×
10.01.2013
216.012.17dc

СПОСОБ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. Способ включает подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность и соосно с лучом - технологического газа, коллимирование лазерного луча, заглубление его в обрабатываемое изделие и перемещение по заданной программе в присутствии жидкостной среды. Жидкостную среду подают на поверхность обрабатываемой детали в виде закрученной струи коаксиально лучу лазера в зону термического влияния резки. Устройство содержит корпус лазерного резка с фокусирующей линзой, штуцер для подачи технологического газа, сопловую насадку и цилиндрическую емкость с кольцевым каналом для подачи жидкой среды. Кольцевой канал имеет полую конусную насадку, внутренняя поверхность которой выполнена в виде спиральных канавок, закручивающих поток. Изобретение позволяет выполнять резку крупногабаритных деталей со сложной пространственной формой с высоким качеством. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к машиностроению, а именно к лазерной обработке материалов, в частности к газолазерной резке композиционных материалов, и может быть использовано в авиакосмической отрасли при изготовлении крупногабаритных деталей из композиционных материалов для повышения их качества.

Уровень техники

Известен способ газолазерной резки композиционных материалов (RU 2382693 от 17.07.2008 г.), способ включает подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность, подачу соосно с лазерным лучом технологического газа, коллимирование лазерного луча, фокусирование его на заданной глубине обрабатываемого изделия и перемещение по заданной программе. Резку производят в жидкостной среде. Изделие размещают в ванне с водой на конусовидных штырьках с превышением уровня воды над поверхностью изделия, равным 10-15 мм.

Технологический процесс осуществляют иттербиевым волоконным лазером с заглублением лазерного луча в обрабатываемое изделие на 0,2-0,4 его толщины. Перемещение лазерного луча осуществляют со скоростью 1,2-1,8 м/мин.

Недостатком данного способа, выбранного в качестве прототипа, является ограничение размеров обрабатываемого изделия из-за необходимости погружать его в ванну с водой и невозможность обрабатывать изделия сложной пространственной формы из-за труднодоступности лазерного луча.

Известен способ газолазерной резки металлических материалов и устройство для осуществления способа (RU 2089365, В23К 26/14,1997 г.), включающий подачу под давлением технологического газа в корпус резака соосно с лазерным лучом, в зону резания дополнительно подают воду при расходе 0,01-4,0 мл/мм реза. Устройство для газолазерной резки металлических материалов снабжено емкостью с кольцевым каналом для подачи воды в зону резания, выполненным в виде полого цилиндра, охватывающего насадку с соплом, причем диаметры сопла и кольцевого канала совпадают.

Данный способ предназначен только для резки металлов и предусматривает подачу воды в зону резки, расход которой при этом составляет 0,01-4,0 мл/мм реза. Такой расход воды обеспечивает повышение толщины резки при одной и той же мощности. При увеличении расхода воды, как указывают авторы, качество резки стальных деталей ухудшается.

Резка же композиционных материалов требует большего расхода воды, т.к. подача воды в зону резки необходима для улучшения качества обработки, а именно, уменьшение зоны возможного термовлияния, которая превышает зону реза в 1,5-2 раза. Более того, необходимо полное удаление продуктов распада реза для создания экологически чистых условий труда и эффективного охлаждения кромок детали.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является разработка технологии, обеспечивающей расширение технологических возможностей лазерной резки композиционных материалов, а именно, резки крупногабаритных деталей со сложной пространственной формой с высоким качеством.

Поставленная задача достигается тем, что в способе лазерной резки композиционных материалов, включающем подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность, подачу соосно с лазерным лучом технологического газа, коллимирование лазерного луча, заглубление его в обрабатываемое изделие и перемещение по заданной программе в присутствии жидкостной среды, жидкостную среду подают на поверхность обрабатываемой детали в виде закрученной струи коаксиально лучу лазера в зону предполагаемого термовлияния резки.

Кроме того, жидкостную среду подают в виде закрученной струи с начальным диаметром 2-3 мм при расходе 2,5-3,0 л/мин.

А в устройстве для лазерной резки композиционных материалов, содержащем корпус лазерного резка, имеющего фокусирующую линзу, штуцер для подачи технологического газа, сопловую насадку и цилиндрическую емкость с кольцевым каналом для подачи жидкой среды,

кольцевой канал снабжен полой конусной насадкой, внутренняя поверхность которой снабжена закручивающим поток устройством.

Более того, закручивающее поток устройство выполнено в виде канавок на внутренней поверхности конусной насадки, наклоненных к ее оси под углом 15-30°.

Такое выполнение способа и устройства позволяют обеспечить резку деталей сложной пространственной конфигурации из композиционных материалов с высоким качеством.

Перечень чертежей

Изобретение поясняется чертежами, на которых:

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства осуществления предлагаемого способа газолазерной резки.

На фиг.2 показан разрез конусной насадки с канавками.

На фиг.3 показан разрез (вид сверху) конусной насадки.

Осуществление изобретения

Способ газолазерной резки крупногабаритных изделий из композиционных материалов в соответствии с изобретением осуществляют следующим образом.

Обрабатываемое изделие 11 устанавливают в поддон 5 на конусовидные штырьки 6.

Устройство для лазерной резки композиционных материалов содержит корпус лазерного резка 3, имеющего фокусирующую линзу 2. Сколлимированный лазерный луч 1 иттербиевого волоконного лазера подается на фокусирующую линзу 2 и заглубляется на 0,2-0,4 толщины в материал обрабатываемой детали.

Корпус лазерного резака 3 содержит также штуцер 7 для подачи технологического газа соосно лазерному лучу, сопловую насадку 8 с диаметром выходного отверстия 1,5-2,0 мм для придания технологическому газу соосного с лазерным лучом направления и цилиндрическую емкость 9 с кольцевым каналом 10 для подачи жидкой среды (воды) в зону обработки.

В качестве жидкости используется техническая вода, т.к. она прозрачна для длины волны λ=1,07 мкм и не поглощает лазерное излучение.

Для придания потоку жидкости турбулентности кольцевой канал 10 снабжен полой конусной насадкой с диаметром выходного отверстия 2,5-3,0 мм, причем диаметр выходного отверстия выбирается из условия:

D≥t+tзтв, где t - ширина реза, tзтв - ширина зоны термического влияния.

Внутренняя поверхность насадки снабжена закручивающим поток устройством.

Устройство выполнено в виде спиралевидных канавок 4 на внутренней поверхности конусной насадки, наклоненных к его оси под углом 15-30°, что позволяет закручивать поток жидкости в зоне обработки и более интенсивно охлаждать кромки реза, уменьшая при этом их обугливание.

Для слива отработанной жидкости с продуктами распада и дальнейшей ее утилизации в поддоне имеется сливное отверстие.

Устройство работает следующим образом.

С пульта лазерной установки включают иттербиевый волоконный лазер, излучение которого по волоконному кабелю транспортируется в режущую головку, где оно сначала коллимируется, а затем конденсорной линзой 2 фокусируется на обрабатываемую поверхность с заглублением фокуса на 0,2-0,4 толщины обрабатываемого изделия 11.

Одновременно по программе ЧПУ подается команда на подачу технологического газа и охлаждающей жидкости (воды).

Жидкостную среду подают на поверхность обрабатываемой детали в виде закрученной струи коаксиально лучу лазера в зону предполагаемого термовлияния резки. Расход жидкости определяется толщиной и типом обрабатываемого композиционного материала. Так для углепластиков толщиной 3-4 мм расход воды при резке составляет 2,5-3,0 л/мин.

Также подается команда на перемещение режущей головки по заданному контуру.

Технологический газ (в нашем случае N2) под давлением 0,8÷1,4 МПа попадает в зону резки, перемешиваясь по пути с каплями жидкости (воды), и выносит продукты распада из зоны резки в поддон.

Жидкость (вода) в зону резки также подается под давлением 0,3÷0,5 МПа концентрично лазерному лучу с завихрением, что позволяет хорошо защищать обрабатываемую поверхность от обугливания и делать зону термического влияния минимальной по всей глубине резания.

Пример конкретной реализации изобретения

Для резки крупногабаритных изделий из композиционного материала (например, вырезка отверстий в системе шумопоглощения гондолы двигателя, толщина материала ~3 мм, диаметр изделия ~1,5 м, высота ~2 м) был использован 5-координатный лазерный технологический комплекс ЛТК-3Д с иттербиевым волоконным лазером мощностью 2 кВт (ЛС-2), работающим в импульсном режиме излучения. Размер рабочей зоны комплекса 5000×3000×800 мм. Специально разработанная поворотная головка, закрепленная в суппорте станка, позволяет не только перемещать режущую головку по координатам X, Y, Z, но и вращать ее относительно вертикальной оси Z (координата С) n×360° и поворачивать на ±120° вокруг горизонтальной оси (координата В), что дает возможность обрабатывать поверхности изделия сложной пространственной формы.

Лазерный луч на выходе из транспортируемого волоконного кабеля сначала коллимировался, а затем фокусировался объективом с F=150 мм на обрабатываемую поверхность с заглублением фокуса на 0,2 толщины изделия. Диаметр пятна лазерного излучения в рабочей зоне составлял ~150 мкм. Высокая плотность мощности лазерного излучения позволяет разрушать волокна композиционного материала с минимальной шероховатостью.

Одновременная подача по программе в зону резки технологического газа (N2) под давлением 1,4 МПа соосно лазерному лучу и жидкости (воды) в виде закрученной струи с начальным диаметром 2,5 мм под давлением 0,25 МПа коаксиально лучу позволяет защищать зону термического влияния от обугливания и выносить продукты распада из зоны резки в поддон.

Применение данной технологии делает условия труда более экологически чистыми, а качество реза с минимальной зоной термического влияния и равномерной по всей глубине кромки обрабатываемой детали. Все продукты распада оседают на дно поддона.

Скорость резания была равной 1,5÷1,8 м/мин. Зона термического влияния составила ~0,15 мм, причем обугливание было равномерным по всей поверхности реза. Тогда как резка такого же композитного материала без подачи воды приводит к зоне термического влияния на входе реза 0,25 мм, а на выходе - 0,4 мм. Причем условия технологического процесса сопровождались сильной загазованностью с характерным запахом обработки композитов.

Таким образом, предлагаемый способ газолазерной резки композиционных материалов позволяет обрабатывать изделия больших габаритов с хорошим качеством реза и создает более благоприятные условия труда.


СПОСОБ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 91-100 из 258.
20.11.2014
№216.013.0786

Способ контроля подводного шума плавсредства с помощью забортного гидроакустического средства измерений (варианты)

Изобретения относятся к области гидроакустики и могут быть использованы для оперативного контроля подводного шума плавсредства в натурных условиях. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретений, является получение возможности контроля с помощью выбрасываемого забортного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533327
Дата охранного документа: 20.11.2014
27.11.2014
№216.013.09f6

Струйный насадок водометного движителя

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям судов, лодок и других плавучих средств. Струйный насадок водометного движителя содержит наружный корпус с установленным в нем центральным телом, которое выполнено в виде тела вращения и образует совместно с наружным корпусом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533958
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.12.2014
№216.013.107c

Способ градуировки гидрофонов методом взаимности

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при градуировке гидрофонов (Г) в измерительном бассейне методом взаимности. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности градуировки Г методом взаимности при использовании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535643
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.1381

Способ изготовления упругоподобных моделей летательных аппаратов на станках с чпу

Изобретение относится к авиационной технике и касается экспериментальных исследований проблем аэроупругости летательных аппаратов (ЛА) в аэродинамических трубах. При изготовлении упругоподобных моделей ЛА на станках с ЧПУ производят предварительный и поверочный расчеты математической модели...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536416
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.01.2015
№216.013.18ae

Способ градуировки гидрофонов методом сличения

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при градуировке гидрофонов (Г) в измерительном бассейне методом сличения. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности градуировки Г методом сличения при использовании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537746
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.18b1

Гидрофонный тракт с бездемонтажной проверкой его работоспособности

Изобретение относится к измерительной технике, метрологии и гидроакустике и может быть использовано для бездемонтажной проверки рабочего состояния гидроакустического тракта в натурных условиях. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение необходимости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537749
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.01.2015
№216.013.1fb0

Композиционный сплав на основе co-tib-bn

Изобретение относится к области металлургии, в частности к прецизионным сплавам на основе кобальта для нанесения функциональных покрытий с высокими физико-механическими свойствами методом гетерофазного переноса. Сплав на основе кобальта содержит, мас.%: хром - 17,4-21,1; кремний - 2,6-4,9;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539553
Дата охранного документа: 20.01.2015
27.01.2015
№216.013.2081

Способ измерения параметров потока на выходе из протоков моделей ла

Заявленное изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к способу определения аэродинамических характеристик (АДХ) моделей летательных аппаратов (ЛА), и может быть использовано в аэродинамических трубах (АДТ) при определении параметров потока на выходе из протоков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539769
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.02.2015
№216.013.2225

Поршень форсированного дизельного двигателя

Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях. Поршень форсированного дизельного двигателя состоит из двух стальных сваренных между собой нижнего и верхнего фрагментов (1) и (2), образующих периферийную и центральную полости (3) и (4) охлаждения головки поршня, сообщенные основными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540194
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.2258

Способ определения работоспособности гидроакустического тракта в натурных условиях

Изобретение относится к измерительной технике, метрологии и гидроакустике и может быть использовано для бездемонтажной проверки рабочего состояния гидроакустического тракта в натурных условиях. На вход проверяемого гидроакустического тракта подают тестовые сигналы в виде тепловых шумов Джонса с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540245
Дата охранного документа: 10.02.2015
Показаны записи 91-100 из 196.
20.08.2014
№216.012.ed19

Способ создания потока газа в гиперзвуковой аэродинамической трубе и аэродинамическая труба

Группа изобретений относится к гиперзвуковым аэродинамическим трубам (АДТ). Способ включает генерацию газа высокого давления из жидкого газа путем его газификации, регулирование давления и нагрев газа, охлаждение стенок сопла, рабочей части и диффузора, охлаждение рабочего газа в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526505
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ee96

Способ контроля работоспособности измерительного тракта в натурных условиях и гидрофонный тракт для его реализации

Изобретения относятся к измерительной технике и метрологии и могут быть использованы для проверки работоспособности измерительных трактов (ИТ), работающих в тяжелых рабочих условиях. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является контроль работоспособности ИТ. Данный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526897
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.ef31

Способ изготовления высокопористого абразивного инструмента

Изобретение относится к технологии производства высокопористого абразивного инструмента на керамических связках. Способ включает приготовление формовочной массы, содержащей абразивные зерна электрокорунда или карбида кремния, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки и смесь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527052
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.ef64

Способ правки шлифовального круга с выпуклым профилем с помощью алмазного ролика

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при шлифовании профильных деталей. Производят правку шлифовального круга с выпуклым профилем цилиндрической наружной поверхностью правящего алмазного ролика. Оси вращения шлифовального круга и правящего ролика скрещивают....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527103
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.f0cc

Способ формования ударостойких прозрачных полимерных листов

Изобретение относится к технике переработки листовых заготовок из прозрачных термопластов, а именно к способу формования прозрачных листов из поликарбоната, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения, в частности, для получения изделий остекления самолетов, вертолетов и других...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527463
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.09.2014
№216.012.f119

Сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным прецизионным сплавам на основе никеля для получения покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением. Сплав содержит, мас.%: хром 18,0-40,0, молибден 30,0-40,0, алюминий 0,45-0,63, цирконий 4,5-6,4, карбид...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527543
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.09.2014
№216.012.f17a

Аппарат на воздушной подушке

Изобретение относится к аппаратам на воздушной подушке (АВП) с системами демпфирования колебаний по высоте и автоматического управления по углам крена и тангажа. АВП содержит корпус, силовую установку, ограждение воздушной подушки. Ограждение снабжено воздуховодом, расположенным вдоль периметра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527640
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.10.2014
№216.012.fa59

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель и способ организации рабочего процесса

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) содержит корпус, воздухозаборник с центральным телом, внутри которого установлена топливная форсунка в виде газоструйного резонатора с острой передней кромкой, соединенной пилонами с воздухозаборником, камеру сгорания,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529935
Дата охранного документа: 10.10.2014
20.10.2014
№216.012.fed9

Способ определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к области экспериментальной аэродинамики летательных аппаратов и могут быть использованы для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе. Способ заключается в следующем. Испытания проводят как...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531097
Дата охранного документа: 20.10.2014
20.11.2014
№216.013.05dd

Способ получения 11бета, 17альфа, 21-тригидрокси-16альфа-метил-9альфа-фторпрегна-1,4-диен-3,20-диона (дексаметазона) из фитостерина

Изобретение относится к способу получения дексаметазона из фитостеринов (β-ситостерина, кампестерина, стигмастерина, брассикастерина) способом, включающим последовательность микробиологических и химических реакций, а именно: микробиологическое окислительное элиминирование боковой цепи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532902
Дата охранного документа: 20.11.2014
+ добавить свой РИД