Способ лазерной обработки материалов

ширина рез зависимость вательно, пр резаиэменяе зерного пучкПри диа 2 дкр р диафрагмы;р лазерного излу акже связана с д личением расстоян величением диаме ширина реза) диаме линзу, будет ограни ширина резапучка. но с увепортировки (сувеличиваетсяпадающего на иаметром ия транстра пучкатр пучка, чиваться ть энергии лаэерре;отность энергииала. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Научно-исследовательский центехнологическим лазерам АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1570171, клВ 23 К 26/ОО. 1988,(54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКТЕРИАЛОВ Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в процессах лазерной обработки материалов,Цель предлагаемого изобретения - повышение точности обработки,Поставленная цель достигается тем, что в способе лазерной обработки материалов, при котором осуществляют воздействие лазерным и излучением, проходящим через оптическую систему, перед ней устанавливают диафрагму, внутренний диаметр которой равен: где б - внутренний диам ЧЧ - заданный диаме чения; 90 - заданная плотнос о излучения в его цент дкр - критическая иопределенного матер 1834772 АЗ 2 (57) Использование: техн резки. Сущность изобрет ной обработке непосредс кусирующей системой диафрагму, внутренний подбирают в соответствии соотношением, Диафрагм учить одинаковый диаметр следовательно, на поверх В свою очередь обеспечив ширина реза в процессе о лы, 2 ил., 1 табл. ология лазерной ения: при лазер- твенно перед фоустанавливают диаметр которой с определенным а позволяет полпучка на линзе и, ности материала. ается постоянная бработки, 1 з,п,фРасстояние между диафрагмойующим элементом в процессе обизменяется,При диаметре диафрагмы, рав а связана пропорциональной ю с диаметром пучка и, следои таком соотношении ширина тся с изменением диаметра ламетре диафрагмы, равнодиафрагмой с отверстием диаметра г 1, и ширина реза будет оставаться постоянной.При диаметре диафрагмы, равном гВl- и2 дкрширина реза будет связана с диаметром отверстия в диафрагме,Таким образом, применение диафрагмы с диаметром 10с ЮФп 2 дкр в предложенном способе приводит к тому,что ширина реза при изменении диаметрапуска будет постоянной и, следовательно,повышается точность обработки.Способ поясняется фигурами 1,2.Способ выполняется следуощим образом.20Разрезаемый материал закрепляют зажимами на неподвижном столе 1. Выходящий из лазера 2 лазерный луя попадает наплоское отклоняющее зеркало 3, отражается, проходит через отверстие в диафрагме 4 25попадает на выпуклую Фокусирующую линзу 5 и концентрируется на неподвижномразрезаемом материале. Под действием остросфокусированного пучка и режущего газа (обычно кислорода), вводимого в зону 30резки сопловым устройством, в материалеобразуется отверстие.Ширина реза на поверхности обрабатываемого материала связана с величиной радиуса Фокусировки пучка соотношением 35Ь = а 1+ а 2 ЙГ,где а 1, а 2, аэ - .некоторые числовые коэффициенты;Вг - радиус фокусировки пучка,Отсюда следует, что ширина реза тем 40больше, чем больше радиус пятна на поверхности материала. Радиус пятна, в свою оче.редь, связан с расстояниемтранспортировки соотношением, представленными в работе 45вг=( - "(- )1"(О - - (-.И 2%где Вр - радиус пучка в перетяжке;т 1, т - задний, передний фокус линзы;Е - расстояние от линзы до расчетногосечения сфокусированного пучка:О- угол расхадимости пучка;Ер - расстояние от перетяжки лазерногопучка до линзы.Согласно приведенной формуле увеличение размера пятна на поверхности материала с увеличением расстояниятранспортировки является следствием увеличения диаметра пучка на линзе. На Фигуре 1 пунктирной линией показан ход лучом в положениив положениив предположении отсутствия диафрагмы и сплошной ли-. нией с диафрагмой.Интенсивность распределения энергии в пучке подчиняется гауссовскому закону(2)2 В9 = доехр(- - ).щ 2Ширина реза определяется исходя иэ величины дкр. ПРедставлЯЯ ее вместо 9 и РешаЯ относительно Й, получим= Г пд2 дкрВеличина Б = Ь, где Ь - ширина реза в материале, для обработки которого необходим уровень энергии дкр.Изменение диаметра пучка в процессе транспортировки от И до ЧЧ ведет к увеличению ширины реза от Ь до Ь как показа 1но на Фиг.2,Установка диафрагмы в положении, показанном пунктирными линиями, не позволяет ограничить изменения ширины реза,Очевидно, что диаметр отверстия в диафрагме должен удовлетворять условиюг М// - и2 дкри тогда ширина реза при изменении диаметра пучка будет постоянной величиной, пропорциональной диаметру диафрагмы,П р и м е р. Применяется лазерный комплекс. Режимы подбирают заранее экспериментально. Подбирают комбинацию мощности излучения, скорости обработки, диаметра пятна в зависимости от вида разрезаемого материала, его толщины. Осуществляли резку листового органического стекла на различных расстояниях транспортировки лазерного луча до оптико-фокусирующей системы беэ диафрагмы и с диафрагмой.Исследования проводились для лазерного излучателя с апертурой 20 мм. После разрезания делались замеры ширины реза,Результаты измерений приведены втаблице,Таким образом, установка диафрагмы с определенным внутренним диаметром перед фокусирующим элементом позволяет получить постоянный диаметр пучка на линзе, а следовательно, постояннь 1 й размер сфокусированного пуска на поверхности материала при изменении расстояния транспортировки от 2 до+1 2. Это приводит к тому. чго ширина реза не изменяется по сравнению с прототипом.Формула изобретения 1, Способ лазерной обработки материалов, при котором лазерное излучение пропускают че реэ фокус и рующую систему. установленную перед ней неподвижную диафрагму. о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью повышения точности, берут диафрагму с внутренним диаметром б, определяемым из соотношения б И ч - п2 бакр Ф где ЧЧ - заданный диаметр лазерного излучения;оо - заданная плотность энергии лазерного излучения в его центре;5 окр - критическая плотность энергии. для определенного материала. 2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что расстояние между диафрагмой и фокусирующей системой поддерживают постоянным.1834772 Коррект Реда вская зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 2698 ВНИИП Составитель А.Са Техред М.Морген Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4(5