Previous Page  5 / 13 Next Page
Information
Show Menu
Previous Page 5 / 13 Next Page
Page Background

Экспериментальная оценка режимов размерной обработки углепластиков…

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 1

77

Выбор модели лазера и оптической системы был обусловлен необходимостью

обеспечения высокой плотности мощности в сфокусированном пятне излучения и

короткого времени взаимодействия лазерного излучения с веществом для сниже-

ния эффекта накопления теплоты в материале. Так, в работе [6] показано, что для

уменьшения ширины ЗТВ до менее 100 мкм необходимо иметь плотность мощно-

сти лазерного излучения не менее 10

8

Вт/см

2

, в [7] приводится оценка пороговой

плотности мощности

q

пор

, необходимой для импульсного нагрева поверхности до

температуры испарения

Т

и

(см. табл. 2), по формуле

и н

пор

имп

,

2

T T

q

A

  



(1)

где

T

н

— начальная температура материала;

— теплопроводность углеродного

волокна;

А

— коэффициент поглощения излучения АВН; χ — коэффициент

температуропроводности АВН; τ — длительность импульса излучения. Расчет

показал, что с учетом параметров источника излучения (см. табл. 1) необходимо

обеспечить уровень плотности мощности не менее 10

7

Вт/см

2

.

Диаметр сфокусированного пятна излучения обеспечиваемый эксперимен-

тальной установкой, определяется по формуле [8]:

2

4

,

d

M f

D

(2)

где

= 1,06 мкм — длина волны падающего излучения;

D

= 7,8 мм — диаметр

коллимированного пучка по уровню 1/

e

2

;

M

2

= 1,76 — параметр качества пучка;

f

= 100 мм — фокусное расстояние объектива. При этом глубина фокуса (длина

перетяжки) составляет

2

2

.

4

d z

(3)

В результате получаем:

d

= 30 мкм, 2

z

= 1,4 мм.

Плотность мощности излучения в фокусе можно найти как

ср

имп

имп имп

,

P

W

f

S

(4)

где

P

ср

— средняя мощность лазерного излучения;

f

имп

— частота следования

импульсов; τ

имп

— длительность импульсов;

S

— площадь сфокусированного

пятна. Расчет показал, что во всех режимах работы лазера плотность мощности

находится на уровне 10

9

Вт/см

2

. Такой плотности мощности излучения, обеспе-

чиваемой экспериментальной установкой, достаточно для высококачественной

обработки углепластиков.

Методика оценки качества обработки.

Факторы, определяющие качество

детали из ВПКМ при лазерной обработке, делятся на три категории [2, 9]. На

рис. 3 приведено их описание.