Разработка методов снижения технологической себестоимости путём использования лазерной резки при получении листовых заготовок

Введение 6
1. Общая часть 9
1.1. Существующие методы резки и раскроя. 9
1.2. Описание способа резки 17
1.3. Преимущества метода 22
1.4. Обрабатываемые материалы 23
2. Технологическая часть 24
2.1 Конструкционно-технологический анализ детали. 24
2.1.1 Характеристика материала детали. 26
2.1.2 Анализ технологичности конструкции детали. 27
2.1.3 Выбор типа производства. 27
2.2 Анализ существующего маршрутного технологического процесса. 29
2.3 Обоснование выбора лазерного оборудования, его технические характеристики, технологии резки детали. 30
2.4 Конструкция оптической головки лазера 34
2.4.1 Физические принципы лазерной резки 34
2.4.2 Оптические устройства обработки 37
2.5 Определение вида заготовки и схемы раскроя материала 39
3. Специальная часть 43
3.1. Основные правила оптимизации траекторий движения лазерного инструмента, при проектировании управляющих программ 43
3.2. Правила «жесткости заготовки» 45
3.3. Правила «жесткости материала» 47
3.4 Расчёт загрузки лазерного оборудования 52
4. Организационная часть 54
4.1. Расчёт производственной площади. 54
4.2. Выбор способа подачи заготовок, уборки отходов. 55
4.3. Выбор внутрицехового транспорта. 56
4.4. Проектирование и описание планировки участка лазерной резки 56
5. Экономическая часть 59
5.1. Экономические расчёты одного часа работы станка 59
5.1.1. Амортизация оборудования. 60
5.1.2. Затраты на энергию. 60
5.1.3. Стоимость обслуживания оборудования 60
5.1.4. Фиксированная стоимость машиночаса, брутто 61
5.2. Затраты на основные материалы. 61
5.2.3. Расходы на расходные материалы. 62
5.2. Определение себестоимости детали по предлагаемому процессу. 64
6. Безопасность жизнедеятельности 65
6.1 Лазерное излучение и защита от излучения. 65
6.2 Требования безопасности при эксплуатации и обслуживании лазерных изделий. 66
6.3. Физическая культура и оздоровление 67
Заключение 70
Список литературы 72

В настоящее время ни одно из стратегически важных технологических
направлений в мире не обходится без использования лазеров при обработке материалов. Лазерные технологии активно применяются в электронном машиностроении, автомобилестроении, атомной, космической, авиационной и судостроительной промышленности, медицине и практически во всех направлениях оборонного производства.
До последнего времени обработка листового металла производилась всевозможными механическими приспособлениями: различными станками, пилами, ножовочными полотнами, а также фрезами. Такой способ резки металла, кроме высокой стоимости, низкой износостойкости режущего инструмента и высоким уровнем погрешности постепенно отходит на задний план. Лазерная резка металла на фоне традиционных методов раскроя — существенный прорыв к качеству обработки, упрощению процесса резки и уменьшению дефектов.
Возникает насущная необходимость в разработке и освоении методов резки современных конструкционных материалов, сочетающих высокие показатели как по производительности процесса, так и по точности и качеству поверхностей реза. К числу таких перспективных процессов разделения материалов следует отнести лазерную резку металлов.








Сфокусированное лазерное излучение, обеспечивая высокую концентрацию энергии, позволяет разделять практически любые металлы и сплавы независимо от их теплофизических свойств. При этом можно получить узкие разрезы с минимальной зоной термического влияния (ЗТВ). При лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал и возникают минимальные деформации как
временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания. Вследствие этого можно осуществлять лазерную резку с высокой степенью точности, в том числе и легкодеформируемых и нежестких деталей. Благодаря большой плотности мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким качеством реза.
В зависимости от типа применяемого лазерного излучателя и его мощности зависит, с каким типом материала можно будет работать и какую толщину сможет прорезать лазерный станок.
Сами станки лазерной резки выпускаются различных типов и назначений. Сейчас наиболее распространены станки c CO2 лазерным излучателем небольшой мощности (до 120 ватт).
По сравнению с газовой или механической резкой, лазерная обработка имеет ряд неоспоримых преимуществ. Лазерное излучение фокусируется на поверхности металла таким образом, что можно резать любой металл, не взирая на его физические свойства. Не менее важным является отсутствие при лазерной резке механического воздействия на обрабатываемый материал, что исключает нежелательную деформацию. Достаточно веским преимуществом, по сравнению с другими способами обработки, является высокая точность диаметра луча, который равен 0,25 мм. Таким лучом можно создать отверстие 0,5 мм. Кроме того, производительность лазерной резки металла во много раз превышает производительность других видов обработки. При этом качество реза таково, что не требует каких-либо дополнительных работ по шлифовке (шероховатость торцов составляет в среднем около 0,25 мкм).
Таким образом, все перечисленные преимущества лазерной резки металлических листов гарантируют высокий уровень качества этого способа металлообработки. 

В настоящее время ни одно из стратегически важных технологических
направлений в мире не обходится без использования лазеров при обработке материалов. Лазерные технологии активно применяются в электронном машиностроении, автомобилестроении, атомной, космической, авиационной и судостроительной промышленности, медицине и практически во всех направлениях оборонного производства.
До последнего времени обработка листового металла производилась всевозможными механическими приспособлениями: различными станками, пилами, ножовочными полотнами, а также фрезами. Такой способ резки металла, кроме высокой стоимости, низкой износостойкости режущего инструмента и высоким уровнем погрешности постепенно отходит на задний план. Лазерная резка металла на фоне традиционных методов раскроя — существенный прорыв к качеству обработки, упрощению процесса резки и уменьшению дефектов.
Возникает насущная необходимость в разработке и освоении методов резки современных конструкционных материалов, сочетающих высокие показатели как по производительности процесса, так и по точности и качеству поверхностей реза. К числу таких перспективных процессов разделения материалов следует отнести лазерную резку металлов.








Сфокусированное лазерное излучение, обеспечивая высокую концентрацию энергии, позволяет разделять практически любые металлы и сплавы независимо от их теплофизических свойств. При этом можно получить узкие разрезы с минимальной зоной термического влияния (ЗТВ). При лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал и возникают минимальные деформации как
временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания. Вследствие этого можно осуществлять лазерную резку с высокой степенью точности, в том числе и легкодеформируемых и нежестких деталей. Благодаря большой плотности мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким качеством реза.
В зависимости от типа применяемого лазерного излучателя и его мощности зависит, с каким типом материала можно будет работать и какую толщину сможет прорезать лазерный станок.
Сами станки лазерной резки выпускаются различных типов и назначений. Сейчас наиболее распространены станки c CO2 лазерным излучателем небольшой мощности (до 120 ватт).
По сравнению с газовой или механической резкой, лазерная обработка имеет ряд неоспоримых преимуществ. Лазерное излучение фокусируется на поверхности металла таким образом, что можно резать любой металл, не взирая на его физические свойства. Не менее важным является отсутствие при лазерной резке механического воздействия на обрабатываемый материал, что исключает нежелательную деформацию. Достаточно веским преимуществом, по сравнению с другими способами обработки, является высокая точность диаметра луча, который равен 0,25 мм. Таким лучом можно создать отверстие 0,5 мм. Кроме того, производительность лазерной резки металла во много раз превышает производительность других видов обработки. При этом качество реза таково, что не требует каких-либо дополнительных работ по шлифовке (шероховатость торцов составляет в среднем около 0,25 мкм).
Таким образом, все перечисленные преимущества лазерной резки металлических листов гарантируют высокий уровень качества этого способа металлообработки.