Wiązka laserowa jako wiertło. Urządzenia do obróbki laserowej w produkcji obwodów drukowanych
Wiercenie otworów w kamieniach zegarkowych - to był początek pracy lasera. Mowa o kamieniach rubinowych, które są używane w zegarkach jako łożyska ślizgowe. Przy produkcji takich łożysk wymagane jest wiercenie otworów w rubinach - bardzo twardym i jednocześnie delikatnym materiale - otwory o średnicy zaledwie 0,1-0,05 mm. Przez wiele lat ta operacja jubilerska była wykonywana zwykłą metodą mechaniczną za pomocą wierteł wykonanych z cienkiego drutu fortepianowego o średnicy 40-50 mikronów. Takie wiertło wykonało do 30 tysięcy obrotów na minutę i jednocześnie wykonało około stu ruchów posuwisto-zwrotnych. Wiercenie jednego kamienia trwało do 10-15 minut. Jak usunąć zatyczki w uszach - wtyczka siarkowa nmedik.org/sernaya-probka.html.
Od 1964 r. nieefektywne mechaniczne wiercenie kamieni zegarkowych zaczęło być wszędzie zastępowane wierceniem laserowym. Oczywiście termin „wiercenie laserowe” nie powinien być rozumiany dosłownie; wiązka lasera nie wierci otworu - przebija go, powodując intensywne odparowywanie materiału. W dzisiejszych czasach wiercenie laserowe kamieni zegarkowych jest powszechne. W tym celu stosuje się w szczególności lasery ze szkła neodymowego. Otwór w kamieniu (o grubości detalu 0,5-1 mm) jest wybijany serią kilku impulsów laserowych o energii 0,5-1 J. Wydajność maszyny laserowej w trybie automatycznym to kamień na sekundę. To tysiąc razy więcej niż wydajność wiercenia mechanicznego!
Wkrótce po pojawieniu się laser otrzymał kolejne zadanie, z którym poradził sobie równie skutecznie - wiercenie (wybijanie) otworów w matrycach diamentowych. Aby uzyskać bardzo cienki drut z miedzi, brązu, wolframu, stosuje się technologię przeciągania metalu przez otwór o odpowiedniej średnicy. Takie otwory wierci się w materiałach o szczególnie dużej twardości, ponieważ w procesie przeciągania drutu średnica otworu musi pozostać niezmieniona. Wiadomo, że diament jest najtwardszy. Dlatego najlepiej jest przeciągnąć cienki drut przez otwór w diamencie – przez tzw. matryce diamentowe. Tylko za pomocą matryc diamentowych można uzyskać ultracienki drut o średnicy zaledwie 10 mikronów. Ale jak wywiercić cienki otwór w supertwardym materiale, takim jak diament? Bardzo trudno jest to zrobić mechanicznie - wywiercenie jednego otworu w matrycy diamentowej zajmuje nawet dziesięć godzin. Ale, jak się okazało, nie jest trudno przebić się przez tę dziurę serią kilku potężnych impulsów laserowych.
Dziś wiercenie laserowe jest szeroko stosowane nie tylko w przypadku szczególnie twardych materiałów, ale także materiałów charakteryzujących się zwiększoną kruchością. Wiertarka laserowa okazała się nie tylko mocnym, ale i bardzo delikatnym „narzędziem”. Przykład: zastosowanie lasera podczas wiercenia otworów w podłożach mikroukładów wykonanych z ceramiki z tlenku glinu. Ceramika jest niezwykle krucha. Z tego powodu mechaniczne wiercenie otworów w podłożu mikroukładu prowadzono z reguły na „surowym” materiale. Ceramikę wypalano po wierceniu. W tym przypadku nastąpiło pewne odkształcenie wyrobu, względne położenie wierconych otworów uległo zniekształceniu. Problem został rozwiązany wraz z pojawieniem się wiertarek laserowych. Za ich pomocą można pracować z już wypalonymi podłożami ceramicznymi. Za pomocą laserów przebija się w ceramice bardzo cienkie otwory - tylko 10 mikronów średnicy. Takich otworów nie można uzyskać przez wiercenie mechaniczne.
Nikt nie wątpił, że wiercenie to powołanie lasera. Tutaj laser właściwie nie miał godnych konkurentów, zwłaszcza jeśli chodzi o wiercenie bardzo cienkich i bardzo głębokich otworów, gdy otwory musiały być wiercone w bardzo kruchych lub bardzo twardych materiałach.
 |
4. Cięcie laserowe i spawanie.
Promień lasera może ciąć absolutnie wszystko: tkaninę, papier, drewno, sklejkę, gumę; plastik, ceramika, blacha azbestowa, szkło, blachy. W takim przypadku możliwe jest uzyskanie dokładnych cięć wzdłuż skomplikowanych profili. Podczas cięcia materiałów łatwopalnych miejsce cięcia jest przedmuchiwane strumieniem gazu obojętnego; rezultatem jest gładka, niewypalona krawędź cięcia. Lasery CW są zwykle używane do cięcia. Wymagana moc promieniowania zależy od materiału i grubości przedmiotu obrabianego. Na przykład do cięcia desek o grubości 5 cm użyto lasera CO2 o mocy 200 W. Szerokość nacięcia wynosiła tylko 0,7 mm; trociny oczywiście nie było.
Do cięcia metali potrzebne są lasery o mocy kilku kilowatów. Wymaganą moc można zmniejszyć stosując metodę cięcia laserem gazowym - kiedy silny strumień tlenu jest kierowany na powierzchnię cięcia jednocześnie z wiązką lasera. Podczas spalania metalu w strumieniu tlenu (ze względu na reakcje utleniania metalu zachodzące w tym strumieniu) uwalniana jest znaczna energia; w rezultacie można zastosować promieniowanie laserowe o mocy zaledwie 100-500 watów. Ponadto strumień tlenu wydmuchuje i unosi stopione i produkty spalania metalu ze strefy cięcia.
Pierwszym przykładem tego rodzaju cięcia jest laserowe cięcie tkanin w tkalni. W skład zestawu wchodzi laser CO2 o mocy 100 W, system ogniskowania i przesuwania wiązki laserowej, komputer oraz urządzenie do rozciągania i przesuwania tkanki. W procesie cięcia belka porusza się po powierzchni tkaniny z prędkością 1 m/s. Średnica skupionej plamki świetlnej wynosi 0,2 mm. Ruchami wiązki i samej tkanki steruje komputer. Instalacja umożliwia np. cięcie materiału na 50 garniturów w ciągu godziny. Cięcie odbywa się nie tylko szybko, ale także bardzo dokładnie; natomiast krawędzie cięcia są gładkie i utwardzone. Drugim przykładem jest zautomatyzowane cięcie blach aluminiowych, stalowych, tytanowych w przemyśle lotniczym. W ten sposób laser CO2 o mocy 3 kW tnie blachę tytanu o grubości 5 mm z prędkością 5 cm/s. Używając strumienia tlenu, w przybliżeniu ten sam wynik uzyskuje się przy mocy promieniowania 100-300 W.
Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza
Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.
Wysłany dnia http://www.allbest.ru/
Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej. Federalna państwowa budżetowa instytucja edukacyjna szkolnictwa wyższego. Uniwersytet Stanowy Władimira im. AG i NG Stoletovs.
Zakład FPM.
Streszczenie na ten temat
„Laserowe wiercenie otworów”
Zakończony:
Grupa studencka LT - 115
Gordeeva Jekaterina
Włodzimierz, 2016
Wstęp
Wiązka laserowa jako wiertło
Wiercenie laserowe otworów w metalach
Wiercenie materiałów niemetalowych
Wiercenie laserowe otworów w twardych powierzchniach
rozróżnianie wiercenia laserowego zwiększona kruchość
Wniosek
Bibliografia
Wstęp
Obecnie laser z powodzeniem wykonuje szereg operacji technologicznych, przede wszystkim takich jak cięcie, spawanie, wiercenie otworów, obróbka cieplna powierzchni, trasowanie, znakowanie, grawerowanie itp., a w niektórych przypadkach zapewnia przewagę nad innymi rodzajami obróbki. otworów w materiale można wykonać szybciej, a trasowanie różnych materiałów jest doskonalsze. Ponadto niektóre rodzaje operacji, które wcześniej były niemożliwe do wykonania ze względu na trudną dostępność, są wykonywane z dużym powodzeniem. Na przykład spawanie materiałów i wiercenie otworów może odbywać się przez szkło w próżni lub atmosferze różnych gazów.
Słowo „laser” składa się z pierwszych liter angielskiego wyrażenia Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, co w tłumaczeniu na rosyjski oznacza: wzmocnienie światła poprzez emisję wymuszoną. Klasycznie zdarzało się, że opisując technologie obróbki materiałów laserowych, główną uwagę zwraca się tylko na same lasery, ich zasadę działania i parametry techniczne. Jednak w celu realizacji dowolnego procesu laserowej obróbki wymiarowej materiałów, oprócz lasera, należy zastosować system ogniskowania wiązki, urządzenie do sterowania ruchem wiązki po powierzchni przedmiotu obrabianego lub urządzenie do przemieszczania produktu względem wiązka, system nadmuchu gazu, optyczne systemy naprowadzania i pozycjonowania, oprogramowanie do sterowania procesem cięcie laserowe, grawerowanie itp. W większości przypadków dobór parametrów urządzeń i systemów bezpośrednio obsługujących laser jest nie mniej istotny niż parametry samego lasera. Na przykład przy znakowaniu łożysk o średnicy mniejszej niż 10 mm lub przy precyzyjnym zgrzewaniu punktowym laserem czas poświęcony na pozycjonowanie produktu i ogniskowanie przekracza czas grawerowania lub spawania o jeden lub dwa rzędy wielkości (czas nakładania oznaczenie na łożysku wynosi około 0,5 s). Dlatego bez użycia automatycznych systemów pozycjonowania i ogniskowania, zastosowanie systemów laserowych w wielu przypadkach staje się ekonomicznie niecelowe. Analogia systemów laserowych do samochodów pokazuje, że laser działa jak silnik. Bez względu na to, jak dobry jest silnik, ale bez kół i wszystkiego innego, samochód nie pojedzie.
Innym ważnym czynnikiem przy wyborze systemów technologii laserowej jest ich łatwość konserwacji. Jak pokazuje praktyka, operatorzy mają niskie kwalifikacje do serwisowania takiego sprzętu. Jednym z powodów jest to, że w większości przypadków systemy laserowe są instalowane w celu zastąpienia przestarzałych procesów technologicznych (oznakowanie udarowe i chemiczne produktów, grawerowanie mechaniczne, spawanie ręczne, znakowanie ręczne itp.). Szefowie przedsiębiorstw, które z reguły modernizują swoją produkcję ze względów etycznych, wymieniając stary sprzęt na nowy, opuszczają stary (dosłownie i w przenośni) personel serwisowy. Dlatego dla wprowadzenia do produkcji laserowych systemów technologicznych w danych początkowych warunkach jej rozwoju (w republikach postsowieckich) konieczne jest zapewnienie najwyższego możliwego poziomu automatyzacji i łatwości uczenia się. Nie należy pomijać faktu, że wynagrodzenie niewykwalifikowanego personelu jest niższe niż wynagrodzenie przeszkolonego specjalisty. Dlatego bardziej opłacalne jest kupowanie wyrafinowanego sprzętu z możliwością łatwej konserwacji, niż zapraszanie wysoko wykwalifikowanego personelu.
Tym samym zadanie wykorzystania technologii laserowych w nowoczesnej produkcji należy rozpatrywać nie tylko z punktu widzenia parametrów technicznych samego lasera, ale także biorąc pod uwagę charakterystykę sprzętu i oprogramowania, które pozwalają na wykorzystanie specyficznych właściwości laser do rozwiązania konkretnego problemu technologicznego.
Każdy system laserowy przeznaczony do obróbki wymiarowej materiałów charakteryzuje się następującymi parametrami:
Szybkość przetwarzania (cięcie, grawerowanie itp.);
rezolucja;
dokładność przetwarzania;
Wielkość pola roboczego;
Zakres materiałów do obróbki (metale żelazne, metale nieżelazne, drewno, tworzywa sztuczne itp.);
Zakres rozmiarów i wag produktów przeznaczonych do przetwórstwa;
Konfiguracja produktu (na przykład grawerowanie na płaskich, cylindrycznych, falistych powierzchniach);
Wymagany czas na zmianę wykonywanych zadań (zmiana wzoru grawerowania, konfiguracja - linie cięcia, zmiana materiału do obróbki itp.);
Czas instalacji i pozycjonowania produktu;
Parametry warunków środowiskowych (zakres temperatur, wilgotność, zapylenie) w ---- w których system może pracować;
Wymagania dotyczące kwalifikacji personelu serwisowego.
Na podstawie tych parametrów dobierany jest rodzaj lasera, urządzenie przemiatające wiązkę, opracowywany jest projekt łącznika produktu, poziom automatyzacji systemu jako całości, kwestia konieczności pisania specjalistycznych programów do przygotowania podjęto decyzję o plikach rysunkowych, liniach cięcia itp.
Głównymi cechami technicznymi, które decydują o charakterze przetwarzania są parametry energetyczne lasera - energia, moc, gęstość energii, czas trwania impulsu, struktura przestrzenna i czasowa promieniowania, rozkład przestrzenny gęstości mocy promieniowania w punkcie ogniskowania, warunki ogniskowania, fizyczne właściwości materiału.
Wiązka laserowa jako wiertło
Wiercenie otworów w kamieniach zegarkowych - to był początek pracy lasera. Mowa o kamieniach rubinowych, które są używane w zegarkach jako łożyska ślizgowe. Przy produkcji takich łożysk wymagane jest wiercenie otworów w rubinach - bardzo twardym i jednocześnie delikatnym materiale - otwory o średnicy zaledwie 1-0,05 mm. Przez wiele lat ta operacja jubilerska była wykonywana zwykłą metodą mechaniczną za pomocą wierteł wykonanych z cienkiego drutu fortepianowego o średnicy 40-50 mikronów. Takie wiertło wykonało do 30 tysięcy obrotów na minutę i jednocześnie wykonało około stu ruchów posuwisto-zwrotnych. Wiercenie jednego kamienia trwało do 10-15 minut.
Od 1964 r. nieefektywne mechaniczne wiercenie kamieni zegarkowych zaczęło być wszędzie zastępowane wierceniem laserowym. Oczywiście termin „wiercenie laserowe” nie powinien być rozumiany dosłownie; Wiązka lasera nie wierci dziury, przebija ją, powodując intensywne odparowywanie materiału. W dzisiejszych czasach wiercenie laserowe kamieni zegarkowych jest powszechne. W tym celu stosuje się w szczególności lasery ze szkła neodymowego. Otwór w kamieniu (o grubości detalu 0,5-1 mm) jest wybijany serią kilku impulsów laserowych o energii 0,5-1 J. Wydajność maszyny laserowej w trybie automatycznym to kamień na sekundę. To tysiąc razy więcej niż wydajność wiercenia mechanicznego!
Niedługo po narodzinach laser otrzymał kolejne zadanie, z którym poradził sobie równie skutecznie - wiercenie (wybijanie) otworów w matrycach diamentowych. Być może nie wszyscy wiedzą, że do uzyskania bardzo cienkiego drutu z miedzi, brązu, wolframu stosuje się technologię przeciągania metalu przez otwór o odpowiedniej średnicy. Takie otwory wierci się w materiałach o szczególnie dużej twardości, ponieważ w procesie ciągnienia drutu średnica otworu musi pozostać niezmieniona. Wiadomo, że diament jest najtwardszy. Dlatego najlepiej jest przeciągnąć cienki drut przez otwór w diamencie – przez tzw. matryce diamentowe. Tylko za pomocą matryc diamentowych można uzyskać ultracienki drut o średnicy zaledwie 10 mikronów. Ale jak wywiercić cienki otwór w supertwardym materiale, takim jak diament? Bardzo trudno jest to zrobić mechanicznie - wywiercenie jednego otworu w matrycy diamentowej zajmuje nawet dziesięć godzin.
Tak wygląda dziura w diamentowej kostce w przekroju. Impulsy laserowe przebijają nierówny kanał w diamentowej półfabrykacie. Następnie traktując kanał ultradźwiękami, szlifując i polerując, nadają mu niezbędny profil. Drut uzyskany przez przeciągnięcie przez matrycę ma średnicę d
Te zgrabne otwory o średnicy 0,3 mm są wycinane laserem CO2 w płycie ceramicznej z tlenku glinu o grubości 0,7 mm.
Za pomocą laserów przebija się w ceramice bardzo cienkie otwory - o średnicy zaledwie 10 mikronów. Należy pamiętać, że takich otworów nie można uzyskać przez wiercenie mechaniczne.
Nikt nie wątpił, że wiercenie to powołanie lasera. Tutaj laser właściwie nie miał godnych konkurentów, zwłaszcza jeśli chodzi o wiercenie bardzo cienkich i bardzo głębokich otworów, gdy otwory musiały być wiercone w bardzo kruchych lub bardzo twardych materiałach. Minął stosunkowo krótki czas i stało się jasne, że wiązka lasera może być z powodzeniem wykorzystywana nie tylko do wiercenia, ale również do wielu innych operacji obróbki materiałów. Tak więc dzisiaj możemy mówić o pojawieniu się i rozwoju nowej technologii - lasera.
Wiercenie laserowe otworów w metalach
Stosowanie lasera jako narzędzia do wiercenia ma swoje zalety.
Nie ma mechanicznego kontaktu między narzędziem wiertniczym a materiałem, a także złamania i zużycia wierteł.
Dokładność umieszczania otworów jest zwiększona, ponieważ optyka wykorzystywana do ogniskowania wiązki laserowej jest również wykorzystywana do kierowania jej w żądany punkt. Otwory można ustawić w dowolnym kierunku.
Osiąga się większy stosunek głębokości do średnicy wiercenia niż w przypadku innych metod wiercenia.
Zarówno podczas wiercenia, jak i cięcia właściwości obrabianego materiału znacząco wpływają na parametry lasera wymagane do wykonania operacji. Wiercenie realizowane jest laserami impulsowymi pracującymi zarówno w trybie swobodnym z czasem trwania impulsu rzędu 1 μs, jak iw trybie Q-switched o czasie trwania kilkudziesięciu nanosekund. W obu przypadkach występuje efekt cieplny na materiał, jego topienie i parowanie. Otwór powiększa się w głąb głównie na skutek parowania, a średnica na skutek topnienia ścianek i wypływu cieczy pod wytworzonym nadciśnieniem pary.
Zazwyczaj głębokie otwory o pożądanej średnicy uzyskuje się za pomocą powtarzalnych impulsów laserowych o niskiej energii. W tym przypadku powstają otwory o mniejszym stożku i lepszej jakości niż otwory uzyskane przy wyższej energii pojedynczego impulsu. Wyjątkiem są materiały zawierające pierwiastki zdolne do wytworzenia wysokiego ciśnienia pary. W związku z tym bardzo trudno jest spawać mosiądz promieniowaniem impulsowym lasera ze względu na wysoką zawartość cynku, jednak podczas wiercenia mosiądz ma pewne zalety, ponieważ atomy cynku znacznie poprawiają mechanizm parowania.
Ponieważ tryb wielopulsowy umożliwia uzyskanie otworów o najlepszej jakości o pożądanej geometrii i niewielkim odchyleniu od określonych wymiarów, w praktyce tryb ten stał się powszechny podczas wiercenia otworów w cienkich metalach i materiałach niemetalicznych. Jednak podczas wiercenia otworów w grubych materiałach preferowane są pojedyncze impulsy o wysokiej energii. Membrana przepływu lasera umożliwia uzyskanie otworów kształtowych, ale metoda ta jest coraz częściej stosowana w obróbce cienkich folii i materiałów niemetalicznych. W przypadku wiercenia laserowego w cienkich blachach o grubości poniżej 0,5 mm następuje pewna unifikacja procesu polegająca na tym, że otwory o średnicy od 0,001 do 0,2 mm można wykonywać we wszystkich metalach przy stosunkowo niskich mocach.
Wiercenie otworów w metalach może być stosowane w wielu przypadkach. Tak więc za pomocą laserów impulsowych można przeprowadzić dynamiczne wyważanie części obracających się z dużą prędkością. Nierównowaga jest wybierana przez lokalne topienie określonej objętości materiału. Laser może być również używany do montażu elementów elektronicznych poprzez lokalne odparowanie materiału lub ogólne ogrzewanie. Wysoka gęstość mocy, mały rozmiar plamki i krótki czas trwania impulsu sprawiają, że laser jest idealnym narzędziem do tego zastosowania.
Lasery stosowane do wiercenia otworów w metalu powinny zapewniać gęstość mocy skupionej wiązki rzędu 107 - 108 W/cm2. Wiercenie otworów wiertłami do metalu o średnicy mniejszej niż 0,25 mm jest trudnym zadaniem praktycznym, natomiast wiercenie laserowe umożliwia uzyskanie otworów o średnicy odpowiadającej długości fali promieniowania z odpowiednio dużą dokładnością umieszczenia. Specjaliści firmy „General Electric” (USA) obliczyli, że laserowe wiercenie otworów w porównaniu z obróbką wiązką elektronów ma wysoką konkurencyjność ekonomiczną. Obecnie do wiercenia otworów wykorzystywane są głównie lasery na ciele stałym. Zapewniają częstotliwość powtarzania impulsów do 1000 Hz i moc w trybie ciągłym od 1 do 103 W, w trybie impulsowym do setek kilowatów, a w trybie Q-switched do kilku megawatów. Niektóre wyniki obróbki takimi laserami podano w tabeli.
|
Grubość, mm |
Średnica otworu, mm |
Czas trwania wiercenie |
energia lasera, |
|||
|
Wejście |
weekend |
|||||
|
Stal nierdzewna |
10 impulsów |
|||||
|
Stal niklowa |
||||||
|
Wolfram |
||||||
|
Molibden |
||||||
Wiercenie materiałów niemetalowych
Wiercenie otworów to jedna z pierwszych dziedzin techniki laserowej. Po pierwsze, wypalając dziury w różnych materiałach, eksperymentatorzy wykorzystali je do oszacowania energii promieniowania impulsów laserowych. Obecnie proces wiercenia laserowego staje się samodzielnym kierunkiem technologii laserowej. Materiały do wiercenia wiązką laserową to niemetale, takie jak diamenty, rubiny, ferryty, ceramika itp., w których wiercenie otworów konwencjonalnymi metodami jest utrudnione lub nieefektywne. Za pomocą wiązki laserowej można wiercić otwory o różnych średnicach. Do tej operacji wykorzystywane są następujące dwie metody. W pierwszej metodzie wiązka lasera porusza się po zadanym konturze, a kształt otworu określa trajektoria jego względnego ruchu. Tutaj zachodzi proces cięcia, w którym źródło ciepła porusza się z określoną prędkością w określonym kierunku: w tym przypadku z reguły stosuje się lasery o fali ciągłej, a także lasery impulsowe pracujące ze zwiększoną częstotliwością powtarzania impulsów .
W drugiej metodzie, zwanej metodą rzutową, obrobiony otwór powtarza kształt wiązki laserowej, której za pomocą układu optycznego można nadać dowolny przekrój. Metoda projekcyjna wiercenia otworów ma pewne zalety w porównaniu z pierwszą. Jeśli więc na torze wiązki umieszczona jest przesłona (maska), to w ten sposób możliwe jest odcięcie jej części obwodowej i uzyskanie w miarę równomiernego rozkładu natężenia na przekroju wiązki. Dzięki temu granica napromieniowanej strefy jest ostrzejsza, zmniejsza się stożek otworu i poprawia się jakość.
Istnieje szereg technik, które pozwalają dodatkowo wybrać część stopionego materiału z obrabianego otworu. Jednym z nich jest wytworzenie nadciśnienia przez sprężone powietrze lub inne gazy, które wprowadzane są do strefy wiercenia za pomocą dyszy współosiowej z promieniowaniem laserowym. Metodą tą wiercono otwory o średnicy 0,05-0,5 mm w płytach ceramicznych o grubości do 2,5 mm za pomocą lasera CO2 pracującego w trybie ciągłym.
Wiercenie otworów w twardej ceramice nie jest łatwym zadaniem: konwencjonalna metoda wymaga narzędzia diamentowego, podczas gdy inne istniejące metody są trudne ze względu na średnicę otworu równą dziesiątym milimetrowi. Trudności te są szczególnie widoczne, gdy grubość obrabianej blachy jest większa niż średnica otworu. Miarą jakości otrzymywania cienkich otworów jest stosunek głębokości otworu (grubości materiału) do jego średnicy; wynosi 2:1 przy wierceniu konwencjonalnym i około 4:1 przy metodzie ultradźwiękowej stosowanej przy wierceniu w ceramice i innych materiałach ogniotrwałych.
Metoda wiercenia laserowego tej klasy materiałów pozwala na uzyskanie najlepszego współczynnika przy bardzo wysokiej dokładności rozmieszczenia otworów i relatywnie krótszym czasie. Tak więc do wiercenia laserowego ceramiki polikrystalicznej z tlenku glinu o dużej gęstości zastosowano laser rubinowy o energii impulsu 1,4 J, soczewkę zogniskowaną o ogniskowej 25 mm na powierzchni dysku i zapewniającą gęstość mocy około 4 -106 W/cm2. Aby przewiercić krążek ceramiczny o grubości 3,2 mm, potrzeba było średnio 40 impulsów z częstotliwością powtarzania 1 Hz. Czas trwania impulsu laserowego wynosił 0,5 ms. Powstałe otwory miały zbieżność o średnicy około 0,5 mm na wlocie i 0,1 mm na wylocie. Można zauważyć, że stosunek głębokości do średniej średnicy otworu wynosi około 11:1, czyli znacznie więcej niż podobny stosunek dla innych metod wiercenia otworów. W przypadku prostych materiałów ten stosunek do wiercenia laserowego może wynosić 50:1.
Do usunięcia produktów spalania i fazy ciekłej ze strefy wiercenia stosuje się przedmuchiwanie powietrzem lub innymi gazami. Wydajniejsze wydmuchiwanie produktów następuje dzięki połączeniu wydmuchu od strony przedniej i podciśnienia od strony tylnej próbki. Podobny schemat zastosowano do wiercenia otworów w ceramice o grubości do 5 mm. Jednak skuteczne usunięcie fazy ciekłej w tym przypadku następuje dopiero po utworzeniu otworu przelotowego.
W tabeli. 7 przedstawia parametry otworów w niektórych materiałach niemetalicznych i sposoby ich obróbki.
|
Materiał |
Opcje otworów |
Tryb przetwarzania |
||||||
|
Średnica, mm |
Głębokość, mm |
Stosunek głębokości do średnicy |
Energia, J |
Czas trwania impulsu |
Gęstość strumienia, W/cm2 |
Liczba impulsów na otwór |
||
|
Ceramika |
Wiercenie laserowe otworów w twardych powierzchniach
Laserowe wiercenie otworów charakteryzuje się takimi procesami fizycznymi jak nagrzewanie, parowanie i topienie materiału. Zakłada się, że otwór zwiększa głębokość w wyniku parowania, a średnicę - w wyniku stopienia ścian i przemieszczenia cieczy przez nadciśnienie pary.
Do uzyskania precyzyjnych otworów z tolerancją około 2 µm stosuje się lasery o bardzo krótkich impulsach w zakresie ns i ps. Pozwalający kontrolować średnicę otworu na danym poziomie, tj. nie prowadząc do nagrzewania i topnienia ścianek odpowiedzialnych za wzrost średnicy otworu, ale prowadząc do odparowania materiału z fazy stałej. Również zastosowanie laserów o zakresach impulsów ns i ps może znacznie zmniejszyć obecność zakrzepłej fazy ciekłej na bocznych powierzchniach otworu.
W chwili obecnej istnieje kilka metod realizacji laserowego wiercenia otworów: wiercenie pojedynczym impulsem wykorzystuje pojedynczy impuls, w wyniku którego wiercony jest otwór. Zaletami tej metody są szybkość. Wady wysoka energia impulsu, mała grubość i kanoniczny kształt otworu ze względu na zmniejszenie transferu energii cieplnej wraz ze wzrostem głębokości otworu.
Podczas wiercenia udarowego otwór jest tworzony przez kilka impulsów laserowych o krótkim czasie trwania i energii.
Zalety: możliwość wykonania głębszego otworu (ok. 100 mm), w celu uzyskania otworów o małej średnicy. Wadą tej metody jest dłuższy proces wiercenia.
Wiercenie otworów następuje pod działaniem kilku impulsów laserowych. Najpierw młot laserowy wierci początkowy otwór. Następnie powiększa początkowy otwór, przesuwając się kilkakrotnie wzdłuż rosnącej ścieżki kołowej na obrabianym przedmiocie. Większość stopionego materiału jest wypychana z otworu w kierunku do dołu. Wiercenie kręte, w przeciwieństwie do wiercenia rdzeniowego, nie wiąże się z wykonaniem otworu początkowego. Laser już od pierwszych impulsów porusza się po torze kołowym przez materiał. Dzięki temu ruchowi w górę unosi się duża ilość materiału. Poruszając się jak spiralne schody, laser pogłębia otwór. Po przejściu lasera przez materiał można wykonać jeszcze kilka okrążeń. Mają na celu poszerzenie spodu otworu i wygładzenie krawędzi. Wiercenie kręte daje bardzo duże i głębokie otwory wysokiej jakości. Zalety: uzyskanie dużych i głębokich otworów wysokiej jakości.
Zalety wiercenia laserowego: możliwość uzyskania małych otworów (poniżej 100 mikronów), konieczność wiercenia otworu pod kątem, wiercenie otworu w bardzo twardych materiałach, możliwość uzyskania otworów nieokrągłych, wysoka wydajność procesu, niski efekt cieplny na materiale (nagrzewanie maleje wraz ze skróceniem czasu trwania impulsu), metoda bezkontaktowa umożliwiająca wiercenie w materiałach kruchych (diament, porcelana, ferryt, szafir, szkło), wysoka automatyzacja procesu, długi okres eksploatacji żywotność i stabilność procesu.
Praca poświęcona jest poszukiwaniu optymalnych trybów laserowego wiercenia otworów na różnych twardych powierzchniach.
Do eksperymentów wykorzystano impulsowy laser Nd:YAG w podczerwieni o długości fali 1064 nm. Przy maksymalnej mocy lasera 110 W, częstotliwości powtarzania impulsów 10 kHz i czasie trwania impulsu 84 ns, otwory w tej pracy uzyskano metodą wiercenia udarowego. Podczas wiercenia laserowego moc promieniowania laserowego wahała się od 3,7 W do 61,4 W, średnica plamki laserowej na powierzchni próbki wahała się od 2 mm do 4 mm.
Wiercenie laserowe otworów przeprowadzono na następujących litych powierzchniach: plastik (żółty), włókno węglowe, aluminium, odpowiednio o grubości 1,22,3 mm. laserowe wiercenie otworu w metalu
Na jakość wiercenia laserowego powierzchni istotny wpływ mają następujące parametry: średnia moc lasera, średnica plamki lasera na powierzchni próbki, właściwości fizyczne materiału (współczynnik pochłaniania promieniowania laserowego przez powierzchnię, temperatura topnienia), długość fali promieniowania laserowego, czas trwania impulsu i metoda wiercenia laserowego (pojedynczy impuls, wiercenie udarowe itp.).
W tabeli 1 przedstawiono tryby wiercenia laserowego na różnych twardych powierzchniach.
Tryby laserowego wiercenia otworów na różnych powierzchniach
Wiercenie laserowe charakteryzujące się zwiększoną kruchością
wiercenie laserowe są szeroko stosowane do otrzymywania otworów nie tylko w materiałach twardych i supertwardych, ale również w materiałach o podwyższonej kruchości.
Do wiercenie laserowe otworów obecnie korzystają z instalacji Kvant-11, stworzonej na bazie impulsowego lasera YAG-Nd. Spawanie laserowe opiera się również na działaniu skoncentrowanego, impulsowego promieniowania laserowego. Ponadto stosuje się zarówno zgrzewanie szwowe, jak i punktowe.
Główne procesy w laser wiercenie materiałów niemetalicznych, jak również podczas cięcia, to nagrzewanie, topienie i odparowywanie ze strefy napromieniowania laserowego. Aby zapewnić te procesy, konieczne jest uzyskanie gęstości mocy 106 - 107 W/cm2, tworzonych przez układ optyczny w ognisku. W tym przypadku otwór pogłębia się z powodu parowania materiałów; następuje również topienie ścian i wyrzucanie frakcji ciekłej wytworzonej przez nadciśnienie par.Obecny przemysł jest obecnie szeroko stosowany laserowe wiercenie otworów w diamentach, zapewniające wysoką precyzję i kontrolę nad powstawaniem otworów w procesie wiercenia.
Wiercenie otworów wiertłami do metalu o średnicy mniejszej niż 0,25 mm jest trudnym zadaniem praktycznym, podczas gdy wiercenie laserowe pozwala na uzyskanie otworów o średnicy adekwatnej do długości fali promieniowania, z dostatecznie dużą dokładnością umieszczenia.
Z eksperymentów wiadomo, że właściwości techniczne i cechy precyzyjnego cięcia laserowego cienkich blach metalowych są na ogół określane przez te same warunki i czynniki, co parametry techniczne procesów. wielopulsowe wiercenie laserowe . Średnia szerokość przecięcia w cienkich płytkach metalowych wynosi zwykle 30-50 mikronów na całej długości próbki, ich ścianki są prawie równoległe, powierzchnia nie zawiera dużych defektów i obcych wtrąceń. Jedną z cech cięcia promieniowaniem pulsacyjnym jest możliwość tzw. efektu kanalizacji. Efekt ten wyraża się wprowadzeniem wiązki jakościowej (dyfrakcyjnej) do kanału utworzonego przez poprzednie impulsy poprzez ponowne odbicie od jego ścianki. Tworzenie nowego kanału rozpoczyna się po przesunięciu całej wiązki dyfrakcyjnej poza kontury poprzedniego. Proces ten określa graniczną chropowatość ciętej ściany i może ustabilizować dokładność cięcia poprzez kompensację niestabilności wzoru kierunkowego podczas obróbki wieloprzebiegowej. W tym przypadku chropowatość ciętych krawędzi zwykle nie przekraczała 4–5 μm, co można uznać za całkiem zadowalające.
Lasery wykonują również taką operację jak zgrubienie zużytych matryc do następnej większej średnicy zgodnie z normą. Jeśli podczas wiercenia mechanicznego operacja ta trwała około 20 godzin, to z wiercenie laserowe wymaga tylko kilkudziesięciu impulsów. Całkowity przedział czasu wynosi około 15 minut na obróbkę zgrubną jednej matrycy.
Wiercenie otworów jest prawdopodobnie jednym z pierwszych obszarów technologii laserowej. Proces jest obecnie wiercenie laserowe staje się samodzielnym kierunkiem technologii laserowej i zajmuje znaczący udział w przemyśle krajowym i zagranicznym. Materiały do wiercenia wiązką laserową to niemetale, takie jak diamenty, rubiny, ferryty, ceramika itp., w których wiercenie otworów konwencjonalnymi metodami jest utrudnione lub nieefektywne.
Jednak podczas wiercenia otworów w grubych materiałach preferowane są pojedyncze impulsy o wysokiej energii. Membrana przepływu lasera umożliwia uzyskanie otworów kształtowych, ale metoda ta jest coraz częściej stosowana w obróbce cienkich folii i materiałów niemetalicznych. W tym wypadku, do gdy ja wiercenie laserowe produkowany jest w cienkich blachach o grubości poniżej 0,5 mm, istnieje pewna unifikacja procesu polegająca na tym, że otwory o średnicy od 0,001 do 0,2 mm można wykonywać we wszystkich metalach przy stosunkowo niskich mocach. Przy dużych grubościach, zgodnie z ryc. 83 pojawia się nieliniowość ze względu na efekt ekranowania.
Już wcześniej zauważono, że zastosowanie elastycznych PCB zwiększa ich niezawodność, skraca czas montażu urządzeń o setki godzin oraz daje 2–4 krotny wzrost objętości i masy w porównaniu z zastosowaniem sztywnych PCB w MEA . Obecnie istniejący wcześniej hamulec rozwoju elastycznego oprogramowania, a mianowicie znany konserwatyzm projektantów przyzwyczajonych do pracy z konwencjonalnym oprogramowaniem, można uznać za etap przeminięty. W tym przypadku ułatwione jest zadanie zmniejszenia naprężeń mechanicznych między płytką PCB a zainstalowanym na niej LSI w uchwycie kryształu, a także staje się możliwe uzyskanie wiercenie laserowe subminiaturowych otworów o średnicy 125 mikronów (zamiast 800 mikronów w konwencjonalnych PCB) do przełączania międzywarstwowego poprzez ciągłe wypełnianie ich miedzią. Wreszcie, elastyczna poliamidowa płytka drukowana jest przezroczysta, umożliwiając wizualną kontrolę wszystkich połączeń lutowanych w każdej warstwie w starannie dobranych warunkach oświetleniowych.
Wniosek
Na zakończenie chciałbym poruszyć kilka ogólnych kwestii związanych z wprowadzaniem technologii laserowych do nowoczesnej produkcji.
Pierwszym etapem tworzenia laserowej instalacji technologicznej jest opracowanie zadania technicznego. W wielu przypadkach klienci starają się grać bezpiecznie i umieszczać w nim cechy, które znacznie przewyższają rzeczywiste potrzeby produkcji. W rezultacie koszt sprzętu wzrasta o 30-50%. Paradoksalnie powodem tego jest z reguły stosunkowo wysoki koszt systemów laserowych. Wielu liderów biznesu myśli tak:
„… jeśli kupię nowy drogi sprzęt, to pod względem cech powinien przekraczać wymagane obecnie normy, „może”, kiedyś mi się przyda…”. W efekcie potencjalne możliwości sprzętu nigdy nie są wykorzystywane, a jego czas zwrotu się wydłuża.
Przykładem takiego podejścia jest przejście od mechanicznego znakowania części do znakowania laserowego. Głównymi kryteriami znakowania są kontrast napisu i odporność na ścieranie. Kontrast określa stosunek szerokości i głębokości linii grawerowania. Minimalna szerokość linii grawerowania mechanicznego wynosi około 0,3 mm. Aby uzyskać kontrastowy napis, jego głębokość powinna wynosić około 0,5 mm. Dlatego w wielu przypadkach przy sporządzaniu specyfikacji istotnych warunków zamówienia dla instalacji laserowej parametry te są brane pod uwagę. Ale szerokość linii podczas grawerowania laserowego wynosi odpowiednio 0,01-0,03 mm, głębokość napisu może wynosić 0,05 mm, tj. o rząd wielkości mniej niż w przypadku mechanicznego. Dzięki temu zależność między mocą lasera a czasem znakowania można zoptymalizować w stosunku do kosztu systemu. W efekcie obniża się cena instalacji laserowej, a co za tym idzie, jej czas zwrotu.
Wprowadzenie technologii laserowych w wielu przypadkach umożliwia rozwiązywanie „starych” problemów za pomocą całkowicie nowych metod. Klasycznym tego przykładem jest zastosowanie napisów ochronnych, marek itp. na produktach chroniących przed podrabianiem. Możliwości technologii laserowej umożliwiają identyfikację napisu zabezpieczającego po pojedynczej linii napisu. Możliwość wykorzystania metod kryptograficznych pozwala na wdrożenie „dynamicznej” ochrony przed fałszerstwem, tj. podczas zapisywania rysunku ogólnego, po pewnym czasie zmieniają się niektóre elementy rozpoznawalne tylko przez ekspertów lub specjalne wyposażenie. Nieosiągalna dla mechanicznych metod fałszerstwa jest możliwość stworzenia za pomocą lasera niewielkiego występu (3-10 mikronów) z emisji metali na krawędziach linii grawerowania. Kompleksowe stosowanie takich technik minimalizuje prawdopodobieństwo fałszerstwa i czyni go ekonomicznie nieopłacalnym.
Wprowadzenie technologii laserowych na tym etapie rozwoju technologicznego (przejście od „dzikiego” kapitalizmu do normalnej produkcji) jest tylko jedną z opcji rozpoczęcia powstawania tak zwanej produkcji high-tech. Te małe przedsiębiorstwa, które używają kilku tego rodzaju systemów laserowych, potwierdziły prawo dialektyki przejścia od ilości do jakości. Nowy sprzęt wymaga zasadniczo nowych metod jego konserwacji, z reguły polegających na zwiększonej uwadze personelu i utrzymaniu „czystości” w pomieszczeniu, w którym się znajduje. Tych. następuje przejście na jakościowo nowy poziom kultury produkcji. Jednocześnie liczba pracowników zwykle spada, a menedżerowie przedsiębiorstw zaczynają rozwiązywać problemy organizacji pracy nie „zespołu pracowniczego”, ale optymalizacji pracy przedsiębiorstwa, w którym pracownicy są tylko integralną częścią technologicznego proces. Bez względu na to, czy technologia laserowa będzie w przyszłości wykorzystywana w tej produkcji, czy nie, zdobyte doświadczenie i ukształtowana kultura nigdzie nie znikną. To jest to, co zewnętrzni obserwatorzy zwykle nazywają rewolucją technologiczną lub naukowo-technologiczną, chociaż w rzeczywistości jest to normalny proces ewolucyjny. Historia rozwoju wielu dużych firm technologicznych pokazuje, że w pewnym momencie na początkowych etapach rozwoju wszystkie miały podobny etap przejściowy. Może się zdarzyć, że jesteśmy obecnie na etapie rozwoju technologicznego, gdzie stosunkowo niewielkie inwestycje w nowe technologie już teraz przyniosą duże zwroty w przyszłości. W synergetyce, nauce o samoorganizujących się systemach, taka sytuacja podlega prawu „motyla” (R. Bradbury „And Thunder Rang…”), które opisuje proces, w którym niewielkie zmiany w przeszłości lub teraźniejszości prowadzą do globalnych konsekwencji w przyszłości.
Lista wykorzystanej literatury
1. Rykalin N.N. Obróbka laserowa materiałów. M., Mashinostroenie, 1975, 296 s.
2. Grigoriants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Procesy technologiczne obróbki laserowej: Proc. podręcznik dla uczelni / wyd. A.G. Grigoriantowie. - M.: Wydawnictwo MSTU im. N.E. Bauman, 2006. -664 s.
3. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Zastosowanie laserów w budowie maszyn i przyrządów. - L., Inżynieria mechaniczna. Leningrad. wydział, 1978, 336 s.
Hostowane na Allbest.ru
...Podobne dokumenty
Opracowanie maszyny do wiercenia otworów w grzbiecie bloku książkowego druków. Analiza istniejącego sprzętu do wiercenia otworów, jego wad. Opracowanie schematu technologicznego maszyny i projekt głowicy wiertniczej.
praca dyplomowa, dodana 29.07.2010 r.
Etapy opracowania narzędzia do wiercenia otworów w detalach: oparcie detalu w płaszczyźnie poziomej na powierzchni, dobór oprzyrządowania do procesu technologicznego, obliczenie warunków skrawania, błędy wykonania i dokładność mocowania.
praca semestralna, dodano 16.11.2010
Technologiczne podstawy procesu wiercenia otworów. Rodzaje maszyn i ich główne podzespoły. Wpływ materiału i elementów geometrycznych wiertła. Zmiana parametrów geometrycznych części tnącej wierteł. Główne tryby operacji wykończeniowych do produkcji wierteł.
praca dyplomowa, dodana 30.09.2011
Historia maszyn do cięcia metalu. Celem wiercenia są operacje uzyskiwania otworów w różnych materiałach podczas ich obróbki, których celem jest wykonanie otworów do gwintowania, rozwiercania, rozwiercania. Główne rodzaje rozciągania.
prezentacja, dodana 10.05.2016
Główne trudności w obróbce dziur. Opcje ustawień dla operacji głębokiego wiercenia. Funkcje płynu smarującego, sposoby jego dostarczania. Odmiany głębokiego wiercenia. Zadowalające formowanie wiórów i ich usuwanie z otworu.
podręcznik szkoleniowy, dodany 12.08.2013 r.
Opis operacji technologicznych - wiercenie i rozwiercanie w celu uzyskania otworów w detalu "płyta przewodząca". Wybór obrabiarki do jej obróbki. Zasada jego działania i obliczanie dokładności. Wyznaczanie warunków skrawania i siły docisku.
praca semestralna, dodano 17.01.2013
Tworzenie otworów w litym metalu przez wiercenie, dokładność ich obróbki, zestaw narzędzi; klasa chropowatości powierzchni. Tryby wiercenia, pogłębiania, rozwiercania. Opracowanie schematu mocowania części; obliczanie błędu bazy i siły docisku.
praca laboratoryjna, dodano 29.10.2014
Wiercenie, rozwiercanie, pogłębianie i rozwiercanie otworów w dużych i ciężkich elementach. Gatunki materiałów zalecane na strugarki, ich charakterystyka. Obliczanie trybu cięcia do produkcji toczenia wzdłużnego wału stalowego.
prace kontrolne, dodano 21.11.2010
technologia laserowa. Zasada działania laserów. Podstawowe właściwości wiązki laserowej. Monochromatyczność promieniowania laserowego. Jego moc. Gigantyczny pęd. Zastosowanie wiązki laserowej w przemyśle i technice, medycynie. Holografia.
streszczenie, dodane 23.11.2003
Wiercenie to proces wykonywania otworów w litym materiale za pomocą narzędzia zwanego wiertłem. Wyznaczenie głównych czynników wpływających na dokładność procesu technologicznego, istniejące ruchy: skierowane obrotowo i translacyjne.
Technologie laserowe mogą odgrywać coraz większą rolę w przemysłowej obróbce materiałów. Z powodzeniem wykonują cięcie, spawanie, wiercenie, obróbkę termiczną powierzchni, trasowanie i inne operacje. Zaletami tego są wyższa wydajność, doskonała jakość, niepowtarzalność operacji wykonywanych w trudno dostępnych miejscach czy bardzo małe powierzchnie. Automatyczne systemy pozycjonowania i ogniskowania kompleksów laserowych sprawiają, że ich zastosowanie jest jeszcze wydajniejsze, a łatwość obsługi stwarza warunki do szerokiego ich zastosowania w procesach produkcyjnych
S.N. Kolpakov, A.A. Przyjęcie,
LLC „Alt laser”, Charków
Obecnie laser z powodzeniem wykonuje szereg operacji technologicznych, przede wszystkim takich jak cięcie, spawanie, wiercenie, obróbka cieplna powierzchni, trasowanie, znakowanie, grawerowanie itp., aw niektórych przypadkach zapewnia przewagę nad innymi rodzajami obróbki. W ten sposób wiercenie otworów w materiale można wykonać szybciej, a trasowanie w różnych materiałach jest doskonalsze. Ponadto niektóre rodzaje operacji, które wcześniej były niemożliwe ze względu na zwiększoną pracochłonność, są wykonywane z dużym sukcesem. Na przykład spawanie materiałów i wiercenie otworów może odbywać się przez szkło w próżni lub w atmosferze różnych gazów.
Przemysłowa obróbka materiałów stała się jednym z najczęściej stosowanych laserów. Przed pojawieniem się laserów głównymi źródłami ciepła do obróbki technologicznej były palnik gazowy, wyładowanie łuku elektrycznego, łuk plazmowy i wiązka elektronów. Wraz z pojawieniem się laserów emitujących wysoką energię, możliwe było wytworzenie dużych gęstości strumienia świetlnego na obrabianej powierzchni. Rolą laserów jako źródeł światła pracujących w trybie ciągłym, impulsowym lub gigantycznym jest zapewnienie powierzchni obrabianego materiału gęstości mocy wystarczającej do jego nagrzania, topienia lub odparowania, które są podstawą technologii laserowej.
Obecnie laser z powodzeniem wykonuje szereg operacji technologicznych, przede wszystkim takich jak cięcie, spawanie, wiercenie otworów, obróbka cieplna powierzchni, trasowanie, znakowanie, grawerowanie itp., aw niektórych przypadkach zapewnia przewagę nad innymi rodzajami obróbki. W ten sposób wiercenie otworów w materiale można wykonać szybciej, a trasowanie w różnych materiałach jest doskonalsze. Ponadto niektóre rodzaje operacji, które wcześniej były niemożliwe do wykonania ze względu na trudną dostępność, są wykonywane z dużym powodzeniem. Na przykład spawanie materiałów i wiercenie otworów może odbywać się przez szkło w próżni lub atmosferze różnych gazów.
Słowo „laser” składa się z początkowych liter w angielskiej frazie Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, co w języku rosyjskim oznacza: wzmocnienie światła przez emisję wymuszoną . Klasycznie zdarzało się, że opisując technologie obróbki materiałów laserowych, główną uwagę zwraca się tylko na same lasery, ich zasadę działania i parametry techniczne. Jednak do realizacji dowolnego procesu laserowej obróbki wymiarowej materiałów, oprócz lasera, potrzebny jest również system ogniskowania wiązki, urządzenie do sterowania ruchem wiązki po powierzchni przedmiotu obrabianego lub urządzenie do przesuwania produkt względem wiązki, system nadmuchu gazu, optyczne systemy naprowadzania i pozycjonowania, oprogramowanie sterujące procesami cięcia laserowego, grawerowania itp. W większości przypadków nie mniej ważny jest dobór parametrów urządzeń i systemów bezpośrednio obsługujących laser parametry samego lasera. Np. w przypadku znakowania łożysk o średnicy poniżej 10 mm lub precyzyjnego punktowego spawania laserowego czas poświęcony na pozycjonowanie produktu i ogniskowanie przekracza czas grawerowania lub spawania o jeden lub dwa rzędy wielkości (czas znakowania łożyska wynosi około 0,5 s). Dlatego bez użycia automatycznych systemów pozycjonowania i ogniskowania, zastosowanie systemów laserowych w wielu przypadkach staje się ekonomicznie niecelowe. Analogia systemów laserowych do samochodów pokazuje, że laser działa jak silnik. Bez względu na to, jak dobry jest silnik, ale bez kół i wszystkiego innego, samochód nie pojedzie.
Innym ważnym czynnikiem przy wyborze systemów technologii laserowej jest ich łatwość konserwacji. Jak pokazuje praktyka, operatorzy mają niskie kwalifikacje do serwisowania takiego sprzętu. Jednym z powodów jest to, że w większości przypadków systemy laserowe są instalowane w celu zastąpienia przestarzałych procesów technologicznych (oznakowanie udarowe i chemiczne produktów, grawerowanie mechaniczne, spawanie ręczne, znakowanie ręczne itp.). Szefowie przedsiębiorstw, które z reguły modernizują swoją produkcję ze względów etycznych, wymieniając stary sprzęt na nowy, opuszczają stary (dosłownie i w przenośni) personel serwisowy. Dlatego dla wprowadzenia do produkcji laserowych systemów technologicznych w danych początkowych warunkach jego rozwoju (w republikach postsowieckich) konieczne jest zapewnienie najwyższego możliwego poziomu automatyzacji i łatwości szkolenia. Nie należy pomijać faktu, że wynagrodzenie niewykwalifikowanego personelu jest niższe niż wynagrodzenie przeszkolonego specjalisty. Dlatego bardziej opłacalne jest kupowanie wyrafinowanego sprzętu z możliwością łatwej konserwacji, niż zapraszanie wysoko wykwalifikowanego personelu.
Tym samym zadanie wykorzystania technologii laserowych w nowoczesnej produkcji należy rozpatrywać nie tylko z punktu widzenia parametrów technicznych samego lasera, ale także biorąc pod uwagę charakterystykę sprzętu i oprogramowania, które pozwalają na wykorzystanie specyficznych właściwości laser do rozwiązania konkretnego problemu technologicznego.
Każdy system laserowy przeznaczony do obróbki wymiarowej materiałów charakteryzuje się następującymi parametrami:
- prędkość przetwarzania (cięcie, grawerowanie itp.);
- rezolucja;
- dokładność przetwarzania;
- wielkość pola roboczego;
- zakres obróbki materiałów (metale żelazne, metale nieżelazne, drewno, tworzywa sztuczne itp.);
- zakres rozmiarów i gramatur produktów przeznaczonych do przetwórstwa;
- konfiguracja produktu (na przykład grawerowanie na płaskich, cylindrycznych, falistych powierzchniach);
- czas niezbędny do zmiany wykonywanych zadań (zmiana wzoru grawerowania, konfiguracji linii cięcia, zmiana materiału do obróbki itp.);
- czas montażu i pozycjonowania produktu;
- parametry warunków środowiskowych (zakres temperatur, wilgotność, zapylenie), w których system może pracować;
- wymagania dotyczące kwalifikacji personelu serwisowego.
Na podstawie tych parametrów dobierany jest rodzaj lasera, urządzenie przemiatające wiązkę, opracowywany jest projekt łącznika produktu, poziom automatyzacji systemu jako całości, kwestia konieczności pisania specjalistycznych programów do przygotowania podjęto decyzję o plikach rysunkowych, liniach cięcia itp.
Głównymi cechami technicznymi decydującymi o charakterze przetwarzania są parametry energetyczne lasera – energia, moc, gęstość energii, czas trwania impulsu, przestrzenne i czasowe struktury promieniowania, przestrzenny rozkład gęstości mocy promieniowania w punkcie ogniskowania, warunki ogniskowania, fizyczne właściwości materiału (odbicie, właściwości termofizyczne, temperatura topnienia itp.).
Wiercenie laserowe otworów w metalach
Stosowanie lasera jako narzędzia do wiercenia ma swoje zalety.
Nie ma mechanicznego kontaktu między narzędziem wiertniczym a materiałem, a także złamania i zużycia wierteł.
Dokładność umieszczania otworów jest zwiększona, ponieważ optyka wykorzystywana do ogniskowania wiązki laserowej jest również wykorzystywana do kierowania jej w żądany punkt. Otwory można ustawić w dowolnym kierunku.
Osiąga się większy stosunek głębokości do średnicy wiercenia niż w przypadku innych metod wiercenia.
Zarówno podczas wiercenia, jak i cięcia właściwości obrabianego materiału znacząco wpływają na parametry lasera wymagane do wykonania operacji. Wiercenie realizowane jest laserami impulsowymi pracującymi zarówno w trybie swobodnym z czasem trwania impulsu rzędu 1 μs, jak iw trybie Q-switched o czasie trwania kilkudziesięciu nanosekund. W obu przypadkach występuje efekt cieplny na materiał, jego topienie i parowanie. Otwór powiększa się w głąb głównie na skutek parowania, a na średnicę - na skutek topnienia ścianek i wypływu cieczy pod wytworzonym nadciśnieniem pary.
Zazwyczaj głębokie otwory o pożądanej średnicy uzyskuje się za pomocą powtarzalnych impulsów laserowych o niskiej energii. W tym przypadku powstają otwory o mniejszym stożku i lepszej jakości niż otwory uzyskane przy wyższej energii pojedynczego impulsu. Wyjątkiem są materiały zawierające pierwiastki zdolne do wytworzenia wysokiego ciśnienia pary. W związku z tym bardzo trudno jest spawać mosiądz promieniowaniem impulsowym lasera ze względu na wysoką zawartość cynku, jednak podczas wiercenia mosiądz ma pewne zalety, ponieważ atomy cynku znacznie poprawiają mechanizm parowania.
Ponieważ tryb wielopulsowy umożliwia uzyskanie otworów o najlepszej jakości o pożądanej geometrii i niewielkim odchyleniu od określonych wymiarów, w praktyce tryb ten stał się powszechny podczas wiercenia otworów w cienkich metalach i materiałach niemetalicznych. Jednak podczas wiercenia otworów w grubych materiałach preferowane są pojedyncze impulsy o wysokiej energii. Membrana przepływu lasera umożliwia uzyskanie otworów kształtowych, ale metoda ta jest coraz częściej stosowana w obróbce cienkich folii i materiałów niemetalicznych. W przypadku wiercenia laserowego w cienkich blachach o grubości poniżej 0,5 mm następuje pewna unifikacja procesu polegająca na tym, że otwory o średnicy od 0,001 do 0,2 mm można wykonywać we wszystkich metalach przy stosunkowo niskich mocach.
Wiercenie otworów w metalach może być stosowane w wielu przypadkach. Tak więc za pomocą laserów impulsowych można przeprowadzić dynamiczne wyważanie części obracających się z dużą prędkością. Nierównowaga jest wybierana przez lokalne topienie określonej objętości materiału. Laser może być również używany do montażu elementów elektronicznych poprzez lokalne odparowanie materiału lub ogólne ogrzewanie. Wysoka gęstość mocy, mały rozmiar plamki i krótki czas trwania impulsu sprawiają, że laser jest idealnym narzędziem do tego zastosowania.
Lasery stosowane do wiercenia otworów w metalu powinny dawać skupioną wiązkę o gęstości mocy rzędu 107 -10 8 W/cm 2 . Wiercenie otworów wiertłami do metalu o średnicy mniejszej niż 0,25 mm jest trudnym zadaniem praktycznym, natomiast wiercenie laserowe umożliwia uzyskanie otworów o średnicy odpowiadającej długości fali promieniowania z odpowiednio dużą dokładnością umieszczenia. Specjaliści firmy „General Electric” (USA) obliczyli, że wiercenie laserowe otworów w porównaniu z obróbką wiązką elektronów ma wysoką konkurencyjność ekonomiczną (tab. 1). Obecnie do wiercenia otworów wykorzystywane są głównie lasery na ciele stałym. Zapewniają częstotliwość powtarzania impulsów do 1000 Hz i moc w trybie ciągłym od 1 do 10 3 W, w trybie impulsowym do setek kilowatów, a w trybie Q-switched do kilku megawatów. Niektóre wyniki obróbki takimi laserami podano w tabeli. 2.
Spawanie laserowe metali
Spawanie laserowe w swoim rozwoju miało dwa etapy. Początkowo opracowano zgrzewanie punktowe. Wyjaśniono to obecnością w tym czasie potężnych impulsowych laserów na ciele stałym. Obecnie, w obecności laserów Nd:YAG dużej mocy na gazie CO2 i na ciele stałym, zapewniających promieniowanie ciągłe i impulsowe, możliwe jest spawanie spoin z głębokością penetracji do kilku milimetrów. Spawanie laserowe ma wiele zalet w porównaniu z innymi rodzajami spawania. W obecności dużej gęstości strumienia świetlnego i układu optycznego możliwa jest lokalna penetracja w danym punkcie z dużą dokładnością. Ta okoliczność umożliwia spawanie materiałów w trudno dostępnych miejscach, w komorze próżniowej lub wypełnionej gazem z okienkami przezroczystymi dla promieniowania laserowego. Spawanie na przykład elementów mikroelektronicznych w komorze z atmosferą gazu obojętnego ma szczególne znaczenie praktyczne, ponieważ w tym przypadku nie ma reakcji utleniania.
Spawanie części odbywa się przy znacznie niższych gęstościach mocy niż cięcie. Wyjaśnia to fakt, że podczas spawania konieczne jest tylko ogrzewanie i topienie materiału, tj. wymagane są gęstości mocy, które są nadal niewystarczające do intensywnego parowania (10 5 -10 6 W / cm 2), przy czasie trwania impulsu wynoszącym około 10 -3 -10 -4 Z. Ponieważ promieniowanie laserowe skupione na obrabianym materiale jest powierzchniowym źródłem ciepła, przenoszenie ciepła do głębokości spawanych elementów odbywa się dzięki przewodności cieplnej, a strefa przetopu zmienia się w czasie przy odpowiednio dobranym trybie spawania. W przypadku niewystarczających gęstości mocy następuje brak penetracji strefy spawanej, aw obecności dużych gęstości mocy obserwuje się parowanie metalu i powstawanie otworów.
Spawanie można wykonać na gazowo-laserowej maszynie do cięcia przy mniejszej mocy i przy użyciu słabego wdmuchu gazu obojętnego w strefę spawania. Dzięki mocy lasera CO 2 ok. 200 W możliwe jest spawanie stali o grubości do 0,8 mm z prędkością 0,12 m/min; jakość szwu nie jest gorsza niż przy obróbce wiązką elektronów. Spawanie wiązką elektronów ma nieco wyższe prędkości spawania, ale odbywa się w komorze próżniowej, co powoduje duże niedogodności i wymaga znacznych całkowitych kosztów czasu.
W tabeli. Na rysunku 3 przedstawiono dane dotyczące zgrzewania doczołowego laserem CO 2 o mocy 250 W różnych materiałów.
Przy innych mocach promieniowania lasera CO 2 uzyskano dane spawania spoiny podane w tabeli 1. 4. Przy spawaniu zakładką, doczołową i narożną uzyskano prędkości zbliżone do podanych w tabeli, przy pełnym wtopieniu spawanego materiału w strefie uderzenia belki.
Systemy spawania laserowego umożliwiają spawanie różnych metali, wytwarzając minimalne efekty termiczne ze względu na mały rozmiar plamki lasera, a także spawanie cienkich drutów o średnicy poniżej 20 mikronów w układzie drut-drut lub drut-arkusz.
Literatura
1. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Zastosowanie laserów w budowie maszyn i przyrządów. - L.: Inżynieria mechaniczna. Leningrad. dział, 1978. - 336 s.
2. Rykalin N.N. Obróbka laserowa materiałów. - M., Mashinostroenie, 1975. - 296 s.
Skład mieszanek betonowych stosowanych w budownictwie obejmuje materiały gruboziarniste, takie jak tłuczeń kamienny i żwir. Ponadto konstrukcje betonowe są wzmacniane. Dlatego podczas wiercenia narzędzie musi pokonywać przeszkody metalowe i kamienne. Jakość otworu wierconego w betonie zależy bezpośrednio od prawidłowego doboru narzędzia i metody wiercenia.
Wiercenie na sucho w betonie to proces formowania otworu bez użycia wody lub innego chłodziwa. Do tej pory trudno wyobrazić sobie bardziej niezawodną, bezpieczną i dokładną metodę niż wiercenie powierzchni betonowych narzędziami z powłoką diamentową. Takie wiercenie jest wykonywane przez specjalne instalacje, które z kolei wymagają pewnych umiejętności radzenia sobie z nimi. Dlatego o pomoc lepiej zwrócić się do profesjonalistów, którzy dobrze wiedzą, jak zrobić to szybko i sprawnie.
Narzędzie diamentowe umożliwia wiercenie otworów o średnicy od 15 do 1000 mm i głębokości do 5 m
Lista zadań rozwiązywanych przez wiercenie jest bardzo szeroka.
Zasadniczo wiercenie diamentowe stosuje się podczas tworzenia otworów w sufitach i ścianach dla:
- rury do ogrzewania, zaopatrzenia w gaz, zasilania;
- systemy bezpieczeństwa przeciwpożarowego;
- systemy wentylacyjne i klimatyzatory;
- różne rodzaje komunikacji (Internet, telefon itp.);
- montaż ogrodzeń i balustrad na klatkach schodowych;
- instalacja kotew chemicznych;
- montaż urządzeń do basenów.
Za pomocą technologii wiercenia diamentowego możliwe jest również wycinanie otworów w stropach i ścianach. do kanałów wentylacyjnych, drzwi, okien i innych potrzeb w przypadku, gdy nie jest możliwe użycie do tego specjalnego sprzętu do cięcia betonu.
Technologia tej metody polega na tym, że na obwodzie przyszłego otworu wierci się otwory o średnicy 130-200 mm. Następnie krawędzie otworu wyrównuje się perforatorem lub mieszanką cementowo-piaskową. Pomimo tego, że ta metoda wymaga dużo czasu, wynik praktycznie nie różni się od cięcia. Ta technologia nazywa się poziomym wierceniem diamentowym.
Wiercenie betonu bez uderzenia
Technologia wiercenia diamentowego opiera się na unikalnej właściwości diamentu – jego niezrównanej twardości. Krawędź tnąca narzędzia wiertniczego pokryta jest powłoką zawierającą diament, tak zwaną „matrycą”. Podczas procesu wiercenia segmenty diamentowe narzędzia powodują bezwstrząsowe miejscowe zniszczenia w strefie cięcia. Równolegle z niszczeniem betonu ściera się sama matryca, ale ponieważ jest wielowarstwowa, na jej powierzchni pojawiają się nowe ziarna diamentu, a krawędź robocza pozostaje ostra przez długi czas.
Wiercenie diamentowe ma jedną bardzo ważną zaletę - całkowity brak silnych uderzeń w powierzchnię betonu i nieznośny hałas. Takie pozytywne cechy sprawiają, że technologia diamentowa jest niezbędna do prac naprawczych w mieszkaniach budynków wielopiętrowych. Wiercenie diamentowe pozwala uniknąć powstawania pęknięć na powierzchni ścian, które prędzej czy później prowadzą do całkowitej utraty ich nośności, obniżenia poziomu izolacji cieplnej i akustycznej oraz pogorszenia właściwości wytrzymałościowych.
Ponieważ w konstrukcji monolitycznej niemożliwe jest wcześniejsze ułożenie wszystkich otworów technologicznych dla różnych potrzeb, wiercenie za pomocą narzędzia diamentowego staje się jedynym sposobem na tworzenie otworów podczas układania rur do ogrzewania, zaopatrzenia w wodę i innej komunikacji. Używanie młota pneumatycznego do takiej pracy jest nie tylko nieopłacalne ekonomicznie, ale także wyjątkowo niebezpieczne, ponieważ obciążenia dynamiczne na pasach wzmacniających mogą powodować pęknięcia powierzchni betonowych.
Narzędzia diamentowe są popularne ze względu na swoją zaletę, jaką jest możliwość wiercenia w betonie o dowolnym stopniu zbrojenia.
Wiercenie diamentowe można wykonać na dwa sposoby: przy użyciu wody, co zmniejsza nagrzewanie się narzędzia, a także „na sucho”. Z technologicznego punktu widzenia wiercenie na sucho jest znacznie prostsze, a przez to wygodniejsze. Wykonuje się go za pomocą specjalnych koron zwanych „suchymi frezami”. W korpusie tych koron znajdują się otwory przelotowe, które zapewniają odprowadzanie ciepła i zmniejszają ryzyko deformacji.
W przeciwieństwie do „mokrych” wierteł, w których segmenty diamentowe są lutowane do powierzchni roboczej, wiertła na sucho są wykonywane wyłącznie przy użyciu spawania laserowego.
Dlaczego spawanie laserowe segmentów diamentowych jest tak ważne przy wierceniu na sucho? Odpowiedź jest bardzo prosta: temperatura w strefie wiercenia bez użycia chłodziwa bardzo szybko wzrasta do 600 stopni.
Ta temperatura jest temperaturą topnienia zwykłego lutowia, więc lutowany z nim segment po prostu odlatuje i pozostaje w otworze. Aby kontynuować pracę, segment należy wyjąć z otworu, ponieważ nie można go wywiercić. Narzędzie z segmentami spawanymi laserowo jest w stanie wytrzymać wystarczająco wysokie temperatury i nie „ładuje się” podczas pracy.
Husqvarna jako jedna z pierwszych wpadła na pomysł wiercenia otworów na sucho w powierzchniach betonowych. Opracowała specjalny adapter do tej metody z możliwością podłączenia do odkurzacza.
Odkurzacz odsysa pył powstały podczas wiercenia i jednocześnie chłodzi wiertło. Ponieważ adapter jest połączony z podstawą korony, kurz zbiera się bezpośrednio w obszarze wiercenia i nie rozprzestrzenia się po całym pomieszczeniu.
Zalety wiercenia na sucho
Główną zaletą wiercenia diamentowego na sucho jest możliwość zastosowania tej metody w przypadkach, gdy stosowanie chłodzenia wodnego jest niedopuszczalne. Oprócz, wiertarka na sucho może być używana w stosunkowo niewielkich przestrzeniach. Instalacja do obróbki na mokro zajmuje znacznie więcej miejsca, ponieważ zwykle wyposażona jest w dość duży zbiornik na wodę służący do chłodzenia narzędzia.
Sucha metoda wiercenia otworów w betonie jest szczególnie istotna, gdy wykonywane są prace:
- w bliskiej odległości od przewodów elektrycznych;
- w obiektach, w których nie ma zaopatrzenia w wodę;
- w pomieszczeniach z drobnym wykończeniem;
- z ryzykiem zalania wodą dolnych pomieszczeń.
Niestety metoda sucha ma wiele wad. Głównym z nich jest niezdolność do pracy z maksymalną wydajnością i obciążeniem. Wynika to z szybkiego nagrzewania się segmentów diamentowych, co prowadzi do zmniejszenia intensywności zasobów narzędzia i jego szybkiej awarii. W metodzie suchej proces wiercenia jest okresowo przerywany w celu schłodzenia narzędzia za pomocą przepływów wirowych.
Wiercenie na sucho ma ograniczenia dotyczące średnicy i głębokości otworów
Dlatego preferowaną metodą jest wiercenie na mokro, mimo że jego zastosowanie wiąże się z dodatkowymi wysiłkami w zakresie organizacji pracy, a mianowicie należy zadbać o zaopatrzenie w wodę i odprowadzenie wody. Jednak przy wykonywaniu prac o odpowiednio dużej objętości dodatkowe nakłady związane z zaopatrzeniem w wodę nie będą tak uciążliwe w porównaniu z kosztami metody suchej. Innymi słowy, dużo łatwiej jest zadbać o zaopatrzenie w wodę i odprowadzanie wody niż z dużym wysiłkiem i czasem wiercić.
Używane narzędzie do przetwarzania
Do wiercenia na sucho stosuje się korony diamentowe, które nie wymagają dodatkowego chłodzenia. Są chłodzone prądami powietrza i wysokiej jakości smarowaniem. Korona wygląda jak wydrążony metalowy cylinder. Na jednym końcu tego szkła znajduje się krawędź tnąca z powłoką diamentową. Druga lub tylna strona korony przeznaczona jest do montażu w używanym sprzęcie i posiada zaślepkę.
Korona podczas wiercenia wykonuje okrężne ruchy tnące. Ruchy te zachodzą z dużą prędkością i pod ciśnieniem, dzięki czemu narzędzie bardzo dokładnie niszczy żądany obszar powierzchni betonu. Szybkość wiercenia i zużycie narzędzia bezpośrednio zależą od siły nacisku. Bardzo wysokie ciśnienie prowadzi do szybkiego zniszczenia narzędzia, a bardzo niskie ciśnienie znacznie zmniejsza prędkość wiercenia. Dlatego bardzo ważne jest prawidłowe obliczenie siły mechanicznej. Przy obliczaniu tej siły należy wziąć pod uwagę całkowitą powierzchnię segmentów diamentowych oraz rodzaj obrabianego materiału.
Istnieje ogromna liczba odmian koron diamentowych. W zależności od wielkości dzielą się na:
- małe rozmiary;
- średni;
- wielki;
- bardzo duży.
Do małych rozmiarów należą korony o średnicy 4-12 mm. Służą głównie do wiercenia małych otworów na przewody elektryczne. Dysze średnie mają średnicę 35-82 mm i służą do wiercenia otworów pod kielichy, małe rury itp.
Korony wielkogabarytowe o średnicy 150-400 mm służą do wiercenia otworów w litych konstrukcjach żelbetowych, na przykład do wprowadzania kabli elektrycznych lub kanałów ściekowych wysokiego napięcia. Dysze o średnicach 400-1400 mm są wykorzystywane w rozwoju dość potężnych obiektów infrastrukturalnych. W rzeczywistości nawet 1400 mm dla koron nie jest granicą.
Na życzenie można wykonać większą dyszę. Ważnym parametrem jest również długość narzędzia wiertniczego. Długość najkrótszych dysz nie przekracza 15 cm. Długość koron klasy średniej wynosi 400-500 cm.
W zależności od kształtu powierzchni cięcia istnieją wiertła rdzeniowe do betonu typu:
- dzwonić. Wyglądają jak solidna diamentowa matryca w postaci pierścienia przymocowanego do korpusu. Zazwyczaj takie wiertła mają małą średnicę, ale są wyjątki;
- szczerbaty są najczęstszym rodzajem wierteł rdzeniowych. ;
- łączny. Korony te są używane głównie do specjalnych rodzajów prac betonowych.
Część tnąca koron ząbkowanych składa się z pojedynczych elementów diamentowych, które mogą mieć od 3 do 32
Materiał, z którego wykonane są segmenty i w którym osadzone są diamenty, nazywany jest spoiwem, a w języku profesjonalistów matrycą. Nadaje kształt i siłę segmentu diamentu. Podczas praktycznego stosowania matryca powinna zużywać się w taki sposób, aby „pracujące” diamenty odłamywały się po stępieniu, a nowe i ostre diamenty działały jako ich „zamiennik” na powierzchni tnącej.
W zależności od umiejscowienia diamentów w matrycy segmentów tnących, korony dzielą się na:
- pojedyncza warstwa. Matryca w tym przypadku ma tylko jedną warstwę wierzchnią frezów diamentowych. Ich gęstość nie przekracza 60 szt./karat. Jednowarstwowe końcówki diamentowe są uważane za najkrótsze. Służą głównie do wiercenia w betonie bez zbrojenia;
- wielowarstwowy. Gęstość mikrokuter w takich matrycach może dochodzić nawet do 120 szt./karat. Korony wielowarstwowe nazywane są również samoostrzącymi. Kiedy wierzchnia warstwa diamentów jest zużyta, odsłaniana jest następna warstwa;
- nasycony. Takie korony również mają osnowę z kilkoma warstwami ziaren diamentu, ale ich gęstość wynosi około 40-60 sztuk/karat.
Pomimo różnorodności typów narzędzi diamentowych konstrukcja ich konstrukcji jest identyczna. Z reguły składa się z metalowego korpusu nośnego i warstwy zawierającej diament, która bezpośrednio oddziałuje z materiałem i jest podstawą narzędzia. Ta warstwa to połączenie diamentów i proszku metalowego.
Im precyzyjniej dobrany jest skład spoiwa, tym wydajniejsze i lepsze narzędzie diamentowe będzie działać jako całość. Nie ma standardowego przepisu na spoiwo.
Każdy liczący się producent opracowuje własną formułę warstwy diamentowej dla każdego narzędzia, zapewniając w ten sposób jego niepowtarzalność.
Najpopularniejsze materiały eksploatacyjne są obecnie używane przez następujących producentów:
- Bosch. Produkty wytwarzane pod tą marką zapewniają wysokiej jakości prace budowlane, ponieważ są niezawodne i mają długą żywotność;
- Husqvarna. Producent ten słynie z wykorzystywania innowacyjnych technologii w produkcji narzędzi diamentowych;
- Cedima jest jednym z wiodących producentów narzędzi skrawających do betonu;
- Rothenberger. Firma ta zajmuje się produkcją sprzętu do wiercenia diamentowego i akcesoriów do niego;
- Hilti specjalizuje się w produkcji urządzeń o bardzo wysokiej jakości i stale doskonali ich proces produkcyjny;
- Bis jest firmą krajową. Początkowo zajmowała się sprzedażą zagranicznego sprzętu, ale od 2007 roku zaczęła produkować własne instrumenty.
Husqvarna jest pionierem w wierceniu diamentowym w betonie przemysłowym
Obrót korony wynika z siły sprzętu wiertniczego. Koronę można zainstalować zarówno na konwencjonalnej wiertarce, jak i na specjalnej instalacji. Urządzenie obraca narzędzie z dużą prędkością, ale nie ma efektów uderzeniowych. Dysza po prostu obraca się i stopniowo dociska do powierzchni betonu. W ten sposób wgryza się milimetr po milimetrze w grubość betonu.
Ponieważ korona jest pusta w środku, tylko jej ściany wcinają się w beton. To znacznie przyspiesza i upraszcza przepływ pracy. Korona zagłębi się w powierzchnię ściany do wymaganej pozycji w ciągu kilku minut, a następnie wystarczy ją wyciągnąć wraz z wyciętym kawałkiem betonu.
Główne etapy procesu technicznego
Algorytm wiercenia konstrukcji betonowych wygląda następująco:
- wybór korony;
- montaż jednostki wiertniczej;
- przygotowanie miejsca pracy;
- oznaczenie powierzchni roboczej z dokładnym wskazaniem środka wiercenia;
- instalacja urządzenia na powierzchni roboczej;
- instalacja korony wiertniczej;
- wiercenie;
- zakończenie wiercenia;
- sprawdzanie jakości pracy.
Instalację należy zmontować bardzo ostrożnie. Zaleca się zwrócenie szczególnej uwagi na mocowanie narzędzia wiertniczego.. Bardzo ważne jest, aby podczas wiercenia wokół nie było nic zbędnego, dlatego obszar roboczy musi być oczyszczony z gruzu i innych niepotrzebnych przedmiotów. Oznaczenie powierzchni roboczej rozpoczyna się od narysowania dwóch przecinających się prostopadłych linii. Następnie od ich środka budowany jest okrąg o wymaganej średnicy. Ten okrąg będzie miejscem położenia korony.
Podczas wiercenia należy również wziąć pod uwagę pewne niuanse. Na początek koronę należy bardzo dokładnie dopasować, umieszczając ją dokładnie w narysowanym okręgu. Najpierw wykonuje się wiercenie próbne przez 4-8 sekund. W ten sposób powstaje mały kanał, który ułatwia montaż korony i wykonanie odwiertów kapitałowych.
Pod koniec procesu roboczego korona jest usuwana i sprawdzany jest stopień zużycia. Środkowa część wyciętego otworu jest usuwana wraz z koroną., ale czasami trzeba go lekko podważyć łomem lub dziurkaczem. Interesujące jest również to, że zużytą dyszę można naprawić w specjalnym warsztacie. Jakość wykonanej pracy zależy bezpośrednio od jakości używanego sprzętu. Do najlepszych zaliczane są wiertnice takich producentów jak Hilti, Husqvarna, Cedima, Tyrolit.
Zasób narzędzia diamentowego zależy w dużej mierze od rodzaju materiału, w którym wiercony jest otwór, od rodzaju segmentu diamentowego oraz od prawidłowego użytkowania wiertnicy. Z reguły bity o dużej średnicy mają również dłuższą żywotność, co wiąże się z dużą liczbą segmentów diamentowych. Średni zasób koron diamentowych o średnicy 200 mm z dobrym nasyceniem segmentów tnących wynosi około 18-20 mb przy wierceniu żelbetu.
Niesztywne mocowanie maszyny i narzędzia prowadzi do wyłamania segmentów tnących narzędzia
Jednocześnie główne zużycie segmentów diamentowych przypada na pokonanie zbrojenia. Czynniki takie jak nadmierny lub nierówny posuw wiertła lub bicie wiertła z powodu luźnego wspornika mogą poważnie skrócić żywotność wiertła, a nawet całkowicie go zniszczyć.
Wiercenie laserowe w betonie
Przemysłowe wiercenie otworów za pomocą lasera rozpoczęło się wkrótce po jego wynalezieniu. Użycie lasera do wiercenia małych otworów w ziarnach diamentu zostało zgłoszone już w 1966 roku. Najwyraźniej zaleta wiercenia laserowego uwidacznia się podczas wykonywania otworów o głębokości do 10 mm i średnicy od dziesiątych do setnych milimetra a. Właśnie w tym zakresie rozmiarów, a także podczas wiercenia w kruchych i twardych materiałach, przewaga technologii laserowej jest niezaprzeczalna.
Możesz wiercić otwory laserem w dowolnym materiale. W tym celu z reguły stosuje się lasery impulsowe o energii impulsu 0,1–30 J. Otwory ślepe i przelotowe o różnych kształtach przekroju można wiercić laserem. Na jakość i dokładność wykonania otworu mają wpływ takie parametry czasowe impulsu promieniowania, jak nachylenie jego krawędzi natarcia i spływu, a także jego przestrzenna charakterystyka ze względu na rozkład kątowy w obrębie charakterystyki promieniowania oraz rozkład natężenia promieniowania w płaszczyźnie. apertury lasera.
W chwili obecnej istnieją specjalne metody formowania powyższych parametrów, które umożliwiają tworzenie otworów o różnych kształtach, na przykład trójkątnych i dokładnie odpowiadających określonym cechom jakości. Na przestrzenny kształt otworów w ich przekroju podłużnym istotny wpływ ma położenie płaszczyzny ogniskowania soczewki względem powierzchni celu, a także parametry układu ogniskowania. W ten sposób można tworzyć otwory cylindryczne, stożkowe, a nawet beczkowate.
W ciągu ostatnich dwudziestu lat nastąpił gwałtowny skok mocy promieniowania laserowego. Wynika to z pojawienia się i dalszego rozwoju kompaktowych laserów o nowej architekturze (lasery światłowodowe i diodowe). Względna taniość emiterów o mocy powyżej 1 kW zapewniła ich komercyjną dostępność dla specjalistów zajmujących się badaniami z różnych dziedzin. W wyniku tych badań promieniowanie laserowe o dużej mocy zostało wykorzystane do cięcia i wiercenia twardych materiałów, takich jak beton i kamienie naturalne.
Technologia laserowa wolna od hałasu i wibracji jest najskuteczniej stosowana w obszarach sejsmicznych podczas tworzenia otworów w istniejących budynkach betonowych. Wykorzystywane są tam do wzmacniania domów pogotowia wylewką stalową, a także do renowacji zabytków architektury. W przemyśle jądrowym promieniowanie laserowe o dużej mocy jest szeroko stosowane do dekontaminacji betonowych struktur jądrowych, które zostały już zlikwidowane. W tym przypadku użytkowników przyciąga niska emisja pyłu podczas obróbki konstrukcji betonowych. Istotną rolę odgrywa również zdalne sterowanie procesem, czyli zdalne położenie sprzętu od obiektu.
Wiertarka laserowa służy do wiercenia otworów w betonowych ścianach i innych powierzchniach.. Składa się z silnika elektrycznego, skrzyni biegów, wału wrzeciona, urządzenia laserowego, narzędzia wiertniczego. Ten ostatni ma postać śruby, która jest bezpośrednio połączona z obudową skrzyni biegów. Na jednym końcu tej śruby zamocowana jest korona wysokotemperaturowa, a jej drugi koniec jest połączony z wałem wrzeciona. Urządzenie laserowe znajduje się w górnej części obudowy gearboxa.
Wiązka laserowa znacznie zwiększa prędkość wiercenia w twardych betonowych ścianach i blokach granitowych
Środki bezpieczeństwa
Podczas wiercenia otworów w konstrukcjach betonowych należy stosować środki ochrony indywidualnej. Należą do nich gogle, płócienne rękawiczki, respirator. Operator musi być ubrany w odzież roboczą wykonaną z grubej tkaniny i gumowe buty. Podczas pracy należy uważać, aby żadne części odzieży nie wpadły do ruchomych części sprzętu wiertniczego.
Według statystyk najwięcej urazów doznają pracownicy na budowach z powodu awarii elektronarzędzia lub jego niewłaściwego użytkowania. Dlatego elektronarzędzie musi być sprawne. Dodatkowo przed każdym użyciem należy sprawdzić kabel zasilający pod kątem uszkodzeń. Podczas pracy kabel należy ułożyć tak, aby nie mógł zostać w żaden sposób uszkodzony.
Najbezpieczniej jest wiercić beton stojąc na podłodze, ale niestety nie zawsze tak jest. W ten sposób możliwe jest wywiercenie dziury tylko na poziomie wzrostu człowieka. Jeśli otwór jest wyższy, należy zastosować dodatkową podstawę. Główną zasadą w tym przypadku jest niezawodność fundamentu. Powinien zapewniać pracownikowi stabilną, wypoziomowaną pozycję podczas pracy. Dodatkowym środkiem bezpieczeństwa podczas pracy na wysokości jest usunięcie wszelkich przedmiotów z obszaru pracy, które mogą zostać zranione w przypadku przypadkowego upuszczenia.
Podczas wiercenia otworów w betonowych ścianach istnieje duże prawdopodobieństwo uszkodzenia różnych komunikacji. Mogą to być przewody elektryczne, rury centralnego ogrzewania itp. Przewody elektryczne pod napięciem można łatwo wykryć za pomocą wykrywacza przewodów pod ziemią.
Podczas wiercenia otworów laserem unikaj wprowadzania różnych części ciała w jego obszar działania, aby się nie poparzyć. Nie patrz na samą wiązkę lasera ani na jej odbicie, aby nie uszkodzić rogówki oka. Z tego samego powodu konieczna jest praca tylko w specjalnych okularach ochronnych. Podczas pracy ze sprzętem laserowym należy przestrzegać tych samych zasad bezpieczeństwa, co podczas korzystania z dowolnego narzędzia elektrycznego.
Koszt pracy
Na kształtowanie się ceny usług wiercenia betonu mają wpływ takie czynniki jak:
- wymagana średnica otworu. Wraz ze wzrostem średnicy wzrasta również koszt wiercenia;
- materiał powierzchni w którym wiercić. W konstrukcjach żelbetowych wiercenie jest droższe niż w ścianach z cegły;
- głębokość wiercenia. Oczywiście im większa długość przyszłego otworu, tym droższe będzie samo wiercenie.
Dodatkowe czynniki mogą również wpływać na koszt prac wiertniczych. Na przykład wiercenie na wysokości wymaga użycia dodatkowego sprzętu. Wiercenia pod kątem nie można wykonać bez użycia specjalnego narzędzia.
Koszty prac mogą również wzrosnąć, jeśli będą prowadzone na zewnątrz i w niesprzyjających warunkach atmosferycznych.
Szacunkowy koszt wiercenia otworów narzędziem diamentowym:
| Średnica otworu, mm | Koszt 1 cm wiercenia, pocierać | ||
| Cegła | Beton | Żelbetowe | |
| 16 – 67 | 20 | 26 | 30 |
| 72 – 112 | 22 | 28 | 35 |
| 122 – 142 | 24 | 30 | 37 |
| 152 – 162 | 28 | 35 | 44 |
| 172 – 202 | 39 | 50 | 66 |
| 250 | 57 | 77 | 94 |
| 300 | 72 | 88 | 110 |
| 400 | 110 | 135 | 155 |
| 500 | 135 | 175 | 195 |
| 600 | 145 | 195 | 210 |
wnioski
Technologia diamentowa jest obecnie najbezpieczniejszą, najszybszą i najbardziej opłacalną opcją wiercenia otworów w najtwardszych materiałach budowlanych. Za pomocą wierteł rdzeniowych można wykonać otwory dokładnie odpowiadające podanej średnicy. Otwory mają również idealny kształt i nie wymagają dodatkowej obróbki, co znacznie oszczędza czas, a co najważniejsze pieniądze klienta.
Takie zalety wiercenia diamentowego, jak brak hałasu i wibracji, umożliwiają pracę nie tylko na dużych budowach, ale także w lokalach mieszkalnych, które są zarówno w naprawie, jak i w stanie wykończonym (wykończeniowym). Dzięki narzędziom diamentowym i profesjonalnemu sprzętowi wykładziny ścienne i podłogowe całkowicie zachowują swój pierwotny wygląd podczas pracy w czystym pomieszczeniu.
Praktyczne niuanse wiercenia na sucho w betonie koroną diamentową przedstawiono na filmie:
Zamówienia są realizowane cięcie laserowe szeroka gama materiałów, konfiguracji i rozmiarów.
Skupione promieniowanie laserowe umożliwia cięcie niemal dowolnych metali i stopów, niezależnie od ich właściwości termofizycznych. Przy cięciu laserowym nie ma mechanicznego wpływu na obrabiany materiał i występują niewielkie odkształcenia. Dzięki temu możliwe jest wykonanie cięcia laserowego z dużą precyzją, w tym części łatwo odkształcalnych i niesztywnych. Dzięki dużej mocy promieniowania laserowego zapewniona jest wysoka wydajność procesu cięcia. W tym przypadku uzyskuje się tak wysoką jakość cięcia, że w uzyskanych otworach można wycinać gwinty.
Szeroko stosowany w przemyśle wytwórczym. Główna zaleta cięcie laserowe- pozwala na przejście z jednego typu części o dowolnej złożoności geometrycznej na inny, praktycznie bez straty czasu. W porównaniu z tradycyjnymi metodami cięcia i obróbki prędkość różni się kilkukrotnie. Ze względu na brak oddziaływań termicznych i siłowych na wytwarzaną część, nie ulega ona odkształceniom podczas procesu produkcyjnego. Jakość wytwarzanych produktów pozwala na zgrzewanie doczołowe bez przesuwania ciętych krawędzi oraz wstępną obróbkę łączonych boków.
Lasery na ciele stałym materiały niemetaliczne tną znacznie gorzej niż materiały gazowe, ale mają przewagę przy cięciu metali - z tego powodu, że fala 1 μm odbija się gorzej niż fala 10 μm. Miedź i aluminium dla długości fali 10 mikronów są prawie doskonale odbijającym medium. Ale z drugiej strony łatwiej i taniej jest wyprodukować laser CO2 niż laser na ciele stałym.
Precyzja cięcie laserowe osiąga 0,1 mm z powtarzalnością +0,05 mm, a jakość cięcia jest niezmiennie wysoka, gdyż zależy tylko od stałości prędkości wiązki laserowej, której parametry pozostają niezmienione.
Krótki opis kroju: zgorzelina zwykle nie występuje, nieznaczny stożek (w zależności od grubości), powstałe otwory są okrągłe i czyste, można uzyskać bardzo małe detale, szerokość cięcia 0,2-0,375 mm, przypalenia niewidoczne, efekt cieplny bardzo mały , możliwe jest cięcie materiałów niemetalowych.
Szycie otworów
Ważny czynnik dla cięcie laserowe jest firmware oryginalnego otworu aby go uruchomić. Niektóre systemy laserowe mają możliwość uzyskania do 4 otworów na sekundę przy użyciu tzw. procesu przelotowego przebijania w stali walcowanej na zimno o grubości 2 mm. Uzyskanie jednego otworu w grubszych (do 19,1 mm) blachach gorącowalcowanej podczas cięcia laserowego odbywa się za pomocą przekłuwania elektroenergetycznego w około 2 sekundy. Zastosowanie obu tych metod pozwala na zwiększenie wydajności cięcia laserowego do poziomu osiągalnego na wykrawarkach CNC.
Dziurkowanie
Za pomocą tej metody można uzyskać otwory o średnicy 0,2-1,2 mm przy grubości materiału do 3 mm. Przy stosunku wysokości otworu do średnicy otworu 16:1 wykrawanie laserowe jest bardziej ekonomiczne niż prawie wszystkie inne metody. Przedmiotem zastosowania tej technologii są: sita, kłosy igłowe, dysze, filtry, biżuteria (wisiorki, różańce, kamienie). W przemyśle do wycinania otworów w kamieniach zegarkowych i matrycach do ciągnienia wykorzystuje się lasery, z wydajnością do 700 000 otworów na zmianę.
Pisanie
Często stosowany jest tryb cięcia nieprzelotowego, tzw. żłobkowanie. Znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle, w szczególności w mikroelektronice, do rozdzielania podkładek silikonowych na poszczególne elementy (fragmenty) wzdłuż zadanego konturu. W procesie tym niezbędna jest również wzajemna orientacja rzutu wektora pola elektrycznego padającego promieniowania oraz kierunku skanowania, aby zapewnić wysoką wydajność i jakość procesu.
Pisanie szeroko stosowany w przemyśle (mikroelektronika, przemysł zegarkowy itp.) do oddzielania cienkich płyt z polikoru i szafiru, rzadziej do oddzielania podkładek silikonowych. W tym przypadku, w celu dalszego mechanicznego oddzielenia, wystarczy żłobienie na głębokość około jednej trzeciej całkowitej grubości rozdzielanej płyty.
Procesy mikroobróbki
Wysoki stopień automatyzacji w ostatnich latach umożliwił na nowym etapie ponowne wykorzystanie w praktyce takich procesów jak: regulacja wartości rezystora oraz elementy piezoelektryczne, wyżarzanie wszczepionych powłok na powierzchni półprzewodników, osadzanie cienkich warstw, oczyszczanie stref i wzrost kryształów. Możliwości wielu dotychczasowych procesów nie zostały jeszcze w pełni ujawnione.
