В Российской Федерации многие инновационные технологии и оборудование, первоначально разработанные для военных нужд, впоследствии нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Это касается и лазерных технологий.
Первые научные исследования и практические разработки в области лазеров начались в 1960-х годах в таких областях, как военная, космическая и электронная промышленность. На этом этапе были созданы лазерные установки, предназначенные для выполнения операций по резке, сварке, маркировке и упрочнению материалов.
В настоящее время лазерное упрочнение активно используется в различных отраслях промышленности, включая военную и гражданскую. В ряде случаев этот метод является единственно возможным для повышения эксплуатационных характеристик деталей.
Одной из ключевых задач современного машиностроения является повышение прочности и долговечности изделий. Значительное количество отказов оборудования происходит из-за износа поверхностей трения.
Методы упрочнения материалов можно классифицировать на две основные группы: объемная закалка и поверхностная обработка. Объемная закалка является наиболее распространенной технологией, однако она обладает рядом недостатков, таких как высокая стоимость, длительность процесса и возможные деформации деталей.
В последние годы в машиностроении наблюдается тенденция к переходу на методы поверхностного упрочнения, которые позволяют повысить твердость поверхности при сохранении вязких свойств сердцевины детали. Это обеспечивает высокую износостойкость и долговечность изделий.
Одним из методов поверхностного упрочнения является закалка с использованием токов высокой частоты (ТВЧ). Этот метод отличается высокой скоростью обработки (глубина упрочненного слоя составляет 2-5 мм, твердость до 60 HRC), однако он также имеет свои недостатки, такие как возможность деформаций деталей и износ инструмента.
Лазерная обработка представляет собой бесконтактный метод упрочнения, который легко автоматизируется. Этот метод не требует специального оборудования для каждой детали и не требует использования охлаждающей среды. Лазерная обработка позволяет избежать оплавления острых кромок, однако она менее производительна по сравнению с ТВЧ-закалкой и не подходит для массового производства.
Внедрение новых технологий в оборонной промышленности является сложным процессом, требующим тщательной проверки на этапе разработки новых изделий.
Статья описывает результаты исследований и практических работ по лазерному упрочнению деталей, проводимых на предприятиях оборонной промышленности. Целью этих работ является повышение износостойкости и долговечности изделий, а также улучшение производственных процессов и эксплуатационных характеристик продукции.
Экспериментальные исследования проводились на деталях двигателей, трансмиссий и ходовой части гусеничных машин. Например, для повышения износостойкости деталей двигателей из стали марки 38Х2НМЮА была применена лазерная обработка вместо традиционного азотирования. Глубина упрочненного слоя составила до 1,5 мм, твердость - 48-52 HRC, при этом время обработки одной детали заняло 2,5 минуты.
Также были проведены работы по упрочнению нажимных дисков трансмиссий. Глубина упрочненного слоя составила 0,3 мм, твердость - 54-58 HRC, при этом износостойкость дисков увеличилась в 3,5-4 раза по сравнению с исходным состоянием. Время обработки составило 2 минуты.
Совместно с Научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИтрансмаш) была разработана технология повышения жесткости и прочности дисков трения методом лазерного армирования. Лазерный луч наносился на обе поверхности диска, что создавало специальный рисунок. Глубина упрочненного слоя составила 0,5-0,8 мм, твердость - 52-54 HRC, что позволило повысить устойчивость дисков против коробления и усадки.
Лазерная обработка колец включения позволяет равномерно повысить твердость по окружности, что особенно важно для деталей, контактирующих с шариками. Этот метод минимизирует деформации деталей и снижает процент брака, что позволяет использовать более дешевые марки стали, такие как 38ХС, 45Х и 45ХН.
Еще одним примером применения лазерной обработки является упрочнение зубчатого обода поворотного колеса корабельной пушки. Лазерное упрочнение обеспечивает глубину упрочненного слоя 1-1,3 мм и повышает твердость, что значительно увеличивает долговечность детали.
Лазерная закалка скобы из стали марки 38ХС позволяет увеличить ресурс гусеничного двигателя на 30%. Глубина упрочненного слоя составила 1,5-2,5 мм, твердость - 48-56 HRC.
Лазерная обработка брони из стали марки 2П позволяет повысить ударную прочность на 30%. Глубина упрочненного слоя достигает 2,5 мм, твердость - 48-52 HRC, при этом производительность составляет 150-200 см² в минуту.
Для ремонтных предприятий Министерства обороны была поставлена лазерная установка, предназначенная для упрочнения и восстановления деталей. Подобные установки также были внедрены в Академии тыла и транспорта, что позволит оснастить судоремонтные и авторемонтные предприятия лазерными комплексами для упрочнения деталей.
Развитие волоконных и диодных лазеров высокой мощности делает лазерное упрочнение более доступным и открывает новые возможности для его применения в различных отраслях промышленности.
Дальнейшее развитие специализированных лазерных комплексов нового поколения будет способствовать расширению областей применения лазерного упрочнения и повышению его эффективности в различных отраслях промышленности.
