Зүүдлэг лазер тайрбүрд машины зүүдлэг хязгаар: Теориос бодит чадвар хүртэл
Яаж ултра өндөр чадалтай зүүдлэг лазерууд (12–30 кВт) хуудасны зүүдлэг тайрбүрдийн хүрээг дахин тодорхойлж?
Одоо үед зүүдлэг лазер тайралт машинаар 30 мм-с зүүдлэг хавтгайг тун надёжно тайрж болдог, ажиллахын тулд одоо бүрхүүлд 12–30 кВт хүчтэй лазер үүсгүүрүүд бүрхүүлд байгаа. Тодорхой тоон үзүүлэлтүүдийн хувьд 30 кВт-т хүчдэлт машинаар нүүрлэн хөвсгөр гангаас хийгдсэн хавтгайг 80 мм зүүдлэгт, хуурцаг гангаас хийгдсэн хавтгайг 70 мм зүүдлэгт тайрж болдог. Энэ чадвар нь олон үйлдвэрлэгчдийн бүтэц хэсгүүдийг хийхдээ плазмын тайралт эсвэл хүчилтөрөгч-шатахуун арга зүйг ашиглах шаардлагыг бүрхүүлд арилгаж өгдөг. Гэтдээ дээрх чадварын шалтгаан нь зөвхөн хүчтэй хүчдэл биш, харин лазер туяаны чанарын улучшал, дулаан удирдлагын системийн улучшал, мөн тайралт үед материалд энергийн илүү үр дүнтэй хүртүүлэлт юм. Жишээлбэл, 25 мм нүүрлэн хөвсгөр гангаас хийгдсэн хавтгайг тайралт үед 30 кВт ба 15 кВт хүчдэлт системүүдийн ялгаа: илүү хүчтэй систем нь ажлыг 40 хувьд хытрүүлж гүйцэтгэндөг. Мөн үйлдвэрлэлд хэрэглэж буй туршилтууд үзүүлж буй нь ажиллах үед азотыг тусламж газын хүртүүлэлтд ашиглаж буй үед 40 мм зүүдлэг хавтгайг тайралт үед системүүд 0.8 метр/минутын тогтвортой тайралт хурдтай ажилладаг.
Физикийн үндэс: Хүчдлийн нягт, цацрагийн чанар (BPP), ба материалдын дулааны шинж чанарууд
Зүүдлэх үед зүүдлэх хавтгайнуудын нарийн төвд бүрдүүлж, хүчний нягт (ватт/нэгж толгойн талбай) хангалттай үлдэх нь зүүдлэх үед сайн үр дүн гаргахад их тулхуур. Энэ нь Бийм Параметр Продукт (BPP) – ийн бага утгаас хамаардаг. Биймийн чанар 2.5 мм·мрад-с доош байх үед лазерийн туяа материал дотогш гүнзгилүүр фокуслогдож, ийнхүү ирмүүд шулуун хадгалагдаж, 30 мм-с дээш гүн хүртэл хадгалагдаж чаддаг. Нүүрст төмөрт зүүдлэх үед хүчилтөрөгч нэмж өгөх нь зүүдлэхийг хөнгөвчлөх дотоод дулаан ялгаруулж буй урвалыг үүсгэндүүр. Гэтгүүр төмөрт зүүдлэх үед харин цэвэр азот нэмж өгөх шаардлагатай, үүнээс шлакын хурдаснаас саархуулах, мөн түүний тусгалаас төлөөлж буй шинж чанарыг давахад тусалдаг. Алюминий нь дулааныг маш сайн дамжуулдаг учир, олон дэлгүүрт 30 кВт-ийн машинуудыг бүрдүүлж ажиллуулж буй үед ч 35 мм-с дээш зүүдлэх нь хүнд бөөртөн байдаг. Хайлт үед юу болдог нь мөн чухал: фазын өөрчлөлт нь хүлээж авах энергийн хэмжээд нөлөөлж, дулаан нөлөөлсөн бүс (HAZ) үүсгэндүүр, 50 мм-ийн гэтгүүр төмөрт деталд түүний гүн ойролцоогоор 1.5 мм байдаг. Ийнхүү операторууд нь тогтвортой зүүдлэх үед температурт хяналт тавих, оптик тохиргоог хүмүүнлүүр тааруулахын хооронд тэнцвэр тавих шаардлагатай.
Давхарга ≥30 мм-ийн хувьд гүйн шилт лазер тариурт тодорхой материалд хамаарах үзүүлэлт
Нүүрст төмөр: 30 кВт-ийн систем ашиглан хамгийн ихдээ 80 мм – экзотермик исэлдүүрлэл ашиглан
Нүүрст төмөр хувьд лазер тариурын хамгийн ихдээ тарих боломжтой давхаргын зузаан нь 30 кВт-ийн систем ашиглан ойролцоогоор 80 мм бөл, үүнд экзотермик исэлдүүрлэл үүрэгтүүн. Энэ арга нь хүчилтөрөгч тусламжит технологи ашиглан тасралтгүй дулааны урвалыг инициируулдаг. Үүний сонирхолтой тал нь процессын үед металлын өөрөөсөө ямар нэгэн энергия ялгаруулдаг, тийнхүү лазерийн ганцхүү хүч чадал хэрэгтүүн бүх төдийн биш. Түүн дагуу операторууд нь тарих хурдыг тогтвортой байлгаж чаддаг, яг 0,3–0,8 метр/минут хооронд. Нөгөө талд тарих үед үлдсэн шлак (дрос) бага бөл, үүн нь бүтцүүдийн үйлдвэрлэлд маш чухал, учир нь түүн дараа нэмэлт цэвэрлэх ажил хийх шаардлагагүй бөл, тийнхүү хөрөнгө ба цаг хорогдуулалт багасдаг.
Зугаат төмөр ба цагаан төмөр: хамгийн ихдээ 70 мм ба ойролцоогоор 35 мм – отражение (тусгал) ба шлакын асуудал
Үндсэндээ, зэсгүй зэстэй ажиллахдаа асуудал үүсэхээс өмнө 70 мм-ийн товчтой байх ёстой. Материал нь хром оксидын давхаргыг бүрдүүлж, гэрэл шилжих чадварыг 40 орчим хувиас дээш алддаг тул ажилтнууд азотын даралтын түвшинг анхааралтай хянах, хатуулах процессыг ихээхэн сааруулах шаардлагатай. Жишээ нь, 50 мм-ийн товчлоор хязгаар нь бүтэн байхын тулд хурд нь минутын дотор ердөө 0.2 метр хүртэл буурдаг. Аллюминий хувьд өөр асуудал бий. Өндөр дулааны диффузивч байдал нь урсаж буй шлаг багуудын хялбартай холбоотойгоор 30 кВт зэрэг бүрэн хүчин чадалтай машинтай ажиллахад ч 35 мм-ээс дээш найдвартай хасах нь хэцүү байдаг. Эдгээр материалаар ажилласан хүн бүр эдгээр хязгаарыг давж зарах гэж оролдсон нь ихэвчлэн муутай төгсдөг гэдгийг мэднэ. Ямар нэгэн зүйлийг хэр хурдан хийх, хажуугийн чанарыг, үлдсэн хог хаягдлыг шийдэх хооронд үргэлж эвлэрэл байх болно.
Бүрэн итгэлтэй ≥30 мм-ийн боловсруулалт хийхэд чухал хөндлөн огтлолын параметрүүд зүүд лазер хөндлөн огтлолын төхөөрөмж дээр
Тусламж үүсгүүр газын стратеги: хүчилтөрөгч ба азотын даралт, цэвэршилт, урсгалын динамика
Зүүн хавтгай дээр ажиллахдаа тохирох хийг сонгох нь их чухал. Цэвэр хүчилтөрөгч (99,5% -с дээш) нь нүүрстөрөгчийн гуурцагт тусгайлан бүтээмжтэй ажилладаг, учир нь түүнд дулаан ялгаруулдаг экзотермик урвалын нөхцөл бүрдүүлдэг, гэтдээ илүү их исэлдүүлэх аюул үүсгэдэг. Хөнгөн цагаан гуурцагт чистой төмөр гуурцагт шүүрт хийн даралт 25 бар-с дээш бүрдүүлдэг, хүчилтөрөгчийн исэлдүүлэх нөлөөг арилгаж, цэвэр оройг үүсгэдэг. Харин алюминийн гуурцагт ажиллах нь бүхнийг сүүлд хаяхад хүргэдэг, учир нь түүн дээр гэрэл отражируулдаг. Хийн урсгалыг ламинар хадгалах нь тогтвортой хагаламуудыг хадгалах, хазайлтын өнцгийн хэлбэлзлийг бүүр багасгахад тусалдэг. Урсгал турбулент болж, хайлан тархимууд зөвхөн гарахгүй. Үйлдвэрлэгчид, индустрийн шүүрт хийн тохируулалт ашиглаж, стандарт үйлдвэрлэлийн анхдагч тохируулалтаас 40% бага дросс гуурцагт бүрдүүлдэг. Түүн дээр үйлдвэрлэлийн нөхцөлд тогтвортой бүтээмж чухал.
Дросс ба хазайлтын өнцгийг хянахын тулд хурд, фокусын байршил, импульсийн модуляци
Гурав хоорондоо холбоотой параметр зүүн хавтгай дээр хагаламуудын чанарыг тодорхойлдэг:
- Зогсоо хурд бүтнэд хайлуулж, талстгүйдүүлэхийн тулд 30 мм нүүрсөд төмөр хувилбарын хувьд ≥0.8 м/мин хурдтай байх ёстой;
- Фокусын байршил хүртэлхүүний суурин дээрх энергийн нягтыг хамгийн их байлгахын тулд ихэвчлэн материал дунд 1/3 гүнд тохируулдаг;
- Импульсийн модуляци , түүнд оройн чадал дундаж чадлаас >2 дахин их байдаг, халуун зонд 30%-иар багасгаж, хүртэлхүүний урд талыг тогтвортой байлгадаг.
Хазайлтууд үр дүнг хүчтэй нөлөөлдөг: хүртэлхүүний модуляци хүрэлцэхгүй бөөрсөн талстгүйдүүлэлтийг 60%-иар нэмэгдүүлдөг; фокусын буруу байршлын улмаас хүртэлхүүний нарийсал 5°–аас илүү өргөсдөг — амьдралын дараа боловсруулалтад зарцуулж буй зардал үүнээс өсдөг.
Үйлдвэрлэлд хэрэглэдэг зузаан хавтгай хүртэлхүүний түүхий төмөр лазер хүртэлхүүн дээрх практик хязгаарлалтууд ба харьцуулалт
Бүтнэд хүртэлхүүн тогтвортой байх vs. ирмүүний чанар: 30 мм-с илүү зузаан хавтгайн хувьд чадлын парадокс
Дундажаас дээш хүчлэлт (20–30 кВт орчим) ашиглан 40 мм-с толгойн төвд илүү зузаан гуурсан гуурсын хавтгайг нүхлэх үед ажил бүрэн гүйцэтгэдүг, гэтэдүүн түүнд нь хориг хүчлэлт нь металлын гадаргууд оксиджих, хагалбарын ирмүүд төвд илүү нүүрлүүн бүтэх зэрэг асуудал үүсгэдүг. Илүү туршлагатай операторууд 45 мм-ийн нүүрлүүн гуурсын хавтгайг хагалбарлах үед хүчлэлтийг 15–20 хувь хүртэл бүүр бүүр бууруулдүг. Энэ нь шулуун хагалбарыг хадгалах, бүтээлийн гадаргууг сайн харагдуулахад тусалдүг. Дулааныг хянахын тулд импульсийн модуляци хэрэглэж буй чинь, хагалбарын дараах шлифовка хийхгүйн цагт гадаргуугийн хүүрлүүн бүтээмж 25 Ra-с дээш үлддүг. Тодорхой хагалбарын процессын найдвартай бүтээмж ба бүх хүмүүсийн хүсэж буй гадаргуугийн бүтээмжийн хооронд таамаглалын харьцаа бүүр хүртэл үлддүг.
Дулааны нөлөөлсөн бүс (HAZ), хагалбарын нарийсал, хагалбарын дараах бүтээмжийн улмаас үүсгэдүг асуудал
Зүүн хавтгай лазер таслах нь доод үйлдлүүдийн дээр тогтвортой дулааны нөлөө үзүүлдэг:
- HAZ-ийн гүн 50 мм-ийн хөнгөн цагаан гангаар хийгдсэн таслалд 1.5 мм хүртэл хүрдэг, таслалын ирмүүд дээрх механик шинж чанаруудыг өөрчлөх болоймуй.
- Таслалын налуу 2–5° хооронд хэлбэлздэг; програм хангамжийн засварлалт шаардаж, бүрдүүлэлтийн нарийн налугаа хязгаарлаж.
- Хаягдмал хурдай таслалын доод гурван хоёртунд, түүнчлэн хөнгөн цагаан ган ба алюминийн таслалд 0.3 мм-с илүү болж, хурдай адгези тааруулж.
Эдгээр дуулгын үед боловсруулалтын хугацаа үүрд нь өсөх нь илт. Тэрмийн гадаргууг шлифлэх нь нийт цикл хугацааны 15–25 хувийг ихдээ хоглодог. Машинажилд хойшоо деталейн хүчдэл тайлах халуун хуурайшуулалт (аннилирование) шаардлагатай болдог — ийнхүү деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улмаас деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улмаас деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улмаас деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улмаас деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улмаас деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улмаас деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улмаас деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улмаас деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улмаас деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл хийгдэхгүйн улмаас тэрмийн хүчдэл арилгаагүйн улма...... (Тэрмийн хүчдэл тайлах үйлдэл — деталийн хүчдэл тайлах үйлдэл.) Даже магазинууд динамик фокусын хяналт зэрэг хөгжилт технологи ашигладаг эсвэл бүр ялгаатай үед янз бүрийн хийг ашигладаг, гэтэд 40 мм-с зүүн тархины материалд шингэн хүчдэл бүрхүүнгүй. Зато олон бүтээлд бүтээлд лазер тариалан хийгдсэн анхны хэлбэрүүдийн дараа бүтээлд структур деталейн сүүлийн хүртэлх боловсруулалтад уламжлалт машинажилд ашигладаг.
Гарчиг
- Зүүдлэг лазер тайрбүрд машины зүүдлэг хязгаар: Теориос бодит чадвар хүртэл
- Давхарга ≥30 мм-ийн хувьд гүйн шилт лазер тариурт тодорхой материалд хамаарах үзүүлэлт
- Бүрэн итгэлтэй ≥30 мм-ийн боловсруулалт хийхэд чухал хөндлөн огтлолын параметрүүд зүүд лазер хөндлөн огтлолын төхөөрөмж дээр
- Үйлдвэрлэлд хэрэглэдэг зузаан хавтгай хүртэлхүүний түүхий төмөр лазер хүртэлхүүн дээрх практик хязгаарлалтууд ба харьцуулалт