4.4 Вывод

В ходе данной лабораторной работы мы экспериментально выяснили, что при увеличении величины подачи шероховатость поверхности увеличивается, а при увеличении частоты вращения шероховатость поверхности уменьшается.

4.5 Контрольные вопросы

1. Как изменяется структура поверхностного слоя металла после обкатки?

Во время обкатки, под действием деформирующего элемента, твердость которого выше твердости обрабатываемого материала происходит деформация выступающих неровностей обрабатываемой поверхности: металл выступов микронеровностей "растекается" в обе стороны, заполняя смежные впадины; шероховатость поверхности при этом уменьшается.

2. Какие физические процессы и деформации происходят в поверхностном слое в процессе обкатки?

В процессе обкатки образуется не только новый микрорельеф поверхности, но и изменяются размеры детали. Одновременно с этим происходит упрочнение поверхностного слоя металла, твердости, пределов текучести и прочности.

Лабораторная работа №5 «Лазерная резка металлов»

5.1 Цель работы

1. Получить знания в области физических процессов создания тепловой энергии оптическими генераторами – лазерами.

2. Изучить устройство оптического генератора.

3. Определить режимы работы лазера в процессе резки - раскроя металлических листов в зависимости от марки материала и толщины листа.

5.2 Теоретическая часть

Качественно новые технологические процессы в машиностроительном производстве все шире включают в структуру технологических процессов изготовления изделий машиностроения наукоемкие технологии. К ним относятся:

- в заготовительном производстве: резка, раскрой листового материала;

- упрочнение поверхностным слоем деталей машин;

- маркировка;

- в сварочном производстве: сварка.

В основе лазерных технологий лежит тепловое воздействие на материалы электромагнитного излучения, создаваемого оптическими генераторами – лазерами.

В процессе обработки металлов лазерным лучом отсутствуют контактные явления в зоне обработки, минимальной зоной теплового воздействия, отсутствием контактных явлений, универсальностью сфокусированного лазерного луча – инструмента, возможностью автоматизации процесса.

Лазерное излучение по своей структуре представляет собой совокупность отдельных порций фотонов.

Оптические генераторы – лазеры по характеру активной среды классифицируются на твердотельные и газовые.

Лазеры в которых в качестве активной среды используются твердые тела – твердотельные, в газовых используются газы (аргон, смесь углекислого газа, азота гелия).

Высокая концентрация энергии лазерного луча на поверхности материала значительно снижает потери энергии по сравнению с другими источниками из-за отсутствия бесполезного нагрева больших объемов металлов. Происходит локальный нагрев, расплавление и испарение материала.

При резке металла в зону резания согласно лучу попадает воздух, происходит окисление металла в зоне воздействия луча, что приводит к усилению термического действия лазерного излучения. Одновременно воздух охлаждает обработанные кромки, сокращая время остывания, способствуя сокращению зоны термического влияния. Кроме того, струя воздуха сдувает и уносит из зоны обработки расплавы и продукты сгорания металла.

Для лазерной резки подходит любая сталь любого состояния, алюминий и его сплавы, другие цветные металлы. Обычно применяют листы из таких металлов:

Сталь  от 0,2 мм до 20 мм

Нержавеющая сталь от 0,2 мм до 50 мм

Алюминиевые сплавы от 0,2 мм до 20 мм

Латунь от 0,2 мм до 12 мм

Медь от 0,2 мм до 15 мм

Накачка лазера — процесс перекачки энергии внешнего источника в рабочую средулазера. Поглощённая энергия переводит атомы рабочей среды ввозбуждённое состояние. Когда число атомов в возбуждённом состоянии превышает количество атомов восновном состоянии, возникаетинверсия населённости. В этом состоянии начинает действовать механизмвынужденного излученияи происходит излучениелазераили жеоптическое усиление. Мощность накачки должна превышатьпорог генерациилазера. Энергия накачки может предоставляться в видесвета,электрического тока, энергиихимическойилиядернойреакций, тепловой или механической энергии.

Газовые лазерыобычно представляют собой стеклянную трубку, заполненную специальным газом или смесью газов. Под ударами электронов молекулы газа переходят в возбужденное состояние, высвобождая полученную энергию в виде фотонного излучения. Для возбуждения рабочей среды таких лазеров используются те же приемы что и для поджига обычныхгазоразрядных ламп:

- создание электрического разрядамеждуэлектродами, введенными в трубку.

-возбуждение разряда в газе высокочастотными токами: индукционныйиемкостныйметод.

-возбуждение разряда в газе облучением СВЧ электромагнитным полем.

Рисунок 1 - Процесс «накачки» лазера