„Skrawalność kompozytu metalowo-ceramicznego w procesie

„Skrawalność kompozytu metalowo-ceramicznego w procesie
toczenia z nagrzewaniem laserowym”
Damian Przestacki
Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za
strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Wprowadzeniu nowych wyrobów zazwyczaj towarzyszy także stosowanie nowych
materiałów o zwiększonej wytrzymałości, odznaczających się specyficzną budową jak
również dużą twardością i ścieralnością. Materiałami takimi są kompozyty, których
zastosowanie w przemyśle krajów wysokorozwiniętych w ostatnich latach znacznie wzrosło.
Kompozyty metalowe dzięki odmiennym właściwościom osnowy i wzmocnienia, np.
zwiększoną wytrzymałością włókien i zwiększoną przewodnością cieplną osnowy, znajdują
coraz szersze zastosowanie w przemyśle lotniczym, kosmicznym i samochodowym. Według
prognoz udział części z tych materiałów tylko w przemyśle samochodowym ma wzrosnąć
kilkukrotnie w porównaniu do lat 90-tych ubiegłego wieku.
Możliwości techniczne tradycyjnych sposobów wytwarzania w przypadku nowych
wyrobów z trudno skrawalnych materiałów, takich jak: stopy tytanu, ceramika narzędziowa
czy materiały kompozytowe, są coraz częściej niewystarczające. Spowodowane jest to
często porównywalną twardością materiału obrabianego z twardością ostrza skrawającego.
Jednym z efektywnych sposobów uzyskania lepszych wskaźników użytkowych procesu
kształtowania
elementów
maszyn
i
urządzeń
jest
łączenie
różnych
oddziaływań
fizykochemicznych na obrabiany materiał. Występowanie takich procesów, jak płynięcie
plastyczne, dekohezja, nagrzewanie czy topienie, zmienia zarówno warunki fizykochemiczne
wymienionych procesów, jak i właściwości obrabianego materiału. Takie nowe podejście do
kształtowania materiałów umożliwia tzw. obróbka hybrydowa] dzięki której, wykorzystując już
istniejący sposób obróbki, osiąga się poprawę skrawalności poprzez jednoczesne
doprowadzenie do strefy oddziaływania procesu dodatkowych form energii.
Celem pracy jest porównanie skrawalności kompozytu metalowo-ceramicznego
(MMC), o symbolu AlSi9Mg+20%SiC (A359/20SiCp), toczonego tradycyjnie, z jego
skrawalnością podczas toczenia wspomaganego laserowo (toczenie hybrydowe - LAM).
Skrawalność oceniano za pomocą takich wskaźników jak: zużycie ostrzy, siła skrawania i
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
wybrane parametry chropowatości powierzchni obrobionej oraz mikrostruktura powstałej
warstwy wierzchniej.
W badaniach wstępnych stosując kinematykę toczenia określono warunki laserowego
nagrzewania przedmiotu obrabianego tj. dobrano powłokę
absorbującą promieniowanie
laserowe, moc lasera P, prędkości vl, i vf = fl · n przemieszczania się wiązki laserowej po
powierzchni nagrzewanej, średnicę plamki laserowej dl oraz odległość kątową pomiędzy
miejscem nagrzewania a obszarem skrawania.
Na podstawie badań wstępnych tocząc kompozyt tradycyjnie i warunkach LAM
dokonano wyboru materiału narzędziowego na ostrza skrawające spośród węglików
spiekanych powlekanych i nie powlekanych, ceramiki narzędziowej oraz polikrystalicznego
diamentu.
W badaniach zasadniczych udowodniono, że laserowe wspomaganie toczenia
kompozytu metalowo-ceramicznego poprawia jego skrawalność ocenianą zużyciem ostrza,
siłą skrawania i parametrami chropowatości powierzchni obrobionej, potwierdzając tym
pierwszą tezę rozprawy. Wskazano na możliwe mechanizmy tworzenia powierzchni
obrobionej w warunkach wysokotemperaturowego toczenia hybrydowego.
Wykazano, że stosowanie ostrzy diamentowych w badanych warunkach toczenia
kompozytu metalowo-ceramicznego, mimo lepszej ich skrawności od ostrzy węglikowych,
jest ekonomicznie nieuzasadnione z punktu widzenia jednostkowych kosztów narzędziowych
odniesionych do objętości usuniętego materiału.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego