Способ лазерной резки Советский патент 1993 года по МПК B23K26/00 

Изобретение относится к технологии резки металлических пластин.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа.

На фиг.1 показана схема осуществле- ния способа; на фиг.2 - схема устройства, полученного описываемым способом.

Импульсный многомодовый лазерный луч от источника 1. установленный с воз- можностьй движения по осям X, Y и Z отно- сительно стола 2 направляют на металлическую пластину 3, имеющую верхнюю поверхность 4 и нижнюю поверхность 5(фиг.1). На этой пластине необходимо получить каналы 5 сложной формы (фиг.2). Эти каналы 5 содержат 4 периферических выемки б типа прорезей, а также радиальные прорези 7. Выемки б разделены каналами 8.

Многомодовый луч получают от твердотельного лазера 9 на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом (Nd-YAG). Предпочтителен лазер на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом (Nd-YAG).

Два апертурных диска 10. 11 устанавливают между задним и передним зеркалами 12, 13.

Плосковогнутую линзу 14 с фокусным расстоянием 20 мм размещают на оптической оси лазера снаружи от зеркала 13. Выпуклую линзу 15 с фокусным расстоянием + 100 мм размещают соосно с линзой 14 на оптической оси. При этом получают колими- рованный луч 16 диаметром 16 мм. Вторая выпуклая линза 17 также имеет фокусное расстояние +100 мм, Она фокусирует луч в пятно диаметром 35-40 мк над верхней поверхностью 4 пластины 3 в пятно размером менее 100 мк. При этом получают одномодовый луч, который является ТЕМоо-модой. Длительность импульсов луча равна 200 мксек, частота - 130-180 Гц, Для удаления расплавленного металла, образующегося при резке, соосно с лучом подают рабочую среду 18, в качестве которой используют кислород. Резку можно производить за один и более проходов.

В эксперименте было найдено, что частота импульсов луча должна быть 130 Гц.

+

&

00 Сл

4 XI

СО

При скорости резки 50 мм/сек и частоте 130 fiu обрабатываемую заготовку перемещали приблизительно на 6 мк между импульсами. С другой стороны, когда частота импульсов была больше упомянутых 130 Гц, мощность лазера падала и лазер не работал при частоте больше, чем 185 Гц, при напряжении на лампе накалки 500 В и при длительности импульсов 200 мксек. Более высокая частота импульсов могла быть получена с более короткими ламповыми импульсами, например, С ламповыми.импульсами 175 мксек, частотами, приблизительно, 150-160 Гц, При 500 В напряжения на лампе и длительности импульса 200 мксек, продолжительность импульса лазерного луча составляла 125 мкс при частоте 130 Гц.

Основным требованием была подача коротких, плотных импульсов 40 МВт/см с достаточной низкой скважностью, чтобы из бежать перегрева обрабатываемой заготовки при низких скоростях резки.

Механическая прочность фокусирующей линзы ограничивала давление, рабочего газа.

Было испытано несколько газов, применение очищенного кислорода оказалось самым эффективным. Расстояние между режущим наконечником и обрабатываемой заготовкой, приблизительно, 400 мм.

Луч фокусировали не на заготовке, а на растоянии, приблизительно, 2 мм,

Формула из.обретения

1. Способ лазерной резки металлической пластины, при котором импульсный сфокусированный многомодовый лазерный

луч направляют к верхней поверхности пластины для получения жидкой ванны между верхней и нижней поверхностями пластины и удаляют жидкий металл с нижней поверхмости потоком сжатой рабочей среды, соос- ным с лучом, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, предварительно многомодовый луч преобразуют в одномодовый, а фокусирование луча осуществляют над верхней поверхностью пластины в пятно размером менее 100 мк..

2.Способ по п.1, отличающийся тем, что одномодовый луч является ТЕМ00-.

модой.

3.Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что длительность импульса луча равна 200 мкс.

4.Способ по п.З, отличающийся тем, что частота импульсов луча равна 130180 Гц.

5.Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей среды используется кислород.

6.Способ по п.1,отличающийся тем, что при получении капиллярных каналов пластину перемещают относительно луча по заданной траектории по меньшей

мере за один проход,

7.Способ по п.б. отличающийся тем, что каналы получают по меньшей мере

за два прохода.

8.Способ по п,6. отличающийся тем, что каналы получают по меньшей мере

за три прохода.

FT7

OL

уИ

Использование: получение изделий с капиллярными каналами. Сущность, изобретения: .многомодовый лазерный луч преобразуют в одномодовый и фокусируют. на обрабатываемой заготовке. Преимущественно одномодовый луч это ТЕМоо-мода. При повторном проходе луча частицы окиси металла, сконденсированные из паровой фазы и повторно затвердевшие на стенках канала удаляются. 7 з.п,ф-лы, 2 ил.

ULttBl

Фиг. 2