Obrabotka Metallov 2015 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (66) 2015 28 ТЕХНОЛОГИЯ CAD-модели [4, 5]. Наряду с преимуществами данной технологии выявлено, что получаемое качество изделий на установках быстрого про- тотипирования в ряде случаев не соответствует целям изготовления даже с рекомендуемым по- рошком и на заданных режимах спекания для конкретной установки. Развитие технологии идет по пути внедрения новых порошковых материалов и определения рациональных технологических режимов фор- мирования поверхностного слоя заданного каче- ства, улучшения физико-механических свойств изделий, повышения качества и точности фор- мируемых изделий [6, 7]. Создание функцио- нального изделия возможно только в определен- ном диапазоне лазерного воздействия, который подбирается экспериментально для нового по- рошкового материала, а на точность прототипа значительное влияние оказывает толщина слоя [8, 9, 10]. Определение значений толщины единичного спеченного слоя является сложной задачей. Если спеченный слой имеет недостаточную толщину, то возникают сложности с нанесением следую- щего слоя порошка из-за возможности разруше- ния предыдущего. Увеличение толщины слоя наносимого порошка приводит к расслоению изделия после спекания [11]. Толщина слоя ока- зывает влияние и на качество боковой поверхно- сти, имеющей ступенчатый вид. Высота каждой ступеньки примерно равна толщине спеченного слоя. Режимы спекания необходимо назначать таким образом, чтобы изделие получилось тре- буемых размеров в пределах допуска заданного качества. Необходимо знать толщину спеченного единичного слоя и при рассечении CAD-модели на слои. В патенте на изобретение 2262741 РФ [12] предложен метод высокой точности разбие- ния виртуальной объемной модели будущего из- делия на слои, толщиной меньше поля допуска на номинальный профиль поверхности модели, при этом номинальный профиль поверхности модели проходит через среднюю линию попереч- ных слоев, и получают фактический профиль. Толщина слоя назначается в диапазоне Z min ≤ Z ≤ Z max , (1) где Z min и Z max – минимальная и максимальная толщина слоя соответственно, которую можно получить на технологическом оборудовании. Целью данной работы является установление пределов, в которых можно изменять толщину Z спеченного поверхностного слоя из кобальт­ хроммолибденового порошка за счет изменения технологических режимов лазерной обработки. Методика экспериментального исследования Эксперименты проводились по лазерному спеканию кобальтхроммолибденового порош- ка DSK-F75. Химический состав порошка: ко- бальт – 66,4 %, хром – 28 %, молибден – 3 %, кремний, марганец, никель, углерод – менее 1 %. Этот класс сплавов характеризуется хорошими механическими свойствами (прочностью, твер- достью и пр.), коррозионной и температурной стойкостью. Рассматриваемый материал при- меняется для создания изделий, функционирую- щих при высоких температурах. Экспериментальная установка состоит из ит- тербиевого волоконного лазера ЛК-100-В (длина волны 1,07 мкм), трехкоординатного стола, пер- сонального компьютера, системы ЧПУ и ориги- нального программного обеспечения [13]. Результаты и обсуждения Поисковые эксперименты показали, что ос- новными параметрами режима, оказывающими наибольшее влияние на толщину спеченного слоя, являются мощность лазерного излучения, скорость перемещения луча лазера, шаг скани- рования, предварительная температура подогре- ва порошкового материала. Создание математической модели толщи- ны спеченного поверхностного слоя от режи- мов спекания позволяет управлять процессом с целью получения качественного изделия. Для создания математической модели зависимости толщины спекаемого слоя от режимов спекания проведен четырехфакторный эксперимент [14]. Уровни и интервалы варьирования выбирались по результатам предварительных поисковых экс- периментов таким образом, чтобы спеченный об- разец обладал некоторой прочностью и не рассы- пался от прикосновения. Для этого мощность Р изменялась от 10 до 20 Вт, скорость перемещения лазера V от 100 мм/мин до 300 мм/мин, темпера- тура порошкового материала t от 26 до 200 ° С, шаг сканирования s от 0,1 до 0,15 мм (рис. 1).