RU1834772C - Способ лазерной обработки материалов - Google Patents

Abstract

Использование: технологи  лазерной резки. Сущность изобретени : при лазерной обработке непосредственно перед фокусирующей системой устанавливают диафрагму, внутренний диаметр которой подбирают в соответствии с определенным соотношением. Диафрагма позвол ет получить одинаковый диаметр пучка на линзе и, следовательно, на поверхности материала. В свою очередь обеспечиваетс  посто нна  ширина реза е процессе обработки. 1 з.п.ф- лы, 2 ил., 1 табл. .

Description

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано в процессах лазерной обработки материалов.

Цель предлагаемого изобретени  - повышение точности обработки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе лазерной обработки материалов, при которо м осуществл ют воздействие ла- .зерным и излучением, проход щим через оптическую систему, перед ней устанавливают диафрагму, внутренний диаметр которой равен:

d WVjln-, 2 дкр

где d - внутренний диаметр диафрагмы;

W - заданный диаметр лазерного излучени ;

д0 - заданна  плотность энергии лазерного излучени  в его центре;

9кр - критическа  плотность энергии дл  определенного материала.

Рассто ние между диафрагмой и фокусирующим элементом в процессе обработки не измен етс .

При диаметре диафрагмы, равном

-d.Wvdin r

2 9кр

ширина реза св зана пропорциональной зависимостью с диаметром пучка и, следовательно , при таком соотношении ширина реза измен етс  с изменением диаметра лазерного пучка.

При диаметре диафрагмы, равном

d W . 2 дкр

ширина реза также св зана с диаметром пучка, но с увеличением рассто ни  транспортировки (с увеличением диаметра пучка увеличиваетс  ширина реза) диаметр пучка, падающего на линзу, будет ограничиватьс 

(Л

С

со

CJ

J

4 Ч| N5

00

диафрагмой с отверстием диаметра d, и ширина реза будет оставатьс  посто нной. При диаметре диафрагмы, равном

,

2 g.Kp

ширина реза будет св зана с диаметром отверсти  в диафрагме.

Таким образом, применение диафрагмы с диаметром..

. d w vfe,

2 дкр

в предложенном способе приводит к тому, что ширина реза при изменении диаметра пуска будет посто нной и, следовательно, повышаетс  точность обработки.

Способ по сн етс  фигурами 1,2.

Способ выполн етс  следующим образом .

Разрезаемый материал закрепл ют зажимами на неподвижном столе 1. Выход щий из лазера 2 лазерный луч попадает на плоское отклон ющее зеркало 3, отражаетс , проходит через отверстие в диафрагме 4 попадает на выпуклую фокусирующую линзу 5 и концентрируетс  на неподвижном разрезаемом материале. Под действием остросфокусированного пучка и режущего газа (обычно кислорода), вводимого в зону резки сопловым устройством, в материале образуетс  отверстие.

Ширина реза на поверхности обрабатываемого материала св зана с величиной радиуса фокусировки пучка соотношением

b-ai + aaRf33,

где ai, 82. аз - некоторые числовые коэффициенты;

Rr-радиус фокусировки пучка.

Отсюда следует, что ширина реза тем больше, чем больше радиус п тна на поверхности материала. Радиус п тна, в свою оче- .редь, св зан с рассто нием транспортировки соотношением, представленными в работе

R

.(&(г-з + е1 (f-z)2

6-2р Y, v -л 1-- -jjгде Rp - радиус пучка в перет жке;

fi, f - задний, передний фокус линзы;

Z - рассто ние от линзы до расчетного сечени  сфокусированного пучка;

О- угол расходимости пучка;

Zp- рассто ние от перет жки лазерного пучка до линзы.

Согласно приведенной формуле увеличение размера п тна на поверхности материала с увеличением рассто ни  транспортировки  вл етс  следствием увеличени  диаметра пучка на линзе. На фигуре

1 пунктирной линией показан ход лучом в положении I в положении II в предположении отсутстви  диафрагмы и сплошной линией с диафрагмой.

Интенсивность распределени  энергии в пучке подчин етс  гау.ссовскому закону (2)

g g0exp(2R Wl

Ширина реза определ етс  исход  из величины дкр. Представл   ее вместо g и реша  относительно R, получим

R W/|lr r . 2 дкр

Величина R b, где b - ширина реза в материале, дл  обработки которого необходим уровень энергии дкр.

Изменение диаметра пучка в процессе транспортировки от Wi до Wu ведет к увеличению ширины реза от b до b как показано на фиг,2.

Установка диафрагмы в положении, показанном пунктирными лини ми, не позво- л ет ограничить изменени  ширины реза.

Очевидно, что диаметр отверсти  в диафрагме Должен удовлетвор ть условию

d w/bfi r- 9кр

и тогда ширина реза при изменении диаметра пучка будет посто нной величиной, пропорциональной диаметру диафр агмы.

При м е р. Примен етс  лазерный комплекс . Режимы подбирают заранее экспериментально . Подбирают комбинацию мощности излучени , скорости обработки, диаметра п тна в зависимости от вида разрезаемого материала, его толщины. Осуществл ли резку листового органического стекла на различных рассто ни х транспортировки лазерного луча до оптико-фокуси- рующей системы без диафрагмы и с диафрагмой.

Исследовани  проводились дл  лазерного излучател  с апертурой 20 мм. После разрезани  делались замеры ширины реза.

Результаты измерений приведены в

таблице.

Таким образом, установка диафрагмы с определенным внутренним диаметром перед фокусирующим элементом позвол ет получить посто нный диаметр пучка на линзе , а следовательно, посто нный размер сфокусированного пуска на поверхности материала при изменении рассто ни  транспортировки от до . Это приводит к тому, что ширина реза не измен етс  по сравнению с прототипом.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ лазерной обработки материалов , при котором лазерное излучение пропускают через фокусирующую систему, установленную перед ней неподвижную диафрагму , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, берут диафрагму с внутренним диаметром d, определ емым из соотношени 

   d W 4ln-Ss-, 2 дкр

   где W - заданный диаметр лазерного излучени ;

   д0 - заданна  плотность энергии лазерного излучени  в его центре; дкр - критическа  плотность энергии

   дл  определенного материала.
2. 2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что рассто ние между диафрагмой и фокусирующей системой поддерживают посто нным .

   Фи г. 2