Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

28.2.3. Режимы резки неметаллических материалов

По разрезаемости неметаллические материалы разделяются на термически разлагающиеся и плавящиеся [6, 10]. К первым от­ носятся термореактивные пластмассы, дерево, натуральные ткани, некоторые композиционные материалы, резины; ко вто­ рым — керамика, стекло, бетон и др. При воздействии лазер­ ного излучения термически разлагающиеся материалы претер­ певают ряд изменений, связанных с химическим распадом, по­ лимеризацией, пиролизом полимерных связей, испарением или сублимацией, в результате чего образуются газообразные про­ дукты, которые удаляются из полости реза вспомогательным газом. Для резки плавящихся материалов необходим подвод большей энергии, чем для резки разлагающихся материалов. По сравнению с металлами у неметаллических материалов зна­ чительно меньшие коэффициенты тепло- и температуропровод­ ности, а у некоторых материалов меньшие удельные энергии разрушения. Поэтому для их резки можно использовать лазер­ ное излучение с более низкими праметрами качества по сравне­ нию с приведенными выше. В табл. 28.1 приведены режимы резкй некоторых неметаллических материалов с использова­ нием непрерывного излучения. Тонкослойные материалы, такие как ткани, кожа, бумага, разрезают уложенными в много слоев, чем обеспечивается многократное повышение производи­

состав вспомогательного газа не важен, рекомендуется азот или воздух. Параметры газа выбирают такими же, как и при резке металлов.

28.2.4. Качество резки металлов

Оно характеризуется шириной реза, шероховатостью поверх­ ности, неперпендикулярностью кромок, глубиной зоны темпера­ турного влияния, наличием грата на кромках, а также точ­ ностью деталей [6, 7, 9]. На показатели качества влияют параметры излучения и вспомогательного газа, вид и тол­ щина разрезаемого материала, а также скорость резки. Каж­ дой толщине материала соответствует оптимальная скорость резки, близкая к максимальной, при которой достигаются наилучшие показатели качества. В табл. 28.2 приведены пока­ затели качества лазерной резки углеродистых сталей с исполь­ зованием непрерывного одномодового I-кВт излучения, сфоку­ сированного в диаметр 0,15—0,20 мм. В качестве вспомогатель­ ного газа использовался кислород под давлением 0,3—0,5 МПа. Увеличение диаметра сфокусированного излучения и, следова­ тельно, увеличение толщины расплава на передней поверхности реза ухудшают качество резки.

Качество резки в значительной мере зависит от положения фокальной плоскости резака относительно поверхности листа. Ее следует располагать на поверхности листа или заглублять на треть толщины. Допускаются отклонения от установленного положения фокальной плоскости в пределах 0,1—0,5 мм, при­ чем более жесткий допуск следует выдерживать при резке тон­ колистовых металлов. Замена кислорода воздухом при обра­ ботке сталей толщиной > 3 мм приводит к уменьшению ширины реза на 20—40%, однако увеличивается количество грата на

резки приводит к увеличению глубины зоны температурного влияния.

Величина шероховатости поверхности реза характеризуется глубиной, частотой повторения и наклоном бороздок и изменя­ ется по толщине листа [7, 9]. К верхней кромке примыкает зона с наименьшей глубиной бороздок, образующихся в результате периодического разрушения от верхней кромки в глубь ме­ талла. В расположенной ниже зоне образуются более глубокие бороздки в результате одновременного воздействия на металл лазерного излучения и вспомогательного газа. У нижней кромки металла расположена зона с наибольшим наклоном (отстава­ нием) бороздок в сторону, противоположную направлению резки. Образование бороздок в этой зоне связано в основном с воздействием на поверхность кромки стекающего расплавлен­ ного металла и вспомогательного газа. Приведенные в табл. 28.2 шероховатости относятся к средней зоне металла. С уве­ личением скорости резки и плотности мощности глубина бороз­ док уменьшается на всей поверхностиреза. Глубина зоны температурного влияния зависит от тех же параметров, что и ширина реза, в первую очередь — от диаметра сфокусирован­ ного луча и скорости резки.

28.2.5. Качество резки неметаллических материалов

Общие закономерности показателей качества те же, что и при резке металлов, однако они в меньшей степени зависят от пара­ метров излучения [6, 10]. Так, качественная резка разлагаю­ щихся материалов осуществляется при меньших плотностях мощности излучения [10]. Ширина реза, как правило, в пол­ тора—два раза больше, чем у сталей одинаковой толщины (см. табл. 28.1), а шероховатость ниже и не превышает 30—40 мкм [6]. На кромках резов некоторых разлагающихся материалов (резиностеклопластик, стеклотекстолит, винипласт, дерево, кожа) образуется обугленный 0,5—1,0-мм слой, который сле­ дует удалить, если деталь служит электроизолятором.

28.2.6. Точность резки

Это комплексный параметр качества, который определяется на 50—80 % точностью режущей машины, но зависит также от по­ грешностей технологического процесса. Требования к точности [6, 9] диктуются назначением и толщиной деталей. Как правило, погрешности деталей толщиной ^ 5 мм должны укладываться в допуск 0,1—0,5 мм. Из параметров качества на технологиче­ скую точность резки влияют ширина реза, шероховатость по­ верхности и неперпендикулярность кромок. Точность порталь­ ных машин с ЧПУ на микроЭВМ для термической, в том числе

для газолазерной резки регламентируется ГОСТ 5614—74 и ГОСТ 26940—86. Предельные отклонения от номинальных раз­ меров квадратов со стороной 0,5 м и окружностей диаметром 0,5 м, воспроизводимых машиной, не должны превышать

± (0,1-7-0,25) мм. Предельные отклонения размеров контуров деталей на углах удваиваются.

28.2.7. Особенности резки импульсно-периодическим излучением

Из-за большой инерционности электромеханических приводов машин резка сложных участков контуров деталей (углы, ма­ лые радиусы, прорези и т. д.) осуществляется на небольших скоростях, как правило, не превышающих 0,8—1,7 см/с. Значи­ тельное, по сравнению с оптимальной, снижение скорости при­ водит к перегреву сложных участков контура деталей и ухуд­ шению качества резки. Увеличивается глубина зоны темпера­ турного влияния, шероховатость поверхности, количество грата, существенно снижается точность деталей. Для получения высо­ кого качества углов снижают мощность излучения пропорцио­ нально снижению скорости резки. Другой способ качественной резки углов — автоматический переход с непрерывного на им­ пульсно-периодический режим излучения. Изменяя, главным образом, частоту следования, а также длительность и пиковую мощность импульсов, можно эффективно регулировать тепловложение в металл и достигать высокого качества резки. Выше приведены параметры импульсно-периодического излучения (ИПИ), наиболее часто используемые при назначении режима обработки углов деталей [7, 9, 10]. Другой случай эффективного применения ИПИ — финишная вырезка деталей из сплавов цветных металлов, например титана и алюминия. При одинако­ вой средней мощности по сравнению с непрерывным ИПИ обес­ печивает более высокое качество резки по показателям шеро­ ховатости, глубине зоны температурного влияния и количеству грата на кромках реза. Кроме того, ИПИ позволяет увеличить в полтора—два раза предельную толщину качественной резки металлов, а также резать металлы с высокой отражающей спо­ собностью и теплопроводностью (сплавы А1, Си) при более низком уровне средней мощности. Скорость резки металлов с применением ИПИ несколько ниже, чем с применением непре­ рывного излучения такой же средней мощности.

28.2.8. Влияние поляризации излучения [1, 8, 9]

Наиболее высоки показатели скорости и качества резки при совпадении плоскости поляризации луча с плоскостью резки. В этом случае на передней поверхности реза наиболее высоко