Автоматизированный лазерный технологический комплекс для термоупрочнения поверхности детали



Автоматизированный лазерный технологический комплекс для термоупрочнения поверхности детали
Автоматизированный лазерный технологический комплекс для термоупрочнения поверхности детали
Автоматизированный лазерный технологический комплекс для термоупрочнения поверхности детали
Автоматизированный лазерный технологический комплекс для термоупрочнения поверхности детали
C21D1/09 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2708285:

Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии лазерного термоупрочнения" (ООО "НТЛТ") (RU)

Изобретение относится к автоматизированному лазерному технологическому комплексу для термоупрочнения детали. Комплекс снабжен разборным кабинетным ограждением зоны обработки детали, имеющим двери раздвижные Г- образной формы для доступа в зону обработки детали и загрузки деталей, и шарнирную дверь для обеспечения доступа при обслуживании лазера. При этом технологический стол выполнен разборным и имеет тележку с опорами колесными неповоротными и опорами колесными поворотными, на которой установлено указанное основание с литым столом, в котором выполнены пазы для крепления термоупрочняемой детали, излучатель выполнен монолитным, а его газоразрядные трубки скомпонованы в виде пакета из нескольких рядов, размещенных равномерно по окружностям его корпуса один внутри другого с созданием двух внешних колец из шестнадцати трубок в каждом и одного внутреннего из восьми трубок. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей комплекса без увеличения габаритов и расширения производственных площадей, улучшении качества лазерного излучения и качества лазерной обработки. 4 ил.

 

Автоматизированный лазерный технологический комплекс для термоупрочнения детали

Изобретение относится к универсальному технологическому оборудованию для лазерной обработки, а именно, к автоматизированным лазерным технологическим комплексам для термоупрочнения (АЛТКУ) наружных и внутренних поверхностей деталей различных размеров и форм без их оплавления, без изменений геометрических размеров и шероховатости.

Термоупрочнение реализуется за счет технологии локального лазерного упрочнения путем перемещения пятна лазерного излучения многолучевого СО2-лазера относительно поверхности обрабатываемой детали.

Известен лазерный технологический комплекс для обработки крупногабаритных изделий [1], содержащий технологический лазер, элементы транспортировки лазерного излучения в виде поворотных плоских зеркал, оптико-фокусирующую головку с механизмом ее перемещения по трем координатам и технологический стол для обрабатываемого изделия, отличающийся тем, что технологический стол выполнен в виде двух установленных друг над другом платформ, верхняя из которых выполнена подвижной в плоскости, параллельной нижней платформе, при этом на нижней платформе установлен механизм для крепления изделия в виде тела вращения, а верхняя платформа выполнена с возможностью обеспечения поворота на 90° относительно нижней платформы и фиксации ее в этом положении.

Недостатком являются ограниченные возможности устройства.

Известен способ упрочнения поверхности детали из чугуна [2], включающий воздействие на поверхность детали многолучевым лазерным излучением, и устройство для упрочнения поверхности детали, содержащее лазерный излучатель с излучающими трубками, скомпонованными в виде пакета из нескольких рядов один внутри другого.

Многолучевой лазер обеспечивает более равномерное, по сравнению с однолучевым лазером, распределение интенсивности излучения в пятне обработки и, соответственно, более равномерное тепловое воздействие на упрочняемую зону. Однако в связи с тем, что в этом лазере трубки излучателя скомпонованы по граням концентричных шестигранников, при перемещении луча по упрочняемой поверхности получается существенная разница суммарной мощности, получаемой отдельными участками (точками) дорожки воздействия от центра к краям, и разница в продолжительности воздействия излучения на отдельные точки. Это приводит к неравномерности теплового воздействия на упрочняемый материал и, соответственно, к неравномерности структуры, твердости и глубины упрочненной зоны по сечению дорожки от центра к краям дорожки, причем степень этой неравномерности различна при движении луча в разных направлениях.

Известен способ упрочнения поверхности детали и устройство для его осуществления [3], содержащее лазерный излучатель с излучающими трубками, скомпонованными в виде пакета из нескольких рядов один внутри другого. Применяемый многолучевой лазер обеспечивает равномерное распределение плотности мощности (интенсивности) излучения в сечении пятна обработки и минимальную разницу в продолжительности воздействия излучения на различные участки поверхности от центра дорожки к краям при перемещении пятна луча по упрочняемой поверхности в любом направлении и по любой траектории. Однако в связи с тем, что на краях пятна обработки тепло проникает не только в глубину материала, но и отводится вдоль холодной поверхности, тепловое воздействие по глубине на упрочняемый материал у края пятна меньше, чем в середине, что приводит к неравномерности структуры, твердости и глубины упрочненной зоны по сечению дорожки от центра к краям дорожки.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является устройство для упрочнения поверхности детали из железоуглеродистого сплава [4], содержащее лазерный излучатель с излучающими трубками, скомпонованными в виде пакета, состоящего из расположенных один внутри другого рядов, отличающееся тем, что пакет состоит из четырех рядов излучающих трубок, расположенных вокруг центральной оси в виде четырех восьмигранников, причем восьмигранник второго ряда излучающих трубок повернут вокруг центральной оси относительно внешнего восьмигранника первого ряда излучающих трубок с расположением его вершин напротив центров граней внешнего восьмигранника, а восьмигранник третьего ряда излучающих трубок повернут вокруг центральной оси относительно восьмигранника второго ряда излучающих трубок с расположением его вершин напротив центров граней упомянутого второго восьмигранника

Недостатком прототипа является ограниченность возможностей.

Технический результат изобретения - расширение технологических возможностей комплекса без увеличения габаритов и расширения производственных площадей, улучшение качества лазерного излучения и качества лазерной обработки.

Заявленный результат достигается тем, что известный автоматизированный лазерный технологический комплекс для термоупрочнения детали, включающий многолучевой СО2 лазер, содержащий лазерный излучатель с газоразрядными трубками, оптико-фокусирующую головку, элементы транспортировки лазерного излучения в зону обработки детали и технологический стол для обрабатываемой детали, имеющий основание, снабжен разборным кабинетным ограждением зоны обработки детали, имеющим двери раздвижные Г- образной формы для доступа в зону обработки детали и загрузки деталей, и шарнирную дверь для обеспечения доступа при обслуживании лазера, при этом технологический стол выполнен разборным и имеет тележку с опорами колесными неповоротными и опорами колесными поворотными, на которой установлено указанное основание с литым столом, в котором выполнены пазы для крепления термоупрочняемой детали, излучатель выполнен монолитным, а его газоразрядные трубки скомпонованы в виде пакета из нескольких рядов, размещенных равномерно по окружностям его корпуса один внутри другого с созданием двух внешних колец из шестнадцати трубок в каждом и одного внутреннего из восьми трубок.

Технологический стол состоит из основания, тележки и литого рабочего стола с 9-ю Т-образными пазами для крепления обрабатываемых деталей.

Основание представляет собой сварную конструкцию в виде каркаса, выполненного из квадратных труб 80×80 мм и плит, шлифованных для базирования литого стола и всевозможных приводных механизмов.

Тележка, которая, также, как и основание, представляет собой сварную конструкцию в виде каркаса, выполненного из квадратных труб 80×80 мм и плит, шлифованных для базирования основания, литого стола и всевозможных приводных механизмов. Она имеет две опоры колесные неповоротные FCdn80 и две опоры колесные поворотные SCdn80 ф. "Транслайт" для перемещения стола и четыре опоры LV.A-80-24-M20x98 Code 304725 ф. "ФАМ" для его установки и выставки. Тележка закреплена к станине при помощи двух стяжек. Стол предварительно выставлен относительно направлений линейных перемещений при помощи опор и закреплен к станине.

В зависимости от габаритных размеров обрабатываемой детали для ее базирования данный узел может использоваться в следующих компоновках:

частей для обеспечения доступа при обслуживании лазера. Она крепится к двери в задней части ограждения, обеспечивающей доступ в зону обслуживания узлов с обратной стороны от рабочей зоны.

Выполнение излучателя монолитным обеспечивает жесткость и прочность конструкции излучателя.

Размещение газоразрядных трубок равномерно по цилиндрическим окружностям корпуса излучателя с созданием двух внешних колец по 16 трубок в каждом и одного внутреннего с 8-ью трубками обеспечивает равномерное распределение энергии по всей площади пятна.

Таким образом, конструктивные особенности комплекса АЛТКУ позволяют ему трансформироваться под любые габариты детали, благодаря разборным кабинету и рабочему столу, что расширяет технологические возможности комплекса. Комплектация комплекса многоканальным CO2 лазером, который имеет специализированную компоновку газоразрядных трубок в излучателе, выполненном монолитным способом, обеспечивает качественное лазерное излучение и качественную лазерную обработку.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

Фиг. 1 - схема поперечного сечения компоновки излучающих трубок излучателя;

Фиг. 2 - общая схема автоматизированного лазерного технологического комплекса (вид сверху);

Фиг. 3 - трансформируемый разборный технологический стол;

Фиг. 4 - пример ограждение в разобранном виде при обработке крупногабаритной детали.

Автоматизированный лазерный технологический комплекс термоупрочнения (АЛТКУ) содержит (фиг. 2):

1 - многолучевой CO2 лазер,

2 - холодильную машину для охлаждения лазера,

3 - станину,

4 - оптико-фокусирующую головку лазерную,

5 - систему транспортировки лазерного луча,

6 - стол технологический разборный,

7 - ограждение кабинетного типа,

8 - электрошкаф,

9 - система охлаждения оптики,

10 -рампа балонная,

11 - основание технологического разборного стола,

12 - тележку,

13 - литой рабочий стол,

14 - газоразрядные трубки излучателя.

Комплекс АЛТКУ основан на многоканальном CO2 лазере, который имеет специализированную компоновку газоразрядных трубок в излучателе, выполненном монолитным.

На поперечном сечении (фиг. 1) изображена компоновка излучающих трубок 14 излучателя, а именно: количество рядов трубок, их взаимная ориентация, количество трубок в рядах, создающих одинаково неравномерный уровень мощности по ширине дорожки при движении пятна излучения по обрабатываемой поверхности в разных направлениях.

Газоразрядные трубки 14 излучателя (на черт, не обозначен), выполненного монолитным, размещены равномерно по цилиндрическим окружностям корпуса с созданием двух внешних колец по 16 трубок в каждом и одного внутреннего с 8-ью трубками.

Стол технологический разборный 6 (фиг. 3), состоит из основания 11, тележки 12 и литого рабочего стола 13, с 9-ю Т-образными пазами для. крепления обрабатываемых деталей (фиг. 3).

Основание 11 представляет собой сварную конструкцию в виде каркаса, выполненного из квадратных труб 80×80 мм и плит, шлифованных для базирования литого рабочего стола 13 и всевозможных приводных механизмов.

Тележка 12, так же, как и основание 11, представляет собой сварную конструкцию в виде каркаса, выполненного из квадратных труб 80×80 мм и плит, шлифованных для базирования основания, литого стола и всевозможных приводных механизмов. Она имеет две опоры колесные неповоротные FCdn80 и две опоры колесные поворотные SCdn80 ф. "Транслайт" для перемещения стола и четыре опоры LV.A-80-24-M20x98 Code 304725 ф. "ФАМ" для его установки и выставки. Стол предварительно выставлен относительно направлений линейных перемещений при помощи опор и закреплен к станине.

Ограждение кабинетного типа 7 (фиг. 4), предназначено для ограждения зоны обработки комплекса. Основу ограждения составляют два соединенных между собой каркаса с боковыми панелями. Доступ в рабочую зону обеспечивается через две раздвижные двери. Г-образная форма дверей позволяет производить загрузку тяжелых заготовок при помощи подъемных механизмов. С правой стороны имеется дверь для выкатывания стола из зоны обработки. С левой стороны имеется шарнирная дверь, состоящая из двух частей для обеспечения доступа при обслуживании лазера. Она крепится к двери в задней части ограждения, обеспечивающей доступ в зону обслуживания узлов с обратной стороны от рабочей зоны.

Станина 3 представляет собой сварную конструкцию, залитую бетоном с обработанными поверхностями под направляющие стойки, привод и присоединительные элементы стола;

Оптико-фокусирующая головка 4 лазерная 2-х координатная, предназначена для транспортирования лазерного потока от конечного отражателя и перемещения пятна лазерного излучения относительно обрабатываемой детали;

Система транспортировки 5 луча в зону обработки представлена в составе 3х отражателей, принципиальных отличий между ними нет.

Отражатели предназначены для изменения траектории лазерного излучения и транспортируют его от лазера до линзы головки 2-х координатной;

Рампа баллонная 10, предназначена для установки рабочего и резервного баллонов с смесью газов CO2--N2-Не.

Управление комплексом осуществляется с пульта. Все органы управления и индикации относятся к устройству числового программного управления NC-310;

Термоупрочнение поверхностей деталей реализуется за счет технологии локального лазерного упрочнения путем перемещения пятна лазерного излучения многоканального CO2-лазера относительно поверхности обрабатываемой детали. Перемещение пятна лазерного излучения относительно обрабатываемой детали осуществляется с использованием трех линейных и двух круговых координат. Обрабатываемая деталь помещается на столе, выставляется соответствующим образом и крепится.

Конструктивные особенности автоматизированного лазерного технологического комплекса позволяют ему трансформироваться под любые габариты детали, благодаря разборному кабинету и технологическому столу, а оснащение комплекса многоканальным CO2 лазером, который имеет специализированную компоновку газоразрядных трубок в излучателе, выполненном монолитным способом, обеспечивает термоупрочнение наружных и внутренних поверхностей деталей без их оплавления, без изменений геометрических размеров и шероховатости.

Таким образом, реализация изобретения решает все поставленные автором задачи.

Источники информации

1. RU, 2397055, B23K 26/08, B23K 26/03, публ. 20.08.2010

2. RU, 2276694 C1,C21D 1/09, 20.05.2006

3. RU, 2305136 C1, C21D 1/09, 27.08.2007

4. RU, 2580350 С1, C21D 1/09, опубл. 10.04.2016.

Автоматизированный лазерный технологический комплекс для термоупрочнения детали, включающий многолучевой СО2 лазер, содержащий лазерный излучатель с газоразрядными трубками, оптико-фокусирующую головку, элементы транспортировки лазерного излучения в зону обработки детали и технологический стол для обрабатываемой детали, имеющий основание, отличающийся тем, что он снабжен разборным кабинетным ограждением зоны обработки детали, имеющим двери раздвижные Г- образной формы для доступа в зону обработки детали и загрузки деталей, и шарнирную дверь для обеспечения доступа при обслуживании лазера, при этом технологический стол выполнен разборным и имеет тележку с опорами колесными неповоротными и опорами колесными поворотными, на которой установлено указанное основание с литым столом, в котором выполнены пазы для крепления термоупрочняемой детали, причем излучатель выполнен монолитным, а его газоразрядные трубки скомпонованы в виде пакета из нескольких рядов, размещенных равномерно по окружностям его корпуса один внутри другого с созданием двух внешних колец из шестнадцати трубок в каждом и одного внутреннего из восьми трубок.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к устройствам для термической обработки и способам для термической обработки. Устройство содержит устройство для подачи термически обрабатываемой детали далее в направлении подачи вдоль линии прохождения термически обрабатываемой детали, нагревательное устройство, включающее нагревательную катушку, расположенную после устройства подачи в направлении подачи, и окружающее линию прохождения, охлаждающее устройство, которое расположено рядом с нагревательной катушкой так, что отсутствует зазор с нагревательной катушкой, после нее в направлении подачи и окружающее линию прохождения, устройство подачи газа, которое расположено перед нагревательной катушкой в направлении подачи, непосредственно соединяется с нагревательной катушкой и окружает линию прохождения, и которое включает в себя множество газовых отделений, образующихся за счет внутреннего разделения устройства подачи газа в направлении подачи детали и дополнительно содержащее эластичный герметизирующий элемент на краю отверстия, окружающего линию прохождения, предусмотренного в стенке, разделяющей множество газовых отделений устройства подачи газа.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения качества закалки деталей предусмотрена система закаливания разбрызгиванием с одним или несколькими разбрызгивающими закалочными кольцами, которые выпускают управляемый объем разбрызгиваемой закалочной среды на обрабатываемую деталь, пропускаемую через закалочные кольца.

Изобретение относится к способу формирования упрочненного приповерхностного слоя в процессе лазерной резки деталей из листовых легированных сталей. Осуществляют газодинамическое воздействие на зону реза потоком лазерного излучения в инфракрасной области спектра.

Изобретение относится к способу и устройству для термической обработки и упрочнения объектов сложной формы, таких как коленчатые валы. Для повышения качества обработки объектов сложной формы способ включает стадии проецирования пучка (1) энергии, такого как лазерный пучок, на поверхность объекта (1000), приведения в действие сканера (2) для повторяемого сканирования пучком (1) с целью перемещения первичного пятна (11) в соответствии с первым маршрутом сканирования для формирования на объекте действующего пятна (12) и перемещения указанного действующего пятна (12) относительно поверхности объекта (1000).

Группа изобретений относится к изготовлению конструктивных элементов из дуплексной стали с аустенитной фазой в форме зерен, включенной в ферритную матрицу. Порошкообразный исходный материал, изготовленный из дуплексной стали и содержащий аустенитную и ферритную фазы и дополнительные легирующие элементы, слоями наносят на носитель, каждый отдельный слой подвергают воздействию лазерного пучка и отверждают с обеспечением постепенного формирования конструктивного элемента.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения пониженной восприимчивости к разрушению стального пластинчатого элемента способ включает нагрев стального пластинчатого элемента до температуры, превышающей конечную температуру превращения аустенита, и последующее охлаждение со скоростью выше критической скорости охлаждения, затем локальный нагрев и охлаждение пластинчатого элемента с созданием второй области, имеющей твердость ниже твердости первой области пластинчатого элемента.

Техническое решение относится к вакуумным печам и способам охлаждения в их вакуумных камерах нагрева заготовок после нагревания и может быть использовано в различных технологических процессах для охлаждения заготовок изделий или материалов после их высокотемпературного нагревания в условиях вакуума.

Изобретение относится к области машино- и приборостроения, а именно к технологии формирования локальных покрытий системы Ti-Zr-(Ti,Zr)xOy на изделиях из титановых сплавов, и может быть использовано для защиты деталей, работающих в условиях повышенных температур, агрессивных сред и абразивного воздействия.

Группа изобретений относится к способам отжига металлоконструкций и устройствам для их осуществления. Способ включает нагрев металлоконструкции теплом, излучаемым электронагревателями, установленными внутри муфеля, который выполнен из негорючих материалов.

Изобретение относится к области термической обработки стальных деталей лазером с широким пятном излучения и может быть использовано в машиностроении для обеспечения высокой твердости и износостойкости поверхностного слоя стальных деталей.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерным технологическим установкам, предназначенным для молекулярно-лучевой эпитаксии при выращивании полупроводниковых структур в условиях сверхвысокого вакуума.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерным технологическим установкам, предназначенным для обработки изделий в условиях глубокого вакуума. Устройство содержит источник лазерного излучения, вакуумную камеру, герметичный ввод излучения в нее, координатный стол и систему программного управления.

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и касается способа формирования дефектов в объеме и на поверхности диэлектрика. Способ включает генерацию фемтосекундных лазерных импульсов в коротковолновом и длинноволновом диапазонах, определение пороговых энергий для каждого излучения, сведение двух сфокусированных импульсов, определение временной задержки длинноволнового импульса, воздействие на образец лазерными импульсами с найденными параметрами, контроль процесса создания дефектов.

Изобретение относится к установке для лазерной обработки внутренней поверхности изделия. Оптическая система установки содержит размещенные в стойке и штанге зеркала, линзу, отклоняющий элемент и защитное стекло, установленные на выходной части штанги в головке.

Изобретение относится к способу и устройствам для лазерной обработки и может быть использовано для расплавления, испарения или резки материла под действием лазерного излучения.

Изобретение относится к способу лазерно-плазменной сварки металлов и устройству для его осуществления. Изобретение может быть использовано для сварки металлов, таких как сталь и алюминий, комбинированным лазерно-плазменным воздействием.

Изобретение относится к автоматической сварке и наплавке неповоротных кольцевых стыков труб. Модуль содержит направляющий пояс, подвижную орбитальную каретку, установленную на направляющем поясе с возможностью перемещения вдоль направляющего пояса.

Изобретение относится к лазерной технике, конкретно к способам лазерной нейтрализации взрывоопасных объектов, и может быть использовано для бездетонационного обезвреживания мин, неразорвавшихся боеприпасов, других взрывоопасных предметов, далее - взрывоопасных объектов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля и управления технологическими процессами с применением лазеров, как-то сварки, селективной наплавки и селективного спекания-плавления, в том числе с использованием гальваносканеров.

Изобретение относится к технологии сварки и, в частности, к системе текущего контроля зоны сварки, которая содержит устройство для получения изображения зоны сварки, по меньшей мере один светофильтр, расположенный перед устройством для получения изображения зоны сварки, и устройство для освещения (подсветки) зоны сварки ультрафиолетовым излучением.

Изобретение относится к автоматизированному лазерному технологическому комплексу для термоупрочнения детали. Комплекс снабжен разборным кабинетным ограждением зоны обработки детали, имеющим двери раздвижные Г- образной формы для доступа в зону обработки детали и загрузки деталей, и шарнирную дверь для обеспечения доступа при обслуживании лазера. При этом технологический стол выполнен разборным и имеет тележку с опорами колесными неповоротными и опорами колесными поворотными, на которой установлено указанное основание с литым столом, в котором выполнены пазы для крепления термоупрочняемой детали, излучатель выполнен монолитным, а его газоразрядные трубки скомпонованы в виде пакета из нескольких рядов, размещенных равномерно по окружностям его корпуса один внутри другого с созданием двух внешних колец из шестнадцати трубок в каждом и одного внутреннего из восьми трубок. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей комплекса без увеличения габаритов и расширения производственных площадей, улучшении качества лазерного излучения и качества лазерной обработки. 4 ил.

Наверх