ლაზერული ჭრა და მისი დამუშავების სისტემა

ლაზერული ჭრააპლიკაცია

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

1. ფოლადის მასალების ლაზერული ჭრა

1.1 CO2 უწყვეტი ლაზერული ჭრა CO2 უწყვეტი ლაზერული ჭრის ძირითადი პროცესის პარამეტრებია ლაზერის სიმძლავრე, დამხმარე აირის ტიპი და წნევა, ჭრის სიჩქარე, ფოკუსური მდებარეობა, ფოკუსური სიღრმე და საქშენის სიმაღლე.

(1) ლაზერის სიმძლავრე ლაზერის სიმძლავრეს დიდი გავლენა აქვს ჭრის სისქეზე, ჭრის სიჩქარესა და ჭრის სიგანეზე. როდესაც სხვა პარამეტრები მუდმივია, ჭრის სიჩქარე მცირდება საჭრელი ფირფიტის სისქის ზრდასთან ერთად და იზრდება ლაზერის სიმძლავრის ზრდასთან ერთად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რაც უფრო დიდია ლაზერის სიმძლავრე, მით უფრო სქელია ფირფიტა, რომლის ჭრაც შესაძლებელია, მით უფრო სწრაფია ჭრის სიჩქარე და ოდნავ უფრო დიდია ჭრის სიგანე.

(2) დამხმარე აირის ტიპი და წნევა დაბალნახშირბადიანი ფოლადის ჭრისას, CO2 გამოიყენება დამხმარე აირად, რათა გამოყენებული იქნას რკინა-ჟანგბადის წვის რეაქციის სითბო ჭრის პროცესის გასაუმჯობესებლად. ჭრის სიჩქარე მაღალია და ჭრის ხარისხი კარგია, განსაკუთრებით შესაძლებელია წებოვანი წიდის გარეშე ჭრის მიღება. უჟანგავი ფოლადის ჭრისას გამოიყენება CO2. წიდა ადვილად ეკვრება ჭრის ქვედა ნაწილს. ხშირად გამოიყენება CO2 + N2 შერეული აირი ან ორშრიანი აირის ნაკადი. დამხმარე აირის წნევას მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს ჭრის ეფექტზე. გაზის წნევის შესაბამისად გაზრდამ შეიძლება გაზარდოს ჭრის სიჩქარე წებოვანი წიდის გარეშე, გაზის ნაკადის იმპულსის გაზრდისა და წიდის მოცილების უნარის გაუმჯობესების გამო. თუმცა, თუ წნევა ძალიან მაღალია, ჭრის ზედაპირი უხეში ხდება. ჟანგბადის წნევის გავლენა ჭრის ზედაპირის საშუალო უხეშობაზე ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.

კორპუსის წნევა ასევე დამოკიდებულია ფირფიტის სისქეზე. დაბალნახშირბადიანი ფოლადის 1 კვტ CO2 ლაზერით ჭრისას, ჟანგბადის წნევასა და ფირფიტის სისქეს შორის დამოკიდებულება ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.

(3) ჭრის სიჩქარე ჭრის სიჩქარეს მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს ჭრის ხარისხზე. ლაზერული სიმძლავრის გარკვეულ პირობებში, დაბალი ნახშირბადის შემცველი ფოლადის ჭრისას კარგი ჭრის სიჩქარისთვის არსებობს შესაბამისი ზედა და ქვედა კრიტიკული მნიშვნელობები. თუ ჭრის სიჩქარე კრიტიკულ მნიშვნელობაზე მაღალი ან დაბალია, წარმოიქმნება წიდის მიწებება. როდესაც ჭრის სიჩქარე დაბალია, საჭრელ კიდეზე დაჟანგვის რეაქციის სითბოს მოქმედების დრო იზრდება, ჭრის სიგანე იზრდება და ჭრის ზედაპირი უხეში ხდება. ჭრის სიჩქარის ზრდასთან ერთად, ჭრილი თანდათან ვიწროვდება მანამ, სანამ ზედა ჭრილის სიგანე არ გაუტოლდება ლაქის დიამეტრს. ამ დროს, ჭრილი ოდნავ სოლისებრი ფორმისაა, ზედა ნაწილში ფართოა და ქვედა ნაწილში ვიწრო. ჭრის სიჩქარის აგრძელებულ ზრდასთან ერთად, ზედა ჭრილის სიგანე კვლავ მცირდება, მაგრამ ჭრილის ქვედა ნაწილი შედარებით ფართოვდება და ინვერსიული სოლისებრი ფორმის ხდება.

(5) ფოკუსის სიღრმე

ფოკუსირების სიღრმე გარკვეულ გავლენას ახდენს ჭრის ზედაპირის ხარისხსა და ჭრის სიჩქარეზე. შედარებით დიდი ფოლადის ფირფიტების ჭრისას უნდა იქნას გამოყენებული დიდი ფოკუსური სიღრმის მქონე სხივი; თხელი ფირფიტების ჭრისას კი - მცირე ფოკუსური სიღრმის მქონე სხივი.

(6) საქშენის სიმაღლე

საქშენის სიმაღლე გულისხმობს დამხმარე გაზის საქშენის ბოლო ზედაპირიდან სამუშაო ნაწილის ზედა ზედაპირამდე მანძილს. საქშენის სიმაღლე დიდია და გამოტყორცნილი დამხმარე ჰაერის ნაკადის იმპულსი ადვილად მერყეობს, რაც გავლენას ახდენს ჭრის ხარისხსა და სიჩქარეზე. ამიტომ, ლაზერული ჭრის დროს, საქშენის სიმაღლე, როგორც წესი, მინიმუმამდეა დაყვანილი, ჩვეულებრივ 0.5~2.0 მმ.

① ლაზერული ასპექტები

ა. ლაზერის სიმძლავრის გაზრდა. უფრო მძლავრი ლაზერების შემუშავება ჭრის სისქის გაზრდის პირდაპირი და ეფექტური გზაა.

ბ. პულსური დამუშავება. პულსურ ლაზერებს აქვთ ძალიან მაღალი პიკური სიმძლავრე და შეუძლიათ შეაღწიონ სქელ ფოლადის ფირფიტებში. მაღალი სიხშირის, ვიწრო იმპულსური სიგანის პულსური ლაზერული ჭრის ტექნოლოგიის გამოყენებით შესაძლებელია სქელი ფოლადის ფირფიტების დაჭრა ლაზერის სიმძლავრის გაზრდის გარეშე, ხოლო ჭრილის ზომა უფრო მცირეა, ვიდრე უწყვეტი ლაზერული ჭრისას.

გ. გამოიყენეთ ახალი ლაზერები

②ოპტიკური სისტემა

ა. ადაპტური ოპტიკური სისტემა. ტრადიციული ლაზერული ჭრისგან განსხვავება ისაა, რომ მას არ სჭირდება ფოკუსის მოთავსება ჭრის ზედაპირის ქვემოთ. როდესაც ფოკუსის პოზიცია ფოლადის ფირფიტის სისქის მიმართულებით რამდენიმე მილიმეტრით მერყეობს ზემოთ და ქვემოთ, ადაპტურ ოპტიკურ სისტემაში ფოკუსური მანძილი შეიცვლება ფოკუსის პოზიციის ცვლილებასთან ერთად. ფოკუსური მანძილის ზემოთ და ქვემოთ ცვლილებები ემთხვევა ლაზერსა და სამუშაო ნაწილს შორის ფარდობით მოძრაობას, რაც იწვევს ფოკუსის პოზიციის ზემოთ და ქვემოთ ცვლილებას სამუშაო ნაწილის სიღრმის გასწვრივ. ჭრის ამ პროცესს, რომლის დროსაც ფოკუსის პოზიცია იცვლება გარე პირობების მიხედვით, შეუძლია მაღალი ხარისხის ჭრის მიღება. ამ მეთოდის ნაკლი ის არის, რომ ჭრის სიღრმე შეზღუდულია, ზოგადად არაუმეტეს 30 მმ-ისა.

ბ. ბიფოკალური ჭრის ტექნოლოგია. სპეციალური ლინზა გამოიყენება სხივის სხვადასხვა ნაწილზე ორჯერ ფოკუსირებისთვის. როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 4.58-ზე, D არის ლინზის ცენტრალური ნაწილის დიამეტრი და არის ლინზის კიდის ნაწილის დიამეტრი. ლინზის ცენტრში სიმრუდის რადიუსი უფრო დიდია, ვიდრე მიმდებარე არე, რაც ქმნის ორმაგ ფოკუსს. ჭრის პროცესის დროს, ზედა ფოკუსი მდებარეობს სამუშაო ნაწილის ზედა ზედაპირზე, ხოლო ქვედა ფოკუსი მდებარეობს სამუშაო ნაწილის ქვედა ზედაპირთან ახლოს. ამ სპეციალურ ორმაგ ფოკუსირებულ ლაზერულ ჭრის ტექნოლოგიას ბევრი უპირატესობა აქვს. რბილი ფოლადის დასაჭრელად, მას შეუძლია არა მხოლოდ მაღალი ინტენსივობის ლაზერული სხივის შენარჩუნება ლითონის ზედა ზედაპირზე მასალის აალების საჭირო პირობების დასაკმაყოფილებლად, არამედ მაღალი ინტენსივობის ლაზერული სხივის შენარჩუნება ლითონის ქვედა ზედაპირთან ახლოს, აალების მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. საჭიროა სუფთა ჭრილების წარმოება მასალის სისქის მთელ დიაპაზონში. ეს ტექნოლოგია აფართოებს პარამეტრების დიაპაზონს მაღალი ხარისხის ჭრილების მისაღებად. მაგალითად, 3 კვტ CO2-ის გამოყენებით. ლაზერით, ჩვეულებრივი ჭრის სისქე შეიძლება მიაღწიოს მხოლოდ 15~20 მმ-ს, ხოლო ორმაგი ფოკუსის ჭრის ტექნოლოგიის გამოყენებით ჭრის სისქე შეიძლება მიაღწიოს 30~40 მმ-ს.

③ საქშენი და დამხმარე ჰაერის ნაკადი

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