Светолучевая обработка. Светолучевая (лазерная) обработка основана на тепловом воздействии светового луча высокой энергии на поверхность обрабатываемой заготовки

Светолучевая (лазерная) обработка основана на тепловом воздействии светового луча высокой энергии на поверхность обрабатываемой заготовки. Источником светового излучения служит лазер – оптический квантовый генератор (ОКГ). Созданы конструкции твердотелых, газовых и полупроводниковых ОКГ. Их работа основана на принципе стимулированного генерирования светового излучения.

Атом вещества, имея определенный запас энергии, находится в устойчивом энергетическом состоянии и располагается на определенном энергетическом уровне. Для выведения атома из устойчивого энергетического состояния его необходимо возбудить. Возбуждение («накачку») активного вещества осуществляют световой импульсной лампой. Возбужденный атом, получив дополнительный фотон от системы накачки, излучает сразу два фотона, в результате чего происходит своеобразная цепная реакция генерации лазерного излучения.

Для механической обработки используют твердотелые ОКГ, рабочим элементом которых является рубиновый стержень, состоящий из оксидов алюминия, активированных 0,05 % хрома. Рубиновый ОКГ работает в импульсном режиме.

Рис. 4.6.2. Схема оптического квантового генератора: 1 – источник тока; 2 – батарея конденсаторов; 3 – корпус; 4 – импульсная лампа; 5 – рубин; 6 – линзы; 7 – заготовка

Принцип действия ОКГ (рис. 4.6.2): электрическая энергия источника тока 1, запасенная в батарее конденсаторов 2, преобразуется в световую энергию импульсной лампы 4. Свет лампы 4 фокусируется на рубиновый стержень 5, и атомы хрома в стержне под действием световой энергии переходят в возбужденное состояние (электрон поднимается на более высокую орбиту). Если в возбужденном состоянии атом получает еще один фотон, то он излучает сразу два фотона, и одновременно электрон переходит на более низкую орбиту, атом возвращается в нормальное состояние. В стержне 5 происходит цепная реакция. Энергия, запасенная в течение 10^–3 с, выделяется за очень короткое время (около 10^–6 с) и сосредотачивается в луче диаметром около 0,01 мм. Линза 6 фокусирует луч на заготовке, в результате чего элементарный объем материала заготовки 7 расплавляется и испаряется.

Лучи света имеют высокую направленность. Расходимость луча обычно не превышает 0,1 ^о. Энергия светового импульса ОКГ обычно невелика и составляет 20... 100 Дж, но она выделяется в миллионные доли секунды и сосредоточивается в луче диаметром 0,01 мм. В фокусе диаметр светового луча составляет всего несколько микрометров, что обеспечивает температуру 6000... 8000 ⁰С. В результате этого поверхностный слой материала заготовки, находящийся в фокусе луча, мгновенно расплавляется и испаряется.

Лазерную обработку применяют для прошивания сквозных и глухих отверстий, разрезки заготовок на части, вырезания заготовок из листовых материалов, прорезания пазов. Этим методом можно обрабатывать заготовки из любых материалов, включая самые твердые и прочные. Например, лазерную обработку отверстий применяют при изготовлении диафрагм для электронно-лучевых установок, дюз для дозирования воздуха или газов, деталей топливной аппаратуры дизелей, сит. Диафрагмы изготовляют из вольфрамовой, танталовой, молибденовой или медной фольги, толщиной около 50 мкм при диаметре отверстия 20... 30 мкм. С помощью лазерного луча можно выполнять контурную обработку по аналогии с фрезерованием, т. е. обработку поверхностей по сложному периметру. Перемещениями заготовки относительно светового луча управляют системы ЧПУ, что позволяет прорезать в заготовках сложные криволинейный пазы или вырезать из заготовок детали сложной геометрической формы.

Дата добавления: 2014-01-07