„Skrawalność kompozytu metalowo-ceramicznego w procesie
Transkrypt
„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