Способ лазерной обработки материалов

 

Изобретение относится к технологии лазерной обработки. Целью ... . изобретения является повышение качества и точности обработки. Лазерный луч с круговым поперечным сечением при помощи специальных зеркал с рельефной отражающей поверхностью преобразуют в п дискретных равномерно расположенных по окружности локальных зонах. Затем переотражающей системой из плоских отражающих зеркал Локалыше зоны вращают относительно оптической оси и получают луч кольцевой формы. Перемещение дискретных зон по окружности позволяет повысить качество и точность обработки за счет перераспределения тепловложения. 4 ил. ю со ЭГ) со 4 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН

09) (И) А1 (594 23 К 26 00

ЯГ :

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2!) 3847486/25-27 (22) 26.12.84 (46) 15.03. 87. Бюл. У 10 (72) M.È,Иващенко и В,П.Панов (S3) 621.791.72 (088.8) (56) Рыкалин Н.Н. и др. Лазерная, обработка материалов. M.: Машиностроение, 1975, гл. 3-6.

Квантовая электроника, т.11, 1984, Р 1, с. 106-168. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к технологии лазерной обработки. Целью:, изобретения является повьппение качества и точности обработки. Лазерный луч с круговым поперечным сечением при помощи специальных зеркал с рельефной отражающей поверхностью преобразуют в "n дискретных равномерно расположенных по окружности локальных зонах. Затем переотражающей системой из плоских отражающих зеркал локальные зоны вращают относительно оптической оси и получают луч кольцевой формы. Перемещение дискретных зон по окружности позволяет повысить качество и точность обработки за счет перераспределения тепловложения. 4 ил.

1296344

Изобретение относится к технологии лазерной обработки.

Цель изобретения - повышение качества и точности обработки.

На фиг.1 изображена схема распре- 5 деления интенсивности излучения на материале при неподвижном фокусаторе; на фиг.2 — след воздействия излучения на материал при вращении фокусауора; на фиг.3 — то же, без его вращения; на фиг.4 — схема осуществления способа.

При обработке лазерный луч 1 с круговым поперечным сечением направляют на фокусирующий элемент 2 с рельефной отражающей поверхностью и облучают материал 3 по заданному контуру. Луч 1 концентрируют в и дискретных равномерно расположенных по окружности локальных зонах 4, для чего рельефную отражающую поверхность фокусирующего элемента 2 выполняют способной преобразовывать падающий на нее луч 1 в луч с апертурной функцией

U = Hcos (n(g (1p), где О и С вЂ” безразмерный радиус и полярный угол;

1 — безразмерный коэффициент;

3р 1 — амплитуда, о — функция Бесселя рода и-го порядка, 35 который переотражают системой 5 плос ких отражающих по крайней мере три раза зеркал 6, совмещая оптическую ось отраженного луча 1 с оптической осью выходного луча 7 и вращая его 40 по круговой трактории (фиг. 1-4).

При обработке материала луч круговой апертуры направляют на фокусирую" щий элемент эллиптической формы с рельефной отражающей поверхностью, 45 а после отражения его — на обрабатываемый материал.

Фокусирующий элемент 2, синтезированный оптический элемент, воздействующий на амплитуду и фазу падающего на него луча 1 подбирают таким образом, что в дальней зоне (фокальном пят не) получают заданную линию воздействия с равномерным распределением интенсивности вдоль нее.

Однако при равномерном распределении интенсивности вдоль линии — окружности — не всегда достаточно мощности данного лазера для получения необходимого уровня интенсивности, поэтому с помощью фокусирующего эле1 мента 2 концентрируют луч 1 в и дискретных равномерно расположенных по окружности локализованных зон и с максимумами интенсивности излучения в каждой из них необходимого уровня, например достаточного для плавления материала, что обеспечивает повышение качества и точность обработки за счет локализации излучения. Дпя обработки материала 3 по круговому контуру отраженный от элемента 2 луч переотражают системой плоских зеркал 6 и совмещают оптическую ось выходящего в направлении материала 3 луча 7 с оптической осью луча 1, и вращением элемента 2 и системы зеркал 6 как целого относительно оптической оси падающего на элемент 2 луча 1 производят перемещение на материале 3 дискретных зон

4 по окружности.

Пример. Способ реализован на серийной установке "Квант 9", Из лазера луч направляют в оптическую систему, содержащую два двугранных отражателя, После отражения от отра" жателей луч попадает на обрабатывае" мый материал. На первой обращенной к лазеру поверхности отражателя выполняют маску в виде рельефной отражающей поверхности с апертурной функцией U. Оптическую систему выполняют так, чтобы оптические оси падающего на нее и выходящего из нее лучей совпадали, а систему вращают относительно оси. Поскольку при этом вращении происходит вращение фокусирующего элемента с маской на нем, то ее изображение на материале также вращается, что и требуется.

Осуществляют резку металлов, При этом используют оборудование, содержащее СО -лазер мощностью 250 Вт, с поддувом в зону обработки воздуха или кислорода.

Режим работы лазера непрерывный.

По данному способу лазерное излучение формируют в кольцо (путем применения рельефного отражателя) диаметром 25 мм и производят резку нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т и титана.

Ширина реза составляет 0,25 мм, зона термического влияния 0,15 мм.

1296344

20. ВНИИЛИ Заказ 704/17 Тираж 976 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Затраты энергии 0,8 кДж (сталь, кислород}, 2,5 кДж (титан, воздух) .

Время резки составляет 7 и 20 с соответственно. При использовании этого же оборудования, режима и материалов при перемещающемся фокальном пятне диаметром 0,5 мм (при F=

=150 мм} эона термического влияния составляет 0,25 мм, а затраты энергии - 1,7 и 5 кДж для стали и тита- 0 на соответственно (при скоростях реза 1 и 0,3 см)..При использовании данного способа ширина реза, зона термического влияния и затраты энергии при том же времени обработки вдвое меньше, чем в известных способах.

Формул а изобретения Способ лазерной обработки материалов, при котрром лазерный луч с круговым поперечным сечением на.правляют на фокусирующий элемент с рельефной отражающей поверхностью и облучают материал по заданному контуру, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и точности обработки, луч концентрируют в и дискретных равномерно расположенных по окружности зонах, преобразуют его при помощи рельефной поверхности в луч с заданной апертурной функцией, переотражают его по меньшей мере три раза, совмещая оптическую ось отраженного луча с оптической осью выходного луча и вращая луч по круговой траектории, при этом апертурная функция луча

U = Hcos (nqj ь„(1р), где О и (. безразмерный радиус и поляр ный угол р ельефной поверхности;.

1 — безразмерный коэффициент;

Н.— амплитуда в импульсе; функция Бесселя I рода п и-го порядка.