آلة القطع بالليزر

الخطوط العريضة

• معلمات معالجة المواد

• وصف العملية

• آليات القطع بالليزر

تأثير كثافة القدرة

• كثافة الطاقة هي مفتاح التشغيل الرئيسي

• كثافة القدرة (الكثافة) = P / pr2

متغيرات عملية لمعالجة المواد

• متغيرات العملية الهامة الأخرى:

وقت التفاعل ورسم العمليات التجريبية

• زمن التفاعل ، t = 2 r / v

حيث r = الشعاع radius و v = السرعة

صلب للانشاء

قطع

• القطع بالليزر قادر على قطع أسرع وبجودة أعلى ثم عمليات منافسة:

- لكمة ، البلازما ، رذاذ الماء الكاشطة ، بالموجات فوق الصوتية ، oxyflame ، النشر والطحن

• يمكن الآلي

• يتم استخدام 80٪ من الليزر الصناعي في اليابان لقطع المعادن

نموذجي قطع الإعداد

خصائص العملية

• إنها واحدة من عمليات القطع الأسرع.

• ﻻ ﺗﺤﺘﺎج ﻗﻄﻌﺔ اﻟﻌﻤﻞ إﻟﻰ اﻟﻠﻤﺒﺔ ، وﻟﻜﻦ ﻣﻦ اﻟﻤﺴﺘﺤﺴﻦ اﻟﺤﺮص ﻋﻠﻰ ﺗﺠﻨﺐ اﻟﺘﺤﻮل ﻣﻊ ﺗﺴﺮﻳﺢ اﻟﺠﺪول وﻟﻠﺤﺼﻮل ﻋﻠﻴﻪ ﻋﻨﺪ اﺳﺘﺨﺪام ﺑﺮﻧﺎﻣﺞ CNC.

• تآكل الأدوات هو صفر لأن العملية هي عملية قطع غير متصلة.

• يمكن عمل التخفيضات في أي اتجاه قد يؤثر الاستقطاب على كفاءة العملية.

• مستوى الضجيج منخفض.

• يمكن أتمتة العملية بسهولة مع وجود آفاق جيدة للتحكم التكيفي في المستقبل.

• لا توجد تغييرات أدوات باهظة الثمن بشكل رئيسي & quot؛ soft & quot ؛. هذا هو انهم مجرد برمجة التغييرات. وبالتالي فإن العملية مرنة للغاية.

• يمكن أن تكون بعض المواد مكدّسة ، ولكن قد تكون هناك مشكلة في اللحام بين الطبقات.

• يمكن قطع جميع المواد الهندسية تقريبًا. يمكن أن تكون قابلة للتفتيت والهشاشة والموصلات الكهربائية أو غير الموصلات ، صلبة أو ناعمة.

- يمكن أن تشكل المواد العاكسة للغاية مثل الألمنيوم والنحاس مشكلة ولكن مع التحكم في الحزمة المناسبة يمكن قطع هذه بصورة مرضية.

استجابة عملية

• يمكن أن يحتوي القطع على عرض ضيق جدًا مما يوفر توفيرًا كبيرًا في المواد. (Kerf هو عرض فتحة القطع)

• يمكن أن تكون حواف القطع مربعة وغير مستديرة كما هو الحال مع معظم العمليات النفاثة الساخنة أو تقنيات القطع الحراري الأخرى.

• يمكن أن تكون حافة القطع ناعمة ونقية. هو قطع نهائي ، لا يتطلب المزيد من التنظيف أو العلاج.

• يمكن إعادة لحام الحافة المقطوعة بشكل مباشر مع إعداد قليل أو بدون إعداد سطحي.

• لا يوجد حافة لدغ كما هو الحال مع تقنيات القطع الميكانيكية. يمكن تجنب الالتصاق عادة.

• هناك منطقة HAZ ضيقة جدا (المنطقة المتأثرة بالحرارة) وطبقة رقيقة جدا مدمجة من بضعة ميكرومترات ، خاصة على التخفيضات الحرة المتساقطة. هناك تشويه لا يذكر.

يمكن إجراء تخفيضات عمياء في بعض المواد ، خاصةً تلك التي تتطاير ، مثل الخشب أو الأكريليك.

• يعتمد عمق القطع على قوة الليزر. 10-20mm هو النطاق الحالي لخفض جودة عالية. يمكن لبعض الليزرات الليفية عالية الطاقة أن تقطع 50 مم.

نفايات المعادن

آليات العمليات

• يتم عبور الحزمة عبر مسار مبرمج وإزالة المواد يحدث بسبب آليات متعددة.

• ذوبان

- يتم قطع المواد التي تُظهِر المرحلة المنصهرة ذات اللزوجة المنخفضة ، لا سيما المعادن والسبائك ، واللدائن الحرارية ، بواسطة إجراء التسخين لحزمة من كثافة القدرة بترتيب قدره 104Wmm − 2

- يساعد الذوبان في قص عمل تيار خامل أو غاز مساعد نشط ، وينتج عن ذلك تكوين قناة منصهرة من خلال المادة المسماة الشق (الشق).

• التبخر

- مناسبة للمواد التي لا تذوب بسهولة (بعض النظارات والسيراميك والمركبات)

- يمكن قطع المواد عن طريق التبخير المستحث بكثافة طاقة أعلى (& gt؛ 104Wmm − 2)

• التدهور الكيميائي

- يمكن تشكيل الشق في العديد من المواد العضوية عن طريق التدهور الكيميائي الناجم عن عمل التسخين للحزمة.

آلية إزالة المواد في مواد مختلفة

غاز خامل يذاب القص أو يذوب وينفخ

تذوب وتهب

• مرة واحدة يتم إجراء ثقب الاختراق أو بدأ قطع من الحافة

• ﻳﻤﻜﻦ ﻟﻨﻔﻂ ﻏﺎز ﻗﻮي ﺑﻤﺎ ﻓﻴﻪ اﻟﻜﻔﺎﻳﺔ أن ﻳﻘﻮم ﺑﻨﻔﺦ اﻟﻤﺎدة اﻟﻤﻨﺼﻬﺮة ﺧﺎرج ﺧﻂ اﻟﺸﻘﻒ ﻟﻠﺤﻴﻠﻮﻟﺔ دون ارﺗﻔﺎع درﺟﺔ اﻟﺤﺮارة إﻟﻰ ﻧﻘﻄﺔ اﻟﻐﻠﻴﺎن.

• يتطلب قطع مع نفاثة غاز خاملة فقط عشر الطاقة المطلوبة للتبخير

• لاحظ أن نسبة الحرارة الكامنة للصهر إلى التبخر هي 1:20.

نمذجة العملية

تذوب وتهب

• تكون المجموعة [P / tV] ثابتة لقطع مادة معينة مع حزمة معينة.

قطع العمل

• الشعاع هو الحادث على السطح

- معظم الشعاع يمر في حفرة أو الشق

- ينعكس بعض قبالة السطح غير المأهول

- قد تمر بعض من خلال مباشرة.

• عند السرعات البطيئة ، يبدأ الصهر عند الحافة الأمامية للحزمة ويمر جزء كبير من الشعاع من خلال الشق دون لمس إذا كانت المادة رقيقة بما فيه الكفاية.

آلية تفخخ الذوبان التفصيلية

• الامتصاص بواسطة آليتين:

- بشكل رئيسي عن طريق امتصاص فريسنل ، أي التفاعل المباشر للحزمة مع المادة -

- عن طريق امتصاص البلازما و reradiation. البلازما تتراكم في القطع ليست مهمة جدا بسبب الغاز الذي يهبها بعيدا.

• كثافة الطاقة على جبهة القطع هي Fsinq. هذا يسبب ذوبان ثم يتم تفجير بواسطة قوى السحب من تيار الغاز سريع التدفق.

• في الجزء السفلي من الشق ، يكون الصهر أكثر سمكًا بسبب تباطؤ الفيلم والتوتر السطحي المثبط للذوبان من الرحيل.

• يقوم تيار الغاز بإخراج القطيرات المنصهرة عند قاعدة

قطع في الغلاف الجوي.

تشكيل الضربات

• مع زيادة معدل القطع ، تقترن الحزمة تلقائيًا بقطعة العمل بشكل أكثر كفاءة بسبب انخفاض الخسائر خلال الشق.

• كما يميل شعاع إلى الأمام على المواد غير المأهولة. عندما يحدث هذا ، تزداد كثافة القدرة نظرًا لأن السطح ليس منحدرًا.

• يتواصل الذوبان بشكل أسرع ويتم سحبه إلى الشق كخطوة. عندما يتم سحب الخطوة ، يترك وراءه علامة على الحافة المقطوعة تسمى الخط.

سبب النزاع هو خلاف ، هناك العديد من النظريات:

- نظرية الخطوة

- حجم القطيرات الحرجة مما يجعل الذوبان ينبض في الحجم قبل أن يتم نفخه

- نظرية الحرق جانبية.

• ھﻧﺎك ظروف ﺗﺣدث ﺣﯾث ﻻ ﺗوﺟد ﺧطوط. يخضع ذلك لتدفق الغاز أو عن طريق النبض عند تواتر الضربة الطبيعية.

التصدعات

رد فعل الانصهار القطع

• إذا آﺎن اﻟﻐﺎز اﻟﻤﺴﺎﻋﺪ ﻗﺎدرًا أﻳﻀﺎً ﻋﻠﻰ اﻟﺘﻔﺎﻋﻞ ﺑﻄﺮﻳﻘﺔ ﻃﺎرﺋﺔ ، ﻳﺘﻢ إﺿﺎﻓﺔ ﻣﺼﺪر ﺣﺮاري إﺿﺎﻓﻲ إﻟﻰ اﻟﻌﻤﻠﻴﺔ.

• الغاز الذي يمر عبر الشق لا يؤدي فقط إلى سحب الذوبان بعيدا ولكن أيضا يتفاعل مع الذوبان.

• ﻋﺎدةً ﻣﺎ ﻳﻜﻮن اﻟﻐﺎز اﻟﺘﻔﺎﻋﻠﻲ هﻮ اﻷآﺴﺠﻴﻦ أو ﺑﻌﺾ اﻟﻤﺰﻳﺞ اﻟﺬي ﻳﺤﺘﻮي ﻋﻠﻰ اﻷآﺴﺠﻴﻦ

• يبدأ تفاعل الاحتراق عادة عند درجة حرارة الاشتعال في الأعلى.

• يتشكل أكسيد وينفجر في الشق وسيغطي الصهر إلى أسفل مما يبطئ التفاعل وقد يؤدي حتى إلى كسر خطوط التمدد.

رد الفعل الانصهار.

• كمية الطاقة التي يوفرها تفاعل الاحتراق تتفاوت مع المادة

- مع الفولاذ غير القابل للصدأ / المعتدل 60٪

- مع معدن رد الفعل مثل التيتانيوم فهو حوالي 90 ٪.

• يمكن مضاعفة سرعات القطع باستخدام هذه التقنية.

• بشكل نموذجي ، كلما زادت سرعة القطع ، كلما قلت نسبة اختراق الحرارة وتحسين الجودة.

قد يحدث تغير كيميائي في قطعة الشغل بسبب الاندماج التفاعلي.

- مع التيتانيوم يمكن أن يكون هذا أمرًا بالغ الأهمية لأن الحافة ستحتوي على بعض الأكسجين وستكون أكثر صعوبة وأكثر عرضة للتكسير.

- مع الفولاذ المعتدل لا يوجد تأثير ملحوظ باستثناء طبقة رقيقة جدا من المواد الصلبة على السطح.

رد الفعل الانصهار ...

• العكر هو أكسيد (بدلاً من معدن)

- يتدفق الفولاذ الطري جيداً ولا يلتصق بالمعادن الأساسية

- مع الفولاذ المقاوم للصدأ يتكون أكسيد من مكونات نقطة انصهار عالية مثل Cr2O3 (نقطة انصهار ~ 218O درجة مئوية) ، وبالتالي يتجمد هذا أسرع مما تسبب في مشكلة خرقاء.

- الألومنيوم معارض سلوك مماثل

بسبب رد الفعل المشتعل ، تم تقديم سبب آخر للتضيقات

- في عملية القطع البطيء (أقل من سرعات رد الفعل الاحتراق) سيتم الوصول إلى درجة حرارة الإشعال وسيحدث حرق من نقطة الاشتعال إلى الخارج في جميع الاتجاهات.

الضربات في رد فعل القطع الانصهار

عملية الكسر المتحكم فيه

• المواد القابلة للكسر عرضة للكسر الحراري يمكن قطعها بسرعة ومرتبة بدقة عن طريق توجيه الكراك مع بقعة دقيقة يتم تسخينها بواسطة الليزر

• يقوم الليزر بتسخين حجم صغير من السطح مما يؤدي إلى توسعه ومن ثم يسبب ضغطًا على الشد حوله

• إذا كان هناك صدع في هذا الفضاء ، فسيعمل كجهاز لتخفيف الضغط وسيستمر التكسير في اتجاه البقعة الساخنة

• السرعة التي يمكن بها توجيه الكراك هي من ترتيب m / s

• عندما يقترب الكراك من حافة ، تصبح حقول الإجهاد أكثر تعقيدًا

الكسر المتحكم فيه

• مزايا:

- السرعة وجودة الحافة والدقة جيدة جدا في قطع الزجاج.

- فعالة للتخفيضات المستقيمة

• سلبيات:

- من الصعب إنشاء تخفيضات لمحة مثل لتصنيع مرايا جناح السيارة

- من الصعب النمذجة والتنبؤ بالقرب من الحواف

نطاق المعالجة للكسر المسيطر عليه

يخدش

• هذه هي عملية لصنع أخدود أو خط من الثقوب إما اختراق كامل أو جزئي

• هذا يضعف الهيكل بما فيه الكفاية بحيث يمكن كسره ميكانيكياً

• ﻋﺎدة ﻣﺎ ﺗﻜﻮن اﻟﻤﻮاد اﻟﻤﻌﺎﻟﺠﺔ هﻲ رﻗﺎﺋﻖ اﻟﺴﻴﻠﻴﻜﻮن وركﺎﺋﺰ اﻷﻟﻮﻣﻴﻨﺎ

• يتم قياس الجودة بسبب نقص الحطام والمنطقة ذات الحرارة المنخفضة

• بالتالي ، يتم استخدام طاقة منخفضة ، ونبضات كثافة القدرة العالية لإزالة المواد بشكل أساسي كبخار

قطع التبخير

• تسخن الحزمة المركزة في قطع التبخير أولاً السطح إلى درجة الغليان وتولد ثقب المفتاح.

• ثقب المفتاح يسبب زيادة مفاجئة في الامتصاص بسبب الانعكاسات المتعددة ويتعمق الثقب بسرعة.

• في الوقت الذي يتعمق فيه يتولد البخار ويتخلص من طرد القاذف من الحفرة أو الشق وتثبيت الجدران المنصهرة للحفرة

• هذه هي الطريقة المعتادة لقطع الليزر النبضي أو في قطع المواد التي لا تذوب مثل الخشب والكربون وبعض المواد البلاستيكية.

Vaoporization

• يمكن تقدير معدل تغلغل الشعاع في قطعة الشغل من الحبيبات

حساب القدرة الحرارية على افتراض

- تدفق حراري 1D

- يتم تجاهل التوصيل

- معدل الاختراق مماثل أو أسرع من معدل التوصيل

- تتم إزالة الحجم في الثانية لكل وحدة مساحة = سرعة الاختراق ، V م / ث

تبخير

قطع الباردة

• تعمل أشعة الليزر الفائقة السرعة بتقنية UV Extimer على القطع البارد

- طاقة الفوتون فوق البنفسجية هي 4.9eV والتي تشبه طاقة الرابطة للعديد من المواد العضوية.

- إذا ضرب السند مثل هذا الفوتون فإنه قد ينكسر

- عندما يضيء هذا الإشعاع على البلاستيك مع تدفق كاف من الفوتونات بحيث يكون هناك فوتون / رابطة واحدة على الأقل ، فإن المادة تختفي دون تسخين تاركة حفرة بدون حطام أو ضرر.

تأثير حجم البقعة

• المعلمات الرئيسية هي طاقة الليزر ، سرعة اجتياز ، حجم البقعة وسمك المادة.

• يتصرف حجم البقعة بطريقتين:

- أولا ، إن انخفاض حجم البقعة سيزيد من كثافة الطاقة التي تؤثر على الامتصاص و

- ثانيا ، سوف يقلل من عرض القطع.

• الليزرات ذات الطاقة المستقرة والأوضاع ذات الترتيب المنخفض - عادةً ما تكون أوضاع TEMoo الحقيقية أفضل بشكل كبير من الأنماط الأخرى

الطول الموجي

• كلما كان طول الموجة أقصر كلما كانت أعلى نسبة امتصاص لمعظم المعادن

• وبالتالي ، يفضل استخدام إشعاع YAG لإشعاع ثاني أكسيد الكربون ولكن بنية الوضع الضعيفة لمعظمها

YAG lasers يتم تعويض الفائدة

• يمكن أن تتمتع الليزرات الليفية ذات وضع الشعاع الجيد بميزة.

ملخص

• أساسيات القطع بالليزر

• آليات

• العوامل التي تؤثر على القطع بالليزر