Машины и оборудование

 Для повышения прочности поверхности  применяется также лазерное легирование. Легирующие присадки в виде порошка  предварительно наносятся на обрабатываемую поверхность. При облучении лазером поверхности заготовки происходит плавление и взаимное перемешивание порошка и материала заготовки в пределах тонкого поверхностного слоя. Термообработку обычно проводят непрерывно генерирующим лазером на СО2.

 Поверхностное упрочнение металлов производят ударными волнами при использовании лазеров, генерирующих последовательности импульсов. У поверхности металла образуется слой плазмы. Плазма распространяется навстречу лазерному лучу, в результате чего рождается ударная волна. Поскольку луч представляет собой последовательность импульсов, возникает последовательность ударных волн. Воздействие волн на металлическую деталь оказывает в данном случае такое влияние, как при холодной обработке металла давлением.

 Лазерная  термообработка позволяет повысить твердость материала на 20 – 30% по сравнению с традиционными методами упрочнения и в несколько раз  износостойкость.  
 

 Рассмотрим  технологическую систему лазерной термообработки (на примере станка модели АЛТК-Т) (ТС): станок – АЛТК – Т, приспособление – специальное зажимное, инструмент – лазер на СО2 , заготовка – головка блока цилиндров. После механической обработки деталь  автоматически подается на рабочий стол лазерной технологической установки, которое совершает поступательное движение. Лазерная головка, совершая движение по окружности, проходит по контору обрабатываемой поверхности. Обработка проходит в защитной среде аргона, который подается через сопло. Газообразные продукты, образующиеся в ходе обработки, удаляются из зоны обработки в вентиляционную систему через патрубок. После завершения лазерной обработки деталь автоматически подается на последующую обработку.

 Лазерную  резку материалов осуществляют как  в импульсном, так и в непрерывном  режиме. При резке в импульсном режиме непрерывный рез получается в результате наложения следующих друг за другом отверстий. Наиболее широкое применение получила резка тонкопленочных пассивных элементов интегральных схем. Для этого применяются импульсные лазеры на алюмо-иттриевом гранате с модуляцией дробности, лазеры на углекислом газе. Импульсный характер обработки обеспечивает минимальную глубину прогрева материала и исключает повреждение подложки, на которую нанесена пленка.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Лучевая обработка

 Метод обработки электронным лучом.

 Практика  установила возможность использования  энергии сфокусированного электронного луча для обработки твердых материалов посредством их местного плавления. В вакууме создается импульсивный электронный луч с частотой от 1 до 3000 Гц и временем импульсов от 0,01 до 0,00005 с при скорости электронов 115000 … 165000 км/с, с температурой в зоне обработки около 6000 градусов. Время обработки зависит от количества удаляемого металла и его термических и химических свойств; механические свойства металла на время обработки влияния не оказывает.

 Электронно-лучевая  установка состоит из источника  питания, вакуумной системы, блока  управления и электронной пушки. Для образования эмиссии электронов служит источник питания, который осуществляет канал катода.

 Электронная пушка (рис. 252) состоит из термоэлектронного  катода, управляющего электрода 1, импульсного  генератора (модулятора) 2, электромагнитного  регулирующего устройства 3, магнитной  линзы 4 и отклоняющей системы 5. Импульсный генератор 2 обеспечивает в целях ограничения зоны нагревания прерывность электронного луча, а электромагнитное регулирующее устройство 3 стабилизирует его. Магнитная линза 4 предназначена для фокусирования луча до необходимого диаметра на поверхности заготовки (минимальный диаметр достигает 0,01 мм), а отклоняющее устройство 5 – для перемещения электронного луча по обрабатываемой поверхности.

 Производительность  обработки электронным лучом  значительно выше, чем при прочих методах обработки. Стальные листы  толщиной до 1 мм режут электронным лучом со скоростью 1200 мм/мин.

 В настоящее  время электронным лучом обрабатывается отверстия диаметром до 0,001 мм, а  также фрезеруют сложные профили. Электронный луч применяют для  очистки поверхностей деталей, изготовленных  из таких материалов, как тантал, молибден, цирконий, ниобий, титан и вольфрам, а также для сварки некоторых сплавов.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Метод светолучевой обработки

 Этот  метод основан на использовании  электромагнитных колебаний светового  диапазона, получаемых с помощью квантовых оптических генераторов (лазеров).

 Этими электромагнитными колебаниями  можно управлять, их можно сфокусировать  в очень тонкие параллельные пучки  с углом расхождения луча равного 30`, с высокой когерентностью, т.е. с одинаковой частотой и фазой излучаемых электромагнитных колебаний. Направленный когерентный световой луч обладает огромной плотностью световой энергии.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 На  рисунке 253 приведена схема обработки  лучом лазера с рабочим телом  из монокристалла рубина (оксида алюминия, где около 0,05% атомов алюминия заменены атомами хрома). Основные элементы этого генератора: 3 – рубиновый стержень и 4 – лампа накачки; 1 – фотоэлемент для регулирования световой энергии; 2 – светофильтр; 5 – оптическая система; 6 – рабочая камера; 7 – механизм подачи заготовки; 8 – заготовка.

 Торцы рубинового стержня шлифуют и  полируют так, чтобы они были плоскопараллельными, а затем серебрят. Когда свет, возбуждаемой лампой накачки, проходит вдоль стержня, он попеременно отражается от зеркальных торцов. Генерирование световых колебаний производится зарядами конденсаторной батареи на лампу накачки. При этом свет достигает большой интенсивности, определяемой также числом возбужденных атомов хрома. Для вывода светового луча одно из зеркал делается частично прозрачным. Исходящий из оптического генератора луч можно сфокусировать до диаметра, не превышающего 0,01 мм. При этом точка, в которую направлен световой луч, разогревается до десятков тысяч градусов и материал испаряется. Возможности применения рассматриваемого метода весьма многообразны. В качестве примера можно привести сверление отверстий диаметром 0,01…0,3 мм в материале толщиной 0,1…5 мм с шероховатостью поверхности стенок 2,5…1,25 мкм. Данный метод позволяет прошивать отверстия и щели в любом материале (алмаз, рубин, тантал и др.). мощный световой луч можно использовать также для сварки в труднодоступных местах машин и приборов, для пайки и сварки тонких деталей современных микроэлектронных изделий и т.д.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Заключение 

 В данной работе были рассмотрены различные методы обработки материалов. Были описаны процессы, возникающие при лазерной и лучевой обработке, описаны разновидности данных методов, приведены их плюсы и минусы.

 Лазерная  термообработка позволяет повысить твердость материала на 20 – 30% по сравнению с традиционными методами упрочнения и в несколько раз износостойкость, что позволяет увеличить производительность. Лучевая обработка считается одним из самых быстрых способов обработки материалов, при его использовании производительность также повышается.

 Всё это, безусловно, положительно влияет на производство в целом. Поэтому  данные методы используются в машиностроении и приборостроении, в отраслях, где  очень важна точность и высокое  качество изготовления продукции.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Список  литературы 

1. В.В. Данилевский  «Технология машиностроения» «Высшая  школа» Москва 1999 г.
2. А.Н. Ковшов «Технология машиностроения» Москва «Машиностроение» 2001 г.
3. Ю.А. Степанов, В.А. Рыбкин «Технология» Москва «Машиностроение» 1998 г.
4. Л.В. Красниченко «Современные методы обработки» Москва «Высшая школа» 2004 г.