способ термической обработки дисков пил горячей резки проката

Формула изобретения

Способ термической обработки дисков пил горячей резки проката, включающий нагрев поверхности зуба пилы под закалку, отличающийся тем, что нагрев осуществляют лучом лазера, при этом луч лазера направляют перпендикулярно режущей кромке зуба и перемешивают в направлении от задней кромки зуба к режущей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки металлов концентрированными источниками энергии и может быть использовано для повышения износостойкости дисков пил.

Известен способ термической обработки дисков круглых пил [1], включающий закалку, отпуск и создание напряженного состояния с различной степенью отпуска периферийной и центральной зон путем совмещения операций отпуска и создания напряженного состояния, при этом нагрев и выдержку закаленного диска при отпуске выполняют в осесимметричном неравномерном по радиусу температурном поле, периферийная зона которого шириной 0,01 - 0,2 радиуса диска имеет температуру на 10 - 100^oC выше температуры центральной зоны.

Недостатком такого способа является то, что он не обеспечивает высокой износостойкости дисков пил поскольку используемое температурное поле является осесимметричным и не обеспечивает достаточного градиента температуры для выделенной закалки режущих кромок зубьев пилы.

Наиболее близким является способ упрочнения пилообразного режущего инструмента [2], включающий нагрев поверхности зуба пилы под закалку плазменной струей, причем плазменную струю направляют со стороны вершины зуба в направлении, составляющем с передней кромкой зуба угол 25 - 40^oC.

Недостаток данного способа заключается в том, что он также не обеспечивает высокой стойкости дисков пил. Это объясняется тем, что в данном способе не обеспечивается высокая глубина закаленного износостойкого слоя, особенно в областях зуба пилы, особенно подверженных граничному трению.

Задачей настоящего изобретения является повышение стойкости дисков пил горячей резки проката.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термической обработки дисков пил горячей резки проката, включающем нагрев поверхности зуба пилы под закалку, согласно изобретению, нагрев осуществляют лучом лазера, при этом луч лазера направляют перпендикулярно режущей кромке зуба и перемещают в направлении от задней кромки зуба к режущей.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что нагрев под закалку осуществляют лучом лазера, при этом луч лазера направляют перпендикулярно режущей кромке зуба и перемещают в направлении от задней кромки зуба к режущей.

Заявляемое техническое решение на настоящее время не известно в Российской Федерации и за рубежом и отвечает требованиям критерия "Новизна".

При анализе на критерий "Изобретательский уровень" не обнаружено источников информации, указывающих на известность решения, использованного по функциональному назначению и поставленной задаче изобретения.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

Предлагаемый способ термической обработки дисков пил 3 горячей резки проката включает нагрев поверхности зуба пилы 1 под закалку движущимся в плоскости пилы относительно зуба лучом 2 технологического лазера. При этом траекторию движения лазерного пятна выбирают перпендикулярно режущей кромке зуба и в направлении от задней кромки к режущей.

Предлагаемый способ термической обработки дисков пил горячей резки проката основан на том, что при движении лазерного пятна от одной кромки пилы к противоположной участок локального лазерного нагрева движется с запаздыванием как по времени, так и по положению относительно контура пятна лазерной засветки. В начальный момент цикла обработки зуба участок локального разогрева образуется на кромке зуба, которой коснулось лазерное пятно, при этом положение этого участка совпадает с положением пятна лазера. При движении пятна, по мере удаления его от кромки зуба, участок локального нагрева начинает отставать от контура пятна лазерной засветки, что обусловлено конечной теплопроводностью материала диска пилы. Движение лазерного пятна в области зуба, удаленной от его кромок, сопровождается образованием термических зон глубиной сходной по величине для процесса продвижения лазерного пятна по плоскости полубесконечного тела. По достижении лазерного пятна второй кромки зуба (кромки в направлении которой пятно движется) происходит дополнительный разогрев участков вблизи кромки за счет краевого эффекта. Также из-за наличия края общий эффект отвода тепла от участка нагрева падает и в области зуба, непосредственно примыкающей к его второй кромке, происходит как увеличение степени термического воздействия, так и увеличение его глубины. Увеличение глубины термического воздействия приводит к смещению вглубь области аустенизации стали при нагреве ее под закалку и, следовательно к увеличению толщины закаленного слоя.

В новом техническом решении движение лазерного пятна выбирают по направлению к режущей кромке зуба, поэтому в области вблизи этой кромки обеспечивается повышенная глубина закаленного слоя. Учитывая, что передняя кромка зуба пилы в большей степени подвергается трению износа, закалка ее на повышенную глубину, в результате предлагаемого способа, приводит к общему повышению износостойкости пил горячей резки проката.

Проведенное на ЭВМ моделирование процессов распространения тепла при движении пятна лазерной засветки по поверхности зуба пилы показало, что глубина проникновения изотермы аустенизации стали на кромке зуба, в направлении к которой движется пятно, в 1,5 - 1,7 раза больше, чем глубина проникновения изотермы аустенизации в области противоположной кромки, и в 1,2... 1,5 раза больше, чем в области между кромками, при типовых, для лазерной закалки, значениях мощности лазерного излучения, размерах лазерного пятна и скорости его движения.

Указанное распределение глубины закаленного слоя зуба пилы может быть создано следующим образом. На поверхности зуба формируется, движущееся со скоростью 20 мм/с, пятно лазерной засветки диаметром 4 мм от технологического CO₂-лазера мощностью излучения 1 кВт. При обработке пилы направление движения пятна лазерной засветки выбирают таким образом, чтобы после прохождения зазора между зубьями пятно касалось зуба со стороны задней, нерабочей кромки и покидало зуб со стороны передней, режущей кромки.

Использование предлагаемого способа термической обработки позволяет повысить стойкость дисков пил горячей резки проката, так как повышенная глубина закаленного слоя непосредственно в области режущей кромки зуба пилы увеличивает продолжительность работы ее в условиях трения износа.

Дополнительным достоинством заявляемого способа термоупрочнения дисков пил является его высокая технологичность и несложность, поскольку для достижения положительного эффекта используется только один технологический параметр - направление движения пятна лазерной засветки.

Таким образом, заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу.

Техническое решение может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "Промышленная применимость".