Проектирование автоматизированнь1х станков и комплексов (831033), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Создание инверсной населенности обеспечивается накачкой (энергетическим воздействием на рабочее тело).Источником получения монохроматического излучения является оптический квантовый генератор-лазер. Его основными элементами являются:рабочее тело (вещество), состоящее из ансамбля атомов и молекул, длякоторых может быть создана инверсная населенность;система, обеспечивающая инверсию и называемая системой накачки;оптический резонатор, в котором происходит отбор энергии от генерирующих излучение частиц;устройство для вывода энергии из резонатора;система управления концентрацией энергии и пространственным положением полученного пучка света;специальные системы, связанные с конкретным технологическим применением лазера.Основные виды накачки следующие:оптическая, обеспечиваемая облучением рабочего тела мощным световымпотоком;7.4.электрическая,271Оборудование для лазерной обработкиосуществляемаяпрохождением через рабочее тело электрического тока;химическая,когдаинверсиявозникаетзасчет химической реакции, в которой принимает участие рабочее тело.2Основные методы лазерной размерной обработкиГазрезка материалов и прошивание-отверстий.Резка материалов основана на локальном·~плавлении материала и его последующем удаf-SSS§\."">SSSSSSSJ' &\-""">5SSSSSS<...\.'-.>]лении под действием гравитации или газовойРис.струи.
Эффективность резки повышается в результатенапримервведениявкислорода,зонуобработкикоторый7.13.газа,значительноувеличивает выделение энергии в зоне резки. Лазерный лучкусируется линзойи проходит через сопло2Конструкция газолазерного резака3,1(рис.7.13)фокуда через штуцер подаетсягаз.С увеличением давления газа возрастает глубина резки. Для полученияминимальной ширины реза обработку проводят на предельно возможныхскоростях для заданной мощности излучения и давления газа. Давление газадля углеродистых сталей составляетстойких сталей и титанасти излученииТаблица0,2 ...
0,30,05 ... 0,15МПа, а для коррозионноМПа. Режимы лазерной резки при мощно1 кВт и давлении газа 0,15 МПа приведены в табл. 7.1.7.1Показатели лазерной резки непрерывным СО2-лазеромМатериалТолщинаГлубина,Шероховатость,мммммкм60,410,08114,5-80,370,06-3,320,510,26-5,210,510,26--2,50,460,165-100,370,820,423,50,390,098-30,40,27-2,270,340,241Коррозионностойкая стальТитанрезки,Ширина,Jll!CTa,УглеродистаястальПараметры резаСкорость-1ММм/мин8016,47. Оборудование, применяемое при специШLьных методах обработки272Прошиван,ие отверстий и кан,алов осуществляют, как правило, импульсными твердотельными лазерами за один или несколько импульсов.
По сравнению с механической обработкой лазерное прошивание обладает рядомпреимуществ:возможность обработки практически любых материалов независимо от ихмеханических свойств;возможность обработки отверстий малого диаметра(d < 0,1мм) с боль-шим отношением глубины к диаметру;отсутствие механического контакта инструмента с деталью;возможность получения наклонных отверстий.Лазерное прошивание используют при изготовлении отверстий в расходных шайбах для дозирования воздуха, трубчатых деталей, отверстий распылителей, болтов с отверстием под шплинт, гаек с отверстиями под проволоку,отверстий водоохлаждаемых турбинных лопастей, дозаторов в дизельной аппаратуре, в диафрагмах различных приборов и устройств.
Показатели лазерного прошивания приведены в табл.Таблица7.2.7.2Показатели лазерного прошивания отверстийТоm.цИRа,МатериалммКоррозионно-Диаметр отверстия, ммВремяЭнергияимпульса, мсимпульса, ммвходноговыходного0,90,50,252,355,91,780,30,220,816,00,50,50,80,20,250,20,150,20,22,02,02,253,33,34,9стойкая стальЛегированнаястальВольфрамМолибденМедьОдноимпульсный режим используют при вьшолнении отверстий диаметром до30 мкм в диафрагмах из вольфрамовой, титановой илимедной фольги.По сравнению с электроэрозионной обработкой метод повышает производительность в1О раз.Многоимпульсный режим применяют для пробивки отверстий диаметром5 ...
80мкм в алмазных фильерах, рубиновых и сапфировых часовых камнях.Для этого используют импульсные твердотельные лазеры с энергией импульса0,5 ... 1 Дж,длительностью0,2мс, частотой5 ... 10Гц. По сравнению с механическими методами время сверления отверстий в алмазной фильере сокращается примерно в100 раз.По типу применяемого рабочего тела лазеры подразделяются на твердотельные, газовые жидкостные и полупроводниковые.7.4.273Оборудование для лазерной обработкиВ твердотельных лазерах используют синтетический рубин, иттриевоалюминиевый гранат, неодимовое стекло.Синтетический рубиндержит0,05 % Cr,-кристалл оксида алюминия А12 O 3 , который соявляющегося активным элементом, генерирующим когерентное излучение с длиной волны л,Иттриево-алюминиевый гранат= 0,6943 мкм (красный свет).-синтетический кристалл, содержащий вкачестве активных атомов примеси неодима, хрома, туллия или гольмия.
Онгенерирует инфракрасный свет с длинами волн л, 1и л3= 1,06 мкм, л,2 = 2,0132мкм= 2,123 мкм.Неодимовое стекло является аморфным веществом, в котором содержатсяатомы редкоземельного элемента ниодима. Оно обеспечивает излучение длиной волны л 1= 1,06 мкм.Твердотельный лазер содержит стержень, изготовленный из рабочеговещества и помещенный между двумя (отражающим и полупрозрачным)зеркалами.Длянакачкиэнергиииспользуютгазоразряднуюлампувспышку, помещенную в отражающий кожух и запитываемую от батареиконденсаторов.Для рубина поглощающая мощность накачки составляет около 2 кВт/см3 •Мощность лампы составляет десятки киловатт.При разряде батареи конденсаторов лампа дает интенсивную вспышкуполихроматического света, воздействующего на активные атомы оптическогорезонатора, которые, поглощая энергию накачки, возбуждаются и затем припереходе на более низкий энергетический уровень генерируют собственноеизлучение.
Для увеличения удельных энергетических показателей луча егофокусируют с помощью объективов.Суммарная мощность твердотельного лазера при энергии импульса, составляющей несколько десятков джоулей и частоте их следования до нескольких десятков герц, достигает нескольких десятков киловатт.В газовых лазерах в качестве активного газа для накачки применяют аргон, неон, ксенон, криптон, смеси углекислого газа с азотом и гелием.Электрический разряд в СО2 -лазере возбуждается в охлаждаемой разрядной трубке диаметром доного источника питания.60 мм между электродами с помощью высоковольтИзлучение с длиной волны л, = 10,6 мкм выводитсячерез окно из материала, пропускающего инфракрасное излучение.Полупроводниковые лазеры благодаря процессам в р--п-переходе на арсениде галлия генерируют излучение с длинами волн л, 1 = 0,82 и А2 = 0,9 мкм.Пиковая импульсная мощность лазеров достигает нескольких киловатт прикпд около20 %.Волоконные лазеры.
На сегодняшний день разработаны промышленныеобразцы таких лазеров мощностью додится в пределах1... 230кВт. Их спектральный состав нахомкм. Волоконные лазеры вытесняют традиционныелазеры из таких областей, как лазерная резка и сварка металлов.2747.Оборудование, применяемое при специШLьных методах обработкиПринцип работы лазера основан на пропускании света фотодиода по волокну большой протяженности. Накачку проводят с торца волокна, а усилениеосуществляетсявследствиелокне большой длины (около50многократногопереотражениясветаввом).
В качестве волокна используют кварц,активированный добавками редкоземельных элементов. Накачку осуществляют диодами с одномодовым излучением. Порог генерации таких лазеровсоставляет1ОмкВт, КПД достигает50 %.Лазеры не требуют юстировки ипрактически не нуждаются в обслуживании. Для мощных лазеров используют трехслойное стеклянное волокно, активированное редкоземельными элементами.Для технологических целей волоконный лазер должен иметь мощность от100 Вт до 4 ...
6 кВт.Такие лазеры создают путем многокаскадного усиления вволокнах или набора мощности излучения от нескольких лазеров с меньшеймощностью.Оптические системы в лазерном оборудовании предназначены для перемещения луча относительно детали.Неподвижные детали лазер1может обрабатывать по любому заданномуконтуру с помощью трех подвижных зеркалустройство3установлено на каретках42(рис.7.14).Фокусирующеес возможностью продольного и поперечного перемещения./1Рис.7.14.Система перемещеIШЯ лазерногоРис.7.15.Структурапромьппленной лазерной установкилучаЛазерная установка (рис.7.15) содержит следующие основные узлы : ла4 для формирования лазерного излучения 2,устройство 6 для закрепления и перемещения обрабатываемого объекта 5,систему управления лазером и координатным столом 8, датчик параметровлазерного излучения 3 и датчик параметров технологического процесса 7.зер1,оптическую системуЛазерные установки должны обладать высокой стабильностью работы,большим сроком службы, простотой конструкции и минимальной массой,возможностью дистанционного наблюдения, безопасностью работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
