Математичне моделювання лазерного синтезу робочого шару абразивного інструмента

Abstract

В статті наведено результати програмного моделювання температурного поля, зумовленого впливом рухомого джерела енергії в процесі синтезу інструментального шару абразивного інструмента на основі надтвердих матеріалів (НТМ), яке було реалізовано методами скінчених різниць та Ньютона для розв’язання систем нелінійних рівнянь, а для знаходження значень температури на межі середовищ використано рівняння теплового балансу. Доведено, що застосований комплекс методів є дійсно дієвим і дозволяє достатньо коректно згенерувати характер змін температурного поля досліджуваного зразка. Виявлено, що розрідження вузлів адаптивної сітки на незмінних за температурою ділянках, є недостатнім, і це обумовлено неоднорідністю матеріалу покриття. На основі результатів моделювання здійснено обробку абразивних НТМ і доведено доцільність використання лазерного випромінювання для формування робочого шару абразивного інструменту. Дослідження в основному зосереджено на опроміненні зерен абразивів лазером з довжиною хвилі λ = 10,6 мкм. Статичну міцність зерен абразивних матеріалів вимірювали до та після лазерного опромінення за допомогою вимірювальної установки DA-2 за стандартною методикою. Як сполучний матеріал використовували порошки бронзи та нікелю. Їх змішували з зернами абразивного матеріалу і наносили на сталеві опорні пластини з наступним лазерним опроміненням сформованого шару. Для дослідження мікроструктури зразків поряд з локальним та інтегральним рентгенівським елементним аналізом використовували скануючу електронну мікроскопію (РЕМ). Детально досліджено взаємодію лазерного променю та зерен абразивних матеріалів та встановлено взаємозв’язки між основними технологічними параметрами та якістю композитів (довговічністю зерен, зносостійкістю та міцністю зв’язку). Запропоновану технологію може бути використано для виготовлення абразивних інструментів для обробки матеріалів, які широко використовуються в поліграфічній промисловості (сталі, сплави, композитні матеріали, кераміка), а також в інших галузях — авіа-, судно- та машинобудуванні.

Keywords

• лазерне випромінювання
• математичне моделювання
• абразивний інструмент
• алмаз
• кубічний нітрид бору