Электротехнологические методы обработки

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Декабря 2012 в 12:25, дипломная работа

Краткое описание

Человечество подвергает окружающий мир изменениям со времен зарождения самого
понятия человек. На протяжении веков методы обработки становились все совершеннее, однако развитие и улучшение старых материалов и появление совершенно новых материалов так же шло непрерывно. К концу первой мировой войны механические способы обработки уже плохо справлялись с обработкой особо прочных материалов или же качество обработки оставляло желать лучшего. Появление и развитие электрических методов разработки разрешило многие проблемы по обработке материалов в то время и успешно решает не малую часть проблем с новыми материалами, которые возникают сегодня.

Вложенные файлы: 1 файл

бакалавр 1.doc

— 2.63 Мб (Скачать файл)

1 - основание излучателя;  2 - сопло; 3 - фокусирующая линза; 4 - зеркало; 5 -диафрагма: 6 -  излучатель с продольной медленной прокачкоп; 7 - разделяемый материал; 8 - излучение лазера

Рисунок 28 - схема лазерного разрезания материалов

 

Излучение лазера 8, отражаясь от зеркала 4, фокусируется энергетической оптической системой 3 на поверхность обрабатываемого материала 7, и с помощью соосного с лучом сопла 2 в зону нагрева направляется газовая струя.

При резке металлов для увеличения эффективности процесса обычно используется кислород. При резке неметаллов поддув кислорода целесообразен только в тех случаях, когда горение материала способствует увеличению скорости резания и в то же время обеспечивает сохранность свойств исходного материала по границам разреза. Однако для большинства неметаллических материалов, содержащих в своем составе углерод, воспламенение и горение в струе кислорода отрицательно сказываются на качестве лазерной резки, и для ее осуществления применяют поддув инертных газов или воздуха. При этом функция газовой струи в основном заключается в удалении продуктов разрушения из области разреза. Типичные значения давления газа составляют 1,5 - 3 атм при диаметре выходного отверстия сопла до 5 мм и расстоянии от среза сопла до поверхности разрезаемого листа не более диаметра струи. Применение поддува газа для повышения эффективности лазерной резки приводит к увеличению глубины резания более чем на порядок. Скорости резки металлов и неметаллов при использовании мощных лазеров (до 1 квт) могут достигать нескольких см/сек. Следует отметить также, что газолазерная резка позволяет осуществить резку таких труднообрабатываемых материалов, как асбест и бериллиевая керамика.

Помимо газолазерной резки в промышленности нашел применение и метод лазерного разделения хрупких материалов, основанный на управляемом термораскалывании. Здесь плотность светового потока в зоне облучения и скорость перемещения луча по поверхности обрабатываемого листа подбираются такими, чтобы обеспечить нагрев приповерхностных слоев материала до температуры, при которой термические напряжения превышают предел прочности. Разделение матриала происходит по образовавшейся в результате этого трещине.

 

8.1.2 Расчет режимов лазерного резания материалов

В общем случае при  лазерной резке с поддувом газа процесс  разрушения материала происходит как за счет непосредственного теплового действия лазерного излучения, так и за счет тепла экзотермических реакций, сопровождающих взаимодействие газовой струи с материалом. Выделенное тепло расходуется на нагрев, плавление и частичное испарение материала. Часть тепла отводится механизмом теплопроводности в стороны от области реза, а также уносится газовой струей при конвективном теплообмене.

Основным параметром лазерной резки является мощность излучения Р. Для расчета величины Р можно воспользоваться уравнениями энергетического баланса при резке, конкретный вид которых существенно изменяется в зависимости от того, с чем связаны основные затраты тепла: с нагреванием материала или с его разрушением.

Если лазерное излучение  без поддува струи используется для резки тонких материалов, то в зависимости от значения параметра ( - температуропроводность материала).  При Т =  Tp и q = qпор

.                                                                       (22)

Формула (22) определяет в приближении быстродвижущегося источника тепла пороговое значение q, т.е. минимальную плотность потока энергии, необходимую для нагревания поверхности материала до температуры разрушения. Однако реальный процесс лазерной резки характеризуется конечной, отличной от нуля шириной линии реза. Если принять, что интенсивность излучения в радиальном направлении распределяется по закону                                                                                                                                                                                                                                            

    ,                                                                                             (23)

то, учитывая связь коэффициента сосредоточенности и эффективного радиуса пучка                                                                                                                                                                                                                                                                                                ,                                                                                                                (24)

получим для плотности  потока энергии, необходимой для  разрушения материала по полосе шириной 2r:

.                                                                          (25)

Приняв в формуле (25) r = r0, мы найдем плотность потока, необходимую для резания материала со скоростью u0  и с шириной реза, равной диаметру пятна:

.                                                                                      (26)

Тогда

.                                                                       (27)

Для определения по формулам (26) и (27) параметров резки тонких металлических пленок на непроводящих подложках необходимо принять Tр равной температуре разрушения металлической пленки. По формулам (26) и (27) можно определить также параметры лазерной резки тонких разлагающихся (лавсана, фторолона, полипропилена и др.) и легкогорючих материалов (бумаги, картона). В этом случае необходимо принять в формулах (22) и (25) ТР равной температуре разложения или горения соответственно.

Если лазерным излучением разрезаются листовые массивные  материалы толщиной h путем проплавления, горения или испарения, то основные затраты тепла расходуются на разрушение. При квазистационарном разрушении скорость продвижения границы разрушения в глубь материала равна :

,                                                                                                                 (28)

где в общем случае

;                                                                                     (29)

здесь - сумма теплот фазовых переходов (плавления и испарения).

При скорости движения луча u0 и радиусе r0 эффективное время разрушения равно:                                                                                                                                                                                                                                                                                               ,                                                                                                          (30)                                                             

где .   При таком определении времени t0 глубина реза в стационарном режиме составляет:                                                                                                                                                               .                                                                                                  (31)

Из выражения (31), (29) и (28) можно определить плотность светового потока q, необходимую для разрезки листа толщиной h, и требуемую мощность излучения

. (32)

Формулой (32) можно пользоваться при расчете режимов лазерной резки (в том числе с поддувом газовой струи) в случае, когда толщина листа h меньше диаметра сфокусированного луча. При расчете режимов резки более толстых листов (h>2r0) необходимо учитывать, что при стационарном непрерывном процессе резки излучением освещается не круговая площадка радиусом r0 на поверхности материала, а движущаяся наклонная поверхность разреза, площадь которой примерно равна .

Если пренебречь для  этого случая временем установления процесса разрушения t0 по сравнению со временем прохождения световым пучком своего диаметра (2r0), то в результате получим:

.                                                                                         (33)

Таким образом, при резке  материалов толщиной h<r0 в первом приближении требуемая световая мощность растет пропорционально h, а при резке толстых листов (h>2r0) зависит от толщины листа более сильно, возрастая в пределе пропорционально . Качественная зависимость P(h), выражаемая формулами (32) при h<r0 и (27) при h>2r0, в целом хорошо соответствует экспериментально наблюдаемым зависимостям P(h) для самых различных материалов при лазерной резке, в том числе с поддувом газовой струи. Что касается точности количественных расчетов световой мощности с помощью приведенных здесь формул, то они могут привести к отклонениям до 50% от реально требуемой мощности и потому носят характер приближенных оценок, отражающих основные взаимосвязи между технологическими и физическими параметрами процесса. Такие ошибки объясняются тем, что разработанные к настоящему времени идеализированные модели процесса лазерной резки, на которых базируются расчеты, не учитывают многих факторов, например охлаждающего действия струи, изменения отражательной способности материала в процессе разрушения и т. д. Вместе с тем по приведенным формулам всегда можно оценить, насколько реально с помощью существующих лазеров при приемлемой производительности осуществить резку требуемого материала и каков диапазон целесообразных режимов облучения.

Важным технологическим  параметром, отражающим удельные энергетические затраты при лазерной резке материала, является величина Lp или более удобная для пользования на практике величина , так называемый термохимический параметр. Это безразмерная величина определяется как                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      .                                                                                                            (34)

Оценки показывают, что  для процесса резки металлов без  поддува кислорода, основанного  на испарении вещества, в большинстве случаев .

В случае, если затраты  энергии при резке связаны  с плавлением металла, а энерговыделение  химических реакций незначительно,

Если же реакция горения  металла в струе кислорода  вносит существенный вклад, то

                                                                                                                                                                                                                                

При этом положительным  значениям  , начиная с соответствует столь большой вклад теплоты реакции, что лазерная резка становится неуправляемой. Для устранения этого явления требуется увеличивать скорость перемещения луча.

Для большинства диэлектрических материалов (при поддуве воздуха).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9  ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА СТАНКАХ И ПРЕДПРИЯТИЯХ ИСПОЛЬЗУЮШИХ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ МАТЕРИЛОВ

 

На производстве работа сопряжена с великим множеством опасностей, большинство из которых человек в состоянии избежать или хотя бы вовремя заметить, например движущиеся с невысокой частотой части оборудования, раскаленный металл, открытые люки или отсутствие ограждения на крыше или ремонтной площадке.

Однако человек не в состоянии заметить прямую угрозу поражения электрическим током, вследствие невозможности обнаружения  напряжения без специальных приборов, а уж тем более на расстоянии.

К сожалению иногда человек  осознает опасность слишком поздно, что незамедлительно приводить к плачевным последствиям.

Самым " слабым " воздействием электрического тока являются так называемые электрические знаки в виде небольших  круглых участков затвердевшей и  изменившей свой цвет кожи.

Ожоги возникают при  поражении током силой свыше одного ампера. Площадь поражения и, следовательно, последствия напрямую зависят не только от силы самого тока, но и от величины напряжения. Так при работе с установками напряжением свыше 1000 В ожог может произойти и без прикосновения к токоведущим частям, если приблизится на опасное расстояние может возникнуть электрическая дуга, которая пробьет изоляцию и вызовет ожог.

Электрический удар возникает  под действием небольших токов  малой силы (до 100 мА) и сравнительно небольших напряжений (до 1000 В). Он не вызывает ожогов, однако ток действует на нервную систему и мышцы, вплоть до паралича пораженного органа (будь то рука или сердце).

Информация о работе Электротехнологические методы обработки