Установка для лазерної обробки отворів

Реферат: Установка для лазерної обробки отворів містить лазер, оптичну систему, стіл для розміщення заготівки та пристрій для змінення відносного положення каустики пучка випромінювання та поверхні заготівки. Пристрій виконано у вигляді отвору в столі для розміщення заготівки, підключеного до мережі стислого повітря через вхідну діафрагму, який співвісний з віссю пучка лазерного випромінювання і має повздовжній профіль із змінним попереком, причому його розміри зі сторони надходження лазерного випромінювання D та його виходу із заготівки d зв'язані з діаметром заготівки d з співвідношенням: D  d з  d . UA 113544 U (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЇ ОБРОБКИ ОТВОРІВ UA 113544 U UA 113544 U UA 113544 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до технологічного оснащення операцій обробки отворів в виробах простої форми (наприклад, кульках) лазерним променем і може застосовуватися для продуктивного формування наскрізних отворів підвищеної якості за рахунок стабілізації умов опромінення. Відома установка для лазерної обробки отворів, яка містить лазер, оптичну систему та стіл для розміщення заготівки [1]. Обробка отворів заданого діаметрального розміру та глибини досягається шляхом вибору відповідних розмірів пучка випромінювання на поверхні заготівки за відомими методиками (формування попереку отвору) та використанням серії імпульсів для отримання отворів необхідної глибини. Недоліком використання відомої установки є низька якість повздовжньої форми отворів після лазерної обробки у вигляді їх не циліндричності (конусоподібності k  D  d , D - діаметр отвору на вході пучка випромінювання в заготівку, d - діаметр отвору на нижній поверхні стінки заготівки), що викликано поступовим зниженням інтенсивності випромінювання на дні отвору, що обробляється, від імпульсу до імпульсу внаслідок заглиблення отвору вздовж каустики перетвореного оптичною системою пучка випромінювання, яка має форму гіперболоїда обертання навколо його осі. Найбільш близькою до корисної моделі є установка для лазерної обробки отворів [2], яка має лазер, оптичну систему та стіл для розміщення заготівки і відрізняється тим, що в склад установки додатково введено пристрій для змінення відносного положення каустики пучка випромінювання та поверхні заготівки у вигляді оптичного дефлектора для керування довжиною хвилі випромінювання (в межах полоси люмінесценції активного середовища лазера). Для оптичної системи з позитивною хроматичною аберацією (збільшення частоти випромінювання призводить до подовження її фокусної відстані), тобто змінення довжини хвилі випромінювання в кожному наступному імпульсі (пічку) викликає зміщення фокальної площини оптичного системи вслід за переміщенням дна отвору, що обробляється. Це підтримує початкові умови опромінення заготівки протягом операції обробки отвору. Результатом цього є підвищення якості повздовжнього його профілю, тобто надання отвору циліндричності або заданого рівня конусоподібності. Недоліком відомої установки є те, що діапазон керованості довжиною хвилі випромінювання лазера обмежено шириною полоси флюоресценції (люмінесценції або підсилення) активного середовища, тобто   m ax  m in , що обмежує керованість глибиною отвору в межах h  F / сер , наприклад, для лазера на YAG: Nd 3 (сер  1,06 мкм) з   0,004 мкм і з 35 40 45 оптичною системою F  100 мм h  0,377 мм . Крім цього рівень стабільності інтенсивності пічків (імпульсів) в їх пачці дуже низький, тому що залежність коефіцієнта підсилення активного середовища в межах ширини полоси флюоресценції має гаусів закон. Це зменшує можливість керування якістю повздовжньої форми отвору. Задачею корисної моделі є розширення розмірної можливості керування повздовжньою формою отворів та його якістю. Поставлена задача вирішується тим, що установка для лазерної обробки отворів, яка має лазер, оптичну систему, стіл для розміщення заготівки та пристрій для змінення відносного положення каустики пучка випромінювання та поверхні заготівки, згідно з корисною моделлю пристрій виконано у вигляді отвору в столі для розміщення заготівки, підключеного до мережі стислого повітря через вхідну діафрагму, який співвісний з віссю пучка лазерного випромінювання і має повздовжній профіль із змінним попереком, причому його розміри зі сторони надходження лазерного випромінювання D та його виходу із заготівки d зв'язані з діаметром заготівки d з співвідношенням: D  dз  d 50 На кресленні зображено схему установки, де лазер 1, співвісна з ним оптична система 2, стіл 3 для розміщення заготівки 5, причому остання під час обробки розташовується в отворі 4, виготовленому в столі 3 співвісно з віссю лазера 1. Розміри отвору ( D  d з  d ) та його повздовжній профіль дозволяють заготівці 5 знаходитися в ньому та вільно зміщуватися вздовж осі отвору 4. Зі сторони меншого діаметра отвору він підключений до мережі стислого повітря з тиском p через вхідну діафрагму 7 діаметром d вх . 55 Установка працює наступним чином. В отворі 4, виготовленому в столі 3, розміри та форма якого визначаються розмірами та масою заготівки 5 та технічним завданням на операцію (матеріалом заготівки, розміром та точністю отвору), розташовується заготівка 5 у вигляді 2 UA 113544 U кульки та подається стисле повітря зі сторони меншого отвору діаметром d тиском p та витратою, визначеному апертурою вхідної діафрагми 7. Заготівка 5 займає положення, яке визначається її розміром d з , масою m та конусністю отвору 4: l k  Dd  F 5 1/ 2  4G  2   p  Di    Di       . (1) Рівновага системи забезпечується співвідношенням сил, що діють на кульку 5: p1 d з2  Gз  d з3  p1 d з  3 , (2) , або 2 4 6 де: p1 - тиск під кулькою, визначається витратою повітря через кільцевий зазор площею D12  d з2  / 4 ; D1 - діаметр перерізу отвору в місці розташування кульки; G з - вага кульки 5 10 15 (  - питома вага її матеріалу). Перед початком обробки оптичну систему 2 розташовують вздовж осі пучка випромінювання таким чином, щоб вибраний переріз його каустики, перетвореного її лінзою, знаходився на поверхні кульки 5. Якщо для обробки надходять кульки з розсіянням їх розмірів, то відповідно до балансу сил (від ваги виробу та тиску повітря на його площу), їх розташування відрізнятиметься положенням центру тяжіння, а не поверхні, з якої починається обробка, тобто забезпечується постійність умов опромінювання F  F . При подачі імпульсу лазерного випромінювання в кульці 5 утворюється лунка із зменшенням її об'єму і ваги до величини: Gз'  20   d з3 d 2h    о о 2  3 2 .   Це порушує баланс сил (2), і кулька зміщується вгору назустріч пучку випромінювання на величину  доки зазор, що збільшується, довкола його тіла не зменшить тиск під кулькою до рівня p 2 : 2  d з3 d о2 hо     d з2  3 2 .   Значення величини  змінюється в залежності від пневматичної характеристики системи і конусоподібності отвору k . p2  25 30 35 Подальші імпульси викликають повторення підйом кульки до формоутворення крізного каналу отвору, після чого ЛТУ виключається. Таким чином, за умови оптимальної повздовжньої форми отвору в столі установки забезпечується постійність взаємного положення пучка випромінювання та заготівки, тобто незмінність інтенсивності в зоні опромінення, що є гарантією формування циліндричного отвору, причому в межах таких їх глибин, які зазвичай обробляються лазерним променем. Джерела інформації: 1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюра Н.И. Технологические процессы лазерной обработки. - М: МГТУ им. Баумана, 2008. -с.574, С. 574, рис. 8.10а 2. Патент РФ № 1299025 В23К 26/00. Устройство для лазерной обработки. Кравченко В.И., Галич Г.А., Пархоменко Ю.Н., оп. 27.11.1995г. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Установка для лазерної обробки отворів, що містить лазер, оптичну систему, стіл для розміщення заготівки та пристрій для змінення відносного положення каустики пучка випромінювання та поверхні заготівки, яка відрізняється тим, що пристрій виконано у вигляді отвору в столі для розміщення заготівки, підключеного до мережі стислого повітря через вхідну діафрагму, який співвісний з віссю пучка лазерного випромінювання і має повздовжній профіль із змінним попереком, причому його розміри зі сторони надходження лазерного випромінювання D та його виходу із заготівки d зв'язані з діаметром заготівки dз співвідношенням: D  dз  d . 3 UA 113544 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4