Пристрій для струминно-променевого різанння матеріалів

Винахід відноситься до галузі обробки конструкційних матеріалів методами, основаними на використанні ефекту утворення нових поверхонь розділу за рахунок одночасного впливу швидкоплинним струменем рідини, який витікає з надзвуковою швидкістю з отвору малого діаметра - соплової насадки, і по досягненні поверхні оброблюваного матеріалу здійснює основну роботу руйнування, та впливу променем лазера, сфокусованим у точці натікання струменя з потужністю, достатньою для того, щоб викликати в малому обсязі оброблюваного тіла термомеханічні перетворення; може бути використаним при високоточному різанні таких матеріалів. Відомий спосіб використання лазерного устаткування для різання та зварювання у виробництві потужних електричних двигунів (Kombinierte Anwendung // Hanser Fachz. - 1998. - №2 Suppl.Laser-Praxis. - c.22. - Нім.: реф. В.В.Горський), яке пропонується фірмою Foracon GmbH und Co. KG. Обладнання складається з робочого столу, у площині якого переміщуються встановлені на портальному пристрої різальні та зварювальні головки, з'єднані з джерелом випромінювання - потужним лазером - за допомогою системи світловодів; джерело тиску робочої рідини - технічної води, системи трубопроводів, які дозволяють підводити рідину в зону дії кожної із різальних головок. Недоліком такої системи є висока складність оптично-гідравлічної системи, у тому числі різальної головки, необхідність використання коштовних світловодів, а також обмежений міцністю елементів максимальний тиск рідини, яка подається до різальної головки. Найбільш близьким до пропонованого пристрою для струминно-променевого різання матеріалів є пристрій, висвітлений в роботі (Laserstrahl im Wasserstrahl - ein neues Materialbearbeitungs-verfahren //Laser Mag. - 1999. №5. - с.18. - Нім.: реф. Ю.А.Толочков) та прийнятий за прототип. Пристрій складається з твердотільного лазерного випромінювача потужністю до 500Вт, системи наведення та позиціювання плями випромінювання, гідравлічного блоку, який забезпечує тиск рідини до 50МПа та витрату до 5дм 3/хв та системи введення променя у струмінь -оптично-струминної головки з системою дзеркал та лінз, за допомогою якої лазерне випромінювання вводиться у струмінь, коли останній постає абстрагованим світловодом. Недоліком даного пристрою є складність оптично-струминної головки, обмежені технологічні можливості пристрою внаслідок існування граничної енергії струменя рідини, обумовленої конструкцією оптично-струминної головки. Технічна задача даного винаходу - спрощення системи введення променя у швидкоплинний потік рідини, розширення технологічних можливостей пристрою. Розв'язання задачі досягається тим, що у відомому пристрої, який складається з лазерного випромінювача, системи наведення та позиціювання плями випромінювання, гідравлічного блока, оптично-струминної головки, новим є те, що остання виконана за схемою розпаралелення потоків потужності, а саме: формування швидкоплинного струменя здійснюється при протіканні рідини через камеру високого тиску, що має соплову насадку, а введення лазерного випромінювання у стр умінь виконується за допомогою плаского та сферичного дзеркал із виконаними в останніх центральними отворами з діаметром, що перевищує діаметр струминного потоку, причому пласке дзеркало встановлене опозитно до сферичного та до швидкоплинного потоку рідини, на одній осі з віссю потоку рідини, а сферичне, встановлене на зрізі сопла, має таку фокусну відстань, яка дорівнює оптимальній відстані між зрізом сопла та поверхнею оброблюваного матеріалу і фокусує випромінювання у точці контакту стр уменя з поверхнею. Сполучення відомих елементів: гідроструминної головки з встановленою сопловою насадкою, лазерного випромінювача з системою позиціювання лазерного променя, двох дзеркал з виконаними центральними отворами веде до набуття пристроєм нових технічних властивостей: спрощення конструкції пристрою, зокрема, системи введення променя у швидкоплинний потік рідини завдяки використанню двох дзеркал, та розширення технологічних можливостей пристрою завдяки використання принципу розпаралелення потоків потужності. Таким чином, подане технічне рішення відповідає критерію "Суттєві відміни". Роботу пристрою для виконання струминно-променевого різання пояснено фігурами. Пристрій являє собою робочий стіл 1 (фіг.1) із закріпленою на ньому оброблюваною заготовкою 2, на якому з можливістю повздовжнього руху встановлено портал 3, що має направляючі поперечного переміщення, причому на останніх з можливістю переміщення у напрямку направляючих встановлено струминну головку 4, з'єднану із джерелом високого тиску 5 за допомогою гнучкої трубки високого тиску 6. Додатково на порталі 3 змонтований нерухомо оптичний квантовий генератор (лазер) 7, випромінювання від якого за допомогою системи дзеркал 8 підводиться до струменя, що витікає з струминної головки 4. Для забезпечення коаксіального введення випромінювання у струмінь та мінімізації втрат потужності за зрізом сопла, встановленого у струминній головці 4, закріплена система дзеркал, що складається з плаского 9 (фіг.2) та з'єднаного з пласким за допомогою стрижня 10 сферичного 11 дзеркал із виконаними в них центральними отворами, діаметр яких перевищує діаметр швидкоплинного струменя, причому пласке дзеркало 9 встановлене опозитно до сферичного 11 та до швидкоплинного потоку рідини, на одній осі з віссю потоку рідини, а сферичне 11, встановлене за зрізом сопла, має таку фокусну відстань Fопт яка дорівнює оптимальній відстані між зрізом сопла та поверхнею оброблюваного матеріалу і фокусує випромінювання у точці контакту стр уменя з поверхнею. Працює пристрій так. При виконанні обробки рідина високого тиску, що надходить до струминної головки 4 (фіг.1) від джерела високого тиску 5 за допомогою гнучкої тр убки 6, підводиться у потрібну точку на поверхні оброблюваної заготовки 2 за допомогою порталу 3. Лазерне випромінювання від оптичного квантового генератора 7, який може працювати у багато ходовому режимі (наприклад, з типом коливань ТЕМ0,4 ТЕМ0,5) надходить за допомогою системи дзеркал 8 до плаского 9 та сферичного 11 дзеркал, фокусується у місті натікання струменя та локально нагріває оброблюваний матеріал, підвищуючи тим самим ефективність керованого руйнування та забезпечуючи високу точність процесу.