Laser Technology Use Features in the Conditions of Modern State of Ukrainian Industry

94 Наукові вісті НТУУ "КПІ" 2017 / 1 УДК 621.375.826:621 DOI: 10.20535/1810-0546.2017.1.93597 В.П. Котляров*, О.М. Киященко КПІ ім. Ігоря Сікорського, Київ, Україна ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ЛАЗЕРНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ В УМОВАХ СУЧАСНОГО СТАНУ ПРОМИСЛОВОСТІ УКРАЇНИ Background. The economic decline of Ukraine is mainly caused by the decrease of industry part with the high level of value-added in the wares in GDP. The ineffective use of modern equipment in modern technologies is related to the decrease of competence of engineering skilled workers and all-round violation of technological discipline of preproduction. Besides, most technological operations are executed on principle of “job shop” by small LTD or other with low production culture. Objective. Creation of the simplified methodology of technological preparation of the most widespread laser treatment operations that does not require the special multicriterion researches. Methods. The essence of the worked out methodology consists in the implementation of procedure in two stages: on the first one requirements to the object are covered, that can be taken into account as a result of the simplified decisions of thermal tasks of heating and destruction of material by a laser ray, are taken into account. The second stage of planning envisages implementation of other requirements to the results of technological operation due to modernization of treatment scheme and use of the created engineering facilities. Results. For treatment of hardware (leaks, cups, scratch marks, collars, engraving and contour undercut) the simplified analytical decision of heat-conducting equalization that is adequate during the temporal and power stabilizing of procedure of irradiation is used. The contour undercut of wares of non-metals (wood, plastics) is designed on the worked out scheme with adaptive organization of technological operation. Implementation of this stage of planning envisages the use of the special backer-ups of operation. The observance of requirements to the indexes of quality of operations is realized on the second stage by perfection of irradiation procedure, with the use of lenses of special construction that promote its stability. Conclusions. The executed developments allowed achieving the goals — operative technological providing of laser treatment operations — using the analytical design of treatment processes and additional perfection of operations by the use of the special engineering facilities. Keywords: technology; laser; technological operation; engineering facilities; design of process; adaptive form of organization. Вступ Традиційний алгоритм впровадження операцій лазерної обробки, як і операцій іншого виду, включає етап їх технологічної підготовки для забезпечення технологічним регламентом і оснащенням, що базується на аналітичному або експериментальному дослідженні процесів, відповідальних за досягнення технологічних результатів. За таким принципом нами було виконано промислове застосування лазерної обробки (у різних видах) на підприємствах СРСР та України та за їх межами. Останнім часом технологічні операції лазерної обробки виконуються найчастіше на більш сучасному лазерному технологічному обладнанні (ЛТО) зарубіжного виробництва від Trumpf, Rofin Sinar (ФРН); Bystroniс Laser AG, LASAG AG (Швейцарія) та з Японії (Mitsubishi). Загальною особливістю та складністю застосування лазерної * corresponding autor: технології як у державному, так і в приватному секторі є відсутність систематизованих знань, умінь і навичок у режимному та матеріальному оснащенні операцій та за відсутності інженерного супроводження технологічної операції. Тому деякі з користувачів при виборі ЛТО для рішення конкретного технологічного завдання замовляють у виготівника режимне забезпечення замовленої операції разом із прикладом належного результату її виконання. Також зазвичай додаються світлини прикладів обробки з порушенням рекомендованого режиму у двох напрямах від оптимального та рекомендації для повернення до кращої якості. Такий метод технологічного забезпечення операції не може вважитися достатнім для керування процесом лазерної обробки, особливо у випадках змінення виду технологічної операції, техніко-економічних її показників або властивостей заготівки. МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО ТА МАШИНОБУДУВАННЯ У розробленні методик технологічного забезпечення операцій лазерної розмірної обробки (отворів, лунок, пазів, різів, гравірування) в різні часи брали участь фізики (П. Уляков [1], М. Лібенсон [2], Дж. Стефен [3], Г. Херзігер [4]), оптики (В. Вейко [5], Г. Суслов [6]) і технологи (Г. Тархов [7], Є. Вакс [8], Н. Сатоші [9], В. Суминов [10]). За винятком методики з [3], усі інші розробки дають змогу лише прогнозувати розмірні результати виконання операції (діаметр і глибину отвору, ширину пазу, різу, товщину контурної лінії) при вибраних рівнях керованих параметрів процесу обробки. Однак дієвий метод проектування режимів за Дж. Стефеном вимагає технічного пристосування ЛТО для реалізації особливих (специфічних) умов опромінення, в т.ч. часового режиму роботи лазера. Ця робота присвячена створенню спрощеної методики проектування багатокритеріальних операцій без втрати її роздільної здатності за рахунок використання реальних можливостей технологічного обладнання та за його модернізації і забезпечення операції відповідним оснащенням. Постановка задачі 1. Розробити алгоритм визначення режиму лазерної розмірної обробки на базі приблизного розв’язку рівняння теплопровідності для таких операцій:  обробка наскрізних отворів діаметром d ≤ ≤ 0,3 мм у металевих заготівках завтовшки 0,1— 3,0 мм;  вирізання наскрізних отворів діаметром d  0,3 мм у металевих заготівках завтовшки 0,1—3,0 мм;  формування системи лунок (ненаскрізних отворів) діаметром d  0,05—0,30 мм глибиною z  0,1—0,5 мм у металевих заготівках;  формування системи наскрізних отворів діаметром d  0,05—0,30 мм у металевих заготівках завтовшки  ≤ 3,0 мм;  контурного розкроювання листових заготівок із деревини та пластмас завтовшки до 20 мм. 2. Створити систему технологічного оснащення операцій обробки отворів, вирізання виробів із листових заготівок і поверхневих видів обробки (формування регулярного рельєфу та поверхневого гравірування). 3. Оцінити якість проектування за створеними алгоритмами експериментальних досліджень. 95 Результати розробок Операції розмірної (прецизійної) лазерної обробки. Ці види операцій зазвичай виконуються при імпульсній (порційній) подачі енергії в зону обробки для всіх можливих схем технологічних операцій. А. Для формоутворення отворів найефективнішою є технологічна схема з випаровуванням матеріалу заготівки в межах перерізу отвору. Залежно від можливостей технологічного лазера та заданого рівня якості обробки опромінення виконують імпульсами вільної генерації [2, 5] тривалістю   0,1—0,5 мс з енергією Е до 5 Дж. Однак імпульсами такої тривалості неможливо створити необхідний рівень інтенсивності Іра у межах обумовлених розмірів попереку отвору, якщо (...truncated)