Лазерный мир

Кутепов С.Н., Клементьев Д.С. // Фундаментальные основы механики. 2024. № 13. С. 71-74.

В статье выполнено математическое моделирование процессов лазерной резки. Разработаны адекватные математические нелинейные регрессионные модели протяженности зоны газолазерного термического влияния (L); угла отклонения от перпендикулярности поверхности реза (α); шероховатости поверхности газолазерного реза (Rz), которые связывают показатели качества поверхности газолазерной резки с параметрами лазерной обработки, содержанием углерода в стали и толщиной стального листа. Многопараметрической оптимизацией найдены необходимые режимы лазерной резки, обеспечивающие получение минимальных значений показателей качества поверхности реза.

Лазерная резка (ЛР) является одним из наиболее эффективных современных методов раскроя тонко- и среднелистового проката из легированных сталей [1] и цветных сплавов [2]. Основными направлениями развития ЛР являются повышение ее эффективности за счет задания необходимых параметров газолазерного воздействия (мощности, скорости, давления вспомогательного газа, фокусного расстояния) и достижения высоких показателей качества реза (отсутствие грата, состоящего из закристаллизованных капель металлического расплава, низкой шероховатости поверхности реза, прямых стенок реза, малой величины зоны лазерного влияния (ЗЛВ). Необходимо отметить, что в процессе ЛР происходит высокоскоростной нагрев и охлаждение металла в поверхностных слоях реза, что является основной причиной формирования ЗЛВ [3]. Преимуществами ЛР являются маленькая ширина реза, высокая производительность, отсутствие значительных динамических и статических градиентов напряжений, хорошее качество поверхности реза. Однако до сих пор некоторые вопросы, связанные с особенностями формирования свойств и структуры металлических сплавов на основе железа в процессах ЛР волоконным лазером остаются открытыми. Не получены достаточно полные экспериментальные результаты, оценивающие влияние ЛР волоконным лазером на структуру и свойства легированных сталей различных марок. Не разработаны многофакторные математические модели процессов ЛР, связывающие критерии качества поверхности реза с параметрами лазерного процесса и химическим составом металлических сплавов. Не установлены закономерности формирования структуры и строения ЗЛВ легированных сталей. Не выявлены оптимальные режимы ЛР, обеспечивающие получение заданных показателей качества поверхности реза. Цель работы – провести многопараметрическую оптимизацию для нахождения режимов газолазерной резки, обеспечивающих получение заданных показателей качества поверхности реза.

Оптимальные значения параметров ЛР, углеродного эквивалента и толщины листа, позволяющие получить одновременно минимальные значения показателей качества реза, представлены в таблице 2. Таким образом, одновременное обеспечение минимальных значений показателей качества поверхности реза возможно на тонких листах на сталях соответствующих по химическому составу углеродному эквиваленту 1,11, т.е. 60С2ХА и 40Х при повышенном значении мощности излучения, низком давления вспомогательного газа, отрицательным фокусном расстоянии (выше кромки листа) и при средней скорости реза.