Obrabotka Metallov. 2016 no. 3(72)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (72) 2016 18 ТЕХНОЛОГИЯ длины реза. Положение фокуса выбиралось из условия минимума шероховатости поверхности реза. Результаты показаны на рис. 3. Критическая скорость слабо зависит от тол- щины листа и мощности излучения в области качественных резов и растет с ростом давления кислорода. Зависимость шероховатости поверх- ности от давления является немонотонной – минимум шероховатости достигается при дав- лении 0,05 МПа при толщине листа 5 и 10 мм и 0,04 МПа при толщине листа 16 и 20 мм. Оптимальный диапазон давлений Δ P opt от- мечен на рис. 3, ему соответствует величина V c = 6,7…8,3 мм/с. Рис. 3. Критическая скорость V c перехода в неуправ- ляемый режим в зависимости от давления кислорода в камере лазерного резака Результаты исследований по эксперимен- тальной оптимизации лазерно-кислородной рез- ки толстых стальных листов изложены в работе [10]. Измерялись зависимости шероховатости поверхности реза от параметров резки – мощно- сти лазерного излучения, скорости резки, поло- жения фокуса относительно поверхности листа (ширины реза). При обработке большого объема экспериментальных данных использованы обоб- щенные безразмерные переменные – число Пе- кле Pe Vb a  и безразмерная мощность   m W Q eT , где b – ширина реза;    a C – температуропро- водность материала; λ, С , ρ – соответственно те- плопроводность, удельная теплоёмкость и плот- ность материала; W – мощность лазерного излучения; T m – температура плавления материа- ла. Оптимальные значения входящих в Pе и Q размерных переменных V q , b q , W q , при которых шероховатость поверхности минимальна, опре- делялись экспериментально. В результате найде- ны условия получения реза с минимальной ше- роховатостью: V q b q = 11 мм 2 /c, W q / t = 200 Вт/мм. Также в статье [10] определена зависимость оп- тимальной ширины реза b q от толщины, листа: b q [мм] = 0,35 + 0,02 t . Отсюда скорость каче- ственного реза связана с толщиной листа следу- ющим образом:   11 . 0,35 0, 022 q V t Условие V q = V c в графическом виде показано на рис. 4. При V c = 6,7…8,3 мм/с и слабой за- висимости V q ( t ) в области V c ≈ V q имеется доста- точно широкая зона неопределённости в опреде- лении максимальной толщины, t m = 48…65 мм. Поскольку решается задача определения мак- симальной толщины качественного реза, когда шероховатость поверхности должна быть ми- нимальной, величину t m следует определять по нижней границе диапазона. Тогда с учетом по- грешности +/– 10 % в определении величины V q имеем t m = 44…53 мм. Округляя, можно принять t m = 40…50 мм. Эта величина и даёт оценку мак- симальной толщины листа, при которой возмож- на стабильная лазерно-кислородная резка низ- коуглеродистой стали с малой шероховатостью поверхности. Найденная величина t m обусловлена физи- ческими факторами. При практическом исполь- зовании лазерной резки в производственных условиях, когда действуют ещё и технические факторы, достигнутые результаты могут отли- чаться от результатов, полученных при лабора- торных исследованиях. С учетом этого получен- ный результат хорошо согласуется с практикой лазерной резки – максимальная толщина каче- ственной лазерно-кислородной резки стальных листов излучением СО 2 -лазера не превышает 25…30 мм [14]. Это ограничение не связано с недостатком энергии – резка листов этих толщин произво- дится при мощности 5…6 кВт. Близкие значения мощности даются и найденным эксперимен- тально в [10] соотношением W q / t = 200 Вт/мм, со- ответствующая зависимость показана на рис. 4. В то же время современные промышленные тех- нологические лазеры имеют мощность до 8 кВт.