Характеристика технологии лазерного термоупрочнения

Лазерное термическое упрочнение - это процесс, при котором тонкий поверхностный слой обрабатываемого материала нагревается с помощью луча лазера до температур выше температуры структурно-фазовых превращений (но не выше температуры плавления), после чего охлаждается со сверхвысокими скоростями за счет быстрого отвода тепла в основную массу материала. В этих условиях материал поверхностного слоя подвергается автозакалке. Процесс лазерного упрочнения больших поверхностей наиболее эффективно реализуется с использованием непрерывного излучения.

3.2. Описание модели лазерного термоупрочнения

Математическая модель создана с помощью детерминированного метода и описывает стационарное трехмерное температурное поле в параллелепипеидальной окрестности движущегося поверхностного нормально распределенного теплового источника (рис.6) и выражается дифференциальным уравнением теплопроводности в частных производных.

Входными данными модели являются теплофизические свойства материала детали (плотность r; функция удельной теплоемкости С_р и коэффициента теплопроводности l в зависимости от температуры), параметры теплового источника (скорость движения V _луча, плотность теплового потока в центре пятна нагрева q _о, диаметр луча d _луча), а также координата оси луча Z, начальная температура детали Т _о, коэффициент теплоотдачи на боковой и нижней границах расчетной области b.

Выходными данными являются параметры источника (мощность Q, коэффициент сосредоточенности k), поля температур Т = f(Х₁, Х₂, Х3, t) и скоростей нагрева/охлаждения V_T = f(Х₁, Х₂, Х3, t).

Исходные данные для выполнения задания №2 включают: теплофизичесикие характеристики материала детали, диаметр луча d _луча., скорость движения луча V _луча, коэффициент перекрытия пятен нагрева K_п, значение глубины очага деформации h_s=1,25 d_отп., для режима, выбранного в п. 4 порядка выполнения задания №1, длина L и ширина H пластины (детали).

Задача: Определить режимы лазерного термоупрочнения при заданных параметрах лазерного луча (V _луча и d _луча), обеспечивающие формирование упрочненных слоев максимальной толщины и толщиной, равной значению глубины очага деформации h_s, рассчитать режимы и основное время обработки.

Порядок выполнения:

1. Используя заданные значения V _луча и d _луча, определить режимы лазерного термоупрочнения, обеспечивающие формирование упрочненного слоя максимальной толщины; рассчитать максимальную толщину упрочненного слоя, рассчитать диаметр пятна нагрева (см. файл «Grafics_3.xls»).

2. Определить режимы лазерного термоупрочнения, обеспечивающие формирование упрочненного слоя толщиной, равной значению h_s, рассчитать диаметр пятна нагрева.

3. Построить графики изменения температуры поверхности детали (см. файл «Grafics_3.xls») для центрального сечения (Х1 = 0) (рис.8) для режимов, определенных в п.1 и п.2.

4. Рассчитать значение подачи S _Д при заданном коэффициенте перекрытия пятен нагрева (K_п) и диаметре пятна нагрева(d _{пятна нагрева}), определенного в п.2:

[мм/ход]. (10)

5. Рассчитать основное время (мин.) лазерного термоупрочнения поверхности пластины (длина пластины – L = 100 мм., ширина – H):

[мин.]. (11)

6. Сделать выводы о полученных результатах

7. Оформить в пояснительной записке в следующие разделы:

3. «Оценка характеристик качества поверхностного слоя при лазерном термоупрочнении»