Doctor of Sciences (Engineering), Head of the Laboratory of Laser-Induced Processes, professor of Chair “Mechanical Engineering Technology, Machines and Tools”
доктор технических наук, заведующий лабораторией лазерно-индуцированных процессов, профессор кафедры «Технология машиностроения, станки и инструменты»
engineer
инженер
Laser heat treatment is one of the effective methods to improve the operational characteristics of metal-cutting tools. In the practice of laser hardening, there are several methods to select treatment mode: experimental, calculated, and according to reference data. The finite element method is promising for estimating the treatment zone parameters, and its application is the most in-demand for calculating the temperature field of a geometrically complex tool. When organizing the hardening process, the selection and setting of processing modes for the cutting wedge tip are the most difficult. In this regard, the solution for the multifactorial problem of optimizing the hardening scheme of an area near the tool tip is relevant when designing and automating the process of blade tool laser hardening. Using the finite element method in the ANSYS Workbench software, the authors carried out the numerical experiments to optimize the laser hardening scheme of the tool cutting wedge tip on the example of an instrument with a wedge angle equal to 60°. The paper considers three variants of the hardening scheme. The first variant is the implementation of multiple processing of an area adjacent to the tool tip. The second one consists of alternate movement of laser treatment spots along the cutting edges within the tool tip area. According to the third variant, the treatment spots were sequentially located along the bisector of an angle at the tool tip. The study showed that, according to the maximum depth criterion, an optimal hardening scheme is a scheme, which consists of alternate movement of laser treatment spots along the cutting edges in the tool tip area. In this case, the hardening zone characteristics are ensured that exceed similar values describing the hardening zone for other laser treatment options for the tool cutting wedge tip.
Лазерная термообработка является одним из эффективных методов повышения эксплуатационных характеристик металлорежущего инструмента. В практике лазерного упрочнения существует несколько методов выбора режима обработки: экспериментальный, расчетный, по справочным данным. Перспективным для оценки параметров зоны обработки является применение метода конечных элементов, использование которого наиболее востребовано для расчета температурного поля сложнопрофильного инструмента. При организации процесса упрочнения наиболее сложными являются выбор и назначение режимов обработки вершины режущего клина. В связи с этим решение многофакторной задачи оптимизации схемы упрочнения области около вершины инструмента актуально при проектировании и автоматизации процесса лазерного упрочнения лезвийного инструмента. В работе методом конечных элементов в программе ANSYS Workbench на примере инструмента с углом заострения 60° проведены численные эксперименты по оптимизации схемы упрочняющей лазерной обработки вершины режущего клина инструмента. Рассмотрено три варианта схемы упрочнения. Первый из них заключается в реализации многократной обработки области, примыкающей к вершине инструмента. Второй состоит в попеременном перемещении пятна лазерной обработки вдоль режущих кромок в области вершины инструмента. Согласно третьему варианту пятна обработки последовательно располагались вдоль биссектрисы угла при вершине инструмента. Показано, что по критерию максимальной глубины оптимальной является схема упрочнения, заключающаяся в попеременном перемещении пятна лазерной обработки вдоль режущих кромок в области вершины инструмента. В этом случае обеспечиваются характеристики зоны упрочнения, превосходящие аналогичные величины, описывающие зону упрочнения для остальных вариантов лазерной обработки вершины режущего клина инструмента.