Laserový lúč ako vŕtačka. Zariadenia na laserové spracovanie pri výrobe dosiek plošných spojov

Vŕtanie otvorov do hodinových kameňov - to bol začiatok pracovnej činnosti lasera. Hovoríme o rubínových kameňoch, ktoré sa používajú v hodinkách ako klzné ložiská. Pri výrobe takýchto ložísk je potrebné vyvŕtať otvory v rubíne - veľmi tvrdom a zároveň krehkom materiáli - otvory s priemerom iba 0,1 - 0,05 mm. Dlhé roky sa táto šperkárska operácia vykonávala bežnou mechanickou metódou pomocou vrtákov z tenkého klavírneho drôtu s priemerom 40-50 mikrónov. Takáto vŕtačka urobila až 30 tisíc otáčok za minútu a súčasne vykonala asi sto vratných pohybov. Navŕtanie jedného kameňa trvalo až 10-15 minút. Ako odstrániť zátky v ušiach - sírová zátka nmedik.org/sernaya-probka.html.

Počnúc rokom 1964 sa všade začalo neefektívne mechanické vŕtanie hodinových kameňov nahrádzať laserovým vŕtaním. Samozrejme, výraz „laserové vŕtanie“ by sa nemal brať doslovne; laserový lúč nevyvŕta dieru - prerazí ju, čo spôsobí intenzívne odparovanie materiálu. V dnešnej dobe je laserové vŕtanie kamienkov hodiniek samozrejmosťou. Na tento účel sa používajú najmä neodymové sklenené lasery. Otvor do kameňa (s hrúbkou obrobku 0,5-1 mm) je vyrazený sériou niekoľkých laserových impulzov s energiou 0,5-1 J. Produktivita laserového stroja v automatickom režime je kameň za sekundu. To je tisíckrát viac ako produktivita mechanického vŕtania!

Krátko po svojom objavení dostal laser ďalšiu úlohu, s ktorou si poradil rovnako úspešne - vŕtanie (dierovanie) otvorov do diamantových razidiel. Na získanie veľmi tenkého drôtu z medi, bronzu, volfrámu sa používa technológia ťahania kovu cez otvor vhodného priemeru. Takéto otvory sa vŕtajú do materiálov s obzvlášť vysokou tvrdosťou, pretože v procese ťahania drôtu musí zostať priemer otvoru nezmenený. Je známe, že diamant je najtvrdší. Preto je najlepšie pretiahnuť tenký drôt cez otvor v diamante – cez takzvané diamantové raznice. Len pomocou diamantových razidiel je možné získať ultratenký drôt s priemerom iba 10 mikrónov. Ale ako vyvŕtate tenkú dieru do supertvrdého materiálu, akým je diamant? Mechanicky je to veľmi ťažké – mechanicky vyvŕtať jeden otvor do diamantovej raznice trvá až desať hodín. Ako sa však ukázalo, nie je ťažké preraziť túto dieru sériou niekoľkých silných laserových impulzov.

Dnes je laserové vŕtanie široko používané nielen pre obzvlášť tvrdé materiály, ale aj pre materiály vyznačujúce sa zvýšenou krehkosťou. Laserová vŕtačka sa ukázala nielen ako výkonná, ale aj ako veľmi jemný „nástroj“. Príklad: použitie lasera pri vŕtaní otvorov do mikroobvodových substrátov vyrobených z keramiky z oxidu hlinitého. Keramika je mimoriadne krehká. Z tohto dôvodu sa mechanické vŕtanie otvorov v substráte mikroobvodu vykonávalo spravidla na „surovom“ materiáli. Po vŕtaní bola keramika vypálená. V tomto prípade došlo k určitej deformácii výrobku, bola skreslená relatívna poloha vyvŕtaných otvorov. Problém bol vyriešený príchodom laserových vŕtačiek. Pomocou nich je možné pracovať s už vypálenými keramickými podkladmi. Pomocou laserov sú do keramiky vyrazené veľmi tenké otvory - priemer iba 10 mikrónov. Takéto otvory nie je možné získať mechanickým vŕtaním.

O tom, že vŕtanie je povolaním lasera, nikto nepochyboval. Tu laser v skutočnosti nemal dôstojných konkurentov, najmä pokiaľ ide o vŕtanie veľmi tenkých a veľmi hlbokých otvorov, keď bolo potrebné vŕtať otvory do veľmi krehkých alebo veľmi tvrdých materiálov.

4. Rezanie a zváranie laserom.

Laserový lúč môže rezať úplne všetko: látku, papier, drevo, preglejku, gumu; plast, keramika, azbest, sklo, plechy. V tomto prípade je možné získať presné rezy pozdĺž zložitých profilov. Pri rezaní horľavých materiálov sa miesto rezu fúka prúdom inertného plynu; výsledkom je hladký, nevypálený rezaný okraj. Na rezanie sa zvyčajne používajú CW lasery. Požadovaný výkon žiarenia závisí od materiálu a hrúbky obrobku. Napríklad 200 W CO2 laser bol použitý na rezanie dosiek s hrúbkou 5 cm. Šírka rezu bola len 0,7 mm; piliny, samozrejme, neboli.

Na rezanie kovov sú potrebné lasery s výkonom niekoľkých kilowattov. Potrebný výkon je možné znížiť použitím metódy rezania plynovým laserom - keď je na rezaný povrch súčasne s laserovým lúčom smerovaný silný prúd kyslíka. Počas spaľovania kovu v prúde kyslíka (v dôsledku oxidačných reakcií kovu vyskytujúcich sa v tomto prúde) sa uvoľňuje významná energia; v dôsledku toho je možné použiť laserové žiarenie s výkonom iba 100-500 wattov. Okrem toho prúd kyslíka odfukuje a odnáša taveninu a produkty horenia kovu zo zóny rezu.

Prvým príkladom tohto druhu rezania je laserové rezanie látok v tkáčovni. Zostava obsahuje 100 W CO2 laser, systém zaostrovania a pohybu laserového lúča, počítač a zariadenie na naťahovanie a pohyb tkaniva. V procese rezania sa lúč pohybuje po povrchu tkaniny rýchlosťou 1 m/s. Priemer zaostreného svetelného bodu je 0,2 mm. Pohyby lúča a samotného tkaniva sú riadené počítačom. Inštalácia umožňuje napríklad narezať materiál na 50 oblekov za hodinu. Rezanie sa vykonáva nielen rýchlo, ale aj veľmi presne; pričom okraje rezu sú hladké a vytvrdené. Druhým príkladom je automatizované rezanie plechov z hliníka, ocele, titánu v leteckom priemysle. CO2 laser s výkonom 3 kW tak reže titánový plech s hrúbkou 5 mm rýchlosťou 5 cm/s. Pri použití kyslíkového prúdu sa približne rovnaký výsledok dosiahne s výkonom žiarenia 100-300 W.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/

Ministerstvo školstva a vedy Ruskej federácie. Federálna štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho vzdelávania. Vladimir State University pomenovaná po A.G. a N.G. Stoletovs.

Katedra FPM.

Abstrakt k téme

"Laserové vŕtanie otvorov"

Dokončené:

Študentská skupina LT - 115

Gordeeva Jekaterina

Vladimír, 2016

Úvod

Laserový lúč ako vŕtačka

Laserové vŕtanie otvorov do kovov

Vŕtanie nekovových materiálov

Laserové vŕtanie otvorov do tvrdých povrchov

rozlišovanie laserového vŕtania zvýšená krehkosť

Záver

Bibliografia

Úvod

V súčasnosti laser úspešne vykonáva množstvo technologických operácií, predovšetkým rezanie, zváranie, vŕtanie otvorov, povrchové tepelné spracovanie, ryhovanie, značenie, gravírovanie a pod., a v niektorých prípadoch poskytuje výhody oproti iným typom spracovania. otvorov v materiáli je možné dokončiť rýchlejšie a ryhovanie rôznych materiálov je dokonalejšie. Okrem toho sa s veľkým úspechom vykonávajú niektoré typy operácií, ktoré predtým nebolo možné vykonať z dôvodu ťažkej dostupnosti. Napríklad zváranie materiálov a vŕtanie otvorov sa môže vykonávať cez sklo vo vákuu alebo v atmosfére rôznych plynov.

Slovo "laser" je tvorené začiatočnými písmenami v anglickom slovnom spojení Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, čo v preklade do ruštiny znamená: zosilnenie svetla prostredníctvom stimulovanej emisie. Klasicky sa stalo, že pri popise laserových technológií spracovania materiálov sa hlavná pozornosť venuje len samotným laserom, ich princípom fungovania a technickým parametrom. Aby sa však mohol realizovať akýkoľvek proces laserového rozmerového spracovania materiálov, okrem lasera sa používa aj systém zaostrovania lúča, zariadenie na riadenie pohybu lúča pozdĺž povrchu obrobku alebo zariadenie na posúvanie výrobku vzhľadom na lúč, systém fúkania plynu, optické navádzacie a polohovacie systémy, softvér na riadenie procesu rezanie laserom, gravírovanie atď. Vo väčšine prípadov je výber parametrov pre zariadenia a systémy priamo obsluhujúce laser nemenej dôležitý ako parametre samotného lasera. Napríklad pri označovaní ložísk s priemerom menším ako 10 mm alebo pri precíznom bodovom laserovom zváraní presahuje čas strávený polohovaním výrobku a zaostrovaním čas gravírovania alebo zvárania o jeden alebo dva rády (čas na aplikáciu označenie na ložisku je približne 0,5 s). Preto bez použitia automatických polohovacích a zaostrovacích systémov sa použitie laserových systémov v mnohých prípadoch stáva ekonomicky neúčelným. Analógia laserových systémov s automobilmi ukazuje, že laser funguje ako motor. Bez ohľadu na to, aký dobrý je motor, ale bez kolies a všetkého ostatného auto nepôjde.

Ďalším dôležitým faktorom pri výbere systémov laserovej technológie je ich jednoduchá údržba. Ako ukázala prax, operátori majú nízku kvalifikáciu na obsluhu takýchto zariadení. Jedným z dôvodov je, že laserové systémy sú vo väčšine prípadov inštalované ako náhrada zastaraných technologických procesov (nárazové a chemické značenie výrobkov, mechanické gravírovanie, ručné zváranie, ručné značenie a pod.). Vedúci podnikov, ktoré modernizujú svoju výrobu, spravidla z etických dôvodov nahrádzajú staré zariadenia novými, opúšťajú starý (doslova a obrazne) servisný personál. Preto je pre zavedenie laserových technologických systémov do výroby za daných počiatočných podmienok jej rozvoja (v postsovietskych republikách) potrebné zabezpečiť čo najvyššiu mieru automatizácie a jednoduchosti učenia. Nemali by sme zavrhovať skutočnosť, že plat nekvalifikovaného personálu je nižší ako plat vyškoleného odborníka. Preto je cenovo výhodnejšie kúpiť sofistikované zariadenie s možnosťou jednoduchej údržby, ako pozvať vysokokvalifikovaný personál.

Úlohu využitia laserových technológií v modernej výrobe teda treba posudzovať nielen z hľadiska technických parametrov samotného lasera, ale aj s prihliadnutím na vlastnosti zariadení a softvéru, ktoré umožňujú využitie špecifických vlastností lasera. vyriešiť konkrétny technologický problém.

Každý laserový systém určený na rozmerové spracovanie materiálov sa vyznačuje nasledujúcimi parametrami:

Rýchlosť spracovania (rezanie, gravírovanie atď.);

rozhodnutie;

presnosť spracovania;

Veľkosť pracovného poľa;

Sortiment spracovateľských materiálov (železné kovy, neželezné kovy, drevo, plasty atď.);

Rozsah veľkostí a hmotností výrobkov určených na spracovanie;

Konfigurácia produktu (napríklad gravírovanie na plochých, valcových, zvlnených povrchoch);

Požadovaný čas na zmenu vykonávaných úloh (zmena gravírovacieho vzoru, konfigurácia - rezacie čiary, zmena materiálu spracovania atď.);

Čas inštalácie a umiestnenie produktu;

Parametre podmienok prostredia (teplotný rozsah, vlhkosť, prašnosť) v ---- v ktorých môže byť systém prevádzkovaný;

Požiadavky na kvalifikáciu obslužného personálu.

Na základe týchto parametrov sa vyberá typ lasera, zariadenie na zametanie lúča, vyvíja sa dizajn spojovacích prvkov produktu, úroveň automatizácie systému ako celku, otázka potreby písať špecializované programy na prípravu výkresových súborov rozhoduje sa o rezných líniách atď.

Hlavnými technickými charakteristikami, ktoré určujú charakter spracovania sú energetické parametre lasera – energia, výkon, hustota energie, trvanie impulzu, priestorová a časová štruktúra žiarenia, priestorové rozloženie hustoty výkonu žiarenia v ohniskovom bode, podmienky zaostrovania, fyzikálne vlastnosti materiálu.

Laserový lúč ako vŕtačka

Vŕtanie otvorov do hodinových kameňov - to bol začiatok pracovnej činnosti lasera. Hovoríme o rubínových kameňoch, ktoré sa používajú v hodinkách ako klzné ložiská. Pri výrobe takýchto ložísk je potrebné vyvŕtať otvory v rubíne - veľmi tvrdom a zároveň krehkom materiáli - otvory s priemerom iba 1-0,05 mm. Dlhé roky sa táto šperkárska operácia vykonávala bežnou mechanickou metódou pomocou vrtákov z tenkého klavírneho drôtu s priemerom 40-50 mikrónov. Takáto vŕtačka urobila až 30 tisíc otáčok za minútu a súčasne vykonala asi sto vratných pohybov. Navŕtanie jedného kameňa trvalo až 10-15 minút.

Počnúc rokom 1964 sa všade začalo neefektívne mechanické vŕtanie hodinových kameňov nahrádzať laserovým vŕtaním. Samozrejme, výraz „laserové vŕtanie“ by sa nemal brať doslovne; Laserový lúč nevyvŕta dieru, ale ju prerazí, čím spôsobí intenzívne odparovanie materiálu. V dnešnej dobe je laserové vŕtanie kamienkov hodiniek samozrejmosťou. Na tento účel sa používajú najmä neodymové sklenené lasery. Otvor do kameňa (s hrúbkou obrobku 0,5-1 mm) je vyrazený sériou niekoľkých laserových impulzov s energiou 0,5-1 J. Produktivita laserového stroja v automatickom režime je kameň za sekundu. To je tisíckrát viac ako produktivita mechanického vŕtania!

Laser dostal krátko po svojom zrode ďalšiu úlohu, s ktorou sa popasoval rovnako úspešne - vŕtanie (dierovanie) otvorov do diamantových razidiel. Možno nie každý vie, že na získanie veľmi tenkého drôtu z medi, bronzu, volfrámu sa používa technológia ťahania kovu cez otvor príslušného priemeru. Takéto otvory sa vŕtajú do materiálov s obzvlášť vysokou tvrdosťou, pretože v procese ťahania drôtu musí zostať priemer otvoru nezmenený. Je známe, že diamant je najtvrdší. Preto je najlepšie pretiahnuť tenký drôt cez otvor v diamante – cez takzvané diamantové raznice. Len pomocou diamantových razidiel je možné získať ultratenký drôt s priemerom iba 10 mikrónov. Ale ako vyvŕtate tenkú dieru do supertvrdého materiálu, akým je diamant? Mechanicky je to veľmi ťažké – mechanicky vyvŕtať jeden otvor do diamantovej raznice trvá až desať hodín.

Takto vyzerá diera v diamantovej matrici v reze. Laserové impulzy prepichnú hrubý kanál v diamantovom polotovare. Potom, ošetrením kanála ultrazvukom, brúsením a leštením, mu dodajú potrebný profil. Drôt získaný pretiahnutím cez matricu má priemer d

Tieto úhľadné otvory s priemerom 0,3 mm sú vyrazené do 0,7 mm hrubej keramickej dosky z oxidu hlinitého pomocou CO2 lasera.

Pomocou laserov sú do keramiky vyrazené veľmi tenké otvory - s priemerom len 10 mikrónov. Upozorňujeme, že takéto otvory nie je možné získať mechanickým vŕtaním.

O tom, že vŕtanie je povolaním lasera, nikto nepochyboval. Tu laser v skutočnosti nemal dôstojných konkurentov, najmä pokiaľ ide o vŕtanie veľmi tenkých a veľmi hlbokých otvorov, keď bolo potrebné vŕtať otvory do veľmi krehkých alebo veľmi tvrdých materiálov. Uplynul pomerne krátky čas a ukázalo sa, že laserový lúč je možné úspešne použiť nielen na vŕtanie, ale aj na mnohé iné operácie spracovania materiálu. Dnes teda môžeme hovoriť o vzniku a vývoji novej technológie – laseru.

Laserové vŕtanie otvorov do kovov

Použitie lasera ako nástroja na vŕtanie má svoje výhody.

Nedochádza k mechanickému kontaktu medzi vŕtacím nástrojom a materiálom, ako aj k lámaniu a opotrebovaniu vrtákov.

Zvýši sa presnosť umiestnenia otvoru, pretože optika použitá na zaostrenie laserového lúča sa používa aj na jeho nasmerovanie do požadovaného bodu. Otvory môžu byť orientované v ľubovoľnom smere.

Dosahuje sa väčší pomer hĺbky k priemeru vŕtania, ako je to v prípade iných metód vŕtania.

Pri vŕtaní, ako aj pri rezaní, vlastnosti spracovávaného materiálu výrazne ovplyvňujú parametre lasera potrebné na vykonanie operácie. Vŕtanie je realizované pulznými lasermi pracujúcimi ako vo voľnobežnom režime s trvaním impulzu rádovo 1 μs, tak aj v Q-spínanom režime s trvaním niekoľkých desiatok nanosekúnd. V oboch prípadoch dochádza k tepelnému účinku na materiál, k jeho taveniu a vyparovaniu. Diera rastie do hĺbky hlavne v dôsledku vyparovania a do priemeru v dôsledku tavenia stien a odtoku kvapaliny pod vytvoreným nadmerným tlakom pár.

Typicky sa hlboké diery požadovaného priemeru získajú pomocou opakujúcich sa nízkoenergetických laserových impulzov. V tomto prípade sa vytvárajú otvory s menším zúžením a lepšou kvalitou ako otvory získané s vyššou energiou jedného impulzu. Výnimkou sú materiály obsahujúce prvky schopné vytvárať vysoký tlak pár. Preto je veľmi ťažké zvárať mosadz laserovým pulzným žiarením kvôli vysokému obsahu zinku, avšak pri vŕtaní má mosadz určité výhody, pretože atómy zinku výrazne zlepšujú mechanizmus odparovania.

Keďže multipulzný režim umožňuje získať otvory najlepšej kvality požadovanej geometrie a s malou odchýlkou ​​od zadaných rozmerov, v praxi sa tento režim rozšíril pri vŕtaní otvorov do tenkých kovov a nekovových materiálov. Pri vŕtaní otvorov do hrubých materiálov sa však uprednostňujú jednotlivé impulzy s vysokou energiou. Diafragmácia toku lasera umožňuje získať tvarové otvory, ale táto metóda sa častejšie používa pri spracovaní tenkých vrstiev a nekovových materiálov. Keď sa laserové vŕtanie vykonáva do tenkých plechov s hrúbkou menšou ako 0,5 mm, dochádza k určitému zjednoteniu procesu, ktorý spočíva v tom, že otvory s priemerom 0,001 až 0,2 mm je možné vytvárať do všetkých kovov pri relatívne nízkych výkonoch. .

Vŕtanie otvorov do kovov je možné použiť v mnohých prípadoch. Takže pomocou pulzných laserov je možné vykonávať dynamické vyvažovanie dielov rotujúcich vysokou rýchlosťou. Nerovnováha sa volí lokálnym tavením určitého objemu materiálu. Laser je možné použiť aj na osadenie elektronických súčiastok, buď lokálnym odparovaním materiálu alebo všeobecným ohrevom. Vysoká hustota výkonu, malá veľkosť bodu a krátke trvanie impulzu robia z lasera ideálny nástroj pre túto aplikáciu.

Lasery používané na vŕtanie otvorov do kovu by mali poskytovať hustotu výkonu zaostreného lúča rádovo 107 - 108 W/cm2. Vŕtanie otvorov kovovými vrtákmi s priemerom menším ako 0,25 mm je náročná praktická úloha, zatiaľ čo laserové vŕtanie umožňuje získať otvory s priemerom úmerným vlnovej dĺžke žiarenia s dostatočne vysokou presnosťou umiestnenia. Špecialisti spoločnosti "General Electric" (USA) vypočítali, že laserové vŕtanie otvorov v porovnaní so spracovaním elektrónovým lúčom má vysokú ekonomickú konkurencieschopnosť. V súčasnosti sa pevnolátkové lasery používajú najmä na vŕtanie otvorov. Poskytujú frekvenciu opakovania impulzov až 1000 Hz a výkon v nepretržitom režime od 1 do 103 W, v impulznom režime až stovky kilowattov a v režime Q-switched až niekoľko megawattov. Niektoré výsledky spracovania takýmito lasermi sú uvedené v tabuľke.

	Hrúbka, mm	Priemer otvoru, mm	Trvanie vŕtanie	laserová energia,
		vstup	víkend
Nehrdzavejúca oceľ				10 impulzov
Niklová oceľ
Volfrám
molybdén

Vŕtanie nekovových materiálov

Vŕtanie otvorov je jednou z prvých oblastí laserovej technológie. Po prvé, vypálením otvorov v rôznych materiáloch ich experimentátori použili na odhad energie žiarenia laserových impulzov. V súčasnosti sa proces laserového vŕtania stáva samostatným smerom laserovej techniky. Medzi materiály, ktoré sa majú vŕtať laserovým lúčom, patria nekovy, ako sú diamanty, rubínové kamene, ferity, keramika atď., v ktorých je vŕtanie otvorov bežnými metódami zložité alebo neúčinné. Pomocou laserového lúča môžete vyvŕtať otvory rôznych priemerov. Na túto operáciu sa používajú nasledujúce dve metódy. Pri prvom spôsobe sa laserový lúč pohybuje po danom obryse a tvar otvoru je určený trajektóriou jeho relatívneho pohybu. Tu prebieha proces rezania, pri ktorom sa zdroj tepla pohybuje určitou rýchlosťou v danom smere: v tomto prípade sa spravidla používajú kontinuálne vlnové lasery, ako aj pulzné lasery pracujúce so zvýšenou frekvenciou opakovania impulzov. .

V druhej metóde, nazývanej projekčná metóda, spracovaný otvor opakuje tvar laserového lúča, ktorý môže mať pomocou optického systému ľubovoľnú časť. Projekčná metóda vŕtania otvorov má oproti prvému niekoľko výhod. Ak je teda na dráhe lúča umiestnená clona (maska), potom je možné týmto spôsobom odrezať jej obvodovú časť a získať relatívne rovnomerné rozloženie intenzity v priereze lúča. Vďaka tomu je hranica ožarovanej zóny ostrejšia, zúženie otvoru sa zmenšuje a kvalita sa zlepšuje.

Existuje množstvo techník, ktoré vám umožňujú dodatočne vybrať časť roztaveného materiálu zo spracovávaného otvoru. Jednou z nich je vytváranie pretlaku stlačeným vzduchom alebo inými plynmi, ktoré sú privádzané do zóny vŕtania pomocou trysky koaxiálnej s laserovým žiarením. Táto metóda bola použitá na vŕtanie otvorov s priemerom 0,05-0,5 mm do keramických platní do hrúbky 2,5 mm pomocou CO2 lasera pracujúceho v kontinuálnom režime.

Vŕtanie otvorov do tvrdej keramiky nie je ľahká úloha: konvenčná metóda vyžaduje diamantový nástroj, zatiaľ čo iné existujúce metódy sú náročné kvôli veľkosti otvoru v priemere rovnajúcej sa desatinám milimetra. Tieto ťažkosti sú obzvlášť viditeľné, keď je hrúbka dosky, ktorá sa má obrábať, väčšia ako priemer otvoru. Pomer hĺbky otvoru (hrúbka materiálu) k jeho priemeru je mierou kvality získania tenkých otvorov; je to 2:1 pri klasickom vŕtaní a asi 4:1 pri ultrazvukovej metóde používanej pri vŕtaní keramiky a iných žiaruvzdorných materiálov.

Metóda laserového vŕtania tejto triedy materiálov umožňuje získať najlepší pomer s veľmi vysokou presnosťou umiestnenia otvorov a relatívne kratším časom. Na laserové vŕtanie keramiky z polykryštalického oxidu hlinitého s vysokou hustotou sa teda použil rubínový laser s pulznou energiou 1,4 J, zaostrenou šošovkou s ohniskovou vzdialenosťou 25 mm na povrchu disku a poskytujúcou hustotu výkonu približne 4 -106 W/cm2. Na prevŕtanie keramického kotúča s hrúbkou 3,2 mm bolo v priemere potrebných 40 impulzov s frekvenciou opakovania 1 Hz. Trvanie laserového pulzu bolo 0,5 ms. Výsledné otvory mali kužeľ s priemerom asi 0,5 mm na vstupe a 0,1 mm na výstupe. Je možné vidieť, že pomer hĺbky k strednému priemeru otvoru je asi 11:1, čo je oveľa väčší pomer ako pri iných metódach vŕtania otvorov. Pre jednoduché materiály môže byť tento pomer pre laserové vŕtanie 50:1.

Na odstránenie produktov spaľovania a kvapalnej fázy z oblasti vŕtania sa používa fúkanie vzduchom alebo inými plynmi. Efektívnejšie fúkanie produktov nastáva pri kombinácii fúkania z prednej strany a vákua zo zadnej strany vzorky. Podobná schéma bola použitá na vŕtanie otvorov do keramiky do hrúbky 5 mm. K účinnému odstráneniu kvapalnej fázy však v tomto prípade dochádza až po vytvorení priechodného otvoru.

V tabuľke. 7 sú znázornené parametre otvorov v niektorých nekovových materiáloch a spôsoby ich spracovania.

Materiál	Parametre otvoru	Režim spracovania
	Priemer, mm	Hĺbka, mm	Pomer hĺbky k priemeru	Energia, J	Trvanie impulzu	Hustota toku, W/cm2	Počet impulzov na otvor
Keramika

Laserové vŕtanie otvorov do tvrdých povrchov

Laserové vŕtanie otvorov je charakterizované takými fyzikálnymi procesmi, ako je zahrievanie, odparovanie a tavenie materiálu. Predpokladá sa, že diera sa zväčšuje do hĺbky v dôsledku vyparovania a do priemeru - v dôsledku tavenia stien a vytláčania kvapaliny nadmerným tlakom pár.

Na získanie presných otvorov s toleranciou asi 2 µm sa používajú lasery s veľmi krátkymi pulzmi v rozsahu ns a ps. Umožňujúce ovládať priemer otvoru na danej úrovni, t.j. nevedie k zahrievaniu a taveniu stien zodpovedných za rast priemeru otvoru, ale vedie k odparovaniu materiálu z tuhej fázy. Tiež použitie laserov s rozsahmi impulzov ns a ps môže výrazne znížiť prítomnosť stuhnutej kvapalnej fázy na bočných povrchoch otvoru.

V súčasnosti existuje niekoľko spôsobov implementácie laserového vŕtania: jednopulzové vŕtanie využíva jediný impulz, v dôsledku čoho sa vyvŕta otvor. Výhodou tejto metódy je rýchlosť. Nevýhody vysoká energia impulzu, malá hrúbka a kanonický tvar otvoru v dôsledku poklesu prenosu tepelnej energie s rastúcou hĺbkou otvoru.

Pri príklepovom vŕtaní vzniká diera niekoľkými laserovými impulzmi krátkeho trvania a energie.

Výhody: možnosť vytvoriť hlbší otvor (asi 100 mm), získať otvory malého priemeru. Nevýhodou tejto metódy je dlhší proces vŕtania.

K vŕtaniu otvorov dochádza pôsobením niekoľkých laserových impulzov. Najprv laserové kladivo vyvŕta počiatočný otvor. Potom zväčší počiatočný otvor niekoľkonásobným pohybom pozdĺž rastúcej kruhovej dráhy na obrobku. Väčšina roztaveného materiálu je vytlačená z otvoru smerom nadol. Skrutkové vŕtanie na rozdiel od jadrového vŕtania nezahŕňa vytvorenie štartovacieho otvoru. Laser sa už od prvých impulzov pohybuje po kruhovej dráhe materiálom. Pri tomto pohybe ide hore veľké množstvo materiálu. Laser sa pohybuje ako točité schodisko a prehlbuje dieru. Po prechode lasera cez materiál je možné vykonať ešte niekoľko kôl. Sú určené na rozšírenie spodnej strany otvoru a vyhladenie okrajov. Skrutkové vŕtanie vytvára veľmi veľké a hlboké otvory vysokej kvality. Výhody: získanie veľkých a hlbokých otvorov vysokej kvality.

Výhody laserového vŕtania: možnosť získania malých otvorov (menej ako 100 mikrónov), nutnosť vŕtania otvoru pod uhlom, vŕtanie otvoru do veľmi tvrdých materiálov, možnosť získať otvory, ktoré nie sú okrúhle, vysoká produktivita procesu, nízky tepelný účinok na materiál (zohrievanie klesá s klesajúcou dobou trvania impulzu materiálu), bezkontaktná metóda umožňujúca vŕtanie krehkých materiálov (diamant, porcelán, ferit, zafírové sklíčko, sklo), vysoká automatizácia procesu, dlhá životnosť životnosť a stabilita procesu.

Táto práca je venovaná hľadaniu optimálnych režimov laserového vŕtania otvorov na rôznych tvrdých povrchoch.

Na experimenty bol použitý infračervený pulzný Nd:YAG laser s vlnovou dĺžkou 1064 nm. S maximálnym výkonom lasera 110 W, frekvenciou opakovania impulzov 10 kHz a trvaním impulzu 84 ns boli otvory v tejto práci získané nárazovým vŕtaním. Počas laserového vŕtania sa výkon laserového žiarenia pohyboval od 3,7 W do 61,4 W, priemer laserovej škvrny na povrchu vzorky sa pohyboval od 2 mm do 4 mm.

Laserové vŕtanie otvorov bolo realizované na týchto pevných povrchoch: plast (žltý), uhlíkové vlákno, hliník, hrúbka 1,22,3 mm, resp. laserové vŕtanie otvorov do kovu

Kvalitu laserového vŕtania povrchu výrazne ovplyvňujú nasledovné parametre: priemerný výkon laserového žiarenia, priemer laserového bodu na povrchu vzorky, fyzikálne vlastnosti materiálu (koeficient absorpcie laserového žiarenia povrchom, fyzikálne vlastnosti materiálu, fyzikálne vlastnosti materiálu). teplota topenia) vlnová dĺžka laserového žiarenia, trvanie impulzu a spôsob laserového vŕtania (jednopulzové, príklepové vŕtanie a pod.).

Tabuľka 1 ukazuje režimy laserového vŕtania na rôznych tvrdých povrchoch.

Režimy laserového vŕtania otvorov na rôznych povrchoch

Laserové vŕtanie vyznačujúce sa zvýšenou krehkosťou

laserové vŕtanie sa široko používajú na získavanie otvorov nielen v tvrdých a supertvrdých materiáloch, ale aj v materiáloch charakterizovaných zvýšenou krehkosťou.

Pre vŕtanie otvorov laserom v súčasnosti využívajú inštaláciu Kvant-11, vytvorenú na báze pulzného YAG-Nd lasera. Laserové zváranie je tiež založené na pôsobení sústredeného pulzného laserového žiarenia. Okrem toho sa používa švové aj bodové zváranie.

Hlavné procesy v laser vŕtanie nekovových materiálov, ako aj pri rezaní, sú zahrievanie, tavenie a odparovanie zo zóny laserového žiarenia. Na zabezpečenie týchto procesov je potrebné mať výkonové hustoty 106 - 107 W / cm2, vytvorené optickým systémom v ohnisku. V tomto prípade diera rastie do hĺbky v dôsledku odparovania materiálov; dochádza aj k taveniu stien a vyvrhovaniu kvapalnej frakcie vzniknutej nadmerným tlakom pár.Súčasný priemysel v súčasnosti vo veľkej miere využíva laserové vŕtanie otvorov do diamantov, poskytujúce vysokú presnosť a kontrolu nad tvorbou otvorov v procese vŕtania.

Vŕtanie otvorov kovovými vrtákmi s priemerom menším ako 0 25 mm je náročná praktická úloha, pričom laserové vŕtanie umožňuje získať otvory s priemerom primeraným vlnovej dĺžke žiarenia, s dostatočne vysokou presnosťou umiestnenia.

Z experimentov je známe, že technické charakteristiky a vlastnosti presného laserového rezania tenkých kovových dosiek sú vo všeobecnosti určené rovnakými podmienkami a faktormi ako technické charakteristiky procesov. multipulzné laserové vŕtanie . Priemerná šírka priechodného rezu v tenkých kovových platniach je zvyčajne 30 - 50 mikrónov po celej dĺžke vzorky, ich steny sú takmer rovnobežné, povrch neobsahuje veľké defekty a cudzie inklúzie. Jednou z vlastností rezania pulzným žiarením je možnosť takzvaného kanalizačného efektu. Tento efekt je vyjadrený v strhávaní kvalitatívneho (difrakčného) lúča do kanála vytvoreného predchádzajúcimi impulzmi pomocou spätného odrazu od jeho steny. Tvorba nového kanála začína po premiestnení celého difrakčného lúča za obrysy predchádzajúceho. Tento proces určuje hraničnú drsnosť steny rezu a môže stabilizovať presnosť rezu kompenzáciou nestability smerového obrazca pri viacprechodovom obrábaní. V tomto prípade drsnosť okrajov rezu zvyčajne nepresahovala 4–5 μm, čo možno považovať za celkom uspokojivé.

Lasery tiež vykonávajú takú operáciu, ako je zdrsňovanie použitých matríc na najbližší väčší priemer podľa normy. Ak pri mechanickom vŕtaní táto operácia trvala asi 20 hodín, potom s laserové vŕtanie vyžaduje len niekoľko desiatok impulzov. Celkový časový interval je asi 15 minút pre hrubovanie jednej matrice.

Vŕtanie otvorov je možno jednou z prvých oblastí laserovej technológie. Proces je v súčasnosti laserové vŕtanie sa stáva samostatným smerom laserovej techniky a zaujíma významný podiel v domácom i zahraničnom priemysle. Medzi materiály, ktoré sa majú vŕtať laserovým lúčom, patria nekovy, ako sú diamanty, rubínové kamene, ferity, keramika atď., v ktorých je vŕtanie otvorov bežnými metódami zložité alebo neúčinné.

Pri vŕtaní otvorov do hrubých materiálov sa však uprednostňujú jednotlivé impulzy s vysokou energiou. Diafragmácia toku lasera umožňuje získať tvarové otvory, ale táto metóda sa častejšie používa pri spracovaní tenkých vrstiev a nekovových materiálov. V tom prípade, Komu kedy l laserové vŕtanie sa vyrába v tenkých plechoch s hrúbkou menšou ako 0,5 mm, dochádza k určitej unifikácii procesu spočívajúcej v tom, že do všetkých kovov je možné pri relatívne nízkych výkonoch vyrobiť otvory s priemerom 0,001 až 0,2 mm. Pri veľkých hrúbkach sa podľa obr. 83, v dôsledku tieniaceho efektu sa objavuje nelinearita.

Ešte skôr sa zistilo, že použitie flexibilných dosiek plošných spojov zvyšuje ich spoľahlivosť, skracuje čas montáže zariadení o stovky hodín a prináša 2–4-násobný nárast objemu a hmotnosti v porovnaní s použitím pevných dosiek plošných spojov v MEA. Teraz už existujúcu brzdu vývoja flexibilného softvéru, a to známy konzervativizmus dizajnérov, ktorí sú zvyknutí pracovať s konvenčným softvérom, možno považovať za prejdenú etapu. V tomto prípade je uľahčená úloha zníženia mechanického namáhania medzi doskou plošných spojov a na nej inštalovaným LSI v držiaku kryštálu a je tiež možné získať laserové vŕtanie subminiatúrnych otvorov s priemerom 125 mikrónov (namiesto 800 mikrónov v bežných DPS) na prepínanie medzi vrstvami ich kontinuálnym plnením meďou. A nakoniec, flexibilná polyimidová doska plošných spojov je priehľadná, čo umožňuje vizuálnu kontrolu všetkých spájkovaných spojov v každej vrstve za starostlivo vybraných svetelných podmienok.

Záver

Na záver by som sa rád zastavil pri niektorých všeobecných otázkach zavádzania laserových technológií do modernej výroby.

Prvou etapou pri vytváraní laserovej technologickej inštalácie je vývoj technickej úlohy. Zákazníci sa v mnohých prípadoch snažia hrať na istotu a vkladajú do neho vlastnosti, ktoré ďaleko presahujú skutočné potreby výroby. V dôsledku toho sa náklady na vybavenie zvyšujú o 30-50%. Paradoxne, dôvodom je spravidla relatívne vysoká cena laserových systémov. Mnoho obchodných lídrov uvažuje takto:

„... ak si kúpim nové drahé zariadenie, potom by z hľadiska vlastností malo prekračovať normy požadované v súčasnosti, „možno“, jedného dňa sa mi to bude hodiť ...“. V dôsledku toho sa potenciálne možnosti zariadenia nikdy nevyužijú a doba návratnosti sa zvyšuje.

Príkladom takéhoto prístupu je prechod od mechanického označovania dielov k laserovému značeniu. Hlavnými kritériami označovania sú kontrast nápisu a odolnosť proti oderu. Kontrast je určený pomerom šírky a hĺbky rycej čiary. Minimálna šírka čiary pre mechanické gravírovanie je približne 0,3 mm. Ak chcete získať kontrastný nápis, jeho hĺbka by mala byť asi 0,5 mm. Preto sa v mnohých prípadoch pri zostavovaní referenčných podmienok pre laserovú inštaláciu zohľadňujú tieto parametre. Ale šírka čiary pri laserovom gravírovaní je 0,01-0,03 mm, respektíve hĺbka nápisu môže byť 0,05 mm, t.j. rádovo menej ako pri mechanickom. Vzťah medzi výkonom lasera a časom značenia je preto možné optimalizovať vo vzťahu k nákladom na systém. V dôsledku toho sa znižuje cena laserovej inštalácie a tým aj doba návratnosti.

Zavedenie laserových technológií v mnohých prípadoch umožňuje riešiť „staré“ problémy zásadne novými metódami. Klasickým príkladom je aplikácia ochranných nápisov, značiek atď. o výrobkoch na ochranu pred falšovaním. Schopnosti laserovej technológie umožňujú identifikovať bezpečnostný nápis podľa jednej čiary v nápise. Možnosť využívať kryptografické metódy umožňuje implementovať „dynamickú“ ochranu proti falšovaniu, t.j. pri ukladaní všeobecného výkresu sa po určitom čase zmenia niektoré prvky, ktoré sú rozpoznateľné len odborníkmi alebo špeciálnymi zariadeniami. Nedosiahnuteľná pre mechanické metódy falšovania je možnosť vytvorenia malej lišty (3-10 mikrónov) z kovových emisií na okrajoch rycej línie laserom. Komplexné používanie takýchto techník minimalizuje pravdepodobnosť falšovania a robí ho ekonomicky nerentabilným.

Zavedenie laserových technológií v tomto štádiu technologického rozvoja (prechod od „divokého“ kapitalizmu k normálnej výrobe) je len jednou z možností pre začiatok formovania toho, čomu sa hovorí high-tech výroba. Tie malé podniky, ktoré používajú niekoľko takýchto laserových systémov, potvrdili zákon dialektiky prechodu od kvantity ku kvalite. Nové zariadenie si vyžaduje zásadne nové spôsoby jeho údržby, spravidla so zvýšenou pozornosťou personálu a udržiavaním „čistoty“ v miestnosti, kde sa nachádza. Tie. dochádza k prechodu na kvalitatívne novú úroveň kultúry výroby. Zároveň sa zvyčajne znižuje počet zamestnancov a manažéri podnikov začínajú riešiť otázky organizácie práce nie „pracovného tímu“, ale optimalizácie práce podniku, v ktorom sú zamestnanci iba neoddeliteľnou súčasťou technologického proces. Bez ohľadu na to, či sa laserová technológia bude v budúcnosti pri tejto výrobe používať alebo nie, nadobudnuté skúsenosti a vytvorená kultúra nikde nezmiznú. Vonkajší pozorovatelia to zvyčajne nazývajú technologickou alebo vedecko-technologickou revolúciou, hoci v skutočnosti ide o normálny evolučný proces. História vývoja mnohých veľkých technologických firiem ukazuje, že v určitom okamihu v počiatočných fázach vývoja mali všetky podobné štádium prechodu. Môže sa stať, že sa momentálne nachádzame v štádiu technologického rozvoja, kedy relatívne malé investície do nových technológií povedú k veľkým výnosom v budúcnosti. V synergetike, vede o samoorganizujúcich sa systémoch, takáto situácia podlieha zákonu „motýľa“ (R. Bradbury „And Thunder Rang…“), ktorý popisuje proces, keď malé zmeny v minulosti alebo súčasnosti vedú ku globálnym dôsledkom. v budúcnosti.

Zoznam použitej literatúry

1. Rykalin N.N. Laserové spracovanie materiálov. M., Mashinostroenie, 1975, 296 s.

2. Grigoryants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Technologické procesy laserového spracovania: Proc. príručka pre vysoké školy / Ed. A.G. Grigoryants. - M.: Vydavateľstvo MSTU im. N.E. Bauman, 2006. -664 s.

3. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Využitie laserov v strojárstve a výrobe nástrojov. - L., strojárstvo. Leningrad. odbor, 1978, 336 s.

Hostené na Allbest.ru

...

Podobné dokumenty

Vývoj stroja na vŕtanie otvorov do chrbta knižného bloku tlačovín. Analýza existujúceho zariadenia na vŕtanie otvorov, jeho nedostatky. Vypracovanie technologickej schémy stroja a konštrukcie vŕtacej hlavy.

práca, pridané 29.07.2010


Etapy vývoja nástroja na vŕtanie otvorov do dielov: položenie obrobku v horizontálnej rovine na povrch, výber zariadenia pre technologický proces, výpočet rezných podmienok, výrobných chýb a presnosti upínania.

ročníková práca, pridaná 16.11.2010


Technologické základy procesu vŕtania otvorov. Typy strojov a ich hlavné komponenty. Vplyv materiálu a geometrických prvkov vrtáka. Zmena geometrických parametrov reznej časti vrtákov. Hlavné spôsoby dokončovacích operácií na výrobu vrtákov.

práca, pridané 30.09.2011


História obrábacích strojov. Účelom vŕtania sú operácie na získavanie otvorov v rôznych materiáloch pri ich spracovaní, ktorých účelom je zhotovovanie otvorov na závitovanie, vystružovanie, vystružovanie. Hlavné typy strečingu.

prezentácia, pridané 10.5.2016


Hlavné ťažkosti spracovania otvorov. Možnosti nastavenia pre operácie hlbokého vŕtania. Funkcie mazacej kvapaliny, spôsoby jej prívodu. Odrody hlbokého vŕtania. Uspokojivá tvorba triesky a jej odstránenie z otvoru.

tréningový manuál, pridaný 12.08.2013


Popis technologických operácií - vŕtanie a vystružovanie na získanie otvorov v detaile "doska vodiča". Výber obrábacieho stroja na jeho spracovanie. Princíp jeho fungovania a výpočet presnosti. Stanovenie rezných podmienok a upínacej sily.

ročníková práca, pridaná 17.01.2013


Tvorba otvorov v pevnom kove vŕtaním, presnosť ich spracovania, sada nástrojov; trieda drsnosti povrchu. Režimy vŕtania, zahlbovania, vystružovania. Vývoj schémy upínania dielov; výpočet základnej chyby a upínacej sily.

laboratórne práce, doplnené 29.10.2014


Vŕtanie, vystružovanie, zahlbovanie a vystružovanie otvorov vo veľkých a ťažkých dieloch. Druhy materiálov odporúčaných pre hobľovacie frézy, ich vlastnosti. Výpočet rezného režimu na výrobu pozdĺžneho sústruženia oceľového hriadeľa.

kontrolné práce, doplnené 21.11.2010


laserová technológia. Princíp činnosti laserov. Základné vlastnosti laserového lúča. Monochromatickosť laserového žiarenia. Jeho moc. Obrovská hybnosť. Využitie laserového lúča v priemysle a technike, medicíne. Holografia.

abstrakt, pridaný 23.11.2003


Vŕtanie je proces vytvárania otvorov v pevnom materiáli pomocou nástroja nazývaného vrták. Určenie hlavných faktorov ovplyvňujúcich presnosť technologického procesu, existujúce pohyby: rotačné a translačné smerované.

Laserové technológie sú schopné zohrávať stále významnejšiu úlohu v priemyselnom spracovaní materiálov. Úspešne vykonávajú rezanie, zváranie, vŕtanie, tepelné opracovanie povrchov, ryhovanie a iné operácie. Medzi výhody patrí vyššia produktivita, perfektná kvalita, jedinečnosť operácií vykonávaných na nedostupných miestach alebo veľmi malých plochách. Automatické systémy polohovania a zaostrovania laserových komplexov ešte viac zefektívňujú ich aplikáciu a jednoduchosť obsluhy vytvára predpoklady pre ich širokú implementáciu do výrobných procesov.

S.N. Kolpakov, A.A. Prijatie,
LLC "Alt laser", Charkov

V súčasnosti laser úspešne vykonáva množstvo technologických operácií, predovšetkým rezanie, zváranie, vŕtanie, povrchové tepelné spracovanie, rytie, značenie, gravírovanie a pod., av niektorých prípadoch poskytuje výhody oproti iným druhom spracovania. Vŕtanie otvorov v materiáli tak môže byť dokončené rýchlejšie a ryhovanie rôznych materiálov je dokonalejšie. Okrem toho sa s veľkým úspechom vykonávajú niektoré typy operácií, ktoré boli predtým nemožné z dôvodu zvýšenej náročnosti práce. Napríklad zváranie materiálov a vŕtanie otvorov sa môže vykonávať cez sklo vo vákuu alebo v atmosfére rôznych plynov.

Priemyselné spracovanie materiálov sa stalo jednou z oblastí, kde sa lasery najviac využívajú. Pred príchodom laserov boli hlavnými zdrojmi tepla na technologické spracovanie plynový horák, elektrický oblúkový výboj, plazmový oblúk a elektrónový lúč. S príchodom laserov vyžarujúcich vysokú energiu sa ukázalo, že je možné na ošetrovanom povrchu vytvárať vysoké hustoty svetelného toku. Úlohou laserov ako svetelných zdrojov pracujúcich v kontinuálnom, pulznom alebo obrie pulznom režime je poskytnúť na povrchu spracovávaného materiálu hustotu výkonu dostatočnú na jeho ohrev, tavenie alebo odparovanie, ktoré sú základom laserovej technológie.

V súčasnosti laser úspešne vykonáva množstvo technologických operácií, predovšetkým rezanie, zváranie, vŕtanie otvorov, povrchové tepelné spracovanie, ryhovanie, značenie, gravírovanie a pod. av niektorých prípadoch poskytuje výhody oproti iným druhom spracovania. Vŕtanie otvorov v materiáli tak môže byť dokončené rýchlejšie a ryhovanie rôznych materiálov je dokonalejšie. Okrem toho sa s veľkým úspechom vykonávajú niektoré typy operácií, ktoré predtým nebolo možné vykonať z dôvodu ťažkej dostupnosti. Napríklad zváranie materiálov a vŕtanie otvorov sa môže vykonávať cez sklo vo vákuu alebo v atmosfére rôznych plynov.

Slovo "laser" sa skladá zo začiatočných písmen v anglickej fráze Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, čo v preklade do ruštiny znamená: zosilnenie svetla stimulovanou emisiou. . Klasicky sa stalo, že pri popise laserových technológií spracovania materiálov sa hlavná pozornosť venuje len samotným laserom, ich princípom fungovania a technickým parametrom. Na realizáciu akéhokoľvek procesu laserového rozmerového spracovania materiálov je však okrem lasera potrebný aj systém zaostrovania lúča, zariadenie na riadenie pohybu lúča po povrchu obrobku alebo zariadenie na posúvanie produkt vo vzťahu k lúču, systém fúkania plynu, optické navádzacie a polohovacie systémy, riadiace softvérové ​​procesy rezania laserom, gravírovania atď. Vo väčšine prípadov je výber parametrov zariadení a systémov, ktoré priamo obsluhujú laser, nemenej dôležitý ako parametre samotného lasera. Napríklad pri označovaní ložísk s priemerom menším ako 10 mm alebo pri precíznom bodovom laserovom zváraní presahuje čas strávený polohovaním výrobku a zaostrovaním čas gravírovania alebo zvárania o jeden alebo dva rády (čas označenia ložiska je približne 0,5 s). Preto bez použitia automatických polohovacích a zaostrovacích systémov sa použitie laserových systémov v mnohých prípadoch stáva ekonomicky neúčelným. Analógia laserových systémov s automobilmi ukazuje, že laser funguje ako motor. Bez ohľadu na to, aký dobrý je motor, ale bez kolies a všetkého ostatného auto nepôjde.

Ďalším dôležitým faktorom pri výbere systémov laserovej technológie je ich jednoduchá údržba. Ako ukázala prax, operátori majú nízku kvalifikáciu na obsluhu takýchto zariadení. Jedným z dôvodov je, že vo väčšine prípadov sú inštalované laserové systémy, ktoré nahrádzajú zastarané technologické postupy (rázové a chemické značenie výrobkov, mechanické gravírovanie, ručné zváranie, ručné značenie a pod.). Vedúci podnikov, ktoré modernizujú svoju výrobu, spravidla z etických dôvodov nahrádzajú staré zariadenia novými, opúšťajú starý (doslova a obrazne) servisný personál. Preto je pre zavádzanie laserových technologických systémov do výroby za daných počiatočných podmienok jej vývoja (v postsovietskych republikách) potrebné zabezpečiť čo najvyššiu mieru automatizácie a jednoduchosti zaškolenia. Nemali by sme zavrhovať skutočnosť, že plat nekvalifikovaného personálu je nižší ako plat vyškoleného odborníka. Preto je cenovo výhodnejšie kúpiť sofistikované zariadenie s možnosťou jednoduchej údržby, ako pozvať vysokokvalifikovaný personál.

Úlohu využitia laserových technológií v modernej výrobe teda treba posudzovať nielen z hľadiska technických parametrov samotného lasera, ale aj s prihliadnutím na vlastnosti zariadení a softvéru, ktoré umožňujú využiť špecifické vlastnosti lasera. laser na vyriešenie konkrétneho technologického problému.

Každý laserový systém určený na rozmerové spracovanie materiálov sa vyznačuje nasledujúcimi parametrami:

• rýchlosť spracovania (rezanie, gravírovanie atď.);
• rozhodnutie;
• presnosť spracovania;
• veľkosť pracovného poľa;
• sortiment spracovateľských materiálov (železné kovy, neželezné kovy, drevo, plasty atď.);
• rozsah veľkostí a hmotností výrobkov určených na spracovanie;
• konfigurácia produktu (napríklad rytie na plochých, valcových, zvlnených povrchoch);
• čas potrebný na zmenu vykonávaných úloh (zmena vzoru gravírovania, konfigurácia reznej línie, zmena materiálu spracovania atď.);
• čas inštalácie a umiestnenia produktu;
• parametre podmienok prostredia (teplotný rozsah, vlhkosť, prašnosť), v ktorých je možné systém prevádzkovať;
• požiadavky na kvalifikáciu obslužného personálu.

Na základe týchto parametrov sa vyberie typ lasera, zariadenie na zametanie lúča, vyvinie sa dizajn upevňovača produktu, úroveň automatizácie systému ako celku, otázka potreby písať špecializované programy na prípravu výkresových súborov rozhoduje sa o rezných líniách atď.

Hlavnými technickými charakteristikami, ktoré určujú charakter spracovania sú energetické parametre lasera – energia, výkon, hustota energie, trvanie impulzu, priestorové a časové štruktúry žiarenia, priestorové rozloženie hustoty výkonu žiarenia v ohniskovom bode, podmienky zaostrovania, fyzikálne vlastnosti materiálu (odrazivosť, termofyzikálne vlastnosti, teplota topenia atď.).

Laserové vŕtanie otvorov do kovov

Použitie lasera ako nástroja na vŕtanie má svoje výhody.

Nedochádza k mechanickému kontaktu medzi vŕtacím nástrojom a materiálom, ako aj k lámaniu a opotrebovaniu vrtákov.

Zvýši sa presnosť umiestnenia otvoru, pretože optika použitá na zaostrenie laserového lúča sa používa aj na jeho nasmerovanie do požadovaného bodu. Otvory môžu byť orientované v ľubovoľnom smere.

Dosahuje sa väčší pomer hĺbky k priemeru vŕtania, ako je to v prípade iných metód vŕtania.

Pri vŕtaní, ako aj pri rezaní, vlastnosti spracovávaného materiálu výrazne ovplyvňujú parametre lasera potrebné na vykonanie operácie. Vŕtanie je realizované pulznými lasermi pracujúcimi ako vo voľnobežnom režime s trvaním impulzu rádovo 1 μs, tak aj v Q-spínanom režime s trvaním niekoľkých desiatok nanosekúnd. V oboch prípadoch dochádza k tepelnému účinku na materiál, k jeho taveniu a vyparovaniu. Diera rastie do hĺbky hlavne v dôsledku odparovania a v priemere - v dôsledku tavenia stien a odtoku kvapaliny pod vytvoreným nadmerným tlakom pár.

Typicky sa hlboké diery požadovaného priemeru získajú pomocou opakujúcich sa nízkoenergetických laserových impulzov. V tomto prípade sa vytvárajú otvory s menším zúžením a lepšou kvalitou ako otvory získané s vyššou energiou jedného impulzu. Výnimkou sú materiály obsahujúce prvky schopné vytvárať vysoký tlak pár. Preto je veľmi ťažké zvárať mosadz laserovým pulzným žiarením kvôli vysokému obsahu zinku, avšak pri vŕtaní má mosadz určité výhody, pretože atómy zinku výrazne zlepšujú mechanizmus odparovania.

Keďže multipulzný režim umožňuje získať otvory najlepšej kvality požadovanej geometrie a s malou odchýlkou ​​od zadaných rozmerov, v praxi sa tento režim rozšíril pri vŕtaní otvorov do tenkých kovov a nekovových materiálov. Pri vŕtaní otvorov do hrubých materiálov sa však uprednostňujú jednotlivé impulzy s vysokou energiou. Diafragmácia toku lasera umožňuje získať tvarové otvory, ale táto metóda sa častejšie používa pri spracovaní tenkých vrstiev a nekovových materiálov. Keď sa laserové vŕtanie vykonáva do tenkých plechov s hrúbkou menšou ako 0,5 mm, dochádza k určitému zjednoteniu procesu, ktorý spočíva v tom, že otvory s priemerom 0,001 až 0,2 mm je možné vytvárať do všetkých kovov pri relatívne nízkych výkonoch. .

Vŕtanie otvorov do kovov je možné použiť v mnohých prípadoch. Takže pomocou pulzných laserov je možné vykonávať dynamické vyvažovanie dielov rotujúcich vysokou rýchlosťou. Nerovnováha sa volí lokálnym tavením určitého objemu materiálu. Laser je možné použiť aj na osadenie elektronických súčiastok, buď lokálnym odparovaním materiálu alebo všeobecným ohrevom. Vysoká hustota výkonu, malá veľkosť bodu a krátke trvanie impulzu robia z lasera ideálny nástroj pre túto aplikáciu.

Lasery používané na vŕtanie otvorov do kovu by mali poskytovať zaostrený lúč s hustotou výkonu rádovo 107 -108 W/cm2. Vŕtanie otvorov kovovými vrtákmi s priemerom menším ako 0,25 mm je náročná praktická úloha, zatiaľ čo laserové vŕtanie umožňuje získať otvory s priemerom úmerným vlnovej dĺžke žiarenia s dostatočne vysokou presnosťou umiestnenia. Špecialisti spoločnosti "General Electric" (USA) vypočítali, že laserové vŕtanie otvorov v porovnaní so spracovaním elektrónovým lúčom má vysokú ekonomickú konkurencieschopnosť (tabuľka 1). V súčasnosti sa pevnolátkové lasery používajú najmä na vŕtanie otvorov. Poskytujú frekvenciu opakovania impulzov až 1000 Hz a výkon v nepretržitom režime od 1 do 10 3 W, v impulznom režime až stovky kilowattov a v režime Q-switched až niekoľko megawattov. Niektoré výsledky spracovania takýmito lasermi sú uvedené v tabuľke. 2.

Laserové zváranie kovov

Laserové zváranie malo vo svojom vývoji dve etapy. Spočiatku bolo vyvinuté bodové zváranie. To bolo vysvetlené prítomnosťou v tom čase výkonných pulzných laserov v pevnej fáze. V súčasnosti je v prítomnosti vysokovýkonných plynových CO 2 a pevnolátkových Nd:YAG laserov poskytujúcich kontinuálne a pulzne kontinuálne žiarenie možné švové zváranie s hĺbkou prieniku až niekoľko milimetrov. Laserové zváranie má oproti iným typom zvárania množstvo výhod. V prítomnosti vysokej hustoty svetelného toku a optického systému je možný lokálny prienik v danom bode s vysokou presnosťou. Táto okolnosť umožňuje zvárať materiály na ťažko dostupných miestach, vo vákuovej alebo plynom naplnenej komore s oknami, ktoré sú priehľadné pre laserové žiarenie. Zváranie napríklad mikroelektronických prvkov v komore s atmosférou inertného plynu je obzvlášť praktické, pretože v tomto prípade nedochádza k žiadnym oxidačným reakciám.

Zváranie dielov prebieha pri oveľa nižších výkonových hustotách ako rezanie. Vysvetľuje to skutočnosť, že pri zváraní je potrebné iba zahrievanie a tavenie materiálu, t.j. sú potrebné výkonové hustoty, ktoré sú stále nedostatočné na intenzívne odparovanie (10 5 - 10 6 W / cm 2), s trvaním impulzu asi 10 -3 -10 -4 s. Keďže laserové žiarenie zamerané na spracovávaný materiál je povrchovým zdrojom tepla, dochádza k prenosu tepla do hĺbky zváraných dielov v dôsledku tepelnej vodivosti a pri správne zvolenom režime zvárania sa časom mení zóna prieniku. V prípade nedostatočných výkonových hustôt dochádza k neprenikaniu zvarovej zóny a v prítomnosti vysokých výkonových hustôt sa pozoruje odparovanie kovu a tvorba dier.

Zváranie je možné vykonávať na plynovo-laserovom rezacom stroji pri nižšom výkone a pomocou slabého fúkania inertného plynu do zváracej zóny. S výkonom CO 2 laseru cca 200 W je možné zvárať oceľ do hrúbky 0,8 mm rýchlosťou 0,12 m/min; kvalita švu nie je horšia ako pri spracovaní elektrónovým lúčom. Zváranie elektrónovým lúčom má o niečo vyššiu rýchlosť zvárania, ale vykonáva sa vo vákuovej komore, čo spôsobuje veľké nepohodlie a vyžaduje značné celkové časové náklady.

V tabuľke. Obrázok 3 zobrazuje údaje o zváraní na tupo CO 2 laserom s výkonom 250 W rôznych materiálov.

Pri iných výkonoch žiarenia CO 2 lasera sa získali údaje švového zvárania uvedené v tabuľke 1. 4. Pri zváraní s presahom, tupom a rohom boli dosiahnuté rýchlosti blízke tým, ktoré sú uvedené v tabuľke, s úplným prienikom zváraného materiálu v zóne dopadu lúča.

Laserové zváracie systémy sú schopné zvárať rozdielne kovy, vytvárať minimálne tepelné efekty v dôsledku malej veľkosti laserového bodu, ako aj zvárať tenké drôty s priemerom menším ako 20 mikrónov v tvare drôt-drôt alebo drôt-plech.

Literatúra

1. Krylov K.I., Prokopenko V.T., Mitrofanov A.S. Využitie laserov v strojárstve a výrobe nástrojov. - L .: Strojárstvo. Leningrad. odbor, 1978. - 336 s.

2. Rykalin N.N. Laserové spracovanie materiálov. - M., Mashinostroenie, 1975. - 296 s.

Zloženie betónových zmesí používaných v stavebníctve zahŕňa hrubozrnné materiály, ako je drvený kameň a štrk. Okrem toho sú betónové konštrukcie vystužené. Preto pri vŕtaní musí nástroj prekonať kovové a kamenné prekážky. Kvalita diery vyvŕtanej do betónu priamo závisí od správneho výberu nástroja a spôsobu vŕtania.

Suché vŕtanie do betónu je proces vytvárania otvoru bez použitia vody alebo iného chladiva. K dnešnému dňu je ťažké predstaviť si spoľahlivejšiu, bezpečnejšiu a presnejšiu metódu ako vŕtanie betónových povrchov nástrojmi s diamantovým povlakom. Takéto vŕtanie sa vykonáva špeciálnymi inštaláciami, ktoré si zase vyžadujú určité zručnosti pri manipulácii s nimi. Preto je lepšie obrátiť sa o pomoc na profesionálov, ktorí dobre vedia, ako to urobiť rýchlo a efektívne.

Diamantový nástroj umožňuje vŕtať otvory s priemerom 15 až 1000 mm a hĺbkou až 5 m

Zoznam úloh riešených vŕtaním je veľmi široký.

Diamantové vŕtanie sa v zásade používa pri vytváraní otvorov v stropoch a stenách pre:

• potrubia na vykurovanie, zásobovanie plynom, napájanie;
• požiarne bezpečnostné systémy;
• ventilačné systémy a klimatizácie;
• rôzne druhy komunikácie (internet, telefón atď.);
• inštalácia plotov a zábradlí na schodiskách;
• inštalácia chemických kotiev;
• inštalácia zariadení pre bazény.

Pomocou technológie diamantového vŕtania je možné vyrezať aj otvory v stropoch a stenách. pre vetracie kanály, dvere, okná a iné potreby v prípade, že na to nie je možné použiť špeciálne zariadenie na rezanie betónu.

Technológia tejto metódy spočíva v tom, že po obvode budúceho otvoru sa vyvŕtajú otvory s priemerom 130-200 mm. Potom sa okraje otvoru vyrovnajú perforátorom alebo zmesou cementu a piesku. Napriek tomu, že táto metóda vyžaduje veľa času, výsledok sa prakticky nelíši od rezania. Táto technológia sa nazýva horizontálne diamantové vŕtanie.

Vŕtanie betónu bez príklepu

Technológia diamantového vŕtania je založená na unikátnej vlastnosti diamantu - jeho neprekonateľnej tvrdosti. Rezná hrana vŕtacieho nástroja je potiahnutá povlakom obsahujúcim diamant, takzvaným "matrixom". Počas procesu vŕtania vytvárajú diamantové segmenty nástroja lokálnu deštrukciu bez nárazov v zóne rezu. Súčasne s deštrukciou betónu dochádza k obrusovaniu samotnej matrice, no keďže je viacvrstvová, na jej povrchu sa objavujú nové diamantové zrná a pracovná hrana zostáva dlho ostrá.

Diamantové vŕtanie má jednu veľmi dôležitú výhodu – úplnú absenciu tvrdých nárazov na betónový povrch a neznesiteľný hluk. Vďaka týmto pozitívnym vlastnostiam je diamantová technológia nevyhnutná pre opravy v bytoch viacpodlažných budov. Diamantové vŕtanie umožňuje vyhnúť sa tvorbe trhlín na povrchoch stien, ktoré skôr alebo neskôr vedú k úplnej strate ich únosnosti, zníženiu úrovne tepelnej a zvukovej izolácie a zhoršeniu pevnostných charakteristík.

Pretože v monolitickej konštrukcii nie je možné vopred položiť všetky technologické otvory pre rôzne potreby, vŕtanie diamantovým nástrojom sa stáva jediným spôsobom, ako vytvoriť otvory pri kladení potrubí na vykurovanie, zásobovanie vodou a iné komunikácie. Použitie zbíjačky na takúto prácu je nielen ekonomicky nerentabilné, ale aj mimoriadne nebezpečné, pretože dynamické zaťaženie výstužných pásov môže spôsobiť praskliny v betónových povrchoch.

Diamantové nástroje sú obľúbené vďaka svojej výhode, akou je schopnosť vŕtať betón s akýmkoľvek stupňom vystuženia.

Diamantové vŕtanie je možné vykonať dvoma spôsobmi: s použitím vody, ktorá znižuje zahrievanie nástroja, a tiež „na sucho“. Technologicky je suché vŕtanie oveľa jednoduchšie a teda aj pohodlnejšie. Vykonáva sa pomocou špeciálnych koruniek nazývaných "suché frézy". V tele týchto koruniek sú priechodné otvory, ktoré zabezpečujú odvod tepla a znižujú riziko deformácie.

Na rozdiel od „mokrých“ vrtákov, kde sú diamantové segmenty spojené s pracovným povrchom spájkou, suché vrtáky sa vyrábajú výlučne laserovým zváraním.

Prečo je laserové zváranie diamantových segmentov také dôležité pre suché vŕtanie? Odpoveď je veľmi jednoduchá: teplota v zóne vŕtania bez použitia chladiacej kvapaliny veľmi rýchlo stúpne na 600 stupňov.

Táto teplota je bodom topenia bežnej spájky, takže segment s ňou spájkovaný jednoducho odletí a zostane v otvore. Ak chcete pokračovať v práci, segment sa musí vybrať z otvoru, pretože ho nemožno vyvŕtať. Nástroj s laserom zváranými segmentmi je schopný odolať pomerne vysokým teplotám a počas prevádzky sa „nezaťažuje“.

Husqvarna bola jednou z prvých, ktorá prišla s myšlienkou suchého vŕtania otvorov do betónových povrchov. Na túto metódu vyvinula špeciálny adaptér s možnosťou pripojenia na vysávač.

Vysávač vysáva prach vznikajúci pri vŕtaní a zároveň ochladzuje vrták. Keďže je adaptér pripojený k základni korunky, prach sa zhromažďuje priamo v oblasti vŕtania a nešíri sa po miestnosti.

Výhody suchého vŕtania

Hlavnou výhodou suchého diamantového vŕtania je možnosť použitia tejto metódy v prípadoch, keď je použitie vodného chladenia neprijateľné. okrem toho suchú vŕtačku možno použiť v relatívne malých priestoroch. Zariadenie na mokré spracovanie zaberá oveľa viac miesta, pretože je zvyčajne vybavené pomerne veľkou nádržou na vodu, ktorá sa používa na chladenie nástroja.

Suchý spôsob vŕtania otvorov do betónu je obzvlášť dôležitý pri vykonávaní práce:

• v tesnej blízkosti elektrického vedenia;
• v zariadeniach, kde nie je prívod vody;
• v miestnostiach s jemným povrchom;
• s rizikom zaplavenia spodných miestností vodou.

Bohužiaľ, suchá metóda má veľa nevýhod. Tou hlavnou je neschopnosť pracovať s maximálnym výkonom a záťažou. Je to spôsobené rýchlym ohrevom diamantových segmentov, čo vedie k zníženiu náročnosti zdrojov nástroja a jeho rýchlemu zlyhaniu. Pri suchej metóde sa proces vŕtania periodicky prerušuje, aby sa nástroj ochladil prúdmi vzduchu-vír.

Suché vŕtanie má obmedzenia na priemer a hĺbku otvorov

Mokré vŕtanie je teda preferovanou metódou, napriek tomu, že jej použitie si vyžaduje dodatočné úsilie na organizáciu práce, konkrétne je potrebné postarať sa o zásobovanie a odvádzanie vody. Pri vykonávaní prác dostatočne veľkého objemu však dodatočné úsilie spojené s dodávkou vody nebude také zaťažujúce v porovnaní s nákladmi na suchý spôsob. Inými slovami, je oveľa jednoduchšie postarať sa o prívod a odtok vody, ako vŕtať s veľkým úsilím a časom.

Použitý nástroj na spracovanie

Na suché vŕtanie sa používajú diamantové korunky, ktoré nepotrebujú dodatočné chladenie. Sú chladené prúdmi vzduchu a kvalitným mazaním. Koruna vyzerá ako dutý kovový valec. Na jednom konci tohto skla je rezná hrana s diamantovým povlakom. Druhá alebo zadná strana korunky je určená na montáž do používaného zariadenia a má zástrčku.

Korunka počas vŕtania vytvára kruhové rezné pohyby. Tieto pohyby sa vyskytujú pri vysokej rýchlosti a pod tlakom, takže nástroj veľmi presne zničí požadovanú oblasť betónového povrchu. Rýchlosť vŕtania a opotrebovanie nástroja priamo závisia od prítlačnej sily. Veľmi vysoký tlak vedie k rýchlej deštrukcii nástroja a veľmi nízky tlak výrazne znižuje rýchlosť vŕtania. Preto je veľmi dôležitý správny výpočet mechanickej sily. Pri výpočte tejto sily je potrebné vziať do úvahy celkovú plochu diamantových segmentov a typ obrábaného materiálu.

Existuje obrovské množstvo odrôd diamantových korún. V závislosti od veľkosti sa delia na:

• malé rozmery;
• stredné;
• veľký;
• super-veľký.

K malým patria korunky s priemerom 4-12 mm. Používajú sa najmä na vŕtanie malých otvorov pre elektrické rozvody. Stredné dýzy majú priemer 35-82 mm a používajú sa na vŕtanie otvorov pre zásuvky, malé rúrky atď.

Veľkorozmerné korunky s priemerom 150-400 mm sa používajú na vŕtanie otvorov do pevných železobetónových konštrukcií, napríklad na vstupy do vysokonapäťových elektrických káblov alebo kanalizácie. Trysky s priemerom 400-1400 mm sa používajú pri vývoji pomerne výkonných infraštruktúrnych zariadení. V skutočnosti ani 1400 mm pre korunky nie je limit.

Na požiadanie je možné vyrobiť väčšiu trysku. Dôležitým parametrom je aj dĺžka vŕtacieho nástroja. Dĺžka najkratších trysiek nepresahuje 15 cm. Dĺžka koruniek strednej triedy je 400-500 cm.

V závislosti od tvaru reznej plochy existujú jadrové vrtáky do betónu nasledujúcich typov:

• prsteň. Majú vzhľad pevnej diamantovej matrice vo forme krúžku pripevneného k telu. Takéto vrtáky majú zvyčajne malý priemer, existujú však výnimky;
• zubaté sú najbežnejším typom jadrových vrtákov. ;
• kombinované. Tieto korunky sa používajú hlavne na špeciálne typy betonárskych prác.

Rezná časť zúbkovaných koruniek pozostáva z jednotlivých diamantových prvkov, ktorých počet môže byť od 3 do 32

Materiál, z ktorého sú segmenty vyrobené a v ktorom sú upevnené diamanty, sa nazýva spojivo a v jazyku profesionálov - matrica. Dáva diamantovému segmentu tvar a pevnosť. Pri praktickom používaní by sa matrica mala opotrebovať tak, aby sa „pracovné“ diamanty po otupení odlamovali a nové a ostré diamanty pôsobili ako ich „náhrada“ na reznej ploche.

V závislosti od umiestnenia diamantov v matrici rezných segmentov sa korunky delia na:

• jednovrstvový. Matrica má v tomto prípade iba jednu povrchovú vrstvu diamantových fréz. Ich hustota nie je väčšia ako 60 ks/karát. Jednovrstvové diamantové hroty sa považujú za najkratšie. Používajú sa hlavne na vŕtanie betónu bez výstuže;
• viacvrstvový. Hustota mikrorezákov v takýchto matriciach môže byť až 120 ks/karát. Viacvrstvové korunky sa nazývajú aj samoostriace. Keď je povrchová vrstva diamantov opotrebovaná, odkryje sa ďalšia vrstva;
• impregnované. Takéto korunky majú tiež matricu s niekoľkými vrstvami diamantových zŕn, ale ich hustota je asi 40-60 kusov/karát.

Napriek rôznorodosti typov diamantových nástrojov je štruktúra jeho dizajnu identická. Spravidla pozostáva z nosného kovového telesa a vrstvy obsahujúcej diamant, ktorá priamo interaguje s materiálom a je základom nástroja. Táto vrstva je kombináciou diamantov a kovového prášku.

Čím presnejšie sa zvolí zloženie väzby, tým účinnejšie a lepšie bude diamantový nástroj fungovať ako celok. Neexistuje štandardný recept na výrobu spojiva.

Každý významný výrobca vyvíja pre každý nástroj vlastnú receptúru diamantovej vrstvy a tým zabezpečuje jeho jedinečnosť.

Najpopulárnejší spotrebný materiál teraz používajú nasledujúci výrobcovia:

• Bosch. Výrobky vyrábané pod touto značkou poskytujú vysokokvalitné stavebné práce, pretože sú spoľahlivé a majú dlhú životnosť;
• Husqvarna. Tento výrobca je známy používaním inovatívnych technológií pri výrobe diamantových nástrojov;
• Cedima je jedným z popredných výrobcov rezných nástrojov na betón;
• Rothenberger. Táto spoločnosť sa zaoberá výrobou diamantového vŕtacieho zariadenia a príslušenstva k nemu;
• Hiltišpecializuje sa na výrobu zariadení veľmi vysokej kvality a neustále zlepšuje svoj výrobný proces;
• Encore je domáca spoločnosť. Spočiatku sa zaoberala predajom zahraničného vybavenia, ale od roku 2007 začala vyrábať vlastné nástroje.

Husqvarna je priekopníkom v diamantovom vŕtaní do priemyselného betónu

Otáčanie koruny je spôsobené silou vŕtacieho zariadenia. Korunku je možné inštalovať ako na konvenčnú vŕtačku, tak aj na špeciálnu inštaláciu. Jednotka otáča nástroj vysokou rýchlosťou, ale nedochádza k žiadnym rázovým efektom. Tryska sa jednoducho otáča a postupne tlačí na betónový povrch. Zahryzáva sa teda milimeter po milimetri do hrúbky betónu.

Keďže je koruna vo vnútri dutá, do betónu sa zarezávajú iba jej steny. To výrazne zrýchľuje a zjednodušuje pracovný postup. Korunka sa za pár minút prehĺbi do povrchu steny do požadovanej polohy a potom ju treba jednoducho vytiahnuť spolu s vyrezaným kusom betónu.

Hlavné fázy technického procesu

Algoritmus na vŕtanie betónových konštrukcií je nasledujúci:

• výber koruny;
• montáž vŕtacej jednotky;
• príprava pracoviska;
• označenie pracovnej plochy s presným uvedením stredu vŕtania;
• inštalácia jednotky na pracovnú plochu;
• inštalácia vŕtacej korunky;
• vŕtanie;
• dokončenie vŕtania;
• kontrola kvality práce.

Inštalácia musí byť zostavená veľmi opatrne. Odporúča sa venovať osobitnú pozornosť upevneniu vŕtacieho nástroja.. Je veľmi dôležité, aby počas vŕtania nebolo nič zbytočné, takže pracovná plocha musí byť vyčistená od nečistôt a iných nepotrebných predmetov. Označenie pracovnej plochy začína nakreslením dvoch pretínajúcich sa kolmých čiar. Potom sa z ich stredu postaví kruh požadovaného priemeru. Tento kruh bude umiestnením koruny.

Počas vŕtania je tiež potrebné vziať do úvahy niektoré nuansy. Na začiatok musí byť korunka veľmi starostlivo upravená a umiestniť ju presne do nakresleného kruhu. Najprv sa vykoná skúšobné vŕtanie po dobu 4-8 sekúnd. Týmto spôsobom sa vytvorí malý kanál, ktorý zjednodušuje inštaláciu koruny a vykonávanie kapitálového vŕtania.

Na konci pracovného procesu sa korunka odstráni a skontroluje sa stupeň opotrebenia. Stredná časť vyrezaného otvoru sa odstráni spolu s korunkou., ale niekedy je potrebné ho mierne vypáčiť páčidlom alebo dierovačom. Zaujímavosťou je aj to, že opotrebovanú trysku je možné opraviť v špeciálnej dielni. Kvalita vykonanej práce priamo závisí od kvality použitého zariadenia. Vŕtacie súpravy od výrobcov ako Hilti, Husqvarna, Cedima, Tyrolit sú považované za jedny z najlepších.

Zdroj diamantového nástroja závisí vo veľkej miere od typu materiálu, do ktorého je diera vyvŕtaná, od typu diamantového segmentu a od správneho použitia vrtnej súpravy. Bity s veľkým priemerom majú spravidla aj dlhšiu životnosť, ktorá je spojená s veľkým počtom diamantových segmentov. Priemerný zdroj diamantových koruniek s priemerom 200 mm s dobrou saturáciou rezných segmentov je asi 18-20 bežných metrov pri vŕtaní železobetónu.

Nepevné upevnenie stroja a nástroja vedie k odlomeniu rezných segmentov nástroja

Zároveň hlavná spotreba diamantových segmentov pripadá na prekonávanie výstuže. Faktory ako nadmerný alebo nerovnomerný posuv vrtáka alebo hádzanie vrtáka, keď je podporný stĺpik uvoľnený, môžu vrták vážne skrátiť alebo dokonca zničiť.

Laserové vŕtanie do betónu

Priemyselné vŕtanie otvorov laserom začalo krátko po jeho vynájdení. Použitie lasera na vŕtanie malých otvorov do diamantových zŕn bolo zaznamenané už v roku 1966. Výhoda laserového vŕtania sa najvýraznejšie prejaví pri vytváraní otvorov hlbokých do 10 mm a s priemerom desatín až stotín milimetra a. Práve v tejto veľkostnej škále, ako aj pri vŕtaní krehkých a tvrdých materiálov je výhoda laserovej technológie nepopierateľná.

Laserom môžete vŕtať otvory do akéhokoľvek materiálu. Na tento účel sa spravidla používajú pulzné lasery s pulznou energiou 0,1–30 J. Slepé a priechodné otvory s rôznymi tvarmi prierezu možno vŕtať laserom. Kvalitu a presnosť výroby otvoru ovplyvňujú také časové parametre impulzu žiarenia, ako je strmosť jeho nábežnej a zadnej hrany, ako aj jeho priestorové charakteristiky v dôsledku uhlového rozloženia v rámci vyžarovacieho diagramu a rozloženia intenzity žiarenia v rovine. laserovej apertúry.

V súčasnosti existujú špeciálne metódy na vytváranie vyššie uvedených parametrov, ktoré vám umožňujú vytvárať otvory rôznych tvarov, napríklad trojuholníkové a presne zodpovedajúce špecifikovaným kvalitatívnym charakteristikám. Priestorový tvar otvorov v ich pozdĺžnom reze je výrazne ovplyvnený umiestnením ohniskovej roviny šošovky voči cieľovej ploche, ako aj parametrami zaostrovacieho systému. Týmto spôsobom môžu byť vytvorené valcové, kužeľové a dokonca aj súdkovité otvory.

Za posledných dvadsať rokov došlo k prudkému skoku v sile laserového žiarenia. Je to spôsobené nástupom a ďalším vývojom kompaktných laserov novej architektúry (vláknové a diódové lasery). Relatívna lacnosť žiaričov s výkonom nad 1 kW zabezpečila ich komerčnú dostupnosť pre špecialistov zaoberajúcich sa výskumom v rôznych oblastiach. Výsledkom týchto štúdií bolo použitie vysokovýkonného laserového žiarenia na rezanie a vŕtanie tvrdých materiálov, ako je betón a prírodný kameň.

Laserová technológia bez hluku a vibrácií sa najúčinnejšie aplikuje v seizmických oblastiach pri vytváraní dier v už existujúcich betónových budovách. Používajú sa tam na spevnenie núdzových domov oceľovou mazaninou, ako aj pri obnove architektonických pamiatok. V jadrovom priemysle sa vysokovýkonné laserové žiarenie široko používa na dekontamináciu betónových jadrových štruktúr, ktoré už boli vyradené z prevádzky. V tomto prípade užívateľov priťahuje nízka prašnosť pri spracovaní betónových konštrukcií. Dôležitú úlohu zohráva aj diaľkové ovládanie procesu, teda vzdialené umiestnenie zariadenia zo zariadenia.

Laserová vŕtačka sa používa na vŕtanie otvorov do betónových stien a iných povrchov.. Skladá sa z elektromotora, prevodovky, hriadeľa vretena, laserového zariadenia, vŕtacieho nástroja. Ten má tvar skrutky, ktorá je priamo spojená so skriňou prevodovky. Na jednom konci tejto skrutky je upevnená vysokoteplotná korunka a jej druhý koniec je spojený s hriadeľom vretena. Laserové zariadenie je umiestnené v hornej časti skrine prevodovky.

Laserový lúč výrazne zvyšuje rýchlosť vŕtania do tvrdých betónových stien a žulových blokov

Bezpečnostné opatrenia

Pri vŕtaní otvorov do betónových konštrukcií by sa mali používať osobné ochranné prostriedky. Patria sem okuliare, plátené rukavice, respirátor. Obsluha musí byť oblečená v pracovnom odeve z hustej tkaniny a gumenej obuvi. Počas prevádzky je potrebné dbať na to, aby žiadne časti odevu nespadli do pohyblivých častí vŕtacieho zariadenia.

Podľa štatistík najväčší počet úrazov utrpia pracovníci na stavbách v dôsledku poruchy elektrického náradia alebo jeho nesprávneho používania. Preto musí byť elektrické náradie v dobrom prevádzkovom stave. Okrem toho je potrebné pred každým použitím skontrolovať napájací kábel, či nie je poškodený. Počas práce musí byť kábel umiestnený tak, aby sa nemohol nijako poškodiť.

Najbezpečnejšie je vŕtať betón v stoji na podlahe, ale, bohužiaľ, nie vždy to tak je. Takto je možné vyvŕtať dieru iba na úrovni ľudského rastu. Ak je otvor vyšší, je potrebné použiť dodatočnú základňu. Hlavným pravidlom v tomto prípade je spoľahlivosť nadácie. Pri práci by mala pracovníkovi poskytnúť stabilnú, rovnú polohu. Ďalším bezpečnostným opatrením pri práci vo výškach je odstránenie akýchkoľvek predmetov z pracovného priestoru, ktoré by sa mohli zraniť v prípade náhodného pádu.

Pri vŕtaní otvorov do betónových stien existuje vysoká pravdepodobnosť poškodenia rôznych komunikácií. Môže ísť o elektrické vedenie, rozvody ústredného kúrenia atď. Elektrické vodiče pod napätím možno ľahko zistiť pomocou detektora zakopaného vodiča.

Pri vŕtaní otvorov laserom sa vyhnite tomu, aby sa rôzne časti tela dostali do jeho oblasti pôsobenia, aby ste sa nepopálili. Nepozerajte sa na samotný laserový lúč ani na jeho odraz, aby ste nepoškodili rohovku očí. Z rovnakého dôvodu je potrebné pracovať len v špeciálnych ochranných okuliaroch. Pri práci s laserovým zariadením by ste mali dodržiavať rovnaké bezpečnostné pravidlá ako pri používaní akéhokoľvek elektrického náradia.

Náklady na prácu

Tvorba ceny za služby vŕtania betónu je ovplyvnená takými faktormi, ako sú:

• požadovaný priemer otvoru. S nárastom priemeru sa zvyšujú aj náklady na vŕtanie;
• povrchový materiál v ktorom sa vŕtať. V železobetónových konštrukciách je vŕtanie drahšie ako v tehlových stenách;
• hĺbka vŕtania. Prirodzene, čím väčšia je dĺžka budúceho otvoru, tým drahšie bude samotné vŕtanie.

Náklady na vŕtacie práce môžu ovplyvniť aj ďalšie faktory. Napríklad vŕtanie vo výške vyžaduje použitie dodatočného vybavenia. Vŕtanie pod uhlom nie je možné vykonať bez použitia špeciálneho nástroja.

Náklady na práce sa môžu zvýšiť aj vtedy, ak sa vykonávajú vonku a za nepriaznivých poveternostných podmienok.

Odhadované náklady na vŕtanie otvorov diamantovým nástrojom:

Priemer otvoru, mm	Náklady na 1 cm vŕtania, tr
	Tehla	Betón	Železobetón
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

závery

Diamantová technológia je v súčasnosti zďaleka najbezpečnejšou, najrýchlejšou a cenovo najefektívnejšou možnosťou vŕtania otvorov do najtvrdších stavebných materiálov. Pomocou korunkových vrtákov je možné vytvárať otvory presne zodpovedajúce danému priemeru. Otvory sú ideálne aj tvarovo a nevyžadujú žiadne dodatočné opracovanie, čo výrazne šetrí čas a hlavne peniaze zákazníka.

Takéto výhody diamantového vŕtania, ako je absencia hluku a vibrácií, umožňujú pracovať nielen na veľkých staveniskách, ale aj v obytných priestoroch, ktoré sú v oprave aj v hotovom (dokončenom) stave. Vďaka diamantovým nástrojom a profesionálnemu vybaveniu si obklady stien a podláh pri práci v čistej miestnosti úplne zachovávajú svoj pôvodný vzhľad.

Praktické nuansy suchého vŕtania betónu s diamantovou korunkou sú uvedené vo videu:

Objednávky sa plnia rezanie laseromširoká škála materiálov, konfigurácií a veľkostí.

Fokusované laserové žiarenie umožňuje rezať takmer akékoľvek kovy a zliatiny bez ohľadu na ich termofyzikálne vlastnosti. Pri laserovom rezaní nedochádza k mechanickému vplyvu na spracovávaný materiál a dochádza k miernym deformáciám. Vďaka tomu je možné vykonávať rezanie laserom s vysokou presnosťou, vrátane ľahko deformovateľných a nepevných častí. Vďaka vysokému výkonu laserového žiarenia je zabezpečená vysoká produktivita procesu rezania. V tomto prípade sa dosiahne taká vysoká kvalita rezu, že v získaných otvoroch je možné rezať závity.

Široko používaný vo výrobnom priemysle. Hlavná výhoda rezanie laserom- umožňuje vám prejsť z jedného typu dielov akejkoľvek geometrickej zložitosti na iný typ prakticky bez straty času. V porovnaní s tradičnými metódami rezania a obrábania sa rýchlosť niekoľkonásobne líši. Vďaka absencii tepelných a silových účinkov na vyrábaný diel nedochádza počas výrobného procesu k deformáciám. Kvalita vyrábaných produktov umožňuje zváranie na tupo bez posunutia rezných hrán a predúpravy spájaných strán.

Pevné lasery nekovové materiály sa režú oveľa horšie ako plynové materiály, ale majú výhodu pri rezaní kovov - z toho dôvodu, že vlna 1 μm sa odráža horšie ako vlna 10 μm. Meď a hliník pre vlnovú dĺžku 10 mikrónov sú takmer dokonale odrážajúce médium. Ale na druhej strane je jednoduchšie a lacnejšie vyrobiť CO2 laser ako pevnolátkový.

Presnosť rezanie laserom dosahuje 0,1 mm s opakovateľnosťou +0,05 mm a kvalita rezu je stabilne vysoká, pretože závisí len od stálosti rýchlosti laserového lúča, ktorého parametre zostávajú nezmenené.

Stručný popis strihu: vodný kameň zvyčajne chýba, mierne zúženie (v závislosti od hrúbky), výsledné otvory sú okrúhle a čisté, je možné získať veľmi malé časti, šírka rezu je 0,2-0,375 mm, popáleniny sú neviditeľné, tepelný efekt je veľmi malý , je možné rezať nekovové materiály.

Dierkové prešívanie

Dôležitým faktorom pre rezanie laserom je firmware pôvodného otvoru aby ste to spustili. Niektoré laserové systémy majú schopnosť získať až 4 otvory za sekundu pomocou procesu takzvaného letmého dierovania do ocele valcovanej za studena s hrúbkou 2 mm. Získanie jedného otvoru v hrubších (do 19,1 mm) plechoch z ocele valcovanej za tepla pri rezaní laserom sa vykonáva pomocou silového piercingu za cca 2 s. Použitie oboch týchto metód umožňuje zvýšiť produktivitu rezania laserom na úroveň dosiahnuteľnú na CNC vysekávacích lisoch.

Dierovanie

Pomocou tejto metódy je možné získať otvory s priemerom 0,2-1,2 mm s hrúbkou materiálu do 3 mm. S pomerom výšky otvoru k priemeru otvoru 16:1 je laserové dierovanie ekonomickejšie ako takmer všetky ostatné metódy. Predmetom použitia tejto technológie sú: sitá, uši ihiel, trysky, filtre, šperky (prívesky, ružence, kamene). V priemysle sa lasery používajú na dierovanie do kamienkov hodiniek a do lisovníc s produktivitou až 700 000 otvorov za zmenu.

Písanie

Často sa používa režim neprerezávania, tzv. Je široko používaný v priemysle, najmä v mikroelektronike, na oddelenie kremíkových podložiek na jednotlivé prvky (fragmenty) pozdĺž daného obrysu. Pri tomto procese je podstatná aj vzájomná orientácia priemetu vektora elektrického poľa dopadajúceho žiarenia a smer skenovania pre zabezpečenie vysokej účinnosti a kvality procesu.

Písanieširoko používané v priemysle (mikroelektronika, hodinársky priemysel atď.) na oddeľovanie tenkých dosiek z polykoru a zafíru, menej často na oddeľovanie silikónových podložiek. V tomto prípade na ďalšie mechanické oddelenie postačuje rytie do hĺbky asi tretiny celkovej hrúbky dosky, ktorá sa má oddeliť.

Procesy mikroobrábania

Vysoký stupeň automatizácie v posledných rokoch umožnil opäť v novej etape využívať v praxi také procesy ako napr nastavenie hodnoty odporu a piezoelektrické prvky, žíhanie implantovaných povlakov na povrchu polovodičov, nanášanie tenkých vrstiev, čistenie zón a rast kryštálov. Doterajšie možnosti mnohých procesov ešte neboli úplne odhalené.