Лазерный мир

Аброров, Кувончева, Саидов // В сборнике: НАУКА, ОБЩЕСТВО, КУЛЬТУРА: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ. сборник статей V Всероссийской научно-практической конференции. Петрозаводcк, 2021. С. 134-140. 

Одной из основных проблем экономического развития Республики Узбекистан является совершенствование технологии и техники хлопкоочистительной промышленности, ведущим технологическим звеном которой является процесс волокноотделения, выполняемый узлом пильного цилиндра. Процесс волокноотделения семян осуществляется непосредственно с помощью пилы и колосника. Рабочее состояние этих органов зависит от засорённости хлопка-сырца, влажности и содержания органических абразивных элементов. Вследствие с увеличением содержания этих элементов начинается возрастание величины износа рабочих зубьев пилы, ребра колосника, что приводит к уменьшению их срока службы, большому расходу дорогостоящих инструментальных сталей и закупке экспортного сырья круглых дисковых материалов на изготовление пил [1].

Решению этих проблем посвящена выбранная научная техническая задача
– совершенствование конструкции пильного цилиндра волокноотделительных машин, способствующих повышению производительности машин и улучшению качества волокон и семян, и увеличению срока службы пил, повышению эффективности процесса волокноотделения.

Известно, что срок службы существующих конструкций пильного цилиндра волокноотделительных машин составляет всего лишь 48 часов, затем необходима заточка зубьев, что создает простой машины. Процесс восстановления зубьев пил в течение 96 часов повторяется два раза, после чего заканчивается ресурс работы пил и на вторичном этапе непригодные пилы подвергаются заточке для дальнейшего использования в линтерных машинах. Для повышения износостойкости и прочности поверхностей рабочих органов волокноотделительных машин одним из современных передовых методов нанотехнологий является нарезание и упрочнение рабочей кромки зубьев пил с помощью лазерного луча. [2].

Цель: повышение износостойкости рабочей поверхности дисковых пил волокноотделительных машин.

На хлопкоочистительных заводах по переработке хлопка-сырца широко используется джинные зубчатые дисковые пилы с наружным диаметром – 320 мм, внутренним – 100 мм и толщиной 0,95 мм (Рис.1). Ежегодный выпуск джинных дисковых пил для волокноотделительных машин достигает несколько миллионов штук для повышения долговечности, и эти изделия подвергаются термической обработке [3].
При упрочнении дисковых пил применяют объемную и индукционную закалку (ТВЧ). Для изготовления этих изделий используется углеродистые инструментальные стали У8Г, 65Г с твердостью HRA 66-69. Несмотря на повышенную твердость, стойкость дисковых пил недостаточна.

В связи с этим ежегодно на изготовление дисковых пил расходуются несколько сот тонн весьма дорогостоящей стали У8Г, 65Г. Дальнейшее повышение износостойкости за счет использования стали более высокой твердости не представляется возможным из-за трудности механической обработки (вырубка дисков, насечка зубьев) [4,5].
Выбор технологии упрочнения для достижения требуемого уровня износостойкости, сохранение плоскостности дисковых пил при термообработке и снижение их стоимости является для наших предприятий не до конца решенной и в то же время весьма актуальной задачей [6,7].

Одним из распространенных методов термической обработки является технология лазерной закалки. Сущность выбранного нами метода для данной работы заключается в том, что высококонцентрированный источник энергии — лазерный луч как источник локального термического упрочнения (закалки) обладает существенными технологическими и технико-экономическими преимуществами по сравнению с традиционными технологиями объемной или печной термической и химико-термической обработки. Рассматривая этот метод с научной точки зрения: лазерное поверхностное упрочнение в значительной степени нивелирует недостатки присущие объемной термической закалке, химико-термической обработке и в тоже время открывает новые потенциальные технологические возможности в упрочнении поверхностных слоев деталей машин и механизмов [8].
Современный уровень развития лазерной техники и лазерных технологий позволяет рассматривать лазеры как удобный, экономичный и надежный инструмент для поверхностного термоупрочнения широкой номенклатуры деталей машиностроения. Воздействие лазерного луча на поверхность сталей приводит к комплексному улучшению физико-химических, механических свойств поверхностного слоя, которые проявляются в более высокой дисперсности и изотропности структуры упрочненного поверхностного слоя, повышением микротвердости, теплостойкости, коррозионной стойкости и износостойкости.

Дисковые пилы изготовляется из стали марки У8Г и являются непрозрачными материалами, поэтому обычный биологический микроскоп, работающий «на просвет», не годится для исследования их микроструктуры. В то же время металлические материалы могут хорошо отражать свет. Эта особенность металлов и сплавов учитывается в конструкции металлографических микроскопов, работающих по принципу отражения световых лучей от поверхности исследуемых объектов. Наилучшей отражающей способностью обладает идеально плоская и ровная поверхность металлического материала. Следовательно, образец металлического материала для исследования микроструктуры (микрошлиф) должен быть соответствующим образом подготовлен.
Образцы для изучения микроструктуры вырезали из рабочей части дисковой пилы. Место вырезки образца указан на рис 1. Для изучения микроструктуры применен металлографический микроскоп МЕТАМ РВ-23.

Рис. 1. Место вырезки образца

Для определения микротвердости от дисковых пил, прошедших разные режимы лазерной резки вырезали образцы размерами 15х15хδ мм (где — δ толщина дисковой пилы). Для удобства подготовки микрошлифа вырезанные образцы заливали эпоксидной смолой в цилиндрические формы (Рис. 2).

Рис. 2. Эпоксидная смола
Микрошлифы подготовили с торцевой стороны материала дисковых пил. Микрошлифы с соответствующими номерами приведены на рис.3.

Рис. 3. Общий вид микрошлифов

Замеры микротвердости произведены на поверхности микрошлифа, начиная с сердцевины микрошлифа, переходя к поверхности с шагом 0,6 – 0,8 мм (Рис 4.).

а) б)
Рис. 4. Размеры отпечатков при измерении микротвердости от поверхности дисковых пил к сердцевине,
при увеличениях х300 (а) и х520 (б)

В результате проведенных экспериментальных исследований мы пришли к следующим выводам:
Результаты измерения после лазерной резки дисковой пилы показали следующие результаты. Образцы за номерами №40 – 497 HV, №50 – 672 HV,
№60.60 – 497 HV, № 80 – 583 HV, №100,60 – 536 HV №100 – 550 HV.

В ходе испытаний на износостойкость показана целесообразность применения данной технологии для дисковых пил. Суммарная стойкость зубьев дисковой пилы из стали У8Г увеличилась в 2 раза.

Полное содержание статьи: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46620993