ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОТОЧНОЙ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОТОЧНОЙ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ

 Щебланов Виктор Анатольевич

инженер – технолог 2 категории, АО "Научно-производственная корпорация "Конструкторское бюро машиностроения",

РФ, г. Коломна

Абрамов Андрей Андреевич

инженер – конструктор 2 категории, АО "Научно-производственная корпорация "Конструкторское бюро машиностроения",

РФ, г. Коломна

Шмелев Василий Сергеевич

инженер – конструктор, АО "Научно-производственная корпорация "Конструкторское бюро машиностроения",

РФ, г. Коломна

INCREASING THE EFFICIENCY OF THIN-WALLED NON-METALLIC MATERIALS PRODUCTION TECHNOLOGY DUE TO THE USE OF HIGH-PRECISION LASER CUTTING

Viktor Shcheblanov

Engineer - technologist of the 2nd category,

Russia, Kolomna

Andrey Abramov

Engineer - designer of the 2nd category,

Russia, Kolomna

Vasily Shmelev

Engineer – constructor,

Russia, Kolomna

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается перспективная технология изготовления деталей из неметаллов на высокоточном лазерном оборудовании. Произведена актуальность ее использования в условиях современного производства.

ABSTRACT

The article discusses a promising technology for manufacturing parts from non-metals using high-precision laser equipment. The relevance of its use in the conditions of modern production has been made.

Ключевые слова: высокоточная лазерная резка, неметаллы, подготовка производства, окупаемость, прибыль.

Keywords: high-precision laser cutting, non-metals, preparation of production, payback, profit.

Введение

Оснащение предприятий современным высокотехнологичным оборудованием – одна из основных и первостепенных задач, стоящих в настоящее время, что особенно актуально при высоком уровне износа основных фондов в отечественной промышленности. Данное обстоятельство особенно сказывается на конкурентоспособности предприятия в целом, и выпускаемой продукции, в частности. На старом оборудовании предприятие не способно выпускать качественную, востребованную продукцию, а, следовательно, получать прибыль и развиваться. Отставание наблюдается и в сфере современных средств подготовки производства, т. е. в недостаточном применении средства сквозного автоматизированного проектирования (CAD/CAM/CAE – систем). На фоне этих проблем наблюдается нехватка специалистов способных внедрять и использовать вышеозначенные средства современного производства. В частности, при изготовлении деталей из неметаллов для серийного производства и тематики НИОКР. На данный момент на предприятиях не проводится оснащение рабочих мест высокоточным и современным оборудованием, из-за чего использование устаревших методов изготовления изделий является единственным возможным способом. 

В данной работе предлагается взглянуть на самый перспективный и оптимальный метод изготовления неметаллических изделий, путём внедрения высокоточной лазерной резки.

На множестве предприятий в настоящее время для изготовления деталей из листовых неметаллических материалов применяются такие способы обработки [1]:

- изготовление с помощью штампов;

- изготовление с помощью пресс-форм;

- изготовление с помощью просечек;

- изготовление с помощью режущего и слесарного инструмента.

Рисунок 1. Штампы, пресс-формы, просечки, слесарный инструмент, механическая обработка

Основными минусами данных методов являются:

1. Дорогостоящая оснастка, как на этапе конструкторского проектирования, так и на этапе непосредственно изготовления;
2. Частые поломки и износ, что ведет к необходимости ремонта, а также в определенных случаях к полной переработке оснастки при изменении конструкторского чертежа;
3. Транспортная необходимость при перевозке тяжелых штампов из инструментального цеха в цех производитель;
4. Необходимость приобретения или изготовления режущего и слесарного оборудования;
5. Необходимость в различных по профилю рабочих и инженерных специальностях;
6. Не экономное использование материалов.

Применение лазерных технологий открывает множество уникальных возможностей по росту эффективности и производительности, упрощению производственных процессов представлен на рис. 2.

Рисунок 2. Лазерная резка

Лазерная резка пластика, оргстекла, дерева, лазерная гравировка на любом материале, начиная от стекла и заканчивая пленкой, - любую из этих процедур можно провести, используя газовый (СО₂) лазер представлен на рис. 3. Это уникальное устройство, которое работает по заложенной в нее программе и воздействует на поверхность точечно, в строго заданном месте, мощным лазерным лучом, создающим узор или отделяющим часть поверхности без использования дополнительных материалов.

Рисунок 3. Примеры деталей изготовленных на лазерном станке

СО₂-лазеры - это газовые лазеры, основа которых - углекислый газ, который возбуждается при помощи электричества. Такие лазеры подходят в первую очередь для обработки неметаллов и большинства пластиков. СО₂-лазеры имеют достаточно высокий уровень мощности и очень хорошее качество луча. За счёт этого они являются одними из самых распространённых видов лазеров. Точность лазерной резки составляет до 0,01 миллиметра. Рез имеет толщину 0,1–0,3 миллиметра.

Технология лазерной резки:

1. Заменяет такой затратный и неэффективный, в условиях современного производства, способ как вырубка деталей и заготовок;
2. Позволяет уйти от изготовления дорогостоящей штамповой оснастки для изготовления наименования детали;
3. Позволяет исключить ручной слесарный труд при подготовке заготовок для прессования;
4. Позволяет обрабатывать различные по свойствам материалы, во многих случаях получая готовые детали, не требующие последующей обработки или требующие всего лишь операции очистки (зачистки кромок);
5. Универсальность данной технологии приводит к тому, что лазерная резка неметаллов получает всё большее распространение, позволяет работать с неметаллами практически любой твёрдости.

Основные достоинства, которые имеет лазерная обработка материалов:

1. Большое разнообразие процессов обработки самых различных видов материалов (и даже таких, которые не поддаются механической обработке);
2. Высокая скорость выполнения операций по обработке (иногда в 1000 раз большая, чем при механической);
3. Высокое качество обработки (гладкость срезов, прочность сварных швов, чистота обработки и др.);
4. Возможность высокоточной прецизионной обработки (например, получение отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых материалов и др.);
5. Селективность воздействия на отдельные участки обрабатываемой поверхности и возможность дистанционной обработки (в том числе и поверхностей, расположенных за стеклянной перегородкой);
6. Большие возможности по автоматизации операций, способствующих существенному повышению производительности труда;
7. Нет контакта с поверхностью обрабатываемого материала, поэтому он не деформируется. Благодаря этому можно работать даже с весьма хрупкими материалами;
8. Можно создавать детали с очень сложным контуром;
9. Рез высокого качества. После резки лазером края готовых изделий не нужно дополнительно обрабатывать;
10.  Процесс лазерной резки автоматизирован, поэтому элементы изготавливаются с минимальной погрешностью. В связи с этим можно выпускать большие партии одинаковых деталей, а также значительно экономить материал;
11.  Цены на лазерную резку вполне доступны, низкая себестоимость деталей делает этот метод одним из наиболее выгодных.

Результаты анализа применения технологии на предприятии, выпускающей серийную продукцию.

1. Средняя окупаемость станка при изготавливаемом количестве деталей 2-3 месяца;
2. Ощутимое сокращение расходов на универсальный слесарный и режущий инструмент до 90% от существующих расходов;
3. Сокращение расходов на НИОКР при моделировании изделий и изготовлении опытных образцов при отсутствии необходимости изготовления оснастки;
4. Сокращение времени на разработку ТП, в связи с упрощением операций обработки.

Список литературы:

1. Учебное пособие по курсу «Физика» Для студентов БГУИР всех пециальностей и форм обучения URL: http://lib.znate.ru/docs/index-114656.html?page=3
2. Сергеев И.И. Основы физики лазеров URL: http://www.bsuir.by/m/12_113415_1_64951.pdf#2
3. П.Г. Мазеин, М.Р. Ахметов, С.Р. Сайфутдинов Применение станков лазерной резки  - Челябинск - 2011. - 106 с.
4. Лазер – Википедия URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80
5. Шитиков А.Н., Артемьев Г.В., Пузанов В.Е. Машиностроительная отрасль – объект внедрения инноваций – Курск – 2009
6. Центр резки – ПрофРезка  URL: http://profrezka.ru/lazernaja-rezka