1’Ис. 4.96. Отверстия, полученные прошивкой с фокусировкой по маске в пластине из коррозионно-стойкой стали толщиной 0,3 мм

Прошивкой с фокусировкой по маске получают отверстия любой формы (рис. 4.96).

Схема такой прошивки показана на рис. 4.97. В данном случае на пути несфокусированного луча устанавливается маска с отверстием требуемой формы. После фокусировки на обрабатываемую поверхность фокальное пятно приобретает форму отверстия в маске, уменьшенную в D раз. Масштабирование луча определяется выражениями

где u — расстояние от маски до фокусирующей линзы; s — расстояние от фокусирующей линзы до поверхности детали; f — фокусное расстояние фокусирующей линзы.

Для выполнения операций лазерного сверления выпускают специальные станки, отличающиеся назначением и мощностью используемого лазера. Например, установка JK704 мощностью 400 Вт имеет систему автофокуса и обрабатывает отверстия с точностью ±0,025 мм. Отверстие диаметром 0,5 мм в стали толщиной 24,5 мм она прошивает за 90 с, такое же отверстие в никелевом сплаве толщиной 1 мм — за 1 с.

Рис. 4.97. Лазерная прошивка фасонных отверстий по маске:

1 — лазер; 2, 4 — элементы проекционной оптики; 3 — маска; 5 — поворотное зеркало; 6 — фокусирующая линза; 7 — деталь

Существуют установки для получения очень мелких отверстий на деталях толщиной до 1 мм. На них возможно получение отверстий с минимальным диаметром 15 мкм. Максимальный диаметр отверстия не ограничен, если его получают вырезкой.

Для аэрокосмической промышленности разработаны лазерные установки с многокоординатными устройствами ЧПУ, например, установка HD-205 фирмы Huffman имеет 5-координатное устройство ЧПУ (три линейные координаты (X, Y, и Z) и две вращательные (В и С). Она оснащена Nd:YAG -лазером P50L мощностью 500 Вт и предназначена для обработки отверстий в охлаждаемых лопатках турбин и др.

В настоящее время для прошивания отверстий в лопатках турбины используют 6-координатные станки с ЧПУ. Для получения выходного луча со средней мощностью 400 Вт и максимальной энергией импульса 35, 70 и 75 Дж с частотой повторения импульса 55, 45 и 30 Гц при номинальной длительности импульса 0,5; 1,0 и 1,5 мс используют два импульсных Nd:YAG-лазера мощностью 200 Вт, расположенных в конфигурации генератор—усилитель. Отверстия, размеры которых превышают 0,75 мм, получают методом трепанации при толщине обрабатываемых деталей до 19 мм. Время обработки отверстия 0,5 мм при глубине 3,2 мм составляет 0,25 с.

4.4.3. Лазерная обработка фасонных поверхностей

Современное программное обеспечение позволяет выполнять лазерную обработку сложных фасонных поверхностей, например штампов, послойным удалением материала путем его испарения (рис. 4.98).

Достоинством такой технологии является отсутствие специального инструмента, возможность обработки вертикальных стенок и стенок с малыми углами от вертикали, в том числе с отрицательным уклоном.

Установки для ее реализации, например DML 40 S и DML 40 SI фирмы DE-CEL МАНО, имеют три оптические и три механические управляемые координаты. Материал удаляется слой за слоем с площадки, максимальные размеры которой составляют 60x60 или 70x70 мм (максимальное отклонение луча от вертикали при сканировании по поверхности 20°). Если площадь обрабатываемого элемента больше, производится перемещение детали в плоскости XY на другие позиции обработки.

Измерительный датчик контролирует глубину обработки в любой точке и сравнивает ее с соответствующими значениями ЗО-модели. Глубина обработки измеряется периодически, а результаты измерения используются для регулирования мощности лазера в процессе обработки. Испаренный материал удаляется вытяжной системой. При финишной обработке производится большое число чистовых проходов лазерного луча для обеспечения требуемой точности и шероховатости поверхности. При этом удаляются слои толщиной 1...5 мкм. Процесс характеризует высокая скорость перемещения луча (~500 мм/с) и удаления материала (~25 мм/мин). Для обработки на станках DML 40 используют Q-Switch—YAG-лазеры мощностью 100 Вт (в импульсах достигается мощность 200 Вт). Лазерный луч фокусируется и направляется высокоточной динамической системой, состоящей из двух зеркал. Диаметр фокусного пятна составляет 0,04...0,1 мм. Высокая плотность мощности, достигаемая в фокусной точке, обеспечивает преимущественное удаление материала испарением. Меньшая часть материала удаляется в виде расплава. Значения максимальной линейной скорости удаления материала при мощности лазера 100 Вт (станок DML 40) приведены в табл. 4.15.

Рис. 4.98. Схема обработки сложных поверхностей:

1 - лазер; 2 — линза; 3,4 — поворотные зеркала; 5 — обрабатываемая деталь; 6 — измерительный лазер

Таблица 4.15

Материал	Максимальная скорость обработки, мм/мин
Сталь	5
Медь и ее сплавы	10
Алюминиевые сплавы	20
I 'рифит	25
Керамика	2...20
Твердые сплавы	2