Книга: Вакс Е. Д., Лебедкин И. Ф., Миленький М. Н., и др. «Резание металлов излучением мощных волоконных лазеров»

Серия: "Мир физики и техники"

Первый раздел книги посвящен расширенному рассмотрению определяющих результатов процесса лазерного резания физических закономерностей. К таковым относятся: зависимость коэффициента отражения металлов от температуры их нагрева; прохождение ассистирующего газа по фронту реза и его влияние на удаление образующейся на поверхности фронта жидкой фазы; необходимость ограничения максимально возможной величины скорости резания; оптимизация ширины реза на его входе; более эффективный способ локализации излучения; согласование фокусных расстояний фокусирующего объектива и коллиматора лазера; влияние на показатели резания тепловых деформаций.
В двух других разделах книги приводятся установленные анализом результатов проведенных в НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» в период 2005-2014 гг. экспериментальных исследований закономерности лазерного резания металлов, наиболее часто используемых отечественной промышленностью. Таковыми являются конструкционная сталь, резание которой проводится в зависимости от ее толщины в среде сжатого воздуха или кислорода, нержавеющие стали и сплавы алюминия различных марок, резание которых необходимо проводить в среде нейтральных газов, а также ряд других металлов, необходимых для изготовления изделий различного назначения.
На основании вышеотмеченного и анализа опубликованных данных двух ведущих зарубежных фирм, успешно работающих в области лазерного резания, стало возможно сформулировать условия его проведения, позволяющие реализовать как повышенные качественные результаты данного процесса, так и его производительность и экспериментально подтвердить их.

Содержание:

Вступление...... 7 Раздел 1. Базовые аспекты лазерного резания металлов...... 9 Аннотация к разделу...... 9 Введение...... 10 1. 1. Базовые факторы процесса лазерного резания металлов...... 11 Поглощение лазерного излучения металлами...... 12 Влияние гауссового распределения интенсивности излучения по dl на процесс резания...... 14 Усредненная величина плотности мощности на dl — показатель того, как развивается процесс резания...... 16 1. 2. Модель лазерного резания...... 17 Формирование поверхности фронта реза...... 17 Математическая модель лазерного резания...... 22 1. 3. Возможности удаления жидкой фазы потоком ассистирующего газа...... 25 Потери давления ассистирующего газа в зазоре между соплом и поверхностью металла...... 26 Зависимость массы прошедшего через рез потока ассистирующего газа от структуры ударной волны...... 30 Математическое моделирование профиля статического давления в зазоре между соплом и поверхностью обрабатываемой детали, а также в зоне обработки...... 35 Экспериментальное моделирование сверхзвукой струи на фронте реза...... 46 1. 4. Базовые закономерности процесса лазерного резания металлов...... 54 Какой должна быть скорость резания...... 54 Как образуются ребра на боковой поверхности реза...... 61 Оптимизация ширины реза и способа локализации излучения...... 70 Какой должна быть оптимальная ширина фронта реза...... 72 Оптимизация способа локализации излучения...... 73 В каком месте каустики надо устанавливать поверхность детали...... 75 Улучшение оптимизации условий резания подбором сочетания фокусных расстояний коллиматорной линзы лазера и фокусирующего объектива...... 79 Приближение локализации излучения к оптимальному уровню...... 83 1. 5. Влияние термодеформаций на процесс резания металлов...... 91 Механизмы образования термодеформаций...... 92 Экспериментальные данные о возникающих при резании пластичных деформациях, анализ условий их образования...... 101 Выводы...... 106 1. 6. Скоростное резание металлов толщиной 0, 1–0, 5 мм...... 107 Расчет скорости резания...... 107 Резание нержавеющий стали толщиной 0, 5 мм и ковара толщиной 0, 14 мм...... 109 Литература...... 112 Раздел 2. Резание металлов в среде воздуха или нейтральных газов волоконным лазером мощностью 1–2 кВт...... 113 Аннотация к разделу...... 113 2. 1. Вводная часть...... 115 Негативное влияние присадок в металлах...... 115 Влияние состояния поверхности...... 117 Влияние конструкции и расположения сопла над поверхностью металла...... 118 Фокусирующий объектив и локализация излучения на поверхность металла...... 120 2. 2. Технология врезания, проведение начала и окончания резания...... 123 Врезание...... 123 Алгоритм резания участков разгона, торможения и углов контура реза...... 128 Расчет параметров излучения для резания участков разгона и торможения...... 131 Расчет параметров излучения по первому варианту...... 131 Режимы резания по второму варианту...... 134 Режимы резания углов...... 136 2. 3. Режимы резания конструкционной стали в среде сжатого воздуха непрерывным излучением волоконных лазеров...... 138 Условия проведения и результаты резания, проводимого лазерами различной мощности...... 138 Возможности уменьшения высоты грата при резании конструкционной стали толщиной 1–3 мм...... 147 Резание конструкционной стали толщиной 2 мм...... 151 Условия уменьшения высоты грата при резании конструкционной стали толщиной 2 мм...... 151 Условия уменьшения высоты грата при резании конструкционной стали толщиной 3 мм...... 155 2. 4. Условия и результаты резания нержавеющих сталей...... 156 Особенности резания нержавеющих сталей...... 157 Зависимость скорости резания и чистоты боковой поверхности реза от содержания присадок (железо, хром, углерод, марганец, кремний и никель)...... 158 Исследование возможностей минимизации высоты грата при резании нержавеющей стали толщиной 1–5 мм...... 165 Иные условия минимизации высоты грата при резании в среде сжатого воздуха нержавеющей стали с содержанием хрома 12 % толщиной от 1 мм и более...... 177 Иные условия минимизации высоты грата при резании нержавеющей стали с содержанием хрома 18 % толщиной до 5 мм...... 179 Резание нержавеющей стали толщиной до 10 мм излучением лазера мощностью 2 кВт...... 181 2. 5. Условия и результаты резания сплавов алюминия...... 186 Особенности резания сплавов алюминия...... 186 Влияние ассистирующего газа...... 189 Влияние конструкции и проходного диаметра сопла...... 194 Экспериментальное подтверждение преимуществ установки поверхности обрабатываемого металла ниже перетяжки каустики...... 198 Сравнение результатов резания сплавов алюминия толщиной до 5 мм, полученных использованием волоконных лазеров мощностью 1 кВт и 2 кВт...... 202 Резание алюминиевых сплавов излучением мощностью 2 кВт при постановке поверхности металла в плоскость каустики, расположенную выше ее перетяжки на расстоянии 1 мм...... 208 Резание алюминиевых сплавов толщиной до 10 мм излучением мощностью 2 кВт...... 209 Условия резания сплава алюминия AlMg3 толщиной от 5 мм и до 10 мм с минимизированной высотой грата...... 213 2. 6. Условия и результаты резания меди и латуни...... 217 Особенности резания меди...... 217 Резание латуни лазером мощностью 1 кВт...... 219 Условия резания латуни лазера мощностью 2 кВт и его результаты...... 221 2. 7. Особенности резания специальной стали и константана лазером мощностью 2 кВт...... 227 Резание специальной стали...... 227 Резание константана...... 229 2. 8. Резание в режиме in fl y — метод повышения скорости этого процесса...... 232 Резание трансформаторной стали толщиной 0, 15 мм...... 232 Предельная глубина резания в режиме in fl y и особенность его проведения...... 237 2. 9. Резание металлов импульсным излучением волоконного лазера...... 243 Резание деталей из трансформаторной стали толщиной 0, 28 мм...... 243 Резание деталей из латуни толщиной 0, 5–2 мм...... 248 Выбор длительности и частоты импульсов...... 250 Расчет перекрытия соседних световых пятен...... 251 Литература...... 253 Раздел 3. Лазерное резание конструкционной стали в среде кислорода...... 254 Аннотация к разделу...... 254 Введение...... 255 3. 1. Преимущества, базовые понятия резания в среде кислорода и его основная проблема...... 256 3. 2. Возможно ли лазерно-кислородное резание без образования ребер на боковой поверхности реза...... 268 Эксперименты и их результаты...... 268 Аналитическая часть...... 271 3. 3. Резание конструкционной стали в среде кислорода излучением волоконного лазера мощностью 1 кВт...... 277 Образование поперечной формы фронта реза...... 278 Образование ребер на боковой поверхности реза...... 282 Результаты резания с повышением расхода кислорода...... 285 Условия проведения резания улучшенного качества...... 295 3. 4. Резание конструкционной стали в среде кислорода излучением волоконного лазера мощностью 1, 5 кВт...... 300 3. 5. Резание конструкционной стали в среде кислорода излучением волоконного лазера мощностью 2 кВт...... 308 3. 6. Повышение скорости и улучшение качества резания конструкционной стали, проводимого излучением волоконного лазера мощностью 1 кВт в среде кислорода с чистотой 99, 97 %...... 312 3. 7. Влияние термодеформаций на результаты кислородно-лазерного резания...... 320 3. 8. Влияние аккумуляции тепла на контуре реза на качество его боковой поверхности...... 327 3. 9. Понижение аккумуляции тепла на контуре резания...... 332 3. 10. Исследование возможности резания конструкционной стали толщиной до 16 мм...... 337 Увеличение глубины качественного резания до 16 мм...... 340 3. 11. Влияние остаточных напряжений в конструкционной стали на процесс резания...... 344 3. 12. Влияние колебаний фокусирующего объектива вдоль направления резания на его результаты...... 347 Литература...... 351

Издательство: "Техносфера" (2016)

ISBN: 9785948364278