термической обработке внутренних поверхностей малого диаметра в издели х из инструментальных сталей, работающих на износ. Цель изобретени - расширение технологических возможностей за счет обработки отверстий малого диаметра. Упрочнение глухих отверстий в стали У10, прошедшей стандартную термообработку диаметром 2 мм на глубину 2 мм, провод т расход щимс лазерным пучком, падающим соосно обрабатываемому отверстию с помощью оптических элементов, расположенных вне отверсти . При этом фокусное рассто ние фокусирующей системы задаетс выражением дл плотности мощности падающего излучени Q_Z=P^.R^.EXP-[R^.F/R^.F/R+Z]²[R²+(R^.F/R+Z)²]^-3/2, где Q_Z - плотность потока излучени на глубине Z от кра отверсти на его внутренней поверхности

Z - координата упрочн емого участка внутренней поверхности отверсти при отсчете от верхней плоскости

F - фокусное рассто ние линзы

P - мощность потока излучени на верхней плоскости отверсти (R=0, Z=0)

R - радиус обрабатываемого отверсти

R - радиус пучка падающего излучени . Интервал плотностей составл ет (12-24)х10³ Вт/см² при мощности 12^.10³Вт. Линза с фокусным рассто нием 48 мм установлена на высоте 528 мм от плоскости отверсти . Микротвердость в зоне упрочнени равна H*98M=920 кг/мм² при первоначальной величине H*98M=790 кг/мм². Использование способа обеспечивает возможность обработки внутренней поверхности отверстий малого диаметра и обработки глухих отверстий. 1 ил.

Description

Изобретение относитс к области лазерной обработки и может быть использовано при термической обработке внутренних .поверхностей малого диаметра в издели х ИЗ инструментальных сталей, работающих на износ.

Цель изобретени - расширение технологических возможностей, что позвол ет

производить термообработку отверстий малого диаметра без введени оптических элементов во внутреннюю полость отверсти . Согласно предлагаемому способу упрочнение провод т расход щимс лазерным пучком, падающим соосно с обрабатываемым отверстием с помощью оптических элементов, расположенных вне отверсти .

Кроме того, упрочнение производитс в зафокальной плоскости системы, фокусное рассто ние которой удовлетвор ет следующей зависимости дл плотности мощности падающего излучени ;

qz Р г ехр -

X

-3/2

0)

где qz - плотность потока излучени на глубине Z от кра отверсти на его внутренней поверхности;

Z-глубина упрочненной части отверсти ;

f - фокусное рассто ние линзы;

Р - мощность потока излучени на верхней плоскости отверсти (г О, z 0);

г - радиус обрабатываемого отверсти ;

R - радиус пучка падающего излучени .

Линзу устанавливают над отверстием, соосно с ним на высоте

Н f-f

d f

(2)

где f - фокусное рассто ние линзы;

а - апертура линзы;

d - диаметр обрабатываемого отверсти .

Это позвол ет получить на обрабатываемой поверхности упрочненную зону в виде кольца, ширина которого зависит от параметров линзы, диаметра обрабатываемого отверсти и мощности Лазерного источника. Поэтому упрочн ющей обработке могут подвергатьс внутренние поверхности отверстий малых диаметров, в которые невозможно поместить оптический элемент, а также глухие отверсти .

Плотность потока излучени должна обеспечивать повышение температуры до закалочной дл данного металла на всей упрочн емой поверхности. Так как ее значение qz на обрабатываемой поверхности умень| аетс пропорционально углу рассе ни , 7О и температура нагрева поверхности Т{г) мен етс по ширине закаленной зоны:

3q(z)

az

(3)

На нижней границе упрочненной зоны за температуру закалки следует прин ть Асз ,ал доэвтектоидных и Ad дл заэвтектоидных сталей. Температура закалки на верхней границе упрочненной зоны не должна превышать температуру, соответствующую линии солидуса.

Вследствие поступательного перемещени линзы вдоль оси распространени пучка лазерных лучей производитс увеличение ширины упрочненной поверхности. На чертеже изображена схема фокусировки лазерного пучка в пространстве при упрочнении.

Пучок лазерных лучей 1 фокусируетс короткофокусной линзой 2 на внутреннюю поверхность 3 отверсти . Линза 1 с фокусным рассто нием f устанавливаетс на высоте И от плоскости обрабатываемого отверсти . Пучок лазерных лучей 1 поглощаетс внутренней поверхностью 3, в результате происходит образование закаленной

зоны шириной Z.

Провод т лазерную обработку внутренней поверхности отверстий диаметром 2 мм на глубину 2 мм. Отверсти просверлены в вырубном штампе, изготовленном из стали

У10, прошедшей стандартную термообработку , HRC 58-60. Лазерную обработку осуществл ют на технологической установке с максимальной энергией в импульсе 60 Дж и длительностью импульса 5 мс.

Опытным путем на образцах подбирают режим обработки, при котором Hi поверхности достигаетс диапазон плотностей потока излучени , соответствующий указанному диапазону температур. Соответствие

плотности потока излучени и температуры устанавливаетс по цвету побежалости п тна нагрева. Интервал плотностей потока излучени составл ет (24-12) -10 Вт/см при мощности 12 10 Вт (коэффициент поглощени k 0,77),

Расчет фокусного рассто ни линзы провод т по формуле (1) дл zi 0. Здесь максимальна плотность потока излучени , поэтому считают, что qi 24- 10 Вт/см.

Это значение достигаетс на поверхности при использовании линзы с фокусным рассто нием 48 мм, установленной на высоте Н 52,8 мм, вычисленной согласно (2). На глубине z О значени плотности потока излучени уменьшаютс . На глубине za 2 мм (заданна глубина обработки) нужно иметь q2 S 12- 10 Вт/см. Согласно расчету, использу дл фокусировки лазерного пучка линзу с f 48 мм, установленную на высоте

52,8 мм от плотности отверсти дл Z2 2 мм, имеют q2 12 -10 Вт/см.

Воздействие лазерного излучени в таком режиме на внутренннэю поверхность отверстий вызывает значительное увеличение

микротвердости в зоне термического вли ни . Выполненные измерени показывают увеличение значений Н/г с 790 до 920 кг/мм на всем прот жении зоны обработки . Показани микротвердости свиде- тельствуют о том, что на внутренней поверхности отверсти в результате лазерного воздействи образуетс упрочненна зона в виде кольца, ширина которого равна 2 мм.

Использование предлагаемого способа обеспечивает возможность обработки внутренней поверхности отверстий малого диаметра , глухих отверстий и простоту и надежность реализации.

Claims

Формула изобретени 1. Способ лазерной обработки внутренних поверхностей отверстий, включающий упрочнение приповерхностного сло с по- мощью фокусирующей системы, отличающийс тем, что, с целью расширени технологических возможностей за счет обработки отверстий малого диаметра, упроч- нение провод т расфокусированным пучком лазерного излучени , падающим соосно с обрабатываемым отверстием, а фокусирующую систему располагают вне отверсти .
2. Способ по п. 1, отличающийс тем, что упрочнение производ т за фокусом фокусирующей системы, а параметры упрочнени выбирают по соотношению

Р г ехр -

г f

R

R

-f-z

Г 9 /Г f

(V)J ,

где Qz - плотность потока излучени на глубине Z от кра отверсти на его внутренней поверхности;

Р - мощность потока излучени на верхней плоскости отверсти (г О, Z 0);

г - радиус обрабатываемого отверсти :

f - фокусное рассто ние линзы;

R - радиус пучка падающего излучени ;

Z - координата упрочн емого отверсти при отсчете от верхней плоскости.