Определение действительного дипазона изменения мощности лазерного излучения станка VL4060

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ДИПАЗОНА ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СТАНКА VL4060

Кузнецов А.И., Шимон Е.В., Новоселова М.В., Николоаева Т.Ю.

(УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)

Лазерный станок VL4060 оборудован отпаянным излучателем непрерывного действия мощностью 65 Вт. Регулировка мощности ЛИ осуществляется программным способом в ПО «LaserCut 5.1» путем введения процентов от максимальной мощности.

Исследование режимов лазерного резания, описанные в статье «Исследование режимов лазерного резания массивной древесины» [1] показали, что зависимость глубины резания от мощности не соответствует ожиданиям, рассчитанным теоретическим способом по формуле (1).

,

где P -- мощность излучения; r_f - радиус фокусировки, vp -- скорость резки, с -- плотность вещества; с -- теплоемкость; Т_И - температура испарения материала; L_И -- удельная энергия испарения [2].

Согласно формуле (1) данный график ожидался близко к линейной зависимости без перегибов.

резание древесина станок лазерный

Рисунок 1 - Экспериментальный обобщенный по породам график зависимости глубины резания от мощности лазерного излучения станка VL4060

Зависимость (Рисунок 1) построена на основе усредненных значений по восьми породам древесины, в общей сложности 7200 значений.

По графику можно сделать вывод, что мощность лазерного излучения меняется нелинейно, в зависимости от установленных значений в программе станка VL4060.

Для подтверждения результатов нелинейной зависимости глубины от мощности были проведены 750 измерений одной породы - березы, при этом значения мощности и скорости в ходе эксперимента были рандомизированы, чтобы уменьшить влияние температурных изменений охлаждающей жидкости лазерного излучателя. Получили аналогичный график (Рисунок 2).

Рисунок 2 - Экспериментальный график зависимости глубины резания березы от мощности лазерного излучения станка VL4060

Лазерное излучение станка VL4060 нелинейно меняется от программно установленных значений. Можно сделать предположение, что при достижении определенного значения силы тока все молекулы лазерного излучателя уже находятся в активном состоянии и дальнейшее увеличение силы тока не приводит к увеличению мощности лазерного излучения. При увеличении силы тока проявляется конкуренция мод лазерного излучения, что сопровождается падением мощности [3, с.135].

Для успешного применения режимов резания древесины необходимо использовать диапазон регулировочных значений, соответствующий действительному диапазону изменения лазерного излучения станка.

Рисунок 3 - Экспериментальный обобщенный по породам график зависимости глубины резания от мощности и времени облучения элементарного участка лазерного излучения станка VL4060

Анализируя представленные зависимости (рисунок 3), можно сделать вывод, что вне зависимости от скорости резания глубина активно изменяется в диапазоне от 20 до 30%.

Был проведен эксперимент для более точного определения диапазона действительных изменений лазерного излучения станка VL4060. В качестве образца использовался пакет листов плотной бумаги. При этом за условную единицу измерения глубины резания была принята толщина листа бумаги. График по данным эксперимента представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - График зависимости глубины резания от мощности

На основании приведенных графиков можно сделать вывод, что диапазон действительного изменения мощности ЛИ соответствует диапазону регулировочных значений от 21% до 38%.

При эксплуатации лазерных излучателей на мощности превосходящей верхнюю границу диапазона действительного изменения мощности происходит активная деградация смеси газов, поэтому некоторые производители излучателей снимают их с гарантийного обслуживания при эксплуатации на режимах выше 85% от максимальной мощности [4].

Работа на мощностях свыше действительного диапазона регулирования не целесообразна, приводит к увеличенному расходу потребляемой станком электрической мощности и может привести к преждевременному выходу из строя лазерного излучателя.

Литература

1. Исследование режимов лазерного резания массивной древесины // Деревообработка: оборудование, менеджмент XXI века. Труды VI международного евразийского симпозиума / Под научной ред. В.Г. Новоселова - Екатеринбург, 2011. С. 140 - 144, 389с.

2. И.В. Верхотурова. Технология лазерной обработки. Учебно-методический комплекс по дисциплине для специальности 010701 «Физика» / И.В. Верхотурова, Ю.А. Петраченко. - Благовещенск, 2007. - 157 с.

3. Витиеман В./СО₂-лазер. Пер. с англ. - М: Мир 1990. - 360 с.

4. Beijing Reci Laser - the largest manufacter of high-tech CO2 laser tube in the world

Размещено на Allbest.ru