Способ резки заготовки, выполненной из магния или магниевого сплава

Способ резки материалов лазерным лучом может быть использован в машиностроении для резки магниевых сплавов. В процессе резки из области реза удаляют продукты разрушения посредством газа. В качестве технологического газа используют инертный газ высокой чистоты. Технологический газ подводят под острым углом к поверхности фронта реза, непосредственно к поверхности заготовки, под углом 2-10° к оси лазерного луча, под давлением, не меньшим 6 бар. В результате обеспечена возможность резки магния и его сплавов лазерным лучом без воспламенения металла на фронте и поверхности реза, а также его частиц, удаляемых из зоны реза. 1 ил.

 

Изобретение относится к области резки металлов, в частности к способу резки металлов лазерным лучом с использованием вспомогательного газа, и может найти применение в различных отраслях машиностроения, где стоит задача резки магниевых сплавов.

Известны способы и устройства для резки лазерным лучом с использованием вспомогательного газа с применением разнообразных типов сопел для выдува этого газа в область воздействия лазерного луча или в зону его термического влияния. Общим недостатком таких решений является: либо сильное снижение скорости и качества резания и быстрое возрастание лазерной мощности при увеличении толщины разрезаемого материала (см. Fieret J., Terry M.J., Overview of flow dynamics in gas as sisted laser cutting. Proc. SPIE, vol. 801, 1987, p. 243), либо невозможность проводить лазерную резку листов с шероховатой или неровной поверхностью (см. ЕР №0615481, B23K 2/14), когда в качестве вспомогательного газа используют кислород и когда основным условием реализации предлагаемого способа подвода газа является плотный контакт сопла с разрезаемой поверхностью для устранения возможности взаимодействия кислорода с атмосферным воздухом.

Известен также способ резки материалов лазерным лучом, включающий использование вспомогательного газа, удаляющего из области реза продукты разрушения, который подают под углом к поверхности фронта реза (см. RU №2172233, B23K 26/14, B23K 26/38, 1999).

К недостаткам известных способов резки относится то, что они не подходят для резки магниевых сплавов, т.к. при использовании воздуха в качестве технологического газа при лазерной резке при нагреве до 550-600°С происходит разрушение защитной пленки оксида магния кислородом воздуха, после чего магний воспламеняется и горит ярким белым пламенем.

Горение магния сопровождается выделением большого количества тепла по реакции:

2Mg+O2=2MgO+146,1 ккал.

При горении магния на воздухе достигается температура 2850°С.

Задачей, на решение которой направлен заявленный способ, является обеспечение возможности резки магния и его сплавов лазерным лучом.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности резки заготовок из магния и магниевых сплавов с применением лазерного излучения без воспламенения металла на фронте и поверхности реза, а также его частиц, удаляемых из зоны реза, кроме того, обеспечивается должное качество реза.

Поставленная задача решается тем, что способ резки заготовки, выполненной из магния или магниевого сплава, включающий резку лазерным лучом с удалением из области реза продуктов разрушения посредством технологического газа, который подают к поверхности фронта реза, отличается тем, что в качестве технологического газа используют инертный газ высокой чистоты, при этом газ подают под давлением не менее 6 бар к поверхности фронта реза под острым углом, а к оси лазерного луча - под углом 2-10°.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения с совокупностью существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признаки, указывающие, что «в качестве технологического газа используют инертный газ высокой чистоты», исключают доступ к зоне реза кислорода воздуха и разрушение им защитной пленки оксида магния.

Признаки, указывающие, что «технологический газ подводят под острым углом к фронту реза», обеспечивают эффективное выдувание расплава из ванны расплава, образующейся при работе лазерного луча.

Признаки, указывающие, что «технологический газ подводят «под углом 2-10° к оси лазерного луча», обеспечивают максимальный эффект удаления расплава магния.

Признаки, указывающие, что «технологический газ подводят «под давлением не менее 6 бар», указывают минимальное значение давления технологического газа, при котором обеспечивается качество реза, вследствие эффективного и оперативного удаления расплава.

На чертеже показана схема реализации заявленного способа.

На чертеже показаны лазерная головка 1, блок 2 пневматической защиты оптики лазерной головки 1, лазерный луч 3, трубка 4 подачи технологического газа, заготовка 5, рез 6, его фронт 7, рабочий стол 8, с проемами 9, защитный слой 10, направление движения лазерной головки 11.

Для реализации способа используют известный комплект оборудования, используемый для лазерной резки, при этом лазерная головка 1 закреплена на манипуляторе промышленного робота или на подвижном элементе станка известной конструкции, например S40M производства Shenzhen Sicono Electromechanical Equipment Co, КНР (не показаны), при этом она снабжена известным блоком 2 пневматической защиты ее оптики.

Стандартная лазерная головка 1 (например, головка оптическая IPGP FLW-D50), снабженная соответствующими узлами (такими, как: оптоволоконный лазер ЛС-1-К - мощностью 1 кВт, волокно доставки излучения QBH- ВН- 200 мкм, чиллер IPG LC-72.01), обеспечивает возможность фокусирования лазерного луча 3 на заготовке 5. Оптическая схема в головке 1 защищается сжатым воздухом под давлением, большим давления технологического газа (в данном случае это 8 бар). В процессе резки используют неподвижный рабочий стол 8, снабженный проемами 9, через которые возможен отвод «продуктов резания» после прорезания заготовки 5 насквозь. Подачу технологического газа осуществляют по, предпочтительно медной, трубке 4 диаметром до 2 мм. В качестве технологического газа используют инертный газ высокой чистоты, например аргон.

Заявленный способ осуществляется в следующем порядке.

Заготовку 5 неподвижно фиксируют на рабочем столе 8.

Лазерный луч 3, позиционируют над начальной точкой траектории его перемещения относительно поверхности заготовки 5, ориентируя его перпендикулярно этой поверхности. Подвод технологического газа начинают практически одновременно с включением в работу лазера, ведут под острым углом к фронту 7 реза 6, непосредственно к поверхности заготовки 5, под углом 2-10° к оси лазерного луча 3, под давлением, не меньшим 6 бар (при этом верхний предел давления вполне может достигать 20 бар и более, в зависимости от технических возможностей используемого оборудования для подачи газа).

Под действием лазерного излучения материал заготовки 5 начинает плавиться. До потери расплавом металла подвижности его выдувают из зоны расплава на фронте 7 реза 6 потоком технологического газа (подведенного по трубке 4 фактически вплотную к зоне реза 6, что исключает потерю им чистоты и вовлечение в него воздуха). Таким образом, технологический газ формирует защитный слой 10 (из инертного газа) вокруг фронта 7 реза 6 (ванны расплава), тем самым исключает взаимодействие фронта 7 реза 6, а также расплава и капель металла с кислородом.

Производительность процесса регулируют известным образом, регулируя мощность лазерного излучения (например, регулируя мощность источника лазерного излучения) и скорость перемещения лазерного луча 3 относительно заготовки 5 (скорость перемещения лазерной головки 1).

Далее все повторяется.


Способ резки заготовки, выполненной из магния или магниевого сплава, включающий резку лазерным лучом с удалением из области реза продуктов разрушения посредством технологического газа, который подают к поверхности фронта реза, отличающийся тем, что в качестве технологического газа используют инертный газ высокой чистоты, при этом газ подают под давлением не менее 6 бар к поверхности фронта реза под острым углом, а к оси лазерного луча - под углом 2-10°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу микроструктурирования поверхности прозрачных материалов путем формирования отверстий, каналов и других структур с помощью воздействия сфокусированным лазерным лучом на границу прозрачного материала и поглощающей жидкости, и может быть использовано, например, для изготовления элементов микрооптики, волоконной и интегральной оптики, плазмоники, микрофлюидики.

Изобретение относится к способу и устройству лазерной резки и может быть использовано для резки неметаллических материалов. Излучение импульсного лазера (1) фокусируют поочередно на лицевую и обратную сторону объекта (5), который перемещают по заданной траектории обработки.

Группа изобретений относится к обработке металла, в частности к выполнению отверстий в детали при помощи импульсного лазера. Определяют значения нескольких рабочих параметров лазерного генератора для выполнения отверстий заранее определенного диаметра в детали.

Изобретение относится к области лазерного резания с нагнетанием потока продувочного газа в зону резания для удаления шлаков и газов, образующихся в процессе резания.

Изобретение относится к области лазерных машин для создания перфораций в фильтрах комбинированных сигарет, сформированных из двух сигарет с двойным фильтром между ними.

Изобретение относится к способу сканирования трубы, предназначенной для обработки на станке для лазерной резки. Способ включает этапы, на которых: а) излучают посредством режущей головки (50) станка для лазерной резки сфокусированный лазерный луч таким образом, чтобы не происходила резка или вытравливание материала трубы (Т); b) передвигают режущую головку (50) вдоль заданного направления (х) сканирования; и с) во время перемещения режущей головки (50) вдоль направления (х) сканирования детектируют посредством соответствующих датчиков (56) излучения, отраженное или излучаемое трубой (Т), и устанавливают последовательно точка за точкой, на основе сигнала, предоставляемого датчиками (56), присутствие или отсутствие материала трубы (Т).

Изобретение может быть использовано при лазерной резке, в частности, с использованием волоконного или дискового лазера. Корпус (1) сопла выполнен с осевой полостью (5), имеющей первое выходное отверстие (11) на передней стороне (1а).

Группа изобретений относится к способу и устройству для лазерной резки. Согласно настоящему изобретению процессом лазерной резки управляют, используя в качестве опорного сигнала одну или несколько линий спектра испускания, характерных для излучения, испускаемого вспомогательным газом или газообразной примесью, находящейся в объеме материала, облучаемого сфокусированным лазерным лучом, сфокусированным лазерной головкой (12), при этом на основании определенного сигнала проводится корректировка по меньшей мере одного из следующих контролируемых параметров: мощность лазерного излучения, частота и коэффициент заполнения лазерных импульсов, давление вспомогательного газа, испускаемого соплом (16), являющимся частью лазерной головки (12), скорость перемещения лазерной головки (12) относительно заготовки (P), расстояние между лазерной головкой (12) и поверхностью (S) заготовки (P), и расстояние между фокусом (F) лазерного луча и поверхностью (S) заготовки (P).

Изобретение относится к способу и устройствам для лазерной обработки и может быть использовано для расплавления, испарения или резки материла под действием лазерного излучения.

Изобретение относится к области самолетостроения и может быть использовано для процесса просверливания стенок (12, 13) деталей турбомашин. Способ (100) включает в себя этап предварительного расчета (101) механических напряжений, которые воздействуют на стенку (12, 13) детали при работе турбомашины, и этап просверливания (102) по меньшей мере одного отверстия (21) в предопределенной зоне упомянутой стенки (12, 13).

Изобретение относится к установке и способу изготовления детали путем селективной плавки порошка. Установка содержит средства образования луча, например лазерного луча или электронного луча, и средства перемещения точки воздействия луча на слой порошка.

Изобретение относится к координатному устройству и может быть использовано в высокоточном технологическом оборудовании, преимущественно при обработке изделий лазерным инструментом.

Изобретение относится к способу и устройству изготовления форм для глубокой печати, предназначенных для производства ценных бумаг, в котором используют лазерный луч (2) для гравирования рисунка (3, 3.1, 3.2, 3.3) глубокой печати непосредственно на поверхности формного материала (1), в частности металлического, выполненного с возможностью гравирования лазером.

Изобретение относится к области лазерного спекания, а именно к получению градиентных материалов из порошков, и может быть использовано в лазерной стереолитографии.

Изобретение относится к способу лазерной обработки поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар из различных марок стали, работающих в условиях трения-износа.

Изобретение относится к послойному изготовлению трехмерных объектов (3) посредством упрочнения материала с помощью электромагнитного излучения и может быть использовано в стереолитографии или для лазерного спекания.

Изобретение относится к способу получения градиентных материалов из порошков и устройству для его осуществления и может быть использовано при спекании изделий из порошков различных материалов лазерным излучением и в лазерной стереолитографии с применением порошковых материалов.

Изобретение относится к способам лазерной резки материалов. .

Изобретение относится к области лазерной обработки, в частности к способу и устройству для защиты от пыли в аппарате для лазерной обработки, и могут найти применение в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к лазерной обработке материалов, а именно к фигурному раскрою плоских листов с помощью лазерного излучения и может быть использовано для изготовления деталей различной конфигурации широкой номенклатуры, в машиностроении, электротехнике, авиа- и автомобилестроении.

Изобретение относится к области обработки материалов лазерным лучом, а именно к лазерной оптической головке. Лазерная оптическая головка содержит наружный неподвижный корпус (1) и внутренний подвижный корпус (3) с соплом (4).

Способ резки материалов лазерным лучом может быть использован в машиностроении для резки магниевых сплавов. В процессе резки из области реза удаляют продукты разрушения посредством газа. В качестве технологического газа используют инертный газ высокой чистоты. Технологический газ подводят под острым углом к поверхности фронта реза, непосредственно к поверхности заготовки, под углом 2-10° к оси лазерного луча, под давлением, не меньшим 6 бар. В результате обеспечена возможность резки магния и его сплавов лазерным лучом без воспламенения металла на фронте и поверхности реза, а также его частиц, удаляемых из зоны реза. 1 ил.

Наверх