×
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 81-90 из 258.
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
20.11.2014
№216.013.0782

Векторное приемное устройство

Изобретение относится к области гидроакустики. Векторное приемное устройство содержит звукопрозрачную раму и векторный приемник, связанные между собой посредством подвеса. При этом подвес выполнен в виде замкнутого линейного элемента с распределенной по длине массой, закрепленного в двух точках...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533323
Дата охранного документа: 20.11.2014
Показаны записи 81-90 из 196.
27.06.2014
№216.012.d6db

Топка с циркулирующим кипящим слоем

Изобретение относится к области энергетике и может быть использовано для сжигания энергетических твердых топлив низкого качества, а также в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Топка с циркулирующим кипящим слоем включает камеру сгорания с устройством для ввода топлива,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520781
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.07.2014
№216.012.ddbc

Способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава

Изобретение относится к производству высокотермостойких керамических материалов, используемых в изделиях радиотехнического назначения. Технический результат изобретения заключается в снижении диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. В качестве исходного сырья...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522550
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.deb0

Стенд для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию для определения вращательных производных аэродинамических сил и моментов модели в аэродинамической трубе, в том числе вблизи экрана. Стенд содержит модель с тензовесами, соединенную со стойкой, механизм угловых перемещений модели. Механизм...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522794
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.df4c

Комплект спецодежды

Изобретение относится к швейной промышленности, а именно к пыле-, вибро- и травмозащитной одежде, предназначенной для работников угольной промышленности. Комплект спецодежды состоит из комбинезона и съемного шлема, при этом нижние части рукавов и штанин комбинезона имеют герметизирующие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522950
Дата охранного документа: 20.07.2014
27.07.2014
№216.012.e2d5

Способ приготовления абразивной массы для высокопористого инструмента

Изобретение относится к технологии производства абразивных инструментов из зерна электрокорунда белого на керамических связках. Способ включает дозированную загрузку и перемешивание сыпучих компонентов: абразивных зерен электрокорунда белого, керамической связки и наполнителя в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523859
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e2d9

Способ изготовления абразивного инструмента

Изобретение относится к технологии производства абразивного инструмента на керамических связках. Способ включает приготовление формовочной массы, содержащей абразивные зерна электрокорунда или карбида кремния, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки и наполнитель в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523863
Дата охранного документа: 27.07.2014
10.08.2014
№216.012.e659

Пневмосистема для судна с воздушными кавернами на днище

Изобретение относится к области судостроения и касается проблемы снижения гидродинамического сопротивления водоизмещающего судна. Судно оборудовано подвижными кавернообразующими элементами, состоящими из продольных ограничительных килей правого и левого бортов, продольных промежуточных килей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524762
Дата охранного документа: 10.08.2014
20.08.2014
№216.012.e9ad

Стенд для измерения массы и координат центра масс изделий

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для электрических измерений механических величин в космической технике, судостроении и авиастроении. Стенд содержит раму, к которой крепится изделие, динамометрическую платформу с установленным на ней узлом поворота...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525629
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.eaa4

Сплав на основе меди

Изобретение относится к прецизионным сплавам на основе меди для получения микро- и нанопроводов, а также тонких пленок и покрытий с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Сплав содержит, мас.%: марганец 18,0-22,0; никель 18,0-25,0; кремний 2,0-4,0; бор 1,5-4,0; германий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525876
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.eaf1

Способ изготовления листов и плит из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к металлургии деформируемых термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала в виде деформируемых полуфабрикатов в морской и авиакосмической технике, транспортном и химическом машиностроении, в т.ч. в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525953
Дата охранного документа: 20.08.2014
+ добавить свой РИД