Строительные машины и оборудование, справочник






Лазерная обработка деталей


Категория:
   Ремонт автомобилей КАмаЗ


Лазерная обработка деталей

В 1917 г. А. Эйнштейн, изучая равновесие между энергией атомных систем и их излучением, высказал предположение о том, что световые волны строго определенной длины можно получить за счет вынужденного излучения атомов и молекул вещества. Это положение послужило основой для создания нового направления науки и техники — квантовой электроники. Квантовая электроника изучает различные эффекты, связанные с получением и применением электромагнитных колебаний оптического диапазона.

В 1940 г. советский ученый В. А. Фабрикант впервые экспериментально подтвердил положение А. Эйнштейна о вынужденном излучении атомов и молекул вещества.

В СССР Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым были созданы квантовые генераторы и усилители волн сантиметрового и дециметрового диапазона, а в 1960 г. был разработан первый оптический квантовый генератор (ОКГ), в котором в качестве рабочего тела был использован синтетический рубин. Ученые дали ему название «лазер». Термин «лазер» состоит из первых букв английских слов, означающих «усиление света вынужденным излучением». В 1961 г. был создан ОКГ с активным рабочим телом, состоящим из смеси гелия и аргона.



ОКГ независимо от конструктивного исполнения содержит следующие основные элементы:
– рабочее тело (вещество), состоящее из атомов или молекул, с помощью которых может быть создано вынужденное излучение (инверсия населенностей);
– по типу применяемого рабочего вещества ОКГ могут быть твердотелые, газовые, жидкостные и полупроводниковые;
– систему, позволяющую получить вынужденное излучение (инверсию); – эту систему называют системой накачки;
– в ОКГ применяют следующие виды накачки: оптическую — за счет облучения вещества мощным световым потоком; электрическую — за счет прохождения через вещество электрического тока;
– химическую, когда вынужденное излучение возникает за счет химической реакции, в которой принимает участие рабочее тело;
– оптический резонатор, который служит для осуществления взаимодействия излучения с рабочим веществом и происходит отбор энергии от частиц;
– устройства для вывода энергии из резонатора; систему управления концентрацией энергии и пространственным положением полученного пучка света;
– специальные системы, связанные с конкретным применением ОКГ.

Схема обработки детали твердым оптическим квантовым генератором (лазером) приведена на рис. 17. Стержень, изготовленный из рабочего вещества, помещается между двумя зеркалами. Первое зеркало полностью отражает все падающие на него лучи, а второе зеркало, позволяющее часть энергии пропускать (полезную энергию), а часть отражать во внутрь рабочего вещества (стержень), является полупрозрачным. Эта часть энергии служит для вовлечения в генерацию новых порций рабочего вещества. Для накачки энергии используется газоразрядная лампа-вспышка, которая для большей эффективности облучения рабочего вещества (кристалла) помещается вместе с ним во внутрь отражающего кожуха, который имеет поперечное сечение в форме эллипса. При размещении лампы и кристалла в фокусах эллипса создаются наилучшие условия равномерного освещения кристалла. Питание лампы-вспышки осуществляется от специальной высоковольтной батареи конденсаторов.

Важнейшее свойство лазерного излучения состоит в том, что его возможно фокусировать на малой площади и, таким образом, создавая высокую концентрацию (плотность) энергии, получают высокие температуры. Это свойство лазерного излучения используют для эффективной обработки материалов как в машиностроении, так и в ремонтном производстве.

Рис. 17. Схема обработки деталей лазерным лучом:
а — вала; б — гильзы цилиндра; в — нерабочее состояние вещества (синтетический рубин, иттриево-алюминиевый гранат, неодимовое стекло) в стержне ОКГ; г — активное состояние вещества (инверсия) за счет накачки при прохождении через вещество электрического тока; д — рабочее состояние рабочего вещества в стержне ОКГ; 1 — отражательный корпус; 2 — отражающее зеркало; 3 — стержень рабочего вещества; 4 — газоразрядная лампа-вспышка (лампа накачки); 5 — полупрозрачное зеркало; 6 — лазерный луч; 7 — зеркало изменения направления лазерного луча; 8 — фокусирующая линза; 9—патрон станка; 10—гильза цилиндров; 11—наружная (или внутренняя) поверхность обрабатываемой детали лазерным лучом; 12 — кабель; 13 — источник тока; 14 — атомы рабочего вещества

Процесс взаимодействия лазерного излучения с материалом детали может быть разделен условно на несколько стадий: поглощение света, нагревание материала без разрушения, разрушение материала в виде плавления, испарения, выбрасывания расплавленных частиц, остывание материала после окончания воздействия.

Лазерная обработка поверхностей деталей основана на способности лазерного излучения создавать на малом участке поверхности высокую плотность теплового потока, позволяющую интенсивно нагревать или расплавлять практически любой материал. Лазерным излучением возможно производить термообработку, наплавку, легирование, напыление, сварку деталей.

Рис. 18. Зависимость вида лазерной обработки от соотношения времени воздействия лазерного луча и мощности излучения ОКГ

Высокая концентрация подводимой энергии лазерного излучения и локализация ее воздействия на поверхность детали позволяют практически исключить коробление детали (нагреву подвергается только поверхностный участок без нагрева массы самой детали) и проводить нагрев обрабатываемой поверхности детали с высокой скоростью при очень малом времени воздействия лазерного пучка. Ввиду отсутствия механических воздействий на обрабатываемые поверхности и возможность подвода лазерного луча с помощью специальных оптических систем к любым поверхностям деталей, требующих обработки, целесообразно подвергать лазерной обработке наиболее хрупкие детали.

Возможность регулирования параметров лазерной обработки в широком диапазоне режимов позволяет получать структуры поверхностного слоя с заданными желаемыми свойствами: твердостью, износостойкостью, шероховатостью.

В зависимости от времени воздействия лазерного излучения на материал и мощности излучения имеют место различные эффекты от взаимодействия излучения с поверхностью детали (рис. 18).

Лазерным лучом можно восстанавливать и производить упрочнение рабочих поверхностей гильз цилиндров, коленчатых и распределительных валов, фасок клапанов, валов агрегатов трансмиссии и других деталей — это предложил В. И. Фролов.

Читать далее:

Категория: - Ремонт автомобилей КАмаЗ

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины