Лазерный мир

Д.В. Малий, П.Н. Медведев Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого, Тула // Инженерный вестник Дона, 2022

Аннотация: В статье проведен анализ влияния шероховатости и теплопроводности обрабатываемой стали на выбор параметров газолазерной резки. Описаны возможности и преимущества использования газолазерной резки в производстве. Представлены результаты экспериментального исследования образцов из стали марки Ст3 различной толщины. Анализ полученных данных показал, что при увеличении значения скорости газолазерной резки возрастает параметр шероховатости, а мощность лазера практически не влияет на значение шероховатости. Также авторами предпринята попытка учета влияния теплопроводности обрабатываемого материала на выбор характеристик лазерной резки. Было установлено, что для обеспечения минимальной шероховатости для сталей с большей теплопроводностью следует использовать повышенные значения мощности и скорости реза.

В практике машиноиспользования в различных отраслях промышленности передовых стран главной задачей технического сервиса, обеспечивающего получение ощутимого эффекта, является полное и безусловное удовлетворение спроса потребителей машин на запасные части. Восстановление изношенных деталей, ремонт узлов и механизмов промышленной техники, осуществляют как крупные, так и мелкие специализированные производства, которым удается задействовать высокоэффективное оборудование и технологии, способные обеспечить высокое качество выпускаемой продукции при низкой ее себестоимости [1]. В настоящее время прослеживается увеличение спроса на высокоточное, наукоемкое, высокопроизводительное технологическое оборудование, способное обеспечить высокое качество и низкую себестоимость выпуска заготовок и изделий из листового проката при автоматизированном машино-и авиастроения [2 — 4]. Одной из таких технологий является высокоточная лазерная резка, использующая прецизионное лазерное,

высокопроизводительное оборудование — комплексы для раскроя листового проката.

Газолазерная резка позволяет экономить на изготовлении штампа, сокращает время подготовки производства, дает возможность в любой момент внести корректировки любой из деталей, позволяет получить узкие резы высокого качества при минимальной зоне термического влияния, что способствует сохранению физико-химических свойств обрабатываемого материала [5]. Вследствие технологических особенностей, лазерный раскрой является наиболее высокоточным и высокопроизводительным методом резки листового металла. Кроме того, за счет максимального расположения деталей на листе, удается значительно экономить материал и, тем самым, удешевлять себестоимость конечной продукции. Лазерная резка имеет широкий список областей применения, но основной является изготовление деталей машин, роботов, сельскохозяйственной техники [6, с. 393].

До сих пор лазерную резку описывают не как единый процесс, а как совокупность термодинамических, газодинамических, квантовых и других процессов. Нет достоверной физической картины процесса, поэтому нет и аналитических моделей, описывающих получаемый результат, в частности, качество поверхности реза. В данной ситуации складывается необходимость разработки подходов к выбору и оптимизации параметров процесса, обеспечивающих заданное качество на листах конструкционных материалов разной толщины.

Обозначим переменные лазерной резки: Н — толщина обрабатываемой стали; Rz — значение шероховатости листа; W — мощность излучения лазера; V — скорость резки; Р — давление вспомогательного газа; Ь — ширина реза; у -коэффициент температуропроводности материала; X — коэффициент теплопроводности; Тт — температура плавления материала; F — фокусное расстояние. Таким образом W/(XНTm) — значение, пропорциональное

M Инженерный вестник Дона, №3 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n3y2022/7510

удельной мощности протяженного источника; УЬ/у — число Пекле Ре; Ь/Н -параметр, характеризующий силовое воздействие газового потока на пленку расплава.

Было проведено экспериментальное исследование на образцах из стали марки Ст3 толщиной 6, 10, 14 мм. Показатели параметров газолазерной резки варьировали в пределах W = 1200.. .1900 Вт, У = 700.. .1600 мм/мин, Р = 0,02…0,05 МПа, F = 295.305 мм. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы:

1. Разработаны модели влияния параметров лазерной резки на показатели качества реза (шероховатость поверхности), учитывающие теплофизические свойства обрабатываемого материала. При увеличении значения скорости резки возрастает параметр шероховатости. Изменение мощности лазера практически не влияет на значение шероховатости.

2. Установлены удельные значения лазерной энергии, приходящиеся на единицу объема удаляемого материала, и мощности на единицу толщины листа для листов стали марки Ст3 при лазерной резке для обеспечения

минимальной шероховатости поверхности (Rz = 36 мкм). Значения W/[VHbp(cTm + Lm)] = 2,6; W/(XHTm) = 1,9, указанным соотношениям соответствует постоянная величина числа Пекле Ре = 0,6.

3. Предпринята попытка учета влияния теплопроводности обрабатываемого материала на выбор характеристик лазерной резки. Для обеспечения минимальной шероховатости (Rz = 36 мкм) для сталей с большей теплопроводностью следует использовать повышенные значения мощности и скорости реза [10].

Полное содержание статьи: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-sherohovatosti-i-teploprovodnosti-obrabatyvaemoy-stali-na-vybor-parametrov-gazolazernoy-rezki/pdf