PL218509B1 - Sposób wytwarzania stalowych elementów konstrukcyjnych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania stalowych elementów konstrukcyjnych, zwłaszcza elementów maszyn i urządzeń.

W produkcji szerokiej gamy sprzętu użytkowego, maszyn i urządzeń istotną rolę odgrywa trwałość, estetyka i powtarzalność wymiarowa stalowych elementów tych wyrobów. Jednocześnie elementy te niejednokrotnie posiadają złożone kształty. Dlatego coraz większa liczba producentów wykorzystuje do wycinania stalowych elementów konstrukcyjnych wycinarki laserowe sterowane numerycznie. Ponieważ zaś tak uzyskane elementy wymagają poprawy trwałości ich powierzchni, poddaje się je procesowi hartowania w piecach hartowniczych. Podczas hartowania często powstaje efekt odkształcenia detalu, a niejednokrotnie elementy hartowane na wskroś posiadają wady hartownicze, np. nierówne utwardzenie a nawet pęknięcia.

Z opisu patentowego PL 185738 znany jest sposób utwardzania wierzchnich warstw elementów maszyn oraz narzędzi ze stopów żelaza, polegający na tym, że elementy te poddaje się hartowaniu powierzchniowemu w znany sposób, a następnie azotowaniu, także znanym sposobem. Z kolei z opisu patentowego PL 202520 znany jest sposób wytwarzania warstwy wierzchniej o wysokiej twardości na wyrobach z tytanu i jego stopów, zgodnie z którym przetapia się powierzchnię wyrobu wiązką laserową o mocy 1,0 - 2,0 kW w osłonie azotu z prędkością 0,2 - 0,8 mm, przy natężeniu przepływu azotu w zakresie 2,0 - 10 l/min.

Sposób wytwarzania stalowych elementów konstrukcyjnych, obejmujący procesy wycinania laserowego i hartowania elementu, zgodnie z wynalazkiem polega na tym, że wyjściowy materiał hartuje się ogrzewając jego powierzchnię do temperatury 700 + 850°C wiązką laserową o mocy 100 + 500 W, z prędkością skanowania 5 + 25 mm/sek, w osłonie gazu obojętnego, korzystnie argonu, po czym zwiększa się moc wiązki laserowej do 3 + 5 kW i wycina kształt elementu konstrukcyjnego. Korzystnie, przed operacją hartowania powierzchnię materiału wyjściowego pokrywa się warstwą substancji absorbującej promieniowanie cieplne. Korzystnie też, podczas operacji hartowania prowadzi się ciągły pomiar temperatury powierzchni obrabianego materiału z rejestracją wyników w oprogramowaniu sterującym mocą wiązki laserowej. Temperaturę mierzy się pirometrem.

Sposób według wynalazku umożliwia precyzyjne wytwarzanie stalowych elementów konstru kcyjnych o bardzo wysokiej powtarzalności wymiarowej i jakościowej, z wykorzystaniem kompletnej obróbki sekwencyjnej na jednym urządzeniu i w jednym cyklu produkcyjnym. Poza tym wyroby zahartowane powierzchniowo, zgodnie z wynalazkiem, charakteryzują się rdzeniem o mniejszej twardości czyli elastycznym, oraz warstwą wierzchnią o znacznie większej twardości, a więc większej odporności ściernej, co znacząco poprawia właściwości wytrzymałościowe tych wyrobów.

Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w poniższych przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Arkusz blachy stalowej gatunku PN 45 o grubości 2 mm umieszczono w wycinarce laserowej sterowanej numerycznie i na powierzchnię tej blachy naniesiono przez rozpylenie cienką warstwę uprzednio przygotowanej, czarnej farby absorbującej promieniowanie laserowe. W panelu sterowania maszyny ustawiono proces hartowania i wycinania elementów o skomplikowanych kształtach, mających zastosowanie w konstrukcji wózka inwalidzkiego. Po uruchomieniu maszyny układ sterujący kierował jej pracą zgodnie z programem w ten sposób, że wiązka laserowa o mocy 120 W przesuwała się nad powierzchnią blachy z prędkością 5 mm/sek, rozgrzewając ją do temperatury 830°C. Temperatura była kontrolowana przez pirometr umieszczony na głowicy laserowej, współpracujący z układem sterowania. Proces przebiegał w osłonie azotu o natężeniu przepływu 5 l/min. Po jednorazowym przejściu głowicy moc wiązki laserowej została podniesiona do 3 kW i nastąpiło wycinanie zaprogramowanych kształtów elementów konstrukcyjnych. Uzyskano wysokiej jakości elementy konstrukcyjne o idealnie wyrównanych wymiarach i jednolicie zahartowanej powierzchni. Twarda warstwa materiału miała grubość 160 + 170 mikrometrów. Uzyskano twardość zahartowanej powierzchni 45 HRC, podczas gdy materiał bazowy posiadał twardość około 30 HRC.

P r z y k ł a d 2

Arkusz blachy stalowej gatunku 40 HM o grubości 5 mm umieszczono w wycinarce laserowej sterowanej numerycznie. W panelu sterowania maszyny ustawiono proces hartowania i wycinania elementów o skomplikowanych kształtach, mających zastosowanie w konstrukcji wózka inwalidzkiego. Po uruchomieniu maszyny układ sterujący kierował jej pracą zgodnie z programem w ten sposób, że wiązka laserowa o mocy 400 W przesuwała się nad powierzchnią blachy z prędkością 25 mm/sek,

PL 218 509 B1 rozgrzewając ją do temperatury 710°C. Temperatura była kontrolowana przez pirometr umieszczony na głowicy laserowej, współpracujący z układem sterowania. Proces przebiegał w osłonie argonu o natężeniu przepływu 8 l/min. Po dwukrotnym przejściu głowicy moc wiązki laserowej została podniesiona do 4,5 kW i nastąpiło wycinanie zaprogramowanych kształtów elementów konstrukcyjnych. Uzyskano wysokiej jakości elementy konstrukcyjne o idealnie wyrównanych wymiarach i jednolicie zahartowanej powierzchni. Twarda warstwa materiału miała grubość 180 - 190 mikrometrów. Uzyskano twardość zahartowanej powierzchni 55 HRC, podczas gdy materiał bazowy posiadał twardość około 28 HRC.

Realizacja wynalazku nie jest ograniczona do wyżej opisanych przykładów wykonania, zarówno w zakresie parametrów prowadzenia procesu hartowania powierzchniowego, jak i w zakresie zakładanych wyników tego hartowania zależnych od użytego gatunku stali i wymogów konstrukcyjnych wytwarzanych elementów.

Claims (4)

1. Sposób wytwarzania stalowych elementów konstrukcyjnych, obejmujący operacje wycinania laserowego i hartowania elementu, znamienny tym, że wyjściowy materiał hartuje się ogrzewając jego powierzchnię do temperatury 700 + 850°C wiązką laserową o mocy 100 + 500 W, z prędkością skanowania 5 + 25 mm/sek, w osłonie gazu obojętnego, korzystnie argonu, po czym zwiększa się moc wiązki laserowej do 3 + 5 kW i wycina kształt elementu konstrukcyjnego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed operacją hartowania powierzchnię materiału wyjściowego pokrywa się warstwą substancji absorbującej promieniowanie cieplne.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas operacji hartowania prowadzi się ciągły pomiar temperatury powierzchni obrabianego materiału z rejestracją wyników w oprogramowaniu sterującym mocą wiązki laserowej.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że temperaturę mierzy się pirometrem.