5 Вид инструмента:

- пластина, работающая в условиях трения скольжения;

- ролик, работающий в условиях трения качения, что снижает тепловыделение внешнего источника теплоты при ЭМО, при этом повышается стойкость инструмента.

Лазерная обработка материалов относится к локальным методам термической обработки с помощью высококонцентрированных источников нагрева. Высокие плотности мощности лазерного излучения, существенно превышающие многие другие источники энергии, позволяют не только значительно увеличить производительность обработки, но и получать качественно новые свойства поверхностей, недоступные традиционным методам обработки материалов.

Лазерная поверхностная обработка материалов основана на возможности лазерного излучения создавать на малом участке поверхности высокие плотности теплового потока, необходимые для интенсивного нагрева или расплавления практически любого материала, что позволяет:

- упрочнять локальные (по глубине и площади) объемы деталей в местах их износа с сохранением исходных свойств материала в остальном объеме;

- упрочнять поверхности труднодоступных полостей, углублений, куда луч лазера может быть введен с помощью оптических устройств;

- создавать «пятнистое» поверхностное упрочнение значительных площадей, при котором не образуется сплошного хрупкого слоя, склонного к растрескиванию, деформированию и отслаиванию;

- получать заданные свойства (механические, химические и др.) обрабатываемых поверхностей деталей путем их легирования различными элементами с помощью лазера;

- получать, при необходимости, микрошероховатость упрочненных поверхностей деталей;

- предотвращать деформации обрабатываемых деталей, обусловленные локальностью термообработки, и, таким образом, практически полностью исключать финишную обработку;

- исключить механическое воздействие на обрабатываемый материал, что вместе с бесконтактностыо лазерного нагрева обусловливает простоту автоматизации процесса термообработки по контуру, в том числе деталей сложной формы.

Лазерная закалка (термоупрочнение).

Лазерное упрочнение сталей и чугунов заключается в нагреве локальных участков поверхности до температур выше критических (А_С1, А_С2) и последующем охлаждении с высокой скоростью (за счет теплоотвода во внутренние объемы материала и теплоотдачи с поверхности), приводящих к образованию мартенситных структур. В зависимости от плотности мощности лазерного излучения Е упрочнение может осуществляться нагревом как до температур плавления, так и до температур ниже плавления материала. Для осуществления про­цесса используются уровни плотности мощности Е = 10⁸ ... 10⁹ Вт/м², обеспечивающие локальный разогрев материала до температур плавления без заметного его испарения.

При температурах ниже плавления материала обеспечивается меньшая глубина закалки, а при температурах плавления происходит оплавление поверхности.

При выборе варианта лазерного упрочнения следует иметь в виду, что при обработке без оплавления шероховатость поверхности практически не изменяется. В некоторых случаях она может даже несколько снизиться за счет оплавления вершин микронеровностей.

В случае оплавления лазером упрочняемой поверхности, ее микрогеометрические характеристики изменяются (иногда достаточно существенно) за счет формирования валиков (наплывов) переплавленного металла, что требует применения последующей механической обработки, в процессе которой частично удаляется упрочненный слой. Высота валиков зависит от энергетических характеристик излучения, свойств материала, поглощающей способности обрабатываемой поверхности и составляет в большинстве случаев 20 ... 150 мкм.

В случаях использования для упрочнения импульсного излучения весьма важное влияние на равномерность глубины упрочненного слоя оказывает коэффициент перекрытия. С точки зрения наибольшей эффективности и качества упрочняемого слоя процесс импульсной закалки целесообразно осуществлять при К_п = 0,5. Больший эффект может быть достигнут при двукратном последовательном проходе с К_п = 1, однако при этом возрастает трудоемкость реализации процесса.

Основные требования к технологии лазерной закалки сводятся к следующему:

1 Изделия перед обработкой должны пройти окончательную механическую и термическую подготовку, быть очищены от пыли, грязи, масел и т.д.

2 На обрабатываемых поверхностях не должно быть трещин, сколов, прижогов и других дефектов.

3 Перед обработкой партии изделий необходимо определить основные режимы упрочнения: энергию излучения и размер сфокусированного пятна. В процессе обработки выбранные режимы следует корректировать, так как изделия (даже из одного материала) имеют разброс параметров от партии к партии. Для выбора оптимальных режимов импульсного излучения можно пользоваться следующим приемом. На обрабатываемой поверхности устанавливается пятно лазерного луча диаметром 3 ... 5 мм и при энергии 15 ... 20 Дж производится облучение (один импульс). Если в зоне лазерного воздействия образовалось оплавление, то следующий импульс (в другой точке поверхности) производят при меньшей энергии. Плавным изменением этого параметра добиваются исчезновения оплавления и вблизи этого порога проводят обработку всех изделий.

4 Если лазерная установка позволяет изменять длительность лазерного импульса, то для достижения большей глубины закалки необходимо иметь импульс большей длительности.

5 Важным фактором при лазерной закалке является схема обработки, от которой в большинстве случаев зависит эффективность эксплуатации упрочненных изделий. Следует отметить, что при обработке краевых частей поверхностей (например, режущих кромок пуансонов) возможно их разупрочнение (отпуск), что связано с существенным снижением скорости их охлаждения ввиду большей (чем у остальных поверхностей изделия) площади контакта с воздушной средой, имеющей низкую теплопроводность. Для устранения проблемы «краевого эффекта» следует интенсифицировать теплоотвод от граничных зон изделия, что достигается применением дополнительных охлаждающих сред: сжатого воздуха, инертных газов. Наиболее эффективным и технологичным способом оказывается применение теплоотводящих экранов, являющихся своеобразным «продолжением» обрабатываемой поверхности.