ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ТЕХНОЛОГИИ РАЗМЕРНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ 5

1.1. Физические основы лазерной обработки 5

1.1.1. Актуальность применения лазерных технологий 5

1.1.2. Схема технологической лазерной установки 6

1.1.3. Физические основы работы лазера. Волоконные лазеры 8

1.1.4. Физическая модель лазерной обработки 12

1.1.5. Физические явления, ограничивающие качество лазерной обработки 14

1.2. Методы повышения качества лазерной обработки 16

1.2.1. Параметры технологических лазеров и лазерного излучения. 16

1.2.2.Влияние длительности и формы импульсов на качество лазерной обработки 19

1.2.3.Влияние оптической системы на качество и длительность лазерной обработки 21

1.2.4. Многоимпульсная обработка 26

1.2.5. Улучшение качества путем использования струи газа и струи воды 28

1.3. Лазерная резка металлов 29

1.3.1. Особенности и преимущества лазерной резки 29

1.3.2. Характеристики качества лазерной резки 30

1.3.3. Временно–энергетические характеристики типичного импульса и их влияние на качество лазерной резки металлов 32

1.3.4. Влияние оптической системы на лазерную резку 33

1.3.5. Обеспечение режима лазерной резки металлов с высоким качеством и разрешением 33

2. ДЕФОРМАЦИЯ ТОНКОЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ 36

2.1. Термодеформационные процессы при лазерной резке тонколистовых деталей. 36

2.1.1. Неравномерный нагрев – причина возникновения напряжений 36

2.2. Используемое оборудование – комплекс лазерный FMark-20 RL. 37

2.2.1.Внешний вид и структура комплекса 37

2.2.2. Сканаторная система комплекса 39

2.2.3. Настройка комплекса для работы 40

2.3. Математическая модель и методика проведения измерений 41

2.3.1. Математическая модель получения изображения 41

2.3.2. Параметрический метод проектирования управляющих программ 44

2.3.3. Настройка оборудования для обработки по управляющей программе, составленной по параметрическому методу 46

2.4. Экспериментальное исследование тепловых деформаций тонколистовых изделий с различной насыщенностью конструктивными элементами. 48

2.4.1. Условия эксперимента 48

2.4.2. Эксперимент 1. Выбор оптимального режима обработки: эргономичность и скорость 50

2.4.3. Эксперимент 2. Выбор оптимального режима: точность и стабильность 54

2.4.4 Эксперимент 3. Связь насыщенности конструктивными элементами и деформаций. 58

2.5. Выводы 66

III. ОБРАБОТКА ДЕТАЛИ «ПРОКЛАДКА КОНТАКТНАЯ» 68

3.1. Проект модернизации технологического процесса детали типа «Прокладка контактная» с использованием лазерного комплекса 68

3.1.1. Существующая технология изготовления деталей типа «Прокладка контактная» 68

3.1.2. Модернизированный технологический процесс изготовления деталей типа «Прокладка контактная» 69

3.1.3. Преимущества предлагаемого технологического процесса 70

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72

Введение

Наука о лазерах и лазерной технологии является бурно развивающейся областью знаний. В последние годы сделаны открытия принципиально новых типов лазеров, обладающих высоким коэффициентом полезного действия, простых и удобных в эксплуатации, обеспечивающих высокую надежность и, таким образом, весьма пригодных для применения в различных отраслях промышленности. В результате этого существенно расширился диапазон выполняемых функций лазерной техники. В частности, одним из возможных применений лазерной техники на производстве является резка тонколистового металла.

Данная работа выполнялась на базе «ОАО «НПП «Радар ММС». На предприятии требовалось перевести детали из тонколистового материала на изготовление методом лазерной резки, подобрать и обосновать режимы резания, обеспечить эффективную работу оборудования и полное использование его мощностей.

Анализ литературы по данному вопросу позволил получить представление о теоретических основах и принципах работы лазерного оборудования, что, в свою очередь, дало возможность определить факторы, влияющие на качество лазерной обработки. Однако в литературе, как правило, в качестве оборудования для лазерной резки рассматриваются мощные лазерные комплексы с дополнительной функцией подачи воздуха или воды в зону резания, предназначенные для выполнения заготовительных работ.

В лазерном комплексе, который использовался при проведении исследований в рамках моей работы, используется маломощный волоконный лазер, предназначенный производителем для маркирования поверхностей. На предприятии, однако, предполагалось его применение для изготовления деталей типа «Прокладка контактная» методом лазерной резки. Следовательно, в работе требовалось учитывать отсутствие систем подачи газа для удаления расплавленного и испаренного материала из зоны обработки при резании металла и, соответственно, затрудненный отвод тепла в процессе обработки.

Для перехода на новую технологию изготовления деталей потребовалось разработать математическую модель получения изображения при обработке лазерным методом, описать параметрический метод написания управляющих программ, а также подобрать оптимальные режимы обработки, при которых обеспечивается требуемая точность, наблюдаются минимальные деформации. Помимо этого, было подготовлено предложение о модернизации технологического процесса изготовления деталей типа «Прокладка контактная», которое было успешно реализовано на производстве.

Диссертационная работа состоит из трех глав. В первой главе раскрываются теоретические основы лазерной обработки. Вторая глава посвящена описанию математической модели обработки и основанного на ней метода разработки управляющих программ, а также описанию экспериментов по подбору оптимальных режимов резания, отвечающих заданным критериям. Третья глава содержит практические рекомендации по внедрению данной технологии на производстве и описание ее преимуществ. В приложениях представлены чертежи деталей типа «Прокладка контактная» и примеры текстов управляющих программ.

Работа может представлять интерес для сотрудников предприятий, на которых производится или планируется внедрение технологий лазерной резки тонколистовых металлов.