ლაზერული ჭრა და მისი დამუშავების სისტემა

ლაზერული ჭრაგანაცხადი

სწრაფი ღერძული ნაკადის CO2 ლაზერები ძირითადად გამოიყენება ლითონის მასალების ლაზერული ჭრისთვის, ძირითადად მათი კარგი სხივის ხარისხის გამო. მიუხედავად იმისა, რომ მეტალების უმეტესობის არეკვლა CO2 ლაზერის სხივებზე საკმაოდ მაღალია, ლითონის ზედაპირის არეკვლა ოთახის ტემპერატურაზე იზრდება ტემპერატურისა და დაჟანგვის ხარისხის მატებასთან ერთად. ლითონის ზედაპირის დაზიანების შემდეგ, ლითონის არეკვლა უახლოვდება 1-ს. ლითონის ლაზერული ჭრისთვის საჭიროა უფრო მაღალი საშუალო სიმძლავრე და მხოლოდ მაღალი სიმძლავრის CO2 ლაზერებს აქვთ ეს მდგომარეობა.

1. ფოლადის მასალების ლაზერული ჭრა

1.1 CO2 უწყვეტი ლაზერული ჭრა CO2 უწყვეტი ლაზერული ჭრის პროცესის ძირითადი პარამეტრები მოიცავს ლაზერის სიმძლავრეს, დამხმარე გაზის ტიპსა და წნევას, ჭრის სიჩქარეს, ფოკუსურ პოზიციას, ფოკუსის სიღრმეს და საქშენის სიმაღლეს.

(1) ლაზერული სიმძლავრე ლაზერის სიმძლავრე დიდ გავლენას ახდენს ჭრის სისქეზე, ჭრის სიჩქარეზე და ჭრის სიგანეზე. როდესაც სხვა პარამეტრები მუდმივია, ჭრის სიჩქარე მცირდება საჭრელი ფირფიტის სისქის მატებასთან ერთად და იზრდება ლაზერის სიმძლავრის მატებასთან ერთად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რაც უფრო დიდია ლაზერის სიმძლავრე, მით უფრო სქელია ფირფიტა, რომლის მოჭრაც შესაძლებელია, მით უფრო მაღალია ჭრის სიჩქარე და ოდნავ დიდია ჭრილობის სიგანე.

(2) დამხმარე აირის ტიპი და წნევა დაბალნახშირბადოვანი ფოლადის ჭრისას CO2 გამოიყენება როგორც დამხმარე აირი რკინა-ჟანგბადის წვის რეაქციის სითბოს გამოსაყენებლად ჭრის პროცესის გასაძლიერებლად. ჭრის სიჩქარე მაღალია და ჭრის ხარისხი კარგია, განსაკუთრებით შესაძლებელია წებოვანი წიდის გარეშე ჭრილის მიღება. უჟანგავი ფოლადის ჭრისას გამოიყენება CO2. წიდა ადვილად ეწებება ჭრილობის ქვედა ნაწილს. ხშირად გამოიყენება CO2 + N2 შერეული გაზი ან ორფენიანი აირის ნაკადი. დამხმარე გაზის წნევა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ჭრის ეფექტზე. გაზის წნევის სათანადოდ გაზრდამ შეიძლება გაზარდოს ჭრის სიჩქარე წებოვანი წიდის გარეშე გაზის ნაკადის იმპულსის ზრდისა და წიდის ამოღების სიმძლავრის გაუმჯობესების გამო. თუმცა, თუ წნევა ძალიან მაღალია, მოჭრილი ზედაპირი უხეში ხდება. ჟანგბადის წნევის ეფექტი ჭრილობის ზედაპირის საშუალო უხეშობაზე ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.

სხეულის წნევა ასევე დამოკიდებულია ფირფიტის სისქეზე. დაბალნახშირბადოვანი ფოლადის ჭრისას 1კვტ CO2 ლაზერით, ჟანგბადის წნევასა და ფირფიტის სისქეს შორის კავშირი ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.

(3) ჭრის სიჩქარე ჭრის სიჩქარე მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ჭრის ხარისხზე. ლაზერული სიმძლავრის გარკვეულ პირობებში არსებობს შესაბამისი ზედა და ქვედა კრიტიკული მნიშვნელობები ჭრის კარგი სიჩქარისთვის დაბალი ნახშირბადოვანი ფოლადის ჭრისას. თუ ჭრის სიჩქარე კრიტიკულ მნიშვნელობაზე მაღალი ან დაბალია, მოხდება წიდის წებოვნება. როდესაც ჭრის სიჩქარე ნელია, საჭრელ პირზე ჟანგვის რეაქციის სითბოს მოქმედების დრო იზრდება, ჭრის სიგანე იზრდება და ჭრის ზედაპირი უხეში ხდება. ჭრის სიჩქარის მატებასთან ერთად, ჭრილი თანდათან ვიწროვდება, სანამ ზედა ჭრილის სიგანე ლაქის დიამეტრის ტოლფასია. ამ დროს ჭრილი ოდნავ სოლი ფორმისაა, ზემოდან განიერი და ქვედადან ვიწრო. ჭრის სიჩქარის ზრდასთან ერთად, ზედა ჭრილის სიგანე მცირდება, მაგრამ ჭრილის ქვედა ნაწილი ხდება შედარებით ფართო და ხდება ინვერსიული სოლი.

(5) ფოკუსის სიღრმე

ფოკუსის სიღრმე გარკვეულ გავლენას ახდენს ჭრის ზედაპირის ხარისხზე და ჭრის სიჩქარეზე. შედარებით დიდი ფოლადის ფირფიტების ჭრისას გამოყენებული უნდა იყოს დიდი ფოკუსური სიღრმის მქონე სხივი; თხელი ფირფიტების ჭრისას უნდა იქნას გამოყენებული სხივი მცირე ფოკუსური სიღრმით.

(6) საქშენის სიმაღლე

საქშენის სიმაღლე ეხება მანძილს დამხმარე გაზის საქშენის ბოლო ზედაპირიდან სამუშაო ნაწილის ზედა ზედაპირამდე. საქშენის სიმაღლე დიდია, ხოლო ამოღებული დამხმარე ჰაერის ნაკადის იმპულსი ადვილად ცვალებადია, რაც გავლენას ახდენს ჭრის ხარისხზე და სიჩქარეზე. ამიტომ, ლაზერული ჭრისას, საქშენის სიმაღლე ზოგადად მინიმუმამდეა დაყვანილი, ჩვეულებრივ 0.5-2.0 მმ.

① ლაზერული ასპექტები

ა. ლაზერის სიმძლავრის გაზრდა. უფრო ძლიერი ლაზერების შემუშავება პირდაპირი და ეფექტური გზაა ჭრის სისქის გაზრდისათვის.

ბ. პულსის დამუშავება. პულსირებულ ლაზერებს აქვთ ძალიან მაღალი პიკური სიმძლავრე და შეუძლიათ შეაღწიონ სქელ ფოლადის ფირფიტებს. მაღალი სიხშირის, ვიწრო პულსის სიგანის იმპულსური ლაზერული ჭრის ტექნოლოგიის გამოყენებას შეუძლია სქელი ფოლადის ფირფიტების მოჭრა ლაზერული სიმძლავრის გაზრდის გარეშე და ჭრილობის ზომა უფრო მცირეა, ვიდრე უწყვეტი ლაზერული ჭრის.

გ. გამოიყენეთ ახალი ლაზერები

②ოპტიკური სისტემა

ა. ადაპტური ოპტიკური სისტემა. განსხვავება ტრადიციული ლაზერული ჭრისგან არის ის, რომ მას არ სჭირდება ფოკუსის განთავსება ჭრის ზედაპირის ქვემოთ. როდესაც ფოკუსის პოზიცია მერყეობს რამდენიმე მილიმეტრით ზემოთ და ქვემოთ ფოლადის ფირფიტის სისქის მიმართულებით, ფოკუსური მანძილი ადაპტირებულ ოპტიკურ სისტემაში შეიცვლება ფოკუსის პოზიციის ცვლასთან ერთად. ფოკუსური სიგრძის ზევით და ქვევით ცვლილებები ემთხვევა ლაზერსა და სამუშაო ნაწილს შორის შედარებით მოძრაობას, რაც იწვევს ფოკუსის პოზიციის შეცვლას სამუშაო ნაწილის სიღრმის გასწვრივ. ჭრის ამ პროცესმა, რომლის დროსაც ფოკუსის პოზიცია იცვლება გარე პირობებთან ერთად, შეიძლება გამოიწვიოს მაღალი ხარისხის ჭრა. ამ მეთოდის მინუსი არის ის, რომ ჭრის სიღრმე შეზღუდულია, ზოგადად არაუმეტეს 30 მმ.

ბ. ბიფოკალური ჭრის ტექნოლოგია. სპეციალური ლინზა გამოიყენება სხივის ორჯერ ფოკუსირებისთვის სხვადასხვა ნაწილზე. როგორც ნაჩვენებია სურათზე 4.58, D არის ლინზის ცენტრალური ნაწილის დიამეტრი და არის ლინზის კიდეის ნაწილის დიამეტრი. ლინზის ცენტრში გამრუდების რადიუსი უფრო დიდია, ვიდრე მიმდებარე ტერიტორია, რაც ქმნის ორმაგ ფოკუსს. ჭრის პროცესში ზედა ფოკუსი განლაგებულია სამუშაო ნაწილის ზედა ზედაპირზე, ქვედა ფოკუსი კი სამუშაო ნაწილის ქვედა ზედაპირთან ახლოს. ორმაგი ფოკუსირებული ლაზერული ჭრის ამ სპეციალურ ტექნოლოგიას ბევრი უპირატესობა აქვს. რბილი ფოლადის ჭრისთვის მას შეუძლია არა მხოლოდ შეინარჩუნოს მაღალი ინტენსივობის ლაზერის სხივი ლითონის ზედა ზედაპირზე, რათა დააკმაყოფილოს მასალის აალებადი პირობები, არამედ შეინარჩუნოს მაღალი ინტენსივობის ლაზერის სხივი ლითონის ქვედა ზედაპირთან ახლოს. დააკმაყოფილოს აალების მოთხოვნები. მასალის სისქის მთელ დიაპაზონში სუფთა ჭრილების წარმოების საჭიროება. ეს ტექნოლოგია აფართოებს პარამეტრების დიაპაზონს მაღალი ხარისხის ჭრის მისაღებად. მაგალითად, 3 კვტ CO2-ის გამოყენებით. ლაზერული, ჩვეულებრივი ჭრის სისქე შეიძლება მიაღწიოს მხოლოდ 15 ~ 20 მმ, ხოლო ჭრის სისქე ორმაგი ფოკუსის ჭრის ტექნოლოგიის გამოყენებით შეიძლება მიაღწიოს 30 ~ 40 მმ.

③ საქშენი და დამხმარე ჰაერის ნაკადი

გონივრულად შეიმუშავეთ საქშენი ჰაერის ნაკადის ველის მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად. ზებგერითი საქშენის შიდა კედლის დიამეტრი ჯერ მცირდება და შემდეგ ფართოვდება, რამაც შეიძლება წარმოქმნას ზებგერითი ჰაერის ნაკადი გამოსასვლელში. ჰაერის მიწოდების წნევა შეიძლება იყოს ძალიან მაღალი დარტყმითი ტალღების წარმოქმნის გარეშე. ლაზერული ჭრისთვის ზებგერითი საქშენის გამოყენებისას ჭრის ხარისხიც იდეალურია. ვინაიდან ზებგერითი საქშენის ჭრის წნევა სამუშაო ნაწილის ზედაპირზე შედარებით სტაბილურია, ის განსაკუთრებით შესაფერისია სქელი ფოლადის ფირფიტების ლაზერული ჭრისთვის.