Свето-лучевая обработка

Для повышения твердости поверхности применяют также лазерное легирование. Легирующие присадки в виде порошка предварительно наносят на обрабатываемую поверхность. При облучении лазером поверхности заготовки происходит плавление и взаимное перемешивание порошка и материала заготовки в пределах тонкого поверхностного слоя.

Термообработку обычно производят непрерывно генерирующим лазером на СО2.

Поверхностное упрочнение металлов производят ударными волнами при использовании лазеров, генерирующих последовательности импульсов. У поверхности металла образуется слой плазмы. Плазма распространяется навстречу лазерному лучу, в результате чего рождается ударная волна. Поскольку луч представляет собой последовательность импульсов, возникает последовательность ударных волн. Воздействие волн на металлическую деталь оказывает в данном случае такое влияние, как при холодной обработке металла давлением. Лазерная термообработка позволяет повысить твердость материала на 20—30 % по сравнению с традиционными методами упрочнения и в несколько раз износостойкость. Рассматриваемый пример лазерного упрочнения межкамерных промежутков головки блока цилиндров двигателя автомобиля ЗИЛ-130, внедренного на Московском автомобильном заводе им. Лихачева, позволил повысить ресурс работы в 2 раза. Материал головки блока алюминиевый сплав (рисунок 4).

На схеме лазерной термообработки дана технологическая система (ТС): станок — АЛТК-Т, приспособление — специальное зажимное, инструмент — лазер на СО2, заготовка — головка блока цилиндров. После механической обработки деталь 1 автоматически подается на рабочий стол лазерной технологической установки, которая совершает поступательное движение. Лазерная головка 4, совершая движение по окружности, проходит по контуру 6 обрабатываемой поверхности. Обработка происходит в защитной среде аргона, который подается через сопло 5.

Газообразные продукты, образующиеся в ходе обработки, удаляются из зоны обработки в вентиляционную систему через патрубок 2. После завершения лазерной обработки деталь автоматически подается на последующую обработку.

 

Рисунок 4 – Схема лазерной термообработки

 

2.3 Лазерная резка

Лазерную резку материалов осуществляют как в импульсном, так и в непрерывном режиме. При резке в импульсном режиме непрерывный рез получается в результате наложения следующих друг за другом отверстий. Наиболее широкое применение получила резка тонко пленочных пассивных элементов интегральных схем, например, с целью точной подгонки значений их сопротивления или емкости. Для этого применяют импульсные лазеры на алюмо-иттриевом гранате с модуляцией дробности, лазеры на углекислом газе. Импульсный характер обработки обеспечивает минимальную глубину прогрева материала и исключает повреждение подложки, на которую нанесена пленка. Лазерные установки различных типов позволяют вести обработку при следующих режимах; энергия излучения 0,1 ... 1 МДж, длительность импульса 0,01 ... 100 мкс, плотность потока излучения до 100 мВт/см2, частота повторения импульсов 100 ... 5000 импульсов в 1 с. В сочетании с автоматическими управляющими системами лазерные установки для подгонки резисторов обеспечивают производительность более 5 тысяч операций за 1 ч. Импульсные лазеры на алюмо-иттриевом гранате применяют также для резки полупроводниковых пластин-подложек интегральных схем.

Лазеры непрерывного действия на СО2 применяют для газолазерной резки, при которой в зону воздействия лазерного луча подается струя газа. Газ выбирают в зависимости от вида обрабатываемого материала. При резке дерева, фанеры, пластиков, бумаги, картона, текстильных материалов в зону обработки подается воздух или инертный газ, которые охлаждают края реза и препятствуют сгоранию материала и расширению реза. При резке большинства металлов, стекла, керамики струя газа выдувает из зоны воздействия луча расплавленный материал, что позволяет получать поверхности с малой шероховатостью и обеспечивает высокую точность реза. При резке железа, малоуглеродистых сталей и титана в зону нагрева подается струя кислорода.

 

2.4 Получение отверстий

Получение отверстий лазером возможно в любых материалах. Как правило, для этой цели используют импульсный метод. Производительность достигается при получении отверстий за один импульс с большой энергией (до 30 Дж). При этом основная масса материала удаляется из отверстия в расплавленном состоянии под давлением пара, образовавшегося в результате испарения относительно небольшой части вещества. Однако точность обработки одноимпульсным методом невысокая (10 ... 20 размера диаметра). Максимальная точность (1 ... 5 %) и управляемость процессом достигается при воздействии на материал серии импульсов (многоимпульсный метод) с относительно небольшой энергией (обычно 0,1 ... 0,3 Дж) и малой длительностью (0,1 мс и менее). Возможно получение сквозных и глухих отверстий с различными формами поперечного (круглые, треугольные и т. д.) и продольного (цилиндрические, конические и другие) сечений. Освоено получение отверстий диаметром 0,003 ... 1 мм при отношении глубины к диаметру 0,5: 10. Шероховатость поверхности стенок отверстий в зависимости от режима обработки и свойств материала достигается Ra=0,40...0,10 мкм, а глубина структурно измененного, или дефектного, слоя составляет 1 ... 100 мкм. Производительность лазерных установок при получении отверстий обычно 60 ... 240 отверстий в 1 мин. Наиболее эффективно применение лазера для труднообрабатываемых другими методами материалов (алмаз, рубин, керамика и т. д.), получение отверстий диаметром менее 100 мкм в металлах, или под углом к поверхности. Получение отверстий лазерным лучом нашло особенно широкое применение в производстве рубиновых часовых камней и алмазных волок. Например, успешно получают алмазные волки на установке «Квант-9» с лазером на стекле с примесью неодима. Производительность труда на этой операции значительно увеличилась по сравнению о ранее применявшимися методами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Примеры оборудования для лазерной обработки металлов

3.1Автоматизированный технологический комплекс М-36М для лазерной резки листового материала (рисунок 5).

На схеме лазерной резки дана технологическая система (ТС) станок М-36М, приспособление — двухстепенной манипулятор, инструмент — лазер на СО2, мощность 1 кВт, заготовка — лист Ст.3. Комплекс состоит из блока контроля и управления лазера 1; силового блока лазера; пульта управления 3; лазера на СО2 4, генерирующего вынужденное непрерывное монохроматическое излучение с длиной волны λ = 10,6 мкм; оптико-механического блока 5; опорного стола 7; робота 5, обеспечивающего закрепление и перемещение по двум координатам заготовки 6, и транспортной системы 9, обеспечивающей удаление готовых деталей.

В оптико-механическую систему 5 входит зеркало 10 для поворота луча лазера 12 на 90°, линза 13 с фокусным расстоянием 254 мм, линза 14 с фокусным расстоянием 12 мм, линза 15 с фокусным расстоянием 63 мм; датчик 16 системы слежения; механический привод 11 системы слежения.

Система слежения обеспечивает постоянство фокусирования на заготовку.

 

Рисунок 5 - Схема лазерной резки листового металла

 

Комплекс высокопроизводительный, быстро переналаживаемый, легко встраиваемый в гибкие производственные системы.

 

3.2 Автоматизированный лазерный технологический комплекс М-25С Автоматизированный лазерный технологический комплекс М-25С (рисунок 6) предназначен для лазерной обработки (термоупрочнения, наплавки, сварки, резки и т. д.) деталей средних массогабаритных параметров в различных отраслях машиностроения, проведения исследовательских работ и т. д.

Рисунок 6 - Автоматизированный   лазерный   технологический   комплекс   М-25С

 

Комплекс состоит из позиционного стола 1, на котором закрепляется заготовка (если специальное зажимное приспособление) и обеспечивается продольное движение, оптико-механического блока 2, в состав которого входят механические приводы и система линз и зеркал, обеспечивающая подачу сфокусированного луча в зону обработки; лазера на С02, генерирующего вынужденное непрерывное монохроматическое излучение с длиной волны X = 10,6 мкм (генерирующее устройство 3); блока контроля и управления лазерного комплекса 4; силового блока 5 лазера.

Комплекс высокопроизводительный, быстро переналаживаемый, легко встраиваемый в гибкие производственные системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данном реферате мною был описан процесс светолучевой обработки материалов.

Можно сделать вывод, что основными преимуществами лазерной обработки материалов является:

разнообразие возможных процессов обработки и разнообразие обрабатываемых материалов (включая материалы, которые вообще не поддаются механической обработке);

высокая скорость выполнения операций по обработке материала;

возможность автоматизации операций и, как следствие (с учетом предыдущего пункта), существенное повышение производительности труда;

высокое качество обработки (прочность сварных швов, гладкость срезов, отсутствие загрязнений обрабатываемой поверхности);

селективность (избирательность) воздействия, когда обрабатываются лишь определенные участки поверхности, а соседние участки не подвергаются при этом каким-либо воздействиям;

осуществление  дистанционной   обработки   материала;

выполнение ряда уникальных операций, в том числе контрольных операций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Ковшов А.Н. Технология машиностроения: Учебник  для студентов машиностроительных  специальностей вузов, - М.: Машиностроение, 1987. – 320 с.: ил.

2. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей вузов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др., Под редакцией А.М.Дальского. 5-е изд., исправленное. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с., ил.