Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Оптимальная схема лазерного упрочнения вершины режущего клина инструмента

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-98-106

Полный текст:

Аннотация

Лазерная термообработка является одним из эффективных методов повышения эксплуатационных характеристик металлорежущего инструмента. В практике лазерного упрочнения существует несколько методов выбора режима обработки: экспериментальный, расчетный, по справочным данным. Перспективным для оценки параметров зоны обработки является применение метода конечных элементов, использование которого наиболее востребовано для расчета температурного поля сложнопрофильного инструмента. При организации процесса упрочнения наиболее сложными являются выбор и назначение режимов обработки вершины режущего клина. В связи с этим решение многофакторной задачи оптимизации схемы упрочнения области около вершины инструмента актуально при проектировании и автоматизации процесса лазерного упрочнения лезвийного инструмента. В работе методом конечных элементов в программе ANSYS Workbench на примере инструмента с углом заострения 60° проведены численные эксперименты по оптимизации схемы упрочняющей лазерной обработки вершины режущего клина инструмента. Рассмотрено три варианта схемы упрочнения. Первый из них заключается в реализации многократной обработки области, примыкающей к вершине инструмента. Второй состоит в попеременном перемещении пятна лазерной обработки вдоль режущих кромок в области вершины инструмента. Согласно третьему варианту пятна обработки последовательно располагались вдоль биссектрисы угла при вершине инструмента. Показано, что по критерию максимальной глубины оптимальной является схема упрочнения, заключающаяся в попеременном перемещении пятна лазерной обработки вдоль режущих кромок в области вершины инструмента. В этом случае обеспечиваются характеристики зоны упрочнения, превосходящие аналогичные величины, описывающие зону упрочнения для остальных вариантов лазерной обработки вершины режущего клина инструмента.

Об авторах

Сергей Игоревич Яресько
Самарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Самара (Россия); Самарский государственный технический университет, Самара (Россия)
Россия

доктор технических наук, заведующий лабораторией лазерно-индуцированных процессов, профессор кафедры «Технология машиностроения, станки и инструменты»



Сергей Николаевич Балакиров
Самарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Самара (Россия)
Россия

инженер



Список литературы

1. Handbook of Laser Materials Processing / eds. J.F. Ready, D.F. Farson, T. Feeley. Berlin: Springer, 2001. 715 p.

2. Advances in laser materials processing: technology, research and applications / ed. J.R. Lawrence. USA: Elsevier Science, 2017. 802 p.

3. Handbook of Laser Technology and Applications. Vol. 3: Applications / eds. C. Webb, J.D.C. Jones. USA: CRC Press, 2020. 1167 p.

4. Zohuri B. Thermal Effects of High Power Laser Energy on Materials. USA: Springer, 2021. 420 p.

5. Dobrzański L., Dobrzańska-Danikiewicz A. Applications of Laser Processing of Materials in Surface Engineering in the Industry 4.0 Stage of the Industrial Revolution // Materials Performance and Characterization. 2019. Vol. 8. № 6. P. 1091–1129. DOI: 10.1520/MPC20190203.

6. Гладуш Г.Г., Смуров И.Ю. Физические основы лазерной обработки материалов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017. 592 c.

7. Klocke F., Beck T., Hoppe S., Krieg T., Muller N., Nothe T., Raedt H.W., Sweeney K. Examples of FEM application in manufacturing technology // Journal of Materials Processing Technology. 2002. Vol. 120. № 1-3. P. 450–457. DOI: 10.1016/S0924-0136(01)01210-9.

8. Криворучко Д.В., Залога В.А. Моделирование процессов резания методом конечных элементов: методологические основы. Сумы: Университетская книга, 2012. 496 с.

9. Roy S., Zhao J.N., Shrotriya P., Sundararajan S. Effect of laser treatment parameters on surface modification and tribological behavior of AISI 8620 steel // Tribology International. 2017. Vol. 112. P. 94–102. DOI: 10.1016/j.triboint.2017.03.036.

10. Dunaj P., Marchelek K., Chodźko M. Application of the finite element method in the milling process stability diagnosis // Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2019. Vol. 57. № 2. P. 353–367. DOI: 10.15632/jtam-pl/104589.

11. Peng Z.X., Li J., Yan P., Gao S.F., Zhang C.H., Wang X.B. Experimental and simulation research on micro-milling temperature and cutting deformation of heat-resistance stainless steel // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 95. № 5-8. P. 2495–2508. DOI: 10.1007/s00170-017-1091-6.

12. Byun J.B., Lee H.J., Park J.B., Seo I.D., Joun M.S. Fully coupled finite element analysis of an automatic multi-stage cold forging process // Solid State Phenomena. 2020. Vol. 311 SSP. P. 88–93. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.311.88.

13. Muhsin N.M.B., Dhaher N.H. Finite Elements Analysis of Laser Cutting Process // NeuroQuantology. 2020. Vol. 18. № 5. P. 50–55. DOI: 10.14704/nq.2020.18.5.NQ20167.

14. Дьяченко Ю.В., Маковецкий А.В., Хитрых Е.Е. Численное моделирование процессов лазерной резки листовых авиационных материалов // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сборник научных трудов. Харьков: ХАИ, 2014. Вып. 63. С. 104–114.

15. Wu W., Liang N.G., Gan C.H., Yu G. Numerical investigation on laser transformation hardening with different temporal pulse shapes // Surface and Coatings Technology. 2006. Vol. 200. № 8. P. 2686–2694. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.11.011.

16. Anusha E., Kumar A., Shariff S.M. Finite element analysis and experimental validation of high-speed laser surface hardening process // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 115. № 7-8. P. 2403–2421. DOI: 10.1007/s00170-021-07303-z.

17. Lyutikov Y.A., Lyuchter A.B., Korobov M.A. The influence of laser hardening on the performance of steel 30KHGSA by the finite elements method // Journal of Physics: Conference Series: III international conference on laser and plasma researches and technologies. 2017. Vol. 941. Article number 012041. DOI: 10.1088/1742-6596/941/1/012041.

18. Fakir R., Barka N., Brousseau J., Caron-Guillemette G. Numerical Investigation by the Finite Difference Method of the Laser Hardening Process Applied to AISI-4340 // Journal of Applied Mathematics and Physics. 2018. Vol. 6. № 10. P. 2087–2106. DOI: 10.4236/jamp.2018.610176.

19. Lu X., Lin X., Chiumenti M., Cervera M., Li J., Ma I., Wei L., Hu Y., Huang W. Finite element analysis and experimental validation of the thermomechanical behavior in laser solid forming of Ti-6Al-4V // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 21. P. 30–40. DOI: 10.1016/j.addma.2018.02.003.

20. Яресько С.И., Горяинов Д.С. Формирование температурного поля в режущем клине инструмента при импульсной упрочняющей лазерной обработке // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 7. С. 30–36.

21. Yaresko S.I. Finite-Element Modeling in the Technology of Hardening Laser Processing of a Metal-Cutting Tool // Journal of Engineering Physics and Thermo-physics. 2019. Vol. 92. № 2. P. 314–325. DOI: 10.1007/s10891-019-01935-5.

22. Яресько С.И., Михеев П.А., Каковкина Н.Г. Обеспечение равномерного распределения интенсивности лазерного излучения при импульсной термообработке с помощью неустойчивого резонатора // Физика и химия обработки материалов. 2000. № 6. С. 19–25.


Рецензия

Для цитирования:


Яресько С.И., Балакиров С.Н. Оптимальная схема лазерного упрочнения вершины режущего клина инструмента. Frontier Materials & Technologies. 2021;(4):98-106. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-98-106

For citation:


Yaresko S.I., Balakirov S.N. Optimal scheme of laser hardening of a tool wedge tip. Frontier Materials & Technologies. 2021;(4):98-106. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-98-106

Просмотров: 168


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)