Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Огляд проблематики і технічне вирішення лазерної різки тонколистових металів та їх сплавів
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Обладнання
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Тема : Огляд проблематики і технічне вирішення лазерної різки тонколистових металів та їх сплавів.
Зміст:
1. Різка металів. Огляд різних методів різки
1.1 Гідроабразивна різка
1.2 Киснева різка
1.3 Плазмова різка
2. Лазерна різка
2.1 Загальна теорія лазерної різки металів
2.2 Механізми подачі лазерного випромінювання в зону різки
2.2.1 Лазерні різаки
2.3 Обладнання для лазерної різки
3. Лазерна різка тонколистових металів
3.1 Проблематика різання тонколистових металів та їх сплавів
4. Висновок
5. Список використаної літератури
Вступ
Широке застосування в промисловості отримали різні механічні методи розділення металів, в першу чергу різання стрічковими пилками, фрезами та ін. У виробництві використовуються різноманітні верстаки загального та спеціального призначення для розкрою листових, профільних і інших заготовок з різних металів і сплавів. Однак при багатьох достоїнствах цього процесу існують значні недоліки, пов'язані з низькою продуктивністю, високою вартістю ріжучого інструменту трудністю або неможливістю розкрою матеріалів по складному криволінійному контуру.
У промисловості набув поширення ряд процесів розділення матеріалів, заснованих на електрохімічному, електрофізичному і фізико-хімічному впливах. Ацитілено-кисневе різання, плазмова різка яка проникає дугою і інші фізико-хімічні методи розділення забезпечують підвищення продуктивності в порівнянні з механічними методами, але не забезпечують високої точності і чистоти поверхонь різу і вимагають у більшості випадків подальшої механічної обробки. Електроерозійне різання дозволяє здійснювати процес розділення матеріалів з малою шириною і високою якістю різу, але одночасно з цим характеризується малою продуктивністю.
У зв'язку з цим виникла виробнича необхідність у розробці та промисловому освоєнні методів різання сучасних конструкційних матеріалів, що забезпечують високу продуктивність процесу, точність і якість поверхонь одержуваного різу. До числа таких перспективних процесів розділення матеріалів слід віднести лазерну різку металів, засновану на процесах нагрівання, плавлення, випаровування, хімічних реакціях горіння і видалення розплаву із зони різання.
Сфокусоване лазерне випромінювання, забезпечуючи високу концентрацію енергії, дозволяє розділяти практично будь-які метали і сплави, незалежно від їх теплофізичних властивостей. При цьому можна отримати вузькі різи з мінімальною зоною термічного впливу. При лазерному різанні відсутній механічний вплив на матеріал який обробляється і виникають мінімальні деформації, як тимчасові в процесі різання, так і залишкові після повного охолодження. Внаслідок цього лазерну різку можна здійснювати з високим ступенем точності, у тому числі заготовок або деталей, які є нежорсткі та які легко деформуються. Завдяки великій щільності потужності лазерного випромінювання забезпечується висока продуктивність процесу в поєднанні з високою якістю поверхонь різу.
Легке і порівняно просте управління лазерним випромінюванням дозволяє здійснювати лазерну різку по складному контуру плоских та об'ємних деталей і заготовок з високим ступенем автоматизації процесу. Коротко розглянуті особливості лазерного різання наочно демонструють безсумнівні переваги процесу в порівнянні з традиційними методами обробки.
Лазерне різання відноситься до числа перших технологічних застосувань лазерного випромінювання, випробуваних ще на початку 70-х років. За минулі роки створені лазерні установки з широким діапазоном потужності (від декількох десятків ват до декількох кіловат), забезпечують ефективне різання металів з використанням допоміжного газу, що надходить в зону обробки одночасно з випромінюванням лазера. Лазерне випромінювання нагріває, плавить і випаровує матеріал по лінії передбачуваного різу, а потік допоміжного газу видаляє продукти руйнування. При використанні кисню або повітря при різанні металів на поверхні руйнування утворюється оксидна плівка, що підвищує поглинальну здатність матеріалу, а в результаті екзотермічної реакції виділяється досить велика кількість теплоти.
Для різання металів застосовують технологічні установки на основі твердотільних і газових CO2 - лазерів, що працюють як в безперервному, так і в імпульсно-періодичному режимах випромінювання. Промислове застосування газолазерного різання з кожним роком збільшується, але цей процес не може повністю замінити традиційні способи розділення металів. У співставленні з багатьма різними установками, що застосовуються на виробництві, вартість лазерного устаткування для різання ще досить висока, хоча останнім часом намітилася тенденція до її зниження. В зв'язку з цим процес газолазерного різання (надалі просто лазерного різання) стає ефективним тільки за умови обґрунтованого і розумного вибору області застосування, коли використання традиційних способів трудомістке або взагалі неможливе.
Розділ 1. Різка металів. Огляд різних методів різки
1.1 Гідроабразивна різка
Рисунок 1.1 Схема установки гідроабразивного різання. 1 - підведення води під високим тиском, 2 - сопло, 3 - подача абразиву, 4 - змішувач, 5 - кожух, 6 - ріжучий струмінь, 7 – матеріал, що розрізається
В основі технології гідроабразивного різання лежить принцип ерозійного впливу суміші високошвидкісного водяного струменю і твердих абразивних частинок на оброблюваний матеріал. Фізична суть механізму гідроабразивного різання складається у відриві і виносу з порожнини різу частинок матеріалу швидкісним потоком твердофазних частинок. Стійкість витікання і ефективність впливу двофазного струменю (вода і абразив) забезпечуються оптимальним вибором цілого ряду параметрів різання, включаючи тиск і витрати води, а також витрати і розмір часток абразивного матеріалу.
Переваги гідроабразивного різання : • відсутність термічного впливу на матеріал (температура в зоні різу 60-90 º С); • істотно менші втрати матеріалу; • широкий спектр розрізуваних матеріалів і товщини (до 150-300 мм і більше); • висока ефективність різання листових матеріалів товщиною більше 8 мм; • відсутність вигоряння легуючих елементів у легованих сталях і сплавах; • відсутність оплавлення і пригорання матеріалу на кромках оброблених деталей і в прилеглій зоні; • можливість різу тонколистових матеріалів в пакеті з декількох шарів для підвищення продуктивності, в тому числі, за рахунок зменшення холостих ходів ріжучої головки; • повна пожежо-і вибухобезпечність процесу; • екологічна чистота і повна відсутність шкідливих газовиділень; • висока якість різу (шорсткість кромки Ra 1,6);
Недоліки : • Недостатньо висока швидкість різання тонколистової сталі; • Обмежений ресурс окремих комплектуючих і ріжучої головки.
За допомогою гідроабразивного струменя різати можна практично будь-які матеріали:
• чорні метали і сплави;
• важкооброблювані леговані сталі і сплави (у тому числі: жароміцні і нержавіючі); • кольорові метали і сплави (мідь, нікель, алюміній, магній, титан та його сплави); • композиційні матеріали; • керамічні матеріали (керамограніт, плитка); • природні та штучні камені (граніт, мармур і т. д.); • скло і композиційне скло (триплекс, бронескло, армоване скло, склотекстоліт і т.д..); • пористі і прозорі матеріали; • стільникові і сендвіч-конструкції; • бетон і залізобетон.
1.2 Киснева різка
Кисневе різання полягає в згорянні металу, що розрізається в кисневому струмені і видаленні цим струменем оксидів, що утворилися. Технологія кисневого різання:
Рисунок 1.2. Кисневе різання, схема процесу
Метал, що розрізається нагрівається підігріваючим полум'ям різака, яке утворюється в результаті згорання горючого газу в суміші з киснем. При досягненні температури запалення металу в кисні, на різаку відкривається вентиль чистого кисню (99-99,8%) і починається процес різання. Чистий кисень з центрального каналу мундштука, призначений для окислення металу, що розрізається і видалення оксидів, називають ріжучим на відміну від кисню підігріваючого полум'я, що надходить у суміші з пальним газом з бічних каналів мундштука.
Струмінь різального кисню витісняє в розріз розплавлені оксиди, які, в свою чергу, нагрівають наступний шар металу, сприяючи його інтенсивному окислювання і т. п. В результаті лист, що розрізається піддається окисленню по всій товщині, а розплавлені оксиди видаляються із зони різання під дією струменю ріжучого кисню.
Основні умови різання:
температура горіння металу у кисні повинна бути нижчою температури плавлення, інакше метал буде плавитися і переходити у рідкий стан до того, як розпочнеться його горіння в кисні;
окисли металу, що утворюються повинні плавитися за меншої температури ніж температура горіння металу; якщо метал не задовольняє цієї вимоги, то киснева різка без залучення спеціальних флюсів неможлива, оскільки окисли не зможуть видуватись з місця різу;
кількості тепла, яке виділяється при згорянні металу у кисні, має бути достатньо великим, щоб забезпечити підтримку процесу різки;
теплопровідність металу повинна бути надто високою, інакше, внаслідок інтенсивного тепловідведення, процес різання може перериватись.
1.3.Плазмова різка
Плазмова різка полягає в проплавленні металу, що розрізається за рахунок теплоти, що генерується стисненою плазмовою дугою, і інтенсивному видаленні розплаву плазмовим струменем.
Загальноприйняті позначення PAC – Plasma Arc Cutting
Плазма являє собою іонізований газ з високою температурою, здатний проводити електричний струм. Плазмова дуга утворюється зі звичайної в спеціальному пристрої - плазмотроні - в результаті її стиснення і вдування в неї плазмоутворюючого газу. Розрізняють дві схеми: • плазмово-дугове різання
• різка плазмовим струменем.
Рисунок 1.3 Схеми плазмового різання
При плазмово-дуговому різанні - дуга горить між неплавким електродом і розрізаючим металом (дуга прямої дії). Стовп дуги суміщений з високошвидкісним плазмовим струменем, що утворюється з газу за рахунок його нагріву і іонізації під дією дуги. Для розрізання використовується енергія одного з приелектродних плям дуги, плазми стовпа і утворюючого з нього факела.
При різанні плазмовим струменем дуга горить між електродом і формується наконечником плазмотрона, а оброблюваний об'єкт не включений в електричний ланцюг (дуга побічної дії). Частина плазми стовпа дуги виноситься з плазмотрона у вигляді високошвидкісного плазмового струменю, енергія якої і використовується для розрізання.
Плазменно-дугове різання більш ефективна і широко застосовується для обробки металів. Різка плазмовим струменем використовується рідше і переважно для обробки неметалічних матеріалів, оскільки вони не обов'язково повинні бути електропровідними.
Різка із застосуванням повітря в якості плазмоутворюючого середовища називається повітряно-плазмового різкою.
Плазмова різка економічно доцільна для обробки: • алюмінію і сплавів на його основі товщиною до 120 мм; • міді товщиною до 80 мм; • легованих і вуглецевих сталей товщиною до 50 мм; • чавуну товщиною до 90 мм.
2.Лазерна різка
2.1.Загальна теорія лазерної різки тонколистових металів
Технологія різання і розкрою матеріалів, що використовує лазер високої потужності зазвичай застосовується на промислових виробничих лініях. Сфокусований лазерний промінь, зазвичай керований комп'ютером, забезпечує високу концентрацію енергії і дозволяє розрізати практично будь-які матеріали незалежно від їх теплофізичних властивостей. У процесі різання, під впливом лазерного променя матеріал ділянки, що розрізається плавиться, загорається, випаровується або видувається струменем газу. При цьому можна отримати вузькі різи з мінімальною зоною термічного впливу. Лазерна різка відрізняється відсутністю механічного впливу на оброблюваний матеріал, виникають мінімальні деформації, як тимчасові в процесі різання, так і залишкові після повного охолодження. Внаслідок цього лазерну різку, навіть легкодеформуючих і нежорстких заготовок і деталей, можна здійснювати з високим ступенем точності. Завдяки великій потужності лазерного випромінювання забезпечується висока продуктивність процесу в поєднанні з високою якістю поверхонь різу. Легке і порівняно просте управління лазерним випромінюванням дозволяє здійснювати лазерну різку по складному контуру плоских і об’ємних деталей і заготовок з високим ступенем автоматизації процесу.
Для лазерного різання металів застосовують технологічні установки на основі твердотільних, волоконних лазерів і газових CO2-лазерів, що працюють як в безперервному, так і в імпульсно-періодичному режимах випромінювання. Промислове застосування газолазерного різання з кожним роком збільшується, але цей процес не може повністю замінити традиційні способи розділення металів. У співставленні з багатьма застосовуючими на виробництві установками вартість лазерного устаткування для різання ще досить висока, хоча останнім часом зявилась тенденція до її зниження. У зв'язку з цим процес лазерного різання стає ефективним тільки за умови обгрунтованого і розумного вибору області застосування, коли використання традиційних способів трудомістко або взагалі неможливо.
Лазерне різання здійснюється шляхом наскрізного пропалу листових металів променем лазера. Така технологія має ряд очевидних переваг перед багатьма іншими способами розкрою: • відсутність механічного контакту дозволяє обробляти крихкі і деформуючі матеріали; • обробці піддаються матеріали із твердих сплавів; • можлива високошвидкісна різка тонколистової сталі; • при випуску невеликих партій продукції доцільніше провести лазерний розкрій матеріалу, ніж виготовляти для цього дорогі прес-форми або форми для лиття; • для автоматичного розкрою матеріалу досить підготувати файл малюнка в будь-якій креслярській програмі і перенести файл на комп'ютер установки, яка витримає похибки в дуже малих величинах;
Матеріали, що піддаються обробці. Для лазерного різання підходить будь-яка сталь будь-якого стану, алюміній і його сплави та інші кольорові метали. Зазвичай ріжуть листи з таких металів: - Сталь від 0.2 мм до 25 мм
Нержавіюча сталь від 0.2 мм до 30 мм
Алюміній та алюмінієві сплави від 0.2 мм до 20 мм
Латунь від 0.2 мм до 12 мм
Мідь від 0.2 мм до 15 мм
При використанні високо потужних лазерів важливу роль відіграє ефективне охолодження. Залежно від розмірів і конфігурації установки, надлишок тепла може бути відведений теплоносієм або повітряним обдуванням. Вода, часто вживана в якості теплоносія звичайно циркулює через теплообмінник або холодильну установку.
Ефективність промислових лазерів може варіюватися від 5% до 15%. Енергоспоживання і ефективність будуть залежати від вихідної потужності лазера, його робочих параметрів і того, наскільки добре лазер підходить для конкретної роботи. Величина необхідної затрачуваної потужності, необхідної для різання, залежить від типу матеріалу, його товщини, середовища обробки, швидкості обробки.
Обладнання (установка, верстат) для лазерного різання зазвичай складається з: • випромінювача; • системи формування та транспортування випромінювання та газу; • координатного пристрою і • автоматизованої системи управління
Ефективність промислових лазерів може варіюватися від 5% до 15%. Енергоспоживання і ефективність будуть залежати від вихідної потужності лазера, його робочих параметрів і того, наскільки добре лазер підходить для конкретної роботи. Величина необхідної затрачуваної потужності, необхідної для різання, залежить від типу матеріалу, його товщини, середовища обробки, швидкості обробки.
Випромінювач генерує лазерне випромінювання з необхідними для різання оптичними, енергетичними і просторово-часовими параметрами. До його складу входять: • елементи системи накачування; • активне середовище; • дзеркала резонатора і, • при необхідності, пристрій модуляції випромінювання.
В якості випромінювача зазвичай використовуються газові (CO2) і твердотільні лазери, здатні працювати як в імпульсному, так і в безперервному режимах.
Система формування та транспортування випромінювання і газу призначена для передачі лазерного пучка від випромінювача до оброблюваної деталі, а також для формування необхідних параметрів газу, що надходить в зону різу через сопло. До складу даної системи входять: • юстувальний лазер; • оптичний затвор; • оптичні трансформатори (об'єктиви); • поворотні дзеркала; • пристрій обертання площини поляризації; • фокусувальна система; • система стабілізації положення фокальної площини і зазору; • система подачі газу; • сопло.
Рис. 2.1. Система формування та транспортування випромінювання і газу
За допомогою координатного пристрою виконується відносне переміщення лазерного променя і деталі в просторі. Такий пристрій містить двигуни, привід, виконавчі механізми.
АСУ призначена для контролю і управління параметрами лазера, передачі команд на виконавчі модулі координатного пристрої та системи формування та транспортування випромінювання і газу. До складу АСУ входять: • підсистема датчиків параметрів лазеру (температури, тиску, складу робочої
суміші та ін); • підсистема датчиків параметрів випромінювання (розбіжності, потужності, стабільності осі діаграми спрямованості та ін.); • підсистема управління затвором; • підсистема управління адаптивною оптикою; • підсистема управління координатним пристроєм.
2.2.Механізми подачі лазерного випромінювання в зону різки
Способи передачі лазерного випромінювання в зону обробки умовно поділяють на дві групи: 1. З постійною довжиною оптичного тракту від випромінювача лазерної установки до зони різу. При даному способі можуть переміщатися або випромінювач, або оброблюваний виріб, або випромінювач і виріб одночасно, або можуть обертатися оптичні елементи. 2. Зі змінною довжиною оптичного тракту від випромінювача до зони різання. В цьому випадку сам випромінювач нерухомий, а передача випромінювання в зону різання здійснюється за допомогою рухомої системи оптичних елементів. Також може бути передбачено переміщення порівняно невеликих заготовок. Передача випромінювання при постійній довжині оптичного тракту. У найпростішому випадку передача виконується за допомогою фокусуючого об'єктива, встановленого між нерухомим випромінювачем лазерної установки і оброблюваної заготовкою. При різанні виріб може переміщатися поступально в площині, перпендикулярній осі сфокусованого променя, або обертатися щодо його осі.
Рис.2.2.1. Передача випромінювання при постійній довжині оптичного тракту.
Щоб повернути лазерний пучок на необхідний кут, між випромінювачем і об'єктивом розміщується дзеркало або система дзеркал або призм.
Рис. 2.2.2. Система повороту лазерного пучка на необхідний кут.
Можливе переміщення випромінювача з об'єктивом щодо нерухомого виробу або одночасне переміщення випромінювача і заготовки.
Рис.2.2.3 Системи переміщення випромінювача з об'єктивом щодо нерухомого виробу або одночасне переміщення випромінювача і заготовки
Однак переміщення як великогабаритних виробів, так і потужних громіздких випромінювачів (особливо газових лазерів) є конструктивно недоцільними. Тим більше, рухливий випромінювач з'єднується з нерухомою частиною лазерної установки кабелями високої напруги і системою шлангів для подачі газів, охолоджуючої рідини.
Рис.2.2.4 Схема передачі лазерного пучка в зону обробки за допомогою системи дзеркал або призм і об'єктиву, що обертаються навколо осі променя або навколо оброблюваного виробу.
Для виключення переміщень випромінювача і заготовки лазерне випромінювання передається в зону обробки за допомогою системи дзеркал або призм і об'єктиву, що обертаються навколо осі променя або навколо оброблюваного виробу.
Проте дані способи можуть застосовуватися тільки при обробці по колу площин і тіл обертання. Передача випромінювання при змінній довжині оптичного тракту. При першому способі передбачається спільний рух дзеркал 1, 2 і об'єктиву по осі X, а по осі Y - тільки переміщення дзеркала 2 з об'єктивом.
Рис.2.2.5. Заміна поступального переміщення дзеркал і об'єктиву - обертальним рухом дзеркал
Поступальне переміщення дзеркал і об'єктиву може бути замінено обертальним рухом дзеркал 1, 2 і об'єктива навколо осі випромінювача і поступальним переміщенням дзеркала 2 і об'єктива в напрямку, перпендикулярному осі випромінювача.
Рис. 2.2.6. Двокоординатні переміщення лазерного пучка при невеликій зоні обробки за рахунок обертання дзеркал навколо взаємно перпендикулярних осей
Двокоординатні переміщення лазерного пучка при невеликій зоні обробки можна виконати за рахунок обертання дзеркал 1 і 2 навколо взаємно перпендикулярних осей.
Рис.2.2.7. Двокоординатні переміщення лазерного пучка
за рахунок обертання дзеркал навколо взаємно перпендикулярних осей.
Для повороту і фокусування лазерного випромінювання можливе використання тільки одного сферичного дзеркала.
Рис. 2.2.8. Поворот і фокусування лазерного випромінювання тільки одним сферичним дзеркалом
При наступному способі (див. малюнок нижче) передача лазерного пучка в зону обробки здійснюється за допомогою дзеркала, закріпленого в карданному підвісі і повертається щодо двох взаємно перпендикулярних осей. Повороти дзеркала дозволяють обробляти виріб по заданому контуру.
Рис.2.2.9. Передача лазерного пучка в зону обробки за допомогою дзеркала, закріпленого в карданному підвісі
При обробці внутрішньої порожнини циліндричної заготовки застосовується одночасне переміщення дзеркала і об'єктива вздовж осі лазерного пучка і їх обертання навколо цієї осі.
Рис.2.2.10. Обробка внутрішньої порожнини циліндричної заготовки одночасним переміщенням дзеркала і об'єктива вздовж осі лазерного пучка і їх обертання навколо цієї осі
Для обробки легких довгомірних труб або матеріалів, що поставляються в рулонах (наприклад, металевої фольги), використовується одночасне переміщення дзеркала, об'єктива і заготовки, яка може або обертатися навколо осі, перпендикулярної осі лазерного променя, або поступально переміщатися перпендикулярно осі променя.
Рис.2.2.11. Обробки легких довгомірних труб, за доп. одночасного переміщення дзеркала, об'єктива і заготовки.
При перфорації аркушів випромінювання може передаватися за допомогою обертового багатогранного дзеркального барабана і нерухомої системи дзеркал.
Рис.2.2.12. Передача випромінювання за допомогою обертового багатогранного дзеркального барабана і нерухомої системи дзеркал.
2.3.Лазерні різаки
Простий пристрій лазерного різака показано на малюнку нижче. Для подачі газу в зону різання між лінзою і заготовкою розміщено сопло у вигляді усіченого конуса. Газ, що виходить під тиском із сопла по лазерному пучку, крім технологічних функцій забезпечує захист лінзи від продуктів лазерної обробки.
Рис.2.3.1. Пристрій (різак) верстата лазерного різання
Поверхню лінзи різака, повернену до оброблюваного виробу, також захищають за допомогою екрануючих діафрагм, прозорих обертальних і нерухомих екранів, металевих дисків, що обертаються з вікнами на шляху проходження лазерного випромінювання, магнітних і електророзрядних пристроїв.
Рис.2.3.2. Лазерний різак з металооптикою
Для забезпечення тривалого терміну служби фокусуючих елементів потужних (понад 3 кВт) установок доцільне застосування металооптики. На малюнку нижче приведена конструкція різака з металевими дзеркалами, що фокусують випромінювання, що виходить з нестійкого резонатора.
Кільцевій лазерний пучок входить в різак через плоске вікно, яке є прозорим для даної хвилі випромінювання. Відбиваючись від дзеркал і проходячи через сопло, пучок фокусується на оброблюваній заготовці. Допоміжний газ під тиском подається всередину через отвори, охолоджуючи при цьому дзеркальні поверхні. Різак може мати оптичну систему, що стежить за взаємним становищем об'єктива і заготовки.
2.4.Обладнання для лазерної різки
В наш час багато країн спеціалізується на виробництві лазерного обладнання для різки металів та їх сплавів. Такі як Росія, Америка, Німеччина
та інші. Вибір того чи іншого лазерного обладнання робиться в залежності від певних критеріїв, такі як ціна якість, та швидкість процесу різання.
В даному курсовому проекті розглядається система прецензійної
лазерної різки RX50. На даній установці можливо здійснити різку металів
(латунь, мідь, сталь, золото та ін.) товщиною від 0,5-20 мкм з великою точністю.
Система лазерної різки СПЛР RX50.
Висока просторово часова характеристика випромінювання волоконного
лазера в поєднанні з технічними рішеннями, в даній установці, забезпечує
прецензійне різання та високу якість різки.
Технічні характеристики RX50
Робоче поле
250х250 мм
Точність позиціювання
+/- 30 мкм на довжині 250 мм
Точність повторного позиціювання
3 мкм
Програмно апаратне розділення
2,5 мкм
Швидкість переміщення
до 100 мм/с
Матеріали які обробляються
Метали та їх сплави. Неметалічні матеріали.
Товщина Матеріали які обробляються
50-500 мкм
Мінімальна товщина різку
20 мкм
Тип лазера
Ітербієвий імпульсний волоконний лазер
Довжина хвилі випромінювання
1,05-1,07 мкм
Частота імпульсів
50-100 кГц
Охолодження
Автономне повітряне
Ресурс лазера
>100000 годин
Максимальна вихідна потужність
50 Вт
Максимальна енергія в імпульсі
1,0 млДж
Електроспоживання
220В, 50Гц, до 1,5 кВт
Розміри та вага
1000 х 1000 х 1900 мм, 320 кг
Вимоги до розміщення
+ (15-30) Цельсія. Відносна вологість до 80 %
Швидкість лазерної різки для деяких матеріалів
Матеріал
Товщина, мм
Швидкість різки, мм/с
Мідь
0,15
5
Латунь
0,2
4
Нерж сталь
0,2
3
Нерж сталь
0,5
1
Приклади застосування прецензійної лазерної різки RX.
Різка графіта
Матеріал графіт, товщина 4мм, кількість отворів 3500 шт, діаметр отворів – 2мм.
Виготовлення мініатюрних кодових дисків.
Різка сіток та масок спектральних приборів.
Виготовлення трафаретів для нанесення паяльної пасти.
Виготовлення клей масок для захисту технології.
Виготовлення сувенірів та декоративних елементів.
Розділ 3. Лазерна різка тонколистових металів
3.1.Проблематика різання тонко листових металів та їх сплавів
В даному пункті детальніше розглянеться проблематика та допоміжні механізми для покращення лазерного різання таких металів як мідь, алюміній.
Мідь
Мідь - один з матеріалів, який широко використовується людьми. Мідь є м'яким матеріалом, легко схильна до деформації, тому розкрій мідних аркушів традиційним методам не дозволяє досягти необхідного результату. Завдяки сучасним технологіям і використанню лазерного обладнання обробка міді значно спростилася, стала більш економічною, безпечною, з невисокою кількістю браку і відходів виробництва.
Переваги лазерної різки міді.
Лазерне різання міді дозволяє виготовляти найскладніші деталі, що відрізняються контурами з різноманітною геометрією та мінімальною шириною різу. Жоден з інших способів, що використовувався раніше, для різання міді не може змагатися з лазерними технологіями за якістю результату. Лазерне різання забезпечує не тільки високу точність і якість різа але і мінімальний температурний вплив, а значить і мінімальну деформацію матеріалу. Промінь лазера управляється за допомогою комп'ютера і спеціального програмного забезпечення, в яке вводяться всі параметри, які необхідно отримати в результаті проведення операції. Завдяки комп'ютерному управлінню, лазерна різка міді здійснюється з мінімальною участю людини, що ще більше знижує ймовірність виникнення помилок в результаті "людського фактору". Ці та інші переваги лазерного різання забезпечить їй широке використання в самих різних галузях промисловості, де вона практично повністю витіснила інші методи розкрою м'яких кольорових металів і їх сплавів.
Проблеми лазерної різки міді.
Незважаючи на всі переваги використання лазера для розкрою листових металів, повністю уникнути виникнення різних проблем не вийшло. Для різання міді характерні проблеми, в основі яких лежить високий коефіцієнт відбивання лазерного випромінювання і висока теплопровідність матеріалу. За високої теплопровідності міді для проведення різки потрібно значно збільшити інтенсивність тепловкладення, інакше досягти температури плавлення в місці різу не вийде. Так як лазер в процесі своєї роботи розплавляє оброблюваний матеріал, дана проблема є однією з найістотніших. Для мінімізації цієї проблеми, різання міді здійснюється за допомогою твердотільних лазерів типу YAG або системи лазерної різки RX50, з довжиною хвилі 1,06 мкм. Така довжина хвилі дозволяє збільшити рівень поглинання випромінювання поверхнею мідного листа і збільшити ефективність використання лазера. Незважаючи на всі наявні проблеми та недоліки, на сьогоднішній день лазерна різка міді є самою передовою технологією, використовуваною для розкрою листових матеріалів.
Алюміній.
"Алюміній" є терміном, що використовується, як для чистого алюмінію так і для алюмінієвих сплавів. Чистий алюміній - м'який, і він часто легований невеликою кількістю магнію, міді, марганцю, кремнію або цинку для поліпшення його механічної міцності.
Різка алюмінію лазерами СО2 вважається важкою через його високе відбивання і теплопровідність. Алюмінієві сплави, однак, як правило, дещо легше різати, ніж чистий алюміній та швидкість різання вище. Анодований алюміній також легше різати, у зв'язку з посиленням поглинання лазерного випромінювання в товстому шарі поверхні оксиду алюмінію.
Для лазерного різання алюмінію також застосовують систему лазерної різки RX50. Алюміній можна розрізати, як з киснем, так і з азотом в якості ріжучого газу, але швидкість різання з киснем нижча ніж у азоту. Це може бути пов'язано з оксидом алюмінію, що утворюється, він має надзвичайно високу температуру плавлення 2072 ° C Тверді або в'язкі алюміній-оксидні форми ущільнення на зрізі фронту, який запобігає проникненню кисню в сам метал. Оксид друк часто сплесків в результаті турбулентного плину розплаву, і реакції окислення можуть як і раніше продовжиться, хоча і за більш низькою ставкою. Низький тиск кисню при різання - менше, ніж 6 бар - часто використовується для різання алюмінію, тим не менше лазерні пучки повинні бути зосереджені на верхній поверхні листа. Стандартної чистоти кисню (= 99,5%) є достатньо, оскільки більш висока чистота кисню не покращує швидкість різання. Недоліки низького тиску кисню при різці - обрізаються краї з задирками і досить грубою поверхнею зрізу. Окалини скорочення можуть бути отримані за допомогою високого тиску різання з азотом або киснем.
Схоже, що азот це краща альтернатива при різанні алюмінієвих сплавів, в той час як кисень краще для різки чистого алюмінію.
Рис.3.1. окалини в діапазонах при використанні азоту і кисню до 15 бар для різання 2 мм чистого алюмінію і 2 мм з алюмінієвого сплаву, потужність лазера 1500 Вт
Про це свідчить діаграми на рис. 3.1., які показують, значення параметрів, де окалини ппрорізу, отримані для 2 мм листів з чистого алюмінію (Al 99,5) і алюмінієвого сплаву (AlMg 3).
Коли алюміній ріжеться з високим тиском, лазерний промінь повинен бути зосереджений близько до нижньої поверхні аркуша. Типові параметри для різання AlMg 3 наведені в таблиці 3.1.
Табл. 3.1. Параметри для лазерного різання алюмінієвого сплаву AlMg 3 з використанням азоту
Висновок: процеси поділу матеріалів можна вважати однією з найбільш перспективних галузей для застосування лазерів великої потужності з безперервною генерацією. Різка тонколистових високоміцних сталевих матеріалів механічними способами - малоефективний і трудомісткий процес, особливо при дрібносерійному виробництві деталей складної конфігурації. Використання для цих же цілей відомих термічних способів (кисневе різання, плазмова різка) неефективно через вкрай низької якості кромок різа, великої зони термічного впливу і значних термічних деформацій. Інтенсивно розвиваються методи лазерної обробки тонколистових матеріалів для формування об’ємних конструкцій. Завдяки специфічним властивостям лазерного випромінювання, характерної високої концентрації, електромагнітна енергія може бути значно локалізована, що дозволяє контрольовано видаляти мікроскопічні обсяги матеріла і в такий спосіб виконувати прецизійну обробку. В даний час можна одержувати мікроотвори у різних матеріалах незалежно від їхніх властивостей.
Розробляються перспективні технології, серед яких великє місце займають комбіновані методи обробки, де дія лазерного променя разом з електричною дугою, плазмовим струменем чи газовою горілкою дозволяє в декілька раз підвищити дію, тобто збільшити товщину зварювання, різки чи гартування. Застосування лазерного випромінювання при механічній обробці металів та сплавів дозволяє збільшити продуктивність в декілька разів, покращити якість обробки.
Таким чином, теорія і практика лазерної обробки матеріалів підтверджує широкі можливості лазерних технологічних процесів, які дозволяють ефективно вирішувати найскладніші промислові задачі, виводячи промисловість на новий високоінтелектуальний рівень.
Список використаної літератури
Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов //
1985г. -208с
Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов // Москва «Машиностроение» 1989г. -301с.
Григорьянц А.Г. , Соколов А.А. Лазерная техника и технология // 1988г. -191с.
4. Звелто Принципы лазеров // Издательство «мир» 1990г.
5. G. Tani, L. Tomesani, G. Campana, Prediction of meltgeometry in laser cutting // Appl. Surf. Sci. (2003) 142–147.
6. H. Bitzel, et al. The Fascinating World of Sheet Metal // TRUMPF, Germany, 1996.
7. Journal of materials processing technology // (www.elsevier.com/locate/jmatprotec).
8. Mas, C., Fabbro, R., 2003. Steady-state laser cutting modeling. J. Laser Appl. 15 (3), 145–152.
Міністерство освіти і науки України
Національний університет «Львівська політехніка»
кафедра фотоніки
Курсовий проект
на тему:
«Прецизійна лазерна різка
тонколистових металів»
Підготував:
Ст. гр. ОТ-41
Мінецький Павло
Прийняв:
Професор
Бобицький Я.В.
Львів 2013
07.02.2015 23:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора