- •Введение
- •1. Технологии размерной лазерной обработки
- •1.1. Физические основы лазерной обработки
- •1.1.1. Актуальность применения лазерных технологий
- •1.1.2. Схема технологической лазерной установки
- •1.1.3. Физические основы работы лазера. Волоконные лазеры
- •1.1.4. Физическая модель лазерной обработки
- •1.1.5. Физические явления, ограничивающие качество лазерной обработки
- •1.2. Методы повышения качества лазерной обработки
- •1.2.1. Параметры технологических лазеров и лазерного излучения.
- •1.2.2.Влияние длительности и формы импульсов на качество лазерной обработки
- •1.2.3.Влияние оптической системы на качество и длительность лазерной обработки
- •1.2.4. Многоимпульсная обработка
- •1.2.5. Улучшение качества путем использования струи газа и струи воды
- •1.3. Лазерная резка металлов
- •1.3.1. Особенности и преимущества лазерной резки
- •1.3.2. Характеристики качества лазерной резки
- •1.3.3. Временно–энергетические характеристики типичного импульса и их влияние на качество лазерной резки металлов
- •1.3.4. Влияние оптической системы на лазерную резку
- •1.3.5. Обеспечение режима лазерной резки металлов с высоким качеством и разрешением
- •2. Деформация тонколистовых деталей в процессе лазерной резки
- •2.1. Термодеформационные процессы при лазерной резке тонколистовых деталей.
- •2.1.1. Неравномерный нагрев – причина возникновения напряжений
- •2.2. Используемое оборудование – комплекс лазерный fMark-20 rl.
- •2.2.1.Внешний вид и структура комплекса
- •2.2.2. Сканаторная система комплекса
- •2.2.3. Настройка комплекса для работы
- •2.3. Математическая модель и методика проведения измерений
- •2.3.1. Математическая модель получения изображения
- •2.3.2. Параметрический метод проектирования управляющих программ
- •2.3.3. Настройка оборудования для обработки по управляющей программе, составленной по параметрическому методу
- •2.4. Экспериментальное исследование тепловых деформаций тонколистовых изделий с различной насыщенностью конструктивными элементами.
- •2.4.1. Условия эксперимента
- •2.4.2. Эксперимент 1. Выбор оптимального режима обработки: эргономичность и скорость
- •2.4.3. Эксперимент 2. Выбор оптимального режима: точность и стабильность
- •2.4.4 Эксперимент 3. Связь насыщенности конструктивными элементами и деформаций.
- •2.5. Выводы
- •III. Обработка детали «прокладка контактная»
- •3.1. Проект модернизации технологического процесса детали типа «Прокладка контактная» с использованием лазерного комплекса
- •3.1.1. Существующая технология изготовления деталей типа «Прокладка контактная»
- •3.1.2. Модернизированный технологический процесс изготовления деталей типа «Прокладка контактная»
- •3.1.3. Преимущества предлагаемого технологического процесса
- •Заключение
1.2. Методы повышения качества лазерной обработки
1.2.1. Параметры технологических лазеров и лазерного излучения.
Наиболее важными параметрами лазеров являются:
Вид воздействия – непрерывный или импульсный;
Мощность излучения, P;
Длина волны, λ;
Длительность импульса, τ;
Частота следования импульсов, f;
Пространственные характеристики модовой структуры излучения;
Расходимость пучка, α.
Сперва рассмотрим, какой вид воздействия является более предпочтительным для лазерной микрообработки с энергетической точки зрения и с точки зрения качества.
С использованием формул для вычисления пороговой плотности мощности испарения в зависимости от тепловых параметров обрабатываемого материала и параметров лазерного луча можно показать, что средняя мощность лазерного излучения в импульсном режиме значительно выше, чем в непрерывном.
Для анализа влияния вида воздействия на качество обработки необходимо сделать вывод о его воздействии на поведение жидкой фазы.
Количество жидкой фазы пропорционально . Соответственно, минимальное количество жидкой фазы образуется при минимальной длительности импульса.
Количество жидкой фазы, удаляемой из зоны обработки (зоны реза) в ходе процесса за счет давления паров, должно быть максимальным, следовательно должно быть максимальным давление паров. Давление пара отдачи пропорционально , то есть обратно пропорционально длительности импульса.
Очевидно, что для достижения наивысшего качества обработки следует минимизировать время воздействия – продолжительности импульса.
Мощность излучения при обработке должна быть достаточной для расплавления обрабатываемого материала, то есть зависит от параметров обрабатываемого материала. Типичная необходимая мощность лазерного облучения составляет порядка 1кВт.
Длина волны должна лежать в области большой поглотительной способности материала, зависящей от оптических характеристик обрабатываемого материала. Для металлов – это длины волн видимой части спектра.
Длительность импульса, как было сказано выше, непосредственно влияет на качество лазерной обработки. От нее зависят следующие характеристики процесса лазерной обработки:
Глубина проплавленного слоя,
Величина давления отдачи паров,
Величина термомеханических напряжений,
Эффект экранирования падающего излучения парами
Стабильность размеров облучаемой площадки
Стабильность пороговой плотности мощности.
По всем этим причинам чем меньше длительность импульса, тем выше качество обработки (в пределах справедливости тепловой модели, до ).
Частота следования импульсов f влияет на температуру материала, которая меняется после окончания каждого импульса, и средняя температура может понижаться, но если частота следования больше , то изменения Т не будет наблюдаться, и, таким образом, результат воздействия будет зависеть только от мощности и энергии отдельных импульсов.
Также от f может зависеть экранирующий эффект падающего излучения, если .
Таким образом, наиболее важная роль частоты следования импульсов f состоит в ее прямом влиянии на производительность микробработки, выбор типичных технологических операций и экранирование зоны воздействия (при многоимпульсных или высокочастотных процессах).
К лазерам и лазерному излучению также предъявляются следующие требования:
Высокая однородность и стабильность параметров излучения,
Эффективность (кпд),
Высокие эксплуатационные характеристики: достаточный ресурс и надежность, минимальный размер и вес, простая конструкция.
Экономическая эффективность.