7 / 13
Экспериментальная оценка режимов размерной обработки углепластиков…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 1
79
GX-51. Внутренние дефекты (расслоение материала, повреждение матрицы, об-
разование пор) исследовали на микрошлифе поперечного сечения канала реза
этим же микроскопом. Поперечный профиль поверхности канала реза измеря-
ли контурографом Mitutoyo Contracer CV-2100. Наличие дефектов (поврежде-
ние АВН, термодеструкция матрицы, трещины, поры) поверхности канала
определяли на электронном сканирующем микроскопе ZEISS GEMINI MERLIN
COMPACT VP-60-13.
Результаты экспериментальных исследований по обработке углепласти-
ков.
Из [5, 11–13] известно, что при нормальных условиях окружающей среды
лазерная обработка углепластиков происходит за счет механизма испарения.
В нашей работе резка осуществляется в многопроходном режиме по прямой ли-
нии длиной 30 мм без подачи технологического газа и пауз между проходами.
Поскольку скорость сканирования оказывает значительное влияние на ка-
чество детали, то в первой серии экспериментов для каждого режима работы
лазера была определена рекомендуемая скорость. При этом положение фокуса
линзы было установлено на лицевой поверхности образца и во время обработки
не смещалось.
Во всех режимах при скорости сканирования менее 0,5 м/с ширина зоны
полной термодеструкции матрицы составила более 150 мкм. Это связано с тем
[8], что во время обработки вблизи поверхности детали образуется факел из ча-
стиц материала с различным фазовым состоянием. Вследствие многократного
наложения импульсов в нем происходит рефракция излучения, что приводит к
увеличению ЗТВ. При скорости порядка 1 м/с качество детали соответствовало
классам
А
и
В
. При увеличении скорости сканирования более 1 м/с ЗТВ не из-
менялась, но возрастало время обработки. Ширина канала реза при выбранном
алгоритме обработки составляла примерно 40 мкм, поэтому при глубине канала
реза более 700 мкм (половина глубины фокуса) часть энергии импульса погло-
щалась стенками канала реза из-за эффекта расхождения лазерного излучения.
Данный эффект приводит к увеличению ЗТВ и снижает эффективность обра-
ботки.
Во второй серии экспериментов с целью ограничить влияние этого эффек-
та был применен алгоритм раскроя по нескольким параллельным линиям за
один проход (штриховка) со смещением положения фокуса во время обработки,
он схематично изображен на рис. 5.
По результатам второй серии экспериментов были определены рекоменду-
емые параметры алгоритма обработки: расстояние штриховки, число парал-
лельных линий, шаг смещения положения фокуса и общее число проходов,
обеспечивающие качество детали не хуже класса
В
, полный рез и приемлемую
геометрию канала реза — конусность не более 50 мкм. Оптимальное качество
обработки углепластика по критериям ширины ЗТВ, геометрии канала реза и
времени обработки было получено при работе лазера в режиме
T
6
. Результаты
обработки в этом режиме показаны на рис. 6 и 7.