Современные технологические методы обработки деталей

    40…70% энергии, поглощенной стержнем идет на его нагрев. Чтобы генерация когерентного излучения не прекратилась, стержень нужно охлаждать (воздухом, водой или жидким азотом).

    Начавшееся  в рабочем теле (стержне) ОКГ излучение распространяется по всему объему стержня — резонатора и из-за многократного отражения от зеркал вовлекает в процесс генерации когерентного излучения все оптически активные атомы в направлении оси стержня.

    Часть когерентного излучения выходит  через полупрозрачное зеркало 3 из резонатора.

    Спустя 0,5 микросекунды более половины атомов хрома приходит в возбужденное состояние, система становится неустойчивой и вся запасенная в стержне рубина энергия одновременно высвобождается и кристалл испускает ослепительный яркий красный свет – красная флюоресценция рубина-фотоны с длиной волны λ =0,6943 мкм.

    Суммарная мощность рубинового ОКГ при энергии импульса лампы от 20 до 100 Дж и частоте их повторения до нескольких десятков герц может достигать десятков кВт (длина стержня при этом составляет 200…250 мм, диаметр 15 мм).

    Эта энергия выделяется в миллионные доли секунды и сосредотачивается в луче диаметром 10 мкм за счет системы оптических линз. Что обеспечивает температуру в пределах 6000…8000 °С.

    В результате этого поверхностный  слой материала заготовки 9, находящийся  в фокусе луча, мгновенно нагревается и испаряется. 

    Технология  светолучевой обработки материалов 

    Технологические особенности излучения ОКГ 

   Использование мощных ОГК дает целый ряд технологических преимуществ, что и определяет их широкое применение.

1. Энергию в виде светового луча можно передавать на расстояние (по специальному световоду или через прозрачную разделительную перегородку).
2. Отсутствует механический и электрический контакт между источником энергии с изделием в месте обработки.
3. Высокая концентрация энергии в пятне нагрева прострой” фокусировке.
4. Можно плавно регулировать плотность лучистого потока в пятне нагрева за счет изменения фокусировки луча.
5. Высокие температуры в зоне воздействия излучения.
6. Можно получить импульсы весьма малой длительности (до с.), так и непрерывное излучение.
7. Малые размеры зон обработки (до нескольких мкм.).
8. Можно перемещать луч с высокой точностью и скоростью.
9. Мощность луча можно модулировать по требуемому закону.
10. Технологический процесс можно вести в любой оптически прозрачной среде.[1]

Лазерная наплавка

Лазерная наплавка порошковых материалов обеспечивает получение  наплавленного слоя высокой степени  однородности и качества без значительно  термического влияния на нижележащие  слоя металла.

Применяют порошки хрома, бора, никеля, кремния

Сущность процесса наплавки заключается в нанесении  на поверхность детали слоя порошка  и последующего его расплавления лучом лазера. Порошок диффундирует в основной металл, а быстрое остывание  позволят получить однородную структуру поверхностного слоя. После последующей шлифовки толщина наплавки может достигать 0,2-0,4 мм., повышение износостойкости в 2-3 раза. [2] 

Появление лазеров  привело к возможности быстрого  проектирования деталей и даже их выращивания.  

Методы  проектирования       

1. Стереолитография.  
       Некую емкость заполняют светочувствительной смолой. В результате воздействия лазера в массе смолы затвердевают только те участки, по которым прошелся лазерный луч. Остатки смолы сливаются, а вы получаете нужную деталь.  
       Достоинством данного метода является его точность т.е. вы можете получить достаточно точно проработанную деталь. Более того данная модель довольно хорошо обрабатывается (например шкуркой).  
       Недостатком данного метода прежде всего является хрупкость самой детали-прототипа по свойствам напоминающие ПСМ или "стекло".        

2. Послойное спекание  порошка.  
       Данный метод заключается именно в спекании порошкообразного материала в данной конкретной точке под воздействием лазерного луча. Основой такого материала могут служить: полистирол, АБС, полиамид, а так же некоторые порошки металлов.  
       Достоинства метода: 
      - изготовление прототипа больших размеров;  
      - получение изделия со свойствами близкими к реальным (т.е. вы можете функционально нагрузить свой прототип и посмотреть на его работу); - возможность выбрать материал прототипа.  
       Недостатки данного метода: 
       - плохая проработка мелких деталей на прототипе;  
       - модель из полиамида и АБС (по нашему опыту) достаточно плохо обрабатываются и, поскольку имеет пористую структуру плохо красится (т.е. Вы ее покрасите, но потратите на это значительно больше краски, чем предполагали).        

3. ЛОМ - технология  
       Модель разбивается на слои (в прочем как и во всех других методах). После чего из тонкого картона послойно вырезаются нужные сечения и послойно склеиваются. Получается готовая модель. Мы никогда эти методом не пользовались т.к. считаем этот метод пережитком прошлого.  
       Достоинств мы не знаем т.к. не пользовались этим методом (они наверняка существуют).  
       Недостаток у этого метода главный - невозможность обработки модели т.к. после обработки прототипа шкуркой края картонных слоев начинают лоснится.        

4. Послойное выращивание  
       В данном случае модель в буквальном смысле слова печатается на принтере со специальной струйной головкой, подающей технический воск.  
       Достоинства метода - данный метод незаменим если по дальнейшей технологии производства вам нужно, чтоб прототип в процессе обработки расплавился и вытек из созданной по его контурам матрицы (литье по выплавляемым моделям).  
       Недостатки - нежность модели.

Полученые заготовки  могут быть использованы в литейном производстве, как формы 

Для получения  готовой детали используется прототипирование.

Основное отличие  этой технологии от традиционных методов  изготовления моделей заключается  в том, что модель создается не отделением "лишнего" материала  от заготовки, а послойным наращиванием материала, составляющего модель, включая входящие в нее внутренние и даже подвижные части.

Принцип построения установки 
 

Рассмотрим на примере создания полимерной детали:

Принцип создания моделей-прототипов по технологии FDM (Fused Deposition Modeling) заключается в послойной  укладке расплавленной до полужидкого состояния полимерной нити в соответствии с геометрией математической модели детали, разработанной в системе CAD. Математическая модель передается в формате STL в специальное программное обеспечение Insight, которое автоматически оптимально ориентирует ее относительно рабочей зоны установки и разбивает на горизонтальные слои. Затем в Insight (тоже автоматически) определяется необходимость применения поддерживающих элементов для нависающих частей модели. Сгенерированные данные передаются на установку, и начинается процесс послойного создания модели. Если для построения модели-прототипа использовалась так называемая поддержка, то после завершения процесса она легко отделяется от модели механическим способом или вымывается специальным водным раствором в ультразвуковой ванне. Модель, изготовленная с применением этой технологии, называющейся WaterWorks, остается гладкой и чистой, без рисок и царапин, с сохранением мельчайших деталей. Технология WaterWorks предоставляет неограниченные возможности для моделирования тонкостенных деталей и деталей со сложными внутренними полостями. Кроме того, возможно параллельное изготовление нескольких деталей, если они вписываются в рабочую зону установки[3] 

Для выращивания  используют

Селективное лазерное спекание порошковых материалов. Селективное лазерное спекание - это послойное спекание лазерным излучением порошкового материала. Производители установок селективного лазерного спекания предлагают широкий ассортимент материалов: термопласты, в том числе композитные; эластичные термопласты; термопласты для получения выжигаемых моделей. Для изготовления металлических формообразующих вставок применяют композитные материалы - металлический порошок с полимерным наполнителем. Спекание «идет» по полимерному наполнителю. Это весьма важно для обеспечения точности формы, позволяет изготавливать формообразующие с минимальным припуском. Следующий этап - инфильтрация (пропитка) бронзой уже спеченной в установке модели. Этот процесс осуществляют вне установки.

Селективное лазерное плавление металла. Селективное лазерное плавление - это последовательное послойное расплавление пopoшкового металлического материала с помощью лазерного излучения. [4] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Одним из примеров улучшения давно известных технологий является резка под водой.

    Для подводной резки применяют специальные  резаки, работающие на газообразном горючем (водороде) или на жидком горючем (бензине). 

Рис. 6. Резак для водородно-кислородной резки  

1 – мундштук, 2 – головка, 3 – трубка,

4, 6 – вентиль, 5 – рукоятка, 7 – колпак.                                                                                   

 

    В головке водородно-кислородного резака по центральному каналу мундштука поступает  режущий кислород, а по кольцевому каналу между мундштуками идет водородно-кислородная смесь, образующая подогревательное пламя. Снаружи мундштука имеется колпак, через который проходит сжатый воздух, образующий пузырь вокруг пламени, предохраняющий его от соприкосновения с водой. Пламя резака зажигается над водой, затем в мундштук подается сжатый воздух и резак опускают под воду. 
 

    

Рис. 7. Резак для бензино- кислородной резки   

    1 –  головка, 2 – трубка, 3 – рукоятка,

    4 –  вентиль для бензина, 5, 6 – вентиль  для кислорода. 
        Головка бензино-кислородного резака имеет распылитель, через отверстие которого в камеру подается кислород, а через другие отверстия — бензин. Испаряясь в камере, бензин с кислородом образует горючую смесь, которая выходит через отверстие в донышке и сгорает. Режущая струя кислорода подается через центральный канал. Газообразные продукты сгорания своим давлением оттесняют воду от пламени и не дают ему погаснуть.

    Водородно-кислородным  резаком можно разрезать сталь  толщиной до 70 мм под водой на глубине  до 30 м. При этом наибольшее давление газов перед резаком составляет в кгс/см²: кислорода 6,6, водорода 5,5 и воздуха. 5. 
 
 
 

Литература 

1. «Электрофизические  и электрохимические способы  обработки материалов»     Курс лекций

2. http://elib.ispu.ru/library/lessons/Poletaev/9.html

3. http://sapr.ru/article.aspx?id=7060&iid=288

4. http://utse.ru/library/?id=53