Современные технологии металлообработки в Физико-техническом институте НАН Беларуси А.И.Гордиенко, И.Л.Поболь A.Y. Y.L. ул. Купревича, 10 220141 Минск. - презентация

1 Современные технологии металлообработки в Физико-техническом институте НАН Беларуси А.И.Гордиенко, И.Л.Поболь A.Y. Y.L. ул. Купревича, Минск Тел./ факс: /

2 2 ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - упрочнение, сварка, резка – Точная резка металлов и неметаллических материалов по любому, заданному программой контуру, с точностью до 0,2 мм: сталь толщиной до 5 мм (в том числе с покрытиями) пластики до 20 мм дерево, фанеру, ДСП до 30 мм кожу, текстиль и др. (в том числе пакетная резка) Габариты вырезаемого изделия – до 1,5 х 2,0 m х 2.0 m

3 ИОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ экологическая чистота простота управления и возможность автоматизации процесса высокая воспроизводимость результатов низкая температура процесса высокая производительность неизменность размеров и микротопографии поверхности возможность локальной обработки детали со сложным рельефом поверхности 3 компактность и невысокая стоимость оборудования энергия легирующих ионов – 1 – 3 кэВ плотность ионного тока – 1-10 мА/см 2 температуры обработки – К стоимость детали повышается на % глубина модифицированного слоя до 150 мкм высокая износа- и коррозионная стойкость – 1 – 3 – 1-10 / – K % 150

4 4 Участок металлизации рулонных материалов на полимерной и бумажной основах Производительность при односменной работе, т/месяц до 20 Максимальная ширина обрабатываемой пленки, мм 1050 Диаметр рулона пленки, мм 400 Толщина обрабатываемых материалов, мкм Линейная скорость перемотки, м/с 1-10 / / 1-10

5 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - сварка, пайка, упрочнение - Основаны на обработке материала концентрированным источником энергии. Кинетическая энергия электронов, сфокусированных в луч диаметром 0,1-1 мм, выделяется при их торможении. Электронный луч с мощностью 1-15 к Вт обеспечивает сварку за один проход металлов толщиной 1-50 мм с минимальными деформациями, максимальными механическими характеристиками и прочностью Сталь 20ХН3А, глубина 15 мм 20ХН3А, 15 Инструмент из алмазно- твердосплавных пластин и КНБ CВАРКА

6 ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛС Повышение производительности труда до 800% 800% Экономия материалов до 30% 30% Уменьшение монтажного времени на 40-80% 4080% Повышение скорости сварки более чем на 100% 100% Повышение экономичности защиты до 35 раз 35 Снижение количества деталей в узле Cрок окупаемости оборудования - 1 – 1,5 года – ДУГОВАЯ СВАРКА q ~ 10 3 – 10 4 Вт/см 2 Глубина S ~ 0,3-5 мм Глубина / ширина ~ 1 : 1 Энергия на единицу длины ~ 5-10 у.е. q W/cm2 S / ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА q ~ 10 5 – 10 6 Вт/см 2 Глубина S ~ 0,1-400 мм Глубина / ширина ~ 5 : 1 – 50 : 1 Энергия на единицу длины - 1 у.е. q W/cm2 S /

7 ПРИМЕНЕНИЕ НА УП «ММЗ» ИНСТРУМЕНТА С ПОЛИКРИСТАЛЛИ-ЧЕСКИМИ АЛМАЗАМИ (ПКА) ДЛЯ ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБОТКИ СПЛАВА АК12М2МгН (АЛ25) АК12М2МгН AL25 Резцы с режущей частью из ПКА «Compax» и «Syndite» изготовлены электронно-лучевой пайкой. Испытания резцов при окончательной обработке пальцевого отверстия и канавок в поршне В (АЛ25, ГОСТ , 90НВ min). Обработка по режимам заменяемых резцов с из ВК6 при S=260 мм/мин; n=2600 об/мин; V=310 м/мин. «Compax» «Syndite» В AL25, , 90НВ min ВК6 S=260 / n=2600 / V=310 / Разброс показаний размера Ø мм не превышал 0,004 мм, средняя шероховатость обработанной поверхности – Ra 0,44 мкм (по чертежу – Ra 0,63 мкм). Размерная стойкость резцов до переточки - в среднем деталей, т.е. более, чем в раз выше, чем стойкость резцов с пластинами из ВК6 Ø mm – Ra Ra 0.63 – ВК

8 Разработан, запатентован и внедрен на СЗОС (г. Сморгонь) высокопроизводительный технологический импульсный катодно-дуговой источник плазмы (патенты РФ , , , , , , 1994 г.) СЗОС , 1994 ) Технические характеристики источника: Потребляемая мощность, к Вт 2,5 Емкость батареи конденсаторов, мкФ Напряжение разряда, В Ток разряда в импульсе, A Длительность импульса разряда, мк с Частота следования импульсов, Гц Диаметр катода, мм 30 Максимальна скорость осаждения в импульсе на расстоянии 30 см, мкм/мин Ti1, АПП углерода 2, Вес, кг 15 Габаритные размеры, см , cm / Ti КАТОДНО-ДУГОВОЙ ИСТОЧНИК ПЛАЗМЫ

9 Свойства алмаза и алмазоподобных углеродных (АПУ) пленок Свойства Алмазные СVD – пленки СVD Водородосодерж ащие пленки - С:Н -С:Н Пленки из дугового разряда t -C t -C Природный алмаз (тип II) ( II) Микротвердость, ГПа GPa Модуль Юнга, ГПа GPa Плотность, г/см 3 / 3,51,8-2,42,4-3,43,52 Коэффициент трения, 0,05-0,030,05 Удельное сопротивление, Омсм до Теплопроводность, Вт/мК W/m.K ,2-0, Показатель преломления ( = 583 нм) ( = 583 ) 2,4-2,451,7-2,32,4-2,72,44

10 Морфология поверхности Carbon plasma source Titanium plasma source Argon plasma source Толщина пленки 170 нм 170 nm Ra = 0,15 нм Ra = 0.15 nm Rq = 0,19 нм Rq = 0.19 nm Rz = 3,49 нм Rz = 3.49 nm Толщина пленки 500 нм 500 nm Ra = 1,46 нм, Ra = 1.46 nm Rq = 1,88 нм, Rq = 1.88 nm Rz = 14,52 нм Rz = 14.52nm А Б Осаждение ацетилена приводит к росту шероховатости поверхности. На микроуровне пленка остается высоко гладкой (параметры шероховатости пленки па порядок ниже параметров шероховатости 14 класса чистоты поверхности). 14 Рельеф поверхности АПУ пленки на полированном кремнии, полученной при напряжении разряда 350 В в вакууме (А) и давлении ацетилена 0,6 Па (Б) 35 (А) 0.6 (B) КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД (PVD – CVD) ПОЛУЧЕНИЯ АПУ ПЛЕНОК (PVD – CVD)

11 СВОЙСТВА АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК Твердость и модуль Юнга АПУ пленки толщиной 1,2 мкм на подложке твердого сплава WC-Co HV = 8500 (85 ГПа), E = 950 ГПа Спектр комбинационного рассеяния света D-пик: cm -1 G-пик: cm -1 I D /I G = 0.15 D cm-1 G cm-1 ID/IG = 0.15 АСМ изображение поверхности АП У пленки на полированном кремнии Ra = 0.19 нм, Rq = 0.34 нм, Rz = нм АСМ Ra = 0.19 nm, Rq = 0.34 nm Rz = nm Характеристики АПУ пленок Плотность, г./см 3 2.8…3.0 Толщина, нм 50…2500 Твердость, ГПа 60…85 Шероховатость Ra, нм 0.2…0.5 Модуль Юнга, ГПа 650…950 Коэффициент трения 0.1…0.4 Термостабильность, C до 300…350 g./cm nm GPa Ra nm GPa ° C

12 Режущий инструмент Фрезы Фрезы по обработке Древесины Метчики Увеличение времени эксплуатации режущих инструментов в 1.5…5 раз Сверла ПРИМЕНЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

13 Твердосплавные микросверла и фрезы Отчет об испытаниях RT RT 0.6´3.5 Цель : Определить время службы фрез: 0,6 3.5 мм 0.6´3.5 Условия испытаний : Число оборотов – мин -1, Скорость подачи – 8 мм/с - 8 / Зачетные требования Длина резания – 6 м, - 6 Отсутствие заусенец на канавке резания Результаты испытаний Дата Номер серии Номер тестирования Длина резания без заусениц Поломка фрез м Нет 27,5 м Нет 38,8 м 8,9 м поломка ,3 м поломка м, Нет 37 м 8,7 м поломка 8.7 Заключение Фрезы 0.6*3.5 из серии 2 прошли все испытания и параметры осаждения алмазоподобных углеродных покрытий для этой серии могут быть рекомендованы для фрез указанного размера 2 0.6*3.5 ПРИМЕНЕНИЕ АЛМАЗОПОДОБНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК

14 Литейные формы для пластмасс B Применение АПУ покрытий обеспечивает: Увеличение срока эксплуатации > 2- 3 раза > 2- 3 Отсутствие прилипания пластмассы к форме Более высокое качество поверхности деталей ПРИМЕНЕНИЕ АЛМАЗОПОДОБНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК

15 Детали часов X20 DLC cmcm ПРИМЕНЕНИЕ АЛМАЗОПОДОБНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК Антифрикционные алмазоподобные углеродные покрытия на осях грибов шестерен часовых механизмов, полученные по PVD технологии (А) и декоративные биологически индифферентные покрытия на корпусах и браслетах часов, полученные по комбинированной PVD-CVD технологии (Б) PVD (А) PVD-CVD B А Б

16 Корпуса искусственных клапанов сердца (А) и ИКС в сборе (A1), Фиксатор - эндокорректор позвоночника (B) Ротор искусственного левого желудочка сердца (С). (А) (A1), (B) (С) C B A A1 БИОСОВМЕСТИМЫЕ ПОКРЫТИЯ НА МЕДИЦИНСКИХ ИМПЛАНТАТАХ

17 МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА МАГНИТОИМПУЛЬСНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ Силовой, тепловой и электрофизические эффекты взаимодействия магнитных полей с материалами многофункциональность гибкость высокое качество минимальные затраты энергии, материалов и труда 17 Снижение затрат энергопотребления до 3 раз на штамповую оснастку до 10 раз сроков подготовки производства до 5 раз