способ художественной резки

Формула изобретения

Способ художественной резки, включающий резку плоских материалов сфокусированным лазерным излучением с одновременной подачей сжатого газа, отличающийся тем, что в качестве материала используют бересту, а перед резкой осуществляют ее закрепление с возможностью растягивания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к декоративно-художественной обработке листовых заготовок из бересты и может быть использовано в производстве различных изделий из берестяных заготовок с прорезной резьбой, имеющей тонкий ажурный узор.

Известен способ художественной резки бересты, согласно которому производят подготовку к резанию, размещая заготовку на рабочей поверхности и нанося рисунок с помощью тупого шила, и последующее резание.

Недостаток данного способа низкая производительность.

Задача изобретения повышение производительности изготовления изделий из бересты путем увеличения скорости резания с сохранением ажурности узора, получаемого при ручной резке.

Для этого в способе художественной резки бересты, включающем подготовку заготовки к резанию и последующее резание относительным перемещением режущего инструмента и заготовки, в процессе подготовки заготовку ориентируют относительно режущего инструмента и закрепляют в растянутом виде, а в качестве режущего инструмента используют сфокусированное лазерное излучение.

Кроме того, в зону резания подают сжатый газ.

Сущность резания заключается в том, что, попадая под действие сфокусированного луча лазера, береста сгорает, при этом образуется отверстие малого диаметра. Использование в качестве режущего инструмента сфокусированного лазерного излучения позволяет значительно повысить скорость резания (до 6 м/мин), следовательно, можно говорить о значительном повышении производительности. При этом ширина реза при лазерной обработке бересты настолько мала (до 0,1 мм), что появляется возможность не только сохранить ажурность ручной резки, но и получить уникальные рисунки с тончайшим узором, который вручную выполнить невозможно. Необходимость закрепления заготовки в растянутом виде вызвана особенностями обрабатываемого материала (береста) и процесса резания, при котором должно обеспечиваться неизменное положение фокальной плоскости относительно поверхности заготовки. В противном случае ширина реза будет меняться, а рисунок будет искажаться.

Резание бересты сфокусированным лазерным излучением позволяет применять средства программного управления относительным перемещением инструмента и заготовки и тем самым обеспечить высокую повторяемость рисунка с сохранением возможности его оперативной замены. Исключается также и операция разметки рисунка.

П р и м е р. Заготовку закрепляют в приспособлении, например в тисках, установленных на столе трехкоординатного станка с ЧПУ. При этом заготовку располагают изнаночной стороной к лучу, чтобы следы сажи, которые возникают в момент прожога, в начале резки находились на изнаночной стороне, а затем растягивают в продольном направлении. После этого задают режимы резания. Известно, что чем больше мощность излучения лазера и чем меньше пятно, в которое сфокусировано излучение лазера, тем больше должна быть скорость перемещения луча для получения узкого качественного реза. Получение качественного реза обеспечивается также применением струи сжатого газа, который подают в зону резки соосно с лучом лазера через специальное сопло. Факторами, влияющими на качество резки и скорость резания, являются условия формирования струи, давление и род газа. Сжатый газ служит для выдувания продуктов сгорания и предотвращения возгорания бересты за пределами зоны резания (сфокусированного пятна лазерного излучения), уменьшения обугленной зоны по краям реза. Все вышеперечисленные параметры и условия взаимосвязаны и качественный рез можно получить лишь при определенном их сочетании. Однако в литературе нет рекомендаций по выбору параметров резания бересты. Поэтому автором были проведены исследования процесса резания и экспериментально определены режимы резания. Режимы резания могут быть различными и определяются исходя из возможностей лазерной установки, устройства перемещения и необходимого качества реза, а также толщины заготовки. Так, для твердотельного лазера ЛТН 103 на АИГ с неодимом с длиной волны лазерного излучения 1,06 мкм, непрерывным лазерным излучением, фокусирующей линзой с фокусным расстоянием F=50 мм и двухкратной телескопической линзой диапазоны режимов резания могут изменяться в следующих пределах:

Мощность излучения, Вт 5-250

Скорость резания, м/мин 0,05-6

Давление сжатого газа, атм 1-3.

При различном сочетании мощности излучения и скорости резания ширина реза меняется в пределах от 0,1 до 0,5 мм, при этом при нарушении этого сочетания изменяется ширина обугленной зоны вдоль реза или рез совсем отсутствует, Так, для бересты толщиной 1,2 мм при мощности лазера 5 Вт и скорости резки 0,072 м/мин с давлением сжатого газа (воздуха) 1 атм ширина реза составляет 0,1-0,15 мм, ширина обугленной зоны 0,03 мм. При мощности лазерного излучения 80 Вт и скорости резки 1,800 м/мин ширина реза составляет 0,3-0,35 мм, ширина обугленной зоны 0,1мм. Задаваясь необходимой шириной реза и его качеством, можно подобрать соответствующие им мощность и скорость резки при заданной фокусирующей оптике и заданном положении фокальной плоскости. Для достижения параллельных кромок реза лазерное излучение фокусировалось на поверхности заготовки или с небольшим углублением фокальной плоскости. Для данного лазера и фокусирующей оптики оптимальный режим будет следующим: при мощности лазера 30-40 Вт и скорости резки 800-900 мм/мин качество реза достаточно хорошее, ширина реза составляет 0,2-0,3 мм, а ширина обугленной зоны 0,05 мм.

Для газового лазера ИЛГН 709 на CO₂ с длиной волны 10,6 мкм, непрерывным лазерным излучением и фокусным расстоянием линзы F=100 мм режимы будут другими. При мощности в 100 Вт скорость резания будет составлять 0,5-3 м/мин, а ширина реза 0,5-0,8 мм при давлении сжатого газа (воздуха), как в предыдущем примере 1-3 атм.

Задав эти режимы, производят непосредственно резку заготовки, при этом перемещает стол с заготовкой по заранее заданной программе относительно луча лазера. Возможно также перемещение лазерного луча относительно заготовки. Это зависит от конструкции установки, на которой производят резание.

В результате резания получается тонкий ажурный узор с высоким качеством.