Электрические методы обработки материалов - Могорян Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
выбросу материала из зоны облучения с большой скоростью.
Однако следует отметить, что рассмотренные механизмы развития процесса
удаления материала с поверхности заготовки являются частными случаями
общего механизма и преобладание того или другого зависит от ряда
технических и технологических характеристик процесса светолучевой
обработки (положения фокуса относительно наружной поверхности
обрабатываемой заготовки, теплофизических и оптических характеристик
обрабатываемого материала, энергетических параметров светового луча).
Энергетические параметры светового луча являются определяющими
характеристиками всего процесса обработки в целом. Установлено, что
изменение энергии излучения отражается на характере теплопередачи в
материале, интенсивности и форме развития процесса взаимодействия
светового луча с материалом. Например, если при энергии накачки Wn = 20
кДж длительность процесса составляет 2,8 мс, то при 12 и 7 кДж -
соответственно 1,28 и 0,32 мс. Резко при этом изменяется и характер
самого процесса.
Современные лазеры способны генерировать световые потоки в широком
диапазоне плотности мощности до 1017 Вт/см2 и даже выше. В зависимости от
нее лазерное излучение разделяется на потоки малой (менее 105 Вт/см2),
умеренной (от 105 до 109 Вт/см2) и высокой плотности (от 109 Вт/см2 и
выше). Выбор плот-
162
ности мощности зависит от конкретных условий применения ОКГ, однако для
технологических целей в основном используются световые потоки умеренной
мощности.
III. 10. Использование лазеров в технологических процессах
Сейчас с полным основанием можно сказать, что новое направление в
технологии с использованием лазеров полностью сформировалось: изучены
основные физические явления, освоен серийный выпуск оборудования, в
промышленном масштабе решен ряд крупных технологических проблем.
Применение ОКГ приводит к резкому увеличению производительности труда, к
улучшению качества и повышению надежности продукции. Некоторые виды
производства уже немыслимы без использования лазеров.
Обработку лучом лазера можно вести в любой прозрачной среде - твердой,
жидкой, газообразной, в вакууме, а также в труднодоступных местах, можно
воздействовать на элементы электрических цепей даже под напряжением.
Многообразны достоинства лазерной обработки: на изделие не воздействуют
механически, процесс высокоточен и при этом отличается быстротой
настройки, зона термического влияния незначительна, отсутствие вакуума и
сравнительная несложность оборудования.
Рассмотрим некоторые наиболее характерные для световой обработки и широко
распространенные технологические процессы, основанные на использовании
лазеров [20-23].
Лазерная резка материалов. Лазерная резка основана на разделении
материала под действием выделяющегося в нем тепла. Это может быть полное
испарение материала вдоль намеченной линии или глубокое проплавление его
с удалением расплавленного материала из зоны реза.
В настоящее время хорошо освоена непрерывная резка с поддувом газа в зону
резки. . Газ удаляет продукты разрушения и инициирует при разделении
материалов химическую реакцию. Этот метод получил
название газолазерной резки. Схема газолазерной головки для резки
показана на рис. 99.
При резке металлов поддувают кислород, который способствует
предварительному окислению металла, что снижает отражательные свойства
поверхности. Кроме того, при наличии кислорода металл воспламеняется и
горение его усиливает термическое действие лазерного луча. Струя сжатого
кислорода сдувает и уносит расплав и пары металла из зоны обработки, в
результате чего получается качественный рез на значительно большую,
нежели при отсутствии поддува, глубину.
В табл. 7 приведены значения скоростей резания металлов световым лучом
СОг-лазера. Для всех указанных в ней материалов ширина реза находилась в
пределах 0,5-1,0 мм, однако если необходимо, чтобы рез был тоньше,
используют лазеры, луч которых фокусируется в пятно соответствующего
диаметра.
Газолазерная резка целесообразна для обработки
Таблица 7
Технологические возможности С02-лазера при резке металлов
Материал Толщина, мм Газ Излучаемая мощность, Вт Ско- рость
резания, м/мин
Малоуглеродистая сталь 1,0 Кислород 100 1,60
" " 2,2 " 850 1,80
Нержавеющая сталь 0,5 " 250 2,60
" " 1,0 " 100 0,94
" " 9,0 " 850 0,36
Титан 0,6 Воздух 250 0,20
" 0,5 Кислород 850 3,24
Ниобий 0,13 Воздух 200 0,13
Тантал 0,13 " 200 0,13
Цирконий 0,26 * 200 0,91
Рис. 99
164
дорогих металлов и сплавов, поскольку из-за небольшой ширины реза ей
свойственны минимальные отходы.
Широко применяется лазерная резка в электронной и микроэлектронной
промышленности при производстве полупроводниковых приборов и интегральных
схем. Изготовление полупроводниковых приборов и подложек интегральных
схем начинается с синтеза полупроводниковых пластин, затем пластины
разрезают скрайби-рованием*. Эта операция ранее производилась с помощью
алмазных скрайберов со сложной кинематической схемой. Кроме того,
