Допуск на лазерную резку металла

Обновлено: 04.10.2024

Точность лазерной резки является ключевым параметром, от которого зависит качество готового изделия. Для деталей в некоторых отраслях отклонение даже на одну сотую миллиметра может быть критичным, поэтому резка с помощью лазера должна справляться и с такими требованиями.

На точность такого способа резки влияет множество факторов: тип заготовки, ее размеры, настройка луча, состояние деталей самого станка, а также качество чертежей, по которым идет раскрой. И чтобы в результате деталь получилась качественной, нужно учитывать все эти показатели.

Параметры точности лазерной резки

Современное оборудование способно обеспечить точность лазерной резки металла в пределах 0,1 мм. Впрочем, этот показатель зависит от ряда обстоятельств, а погрешности, если необходимо, могут определяться экспериментально.

На параметры точности оказывают влияние следующие факторы:

диаметр луча;
излучение – импульсно-периодическое или непрерывное;
вид газа, используемого в работе;
материал обработки;
толщина материала;
скорость перемещения луча и его мощность;
сложность рисунка чертежа – наличие мелких деталей, острых углов, контуров, которые близко расположены другу к другу.

Современное оборудование дает ширину разреза на входе луча около 0,15–0,2 мм – зависит от фокусного пятна или диаметра лазера. На ширину реза на выходе оказывает влияние скорость работы. Ширина может оставаться и прежней при возрастании скорости, но чаще возникает закономерность – чем выше скорость работы, тем ширина реза меньше. Однако появляется шероховатость поверхности реза.

Специалистам известно, что диаметр точки входа лазера больше, чем последующий рез. Поэтому при проведении ответственных работ для сохранения точности изготовления выполняют резку «с заходом». Так называется действие, при котором прожигание точки входа делают со смещением в нерабочую зону материала. Тот же прием используют при необходимости предотвратить выплеск испаряемого металла или его наплыв.

При резке фигур замкнутого контура возникает сложность с их выпадением из листа металла. Для этого оставляют небольшие перемычки, которые называют «подвесами». Их толщина от 0,5 до 1 мм. После окончания резки «подвесы» аккуратно и точно подрезают и вынимают готовое изделие.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Для особенно «ответственной» продукции, например, медицинских стентов или ювелирных изделий, требуется резка, выполненная с большой точностью. Тогда используют прецизионную лазерную резку, которую также называют высокоточной. Изготовление происходит на установках, которые выдают пучок с энергией высокой плотности. Точность лазерной резки на таком оборудовании достигает 0,005 мм.

Что ухудшает точность лазерной резки

В процессе использования любого лазерного оборудования, даже самого дорогого и профессионального, снижается точность позиционирования луча лазера. Специалисты указывают несколько причин:

В оптической системе нарушается юстировка.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Покрытие на зеркалах истирается.

Даже качественно сделанное покрытие со временем постепенно истончается. Лазерный луч из-за этого слишком рассеивается, линзы теряют свою отражающую способность, а излучение теряет мощность. Ошибки в обработке поверхности зеркал (применение излишне грубой ткани для протирки или использование металлических инструментов) могут привести к появлению царапин.

Если покрытие линзы окажется сильно поврежденным, ее необходимо заменить качественной оптикой от хорошо зарекомендовавшего себя производителя. Линзы более низкой ценовой категории имеют покрытие, отличающееся коротким сроком эксплуатации и быстрым прогоранием.

Точность настройки оборудования для лазерной резки страдает от отпечатков пальцев, нагара, мелкой пыли, оседающей на фокусирующих линзах, и пр. Для восстановления работоспособности необходимо регулярно обрабатывать линзы беличьими кистями, дабы убрать пыль, а также специальным раствором для протирки линзы и зеркал. При этом необходимо внимательно следить за сохранением настройки точности расположения зеркал.

Жесткость конструкции нарушается.

Снижение точности резки может появляться из-за того, что на приводных ремнях ослабляется натяжение. В случае возникновения такой неисправности необходимо обратиться к рекомендациям завода-изготовителя: скорректировать натяжение ремней, а также сделать так, чтобы натяжение стало одинаковым на всех элементах.

Плохо закрепленная в конусе излучателя линза может начать вибрировать в процессе работы оборудования.

Изменяется угол рабочей поверхности.

На точность резки может также влиять поверхность, на которую перед обработкой помещают заготовку. Если, несмотря на проверку системы передачи луча (ее настройку и уход), точность резки не устраивает, стоит обратить внимание на поверхность стола, на котором происходит раскрой металла. Ее проверяют, используя уровень, поскольку необходимо добиться точности горизонтали – для этого регулируют подвижные опоры.

Требования к чертежам для точной лазерной резки

Графические векторные файлы, с которыми работают программы для лазерной резки листов металла, имеют формат dwg, dxf. Это чертежи, используемые для изготовления деталей методом резки. Впрочем, в настоящее время возможна работа дизайнеров и с другими графическими векторными пакетами. Несмотря на то, что программа требует файлы определенного формата для проведения резки, созданный дизайнером чертеж можно легко перекодировать в нужный размер, а затем уже загрузить его в аппаратуру.

Современное оборудование работает с форматами программных пакетов CorelDraw, а также AutoCAD. Таким образом, чертежи, содержащие задание по лазерной резке или гравировке, должны поддерживаться именно ими.

Для работы с AutoCAD чертежи должны соответствовать некоторым требованиям, таким как:

AutoCAD 2000 – чертеж не должен быть выполнен в программе ниже данной версии.
Готовый документ должен иметь масштаб – 1:1, представление плоское 2D, координатная система World;
Линии элементов системы должны быть замкнуты, не spline. Типы линий – Line и Arc.

CorelDraw имеет собственные требования к файлам и чертежам:

Символы и вставки текста необходимо преобразовывать в кривые – Curves.
Ширина кривых обязательно фиксируется константой Hairline в любом чертеже.
Масштаб документа – 1:1.
Отверстия и контуры необходимо создавать одним замкнутым движением (фрагментом).
Версии программы CorelDraw должным быть от 6 и до 14.

Созданный эскиз изделия должен представлять собой схематический объект, наружный контур которого замкнут. Внутри изделие может содержать незамкнутый рез, то есть прорези и отверстия.

Перечислим ряд требований, предъявляемых к эскизам:

Масштаб 1:1.
Внешний и внутренний контуры должны быть замкнуты.
Все контуры должны выполняться с использованием команд CIRCLE, LINE, ARC.
Команды ELLIPSE, SPLINE не подходят для работы с лазерным оборудованием.
Для выполнения ровного разреза необходимо выполнять крупные, а не мелкие линии и дуги.
Рекомендуется не накладывать линии друг на друга, поскольку лазерному лучу придется резать одно и то же место несколько раз.
Чертеж должен содержать информацию о количестве деталей и материале изготовления.
В файле должна быть прописана полная информация о чертеже. Разбивка на несколько файлов не допускается.
Информация о раскладке деталей необязательна.

Размер заготовки для резки изделия должна быть больше его внешнего контура на 5–10 мм.

Перевод контура букв в кривые происходит с помощью шрифтов Corel, они обводят каждую букву два раза или более. Участки эскиза с кривыми линиями разделяются на небольшие точечные отрезки. Все указанные выше требования необходимо точно соблюдать для получения качественной резки.

Лазерная резка дает возможность производить изделия с высокой точностью. Возможное отклонение от запланированных размеров – 0,3 мм. Ширина реза должна всегда зависеть от толщины заготовки. Например, для заготовки толщиной 4 мм, выбирается ширина реза 0,3 мм. В результате рез будет значительно меньше, чем диаметр отверстия.

Что точнее: лазерная или плазменная резка

Точность лазерной резки, по мнению специалистов, выше, чем плазменной, так как кромки, получаемые в результате первой, имеют большую степень соответствия по перпендикулярности, а прорези – более узкие из соответствующего диапазона толщин. Излучение лазера фокусируется и нагревает узкую часть обрабатываемой заготовки. Это позволяет значительно меньше деформировать заготовку и делать рез с большей точностью. В результате выходят аккуратные, качественные резы, достаточно узкие, в которых зона термического воздействия не очень большая.

Достоинствами лазерной резки, помимо вышеперечисленных, является точность изготавливаемых деталей. Это особенно заметно при осмотре небольших изделий сложной формы, вырезов, четко очерченных углов. А одним из главных преимуществ считается ее высокая производительность. Данный вид резки особенно хорошо зарекомендовал себя в работе со сталью, толщина которой меньше 6 мм. При этом сохраняются точность и качество, а также достаточно большая скорость резки.

Еще одной сильной стороной лазерной резки является отсутствие окалины на тонких листах металла. Это ускоряет процесс производства, позволяя сразу передавать материал на следующую операцию. Листы, толщина которых менее 4 мм, после обработки имеют прямолинейные и гладкие кромки. Если же обрабатывается более толстый лист, то кромка может иметь небольшое отклонение со скосом около 0,5°.

Отверстия, получаемые при лазерной резке, имеют диаметр, немного увеличивающийся книзу, но являются качественными, точными и круглыми. С увеличением толщины обрабатываемого металла подобный вид резки используется не так часто. При толщине, равной 2–4 см, она применяется уже значительно реже плазменной резки. А при толщине более 4 см и вовсе не применяется.

Диапазон толщины металла, при работе с которым эффективна плазменная резка, значительно больше, чем для той, когда применяется лазерная. Но сохраняется достаточно хорошая точность и качество реза. Экономически плазменная резка более выгодна для обработки алюминия и его сплавов, имеющих толщину менее 12 см, чугуна толщиной меньше 9 см, меди – менее 8 см, углеродистых и легированных сталей – до 15 см.

Плазменная резка редко применяется для толщины ≤ 0,8 мм. Характерной особенностью данного вида обработки металла является небольшая конусность поверхности разреза, находящаяся в диапазоне 3–10°. При большой толщине металла конусность делает диаметр нижней кромки отверстия меньшим, чем верхний. При толщине 2 см эта разница (между входом и выходом) может достигать 1 мм. Плазменная резка ограничена минимальным размером отверстия. Хорошее качество и точность данного вида резки возможны при диаметре, большем или равном толщине обрабатываемого металла.

Плазменная резка дает кратковременное термическое воздействие на кромку металла (обжиг). Из-за этого снижается качество изделий. Нередко после обработки на деталях присутствует окалина, которую можно легко убрать.

Поведем итоги о том, что же лучше – плазменная или лазерная резка? При сравнении описанных выше способов можно сделать вывод, что при малой толщине обрабатываемого металла результаты резки примерно одинаковы. Для металлов с толщиной более 6 мм эффективнее применять плазменную резку. Скорость выполнения операций в этом случае выше, а уровень затрат энергии ниже, по сравнению с лазерной резкой.

Однако при малой толщине лазерная резка имеет преимущества, выражающиеся в более высокой точности и качестве изделий, по сравнению с плазменной. Также резка с использованием лазера имеет большую эффективность при изготовлении деталей сложной формы, когда важны точность и максимальная приближенность к проекту.

Лазерная резка имеет большую универсальность, в отличие от плазменной. Помимо непосредственно резки, лазер используется для разметки, маркировки, упрочнения и пр. Кроме того, расход материалов, используемых при такой резке, значительно меньше, поскольку срок их службы выше, чем при плазменной.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Точность лазерной резки

Точность плазменной резки

Оборудование для плазменной резки металла сегодня повсеместно применяется во многих отраслях хозяйства. Подобные технологии используются на крупных заводах, на мелкосерийном производстве и в небольших частных мастерских, а иногда и в быту. Струя плазмы быстро и точно раскраивает металл любой толщины. Оборудование для такой резки достаточно недорого и освоить его не так уж сложно. Из этой статьи вы узнаете, что такое точность плазменной резки металла.

Технология плазменной резки

Суть такой резки – воздействие на металл струей плазмы, которая образуется в процессе ионизации и нагрева газа до +10 000 °С и выше. Такой газ в своем составе содержит как заряженные, так и нейтральные частицы, но при этом он квазинейтральный. Свободные радикалы в нем делают плазму проводником электрического тока.

Изучение электропроводности высокоскоростных потоков газов в условиях высокой температуры послужило толчком для разработки и создания плазменных аппаратов для резки металла.

Существуют два метода воздействия на металл:

При использовании первого способа электрическая дуга зажигается между катодным узлом внутри резака и металлическим изделием, выступающим в роли анода. Катод находится внутри корпуса с соплом. Струя газа под давлением проходит мимо электрода, нагревается до высоких температур и становится ионизированной. Большая скорость потока газа получается при выходе из сопла. Возникшая электрическая дуга расплавляет металлическое изделие. Нагретый газ выходит из зоны нагрева.

Вторым способом раскраивают не только металл, но и материалы с низкой электропроводностью и диэлектрики. При косвенном резе источник электроискры размещается внутри резака, и на обрабатываемую поверхность воздействует исключительно струя плазмы. Стоимость оборудования с косвенной резкой выше, чем у аппаратов прямой плазменно-дуговой резки.

Общее техническое название резаков обоих типов – плазматрон, то есть генератор плазмы.

Технология плазменной резки имеет ряд преимуществ перед другими способами раскроя и обработки металла:

качественная резка изделий из металла, после которой не требуется шлифовки места разреза;
малые толщины до 50 мм режутся в 25 раз быстрее, чем посредством газопламенной резки;
плазморезы годятся для художественных работ и сложной фигурной резки;
обрабатываются не только металлы, но и прочие материалы;
деталь греют локально в месте разреза, за счет чего избегают тепловых и механических деформаций;
простота в использовании – не нужны баллоны газа под давлением, взрывоопасные и горючие вещества.

Оборудование для резки металла плазмой бывает промышленное и бытовое. На большом производстве для быстрой резки металла пользуются как ручными аппаратами, так и специальными стационарными автоматизированными плазменными станками с ЧПУ. Для бытовых целей используют небольшие переносные аппараты, питающиеся от электрической сети 220 или 380 V.

В аппаратах для бытового использования источником плазмы является сварочный генератор (инвертор) или трансформатор. Оборудование с инвертором меньшего размера и более удобно в использовании. Устройства с трансформатором отличаются высокой надежностью и долговечностью. Рабочее тело – подготовленный атмосферный воздух. Ручной аппарат обладает мощностью для распила металла толщиной не более 15–20 мм. У некоторых моделей есть функция бесконтактного зажигания дуги. В комплекте также плазмотрон и устройство подготовки воздуха.

На рисунке ниже дан графический пример для отображения понятия о точности плазменной резки металла. Пунктирная линия показывает край изделия согласно чертежу, который нужно получить после резки. Сплошная линия – кромка детали, которая получена фактически после обработки плазморезом.

Отчетливо видны отклонения от изначальных параметров и контура:

АЛ, Дв, ДС, AD – отклонения габаритов от изначальных номиналов;
Д/’лД/д, fc, А/0 – отклонения от изначальной формы краев.

В этом конкретном случае – это отклонение от прямолинейности, так называемая непрямолинейность. Таким образом, в это отклонение АЛ от номинала А входит изменение размера из-за перекоса кромки D.

Помимо указанных отклонений, присутствуют:

искажения от изначального взаимного расположения кромок из-за перекоса этих кромок относительно других или базовой;
отклонения всей поверхности изделия от плоскости;
неперпендикулярность плоскости разреза к поверхности изделия;
неплоская поверхности разреза;
отклонения от изначальных номинальных размеров и формы фасок под сварку;
отклонения от изначальных номинальных размеров и формы вырезов.

Приемлемый размер отклонений в точности регламентируется ГОСТом 14792–80 «Детали и заготовки, вырезаемые кислородной и плазменно-дуговой резкой. Точность, качество поверхности реза». Указанный норматив касается изделий, которые обрабатывают механизированной кислородной и плазменной резкой.

Изделия, согласно этому ГОСТу, выполнены:

Из листовой стали следующих типов: низколегированной, низкоуглеродистой, высоколегированной, коррозионно-стойкой, жаростойкой и жаропрочной.
Из листового алюминия и его сплавов.

Допустимы толщины в пределах от 5 до 100 мм при кислородной резке и от 5 до 60 мм при плазменной. ГОСТ допускает три класса точности для изделий одинаковых размеров.

Согласно исследованиям, использование портальных станков с цифровым программным управлением позволяет добиться первого и второго классов точности реза плазменной резки, если обеспечивается точность работы машин согласно их заводским установкам.

Второй и третий класс точности плазменной резки достигается станками с фотоэлектронным управлением, если согласно установочным чертежам требуется точность не менее ± 1,0 мм.

Переносные и ручные агрегаты для раскроя изделий обеспечивают третий класс точности выполняемых резов.

В нижеприведенной таблице указаны нормы допустимых отклонений в точности от номинальных значений при резке согласно ГОСТу 14792–80. Допустимые отклонения учитываются как половина допуска на размер.

Толщина листа, мм

Предельное отклонение при номинальных размерах детали или заготовки, мм

Плазменная и кислородная

В следующей таблице приведены нормы допускаемых отклонений на неперпендикулярность краев в зависимости от толщины металла, который режут плазмой. Чтобы добиться допусков, указанных в таблице, следует работать согласно технологическим заводским установкам и в отработанных режимах:

Нормы при толщине разрезаемого металла, мм

В третьей таблице даны допустимые нормы для шероховатости поверхности реза. Допустимы некоторые неровности, не укладывающиеся в указанные нормы шероховатости:

В последней таблице указаны нормы на ширину зоны термического влияния. Нормативы установлены для разреза плазмой сплавов алюминия. Они увеличиваются в два раза, если работают с углеродистой сталью, и уменьшаются в два раза, если речь идет об аустенитной стали:

Нормы для алюминиевых сплавов, при толщине в мм

ГОСТ или ISO для норм точности плазменной резки

Последние 10 лет на предприятиях российской промышленности широко используют технологию плазменной резки для заготовки материалов. В настоящее время лучшим считается оборудование для промышленной резки импортного производства, именно оно обеспечивает требуемую точность плазменной резки. Лидеры в этой области – компании из США Hypertherm и Victor, а также германская фирма Kjellberg. Однако производителями иностранного оборудования качество выполнения плазменной резки оценивается по ISO 9013:2002, а не по ГОСТ 14792-80.

Российский ГОСТ выпущен в 1980 году, а международный ISO – в 2002 году. Более поздний документ учитывает специфику современного оборудования и технологий, в отличие от более раннего ГОСТа. Каким же стандартом руководствоваться в своей работе конкретному российскому предприятию, решает не государство, как это было раньше, а руководство или отраслевые регламенты.

ГОСТ 14792–80 вводит следующие основные параметры:

Точность разрезаемых деталей и заготовок.
Критерии качества поверхности реза.
Отклонение плоскости реза от перпендикулярности.
Шероховатость плоскости реза.
Зона термического воздействия.

В ISO 9013:2002 приведено подробное описание процесса термической резки и методов замера для разных типов реза и толщин.

Средняя высота профиля

Толщина обрабатываемой детали

Допуск на машинную обработку

Допуск на прямолинейность

Допуск на параллелизм

Наклон линии сопротивления резанию

Допуск на перпендикулярность

Верхнее предельное отклонение

Допуск на перпендикулярность или угловатость

Нижнее предельное отклонение

Высота элемента профиля

Угол скоса среза

Одиночная длина выборки

Угол (установочный) насадки

Плавление верхнего края

В ISO 9013:2002 шире перечень критериев для определения точности и качества заготовок и их взаимного влияния друг на друга.

В международном стандарте ISO более критично и детально оценивается точность геометрии, а значит, и качество реза. Также в этом документе описана достаточно гибкая методика расчета и определения мест замеров. В отличие от ГОСТа, где перпендикулярность реза оценивается по трем критериям, в ISO присутствует таблица с пятью классами точности, и по каждому из них можно определить конечное значение по вполне конкретной толщине исходного материала.

На рисунке представлен вариант оценки германской компанией Kjellberg качества и точности реза при использовании разных технологий.

Здесь вполне наглядно можно сопоставить необходимое качество изделий с технологическими особенностями оборудования, чего не позволит сделать ГОСТ 14792-80.

И все-таки, чем же лучше руководствоваться: отечественным ГОСТом или международным ISO? Очевидно, что последний – более современный стандарт системы менеджмента качества, но нет смысла руководствоваться только им. Также очевидно, что отдельно взятое российское предприятие не сможет единолично обеспечить качество согласно ISO по всей цепочке до конечного потребителя, если прочие компании отрасли руководствуются другими стандартами и критериями качества продукции и услуг. Если на производстве используется отечественное оборудование, то работа согласно ГОСТов вполне оправдана.

Однако если предприятие ориентировано на экспорт или руководство компании ставит амбициозные задачи по организации бизнеса согласно международным стандартам, которые прописывают требования к точности плазменной резки, то руководством к действию послужат стандарты ISO.

Технология лазерной резки металлов и неметаллических материалов

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Особенности и требования к процессу резки

Качество кромок деталей после резки, сопоставимое с качеством после механической обработки, на порядок выше, чем после известных процессов термической резки. Скорости лазерной резки достигают ≥0,167 м/с. В большинстве случаев применений процесс является малоотходным, обеспечивает получение готовых деталей, практически не подвергнутых деформациям и не требующих последующей термомеханической обработки. Требования к процессу лазерной резки сводятся к следующему: скорость резки металлов 0,167—0,25 м/с, однослойных тканей, кожи и других материалов 0,67—1 м/с; предельные отклонения размеров деталей ± (0,05—0,2) мм; ширина реза сталей толщиной 0,5—5 мм 0,1—0,3 мм; шероховатость их поверхности реза 10—40 мкм; неперпендикулярность кромок реза сталей толщиной 0,5—5 мм 0,05—0,1 мм; на кромках допускается легко отделимый грат. Кроме листов, лазерной резке подвергают трубы, штамповки, обечайки, профильный прокат. Ниже приведены предельные толщины разрезаемых материалов:

Перед резкой не нужна специальная подготовка поверхности заготовок за исключением тех случаев, когда с поверхности стальных листов снимают антикоррозионную смазку, чтобы предохранить оптические элементы от загрязнения.

Режимы резки металлов

Наиболее существенно влияют на скорость резки мощность и плотность мощности, диаметр, расходимость и модовый состав излучения, фокусное расстояние.

На рис. 28.3 приведены зависимости скорости резки низкоуглеродистой стали от толщины при разных мощностях излучения и использовании кислорода в качестве вспомогательного газа. Состав стали влияет на скорость резки. Например, скорость резки низкоуглеродистых сталей в среднем на 10—30 % выше, чем нержавеющих. Но эта скорость резко снижается при применении многомодового излучения с большой (>2 см) выходной апертурой и большой (>1,5 мрад) угловой расходимостью. Замена кислорода на воздух или азот снижает скорость резки сталей в 1,4—1,6 раза. Скорости резки, см/с, сплавов цветных металлов толщиной 1 мм (числитель) и 3 мм (знаменатель) лазерным 1-кВт излучением с подачей кислорода (сплавы Al и Ni) или аргона (сплав Ti): (8,3—9,2)/(0,67— 0,83)—сплавы Аl типа Д16, (11,7—12,5)/(3,7—4,2) — сплав Ni типа «Хастеллой», (6,7— 7,5)/(0,67—0,83)—сплав Ti типа 0Т4.

Ниже приведены рекомендуемые параметры излучения и вспомогательного газа, при которых достигаются наилучшие показатели скорости и качества лазерной резки металлов (рекомендуемые параметры излучения реализованы в последних образцах СО₂-лазеров ведущих зарубежных фирм Японии, ФРГ, Великобритании):

Фокальная плоскость относительно поверхности листа расположена на поверхности или ниже на треть толщины; характер излучения при резке плавных контуров деталей непрерывный, а при резке углов и других сложных участков деталей и при высококачественной безгратовой резке импульсно-периодический (длительность импульса 0,5—3 мс, частота следования 100—600 Гц, пиковая мощность 0,5—6 Дж); вспомогательный газ при резке сталей, сплавов цветных металлов — кислород (воздух), а при высококачественной резке сплавов цветных металлов — азот, аргон.

Режимы резки неметаллических материалов

По разрезаемости неметаллические материалы разделяются на термически разлагающиеся и плавящиеся. К первым относятся термореактивные пластмассы, дерево, натуральные ткани, некоторые композиционные материалы, резины; ко вторым — керамика, стекло, бетон и др. При воздействии лазерного излучения термически разлагающиеся материалы претерпевают ряд изменений, связанных с химическим распадом, полимеризацией, пиролизом полимерных связей, испарением или сублимацией, в результате чего образуются газообразные продукты, которые удаляются из полости реза вспомогательным газом. Для резки плавящихся материалов необходим подвод большей энергии, чем для резки разлагающихся материалов. По сравнению с металлами у неметаллических материалов значительно меньшие коэффициенты тепло- и температуропроводности, а у некоторых материалов меньшие удельные энергии разрушения. Поэтому для их резки можно использовать лазерное излучение с более низкими параметрами качества по сравнению с приведенными выше. В табл. 28.1 приведены режимы резки некоторых неметаллических материалов с использованием непрерывного излучения. Тонкослойные материалы, такие как ткани, кожа, бумага, разрезают уложенными в много слоев, чем обеспечивается многократное повышение производительности работ. При резке неметаллических материалов состав вспомогательного газа не важен, рекомендуется азот или воздух. Параметры газа выбирают такими же, как и при резке металлов.

Качество резки металлов

Оно характеризуется шириной реза, шероховатостью поверхности, неперпендикулярностью кромок, глубиной зоны температурного влияния, наличием грата на кромках, а также точностью деталей. На показатели качества влияют параметры излучения и вспомогательного газа, вид и толщина разрезаемого материала, а также скорость резки. Каждой толщине материала соответствует оптимальная скорость резки, близкая к максимальной, при которой достигаются наилучшие показатели качества. В табл. 28.2 приведены показатели качества лазерной резки углеродистых сталей с использованием непрерывного одномодового 1*кВт излучения, сфокусированного в диаметр 0,15—0,20 мм. В качестве вспомогательного газа использовался кислород под давлением 0,3—0,5МПа. Увеличение диаметра сфокусированного излучения и, следовательно, увеличение толщины расплава на передней поверхности реза ухудшают качество резки.

Качество резки в значительной мере зависит от положения фокальной плоскости резака относительно поверхности листа. Ее следует располагать на поверхности листа или заглублять на треть толщины. Допускаются отклонения от установленного положения фокальной плоскости в пределах 0,1—0,5 мм, причем более жесткий допуск следует выдерживать при резке тонколистовых металлов. Замена кислорода воздухом при обработке сталей толщиной >3 мм приводит к уменьшению ширины реза на 20—40%, однако увеличивается количество грата на нижних кромках, что в совокупности со снижением скорости резки приводит к увеличению глубины зоны температурного влияния.

Величина шероховатости поверхности реза характеризуется глубиной, частотой повторения и наклоном бороздок и изменяется по толщине листа. К верхней кромке примыкает зона с наименьшей глубиной бороздок, образующихся в результате периодического разрушения от верхней кромки в глубь металла. В расположенной ниже зоне образуются более глубокие бороздки в результате одновременного воздействия на металл лазерного излучения и вспомогательного газа. У нижней кромки металла расположена зона с наибольшим наклоном (отставанием) бороздок в сторону, противоположную направлению резки. Образование бороздок в этой зоне связано в основном с воздействием на поверхность кромки стекающего расплавленного металла и вспомогательного газа. Приведенные в табл. 28.2 шероховатости относятся к средней зоне металла. С увеличением скорости резки и плотности мощности глубина бороздок уменьшается на всей поверхности реза. Глубина зоны температурного влияния зависит от тех же параметров, что и ширина реза, в первую очередь — от диаметра сфокусированного луча и скорости резки.

Качество резки неметаллических материалов

Общие закономерности показателей качества те же, что и при резке металлов, однако они в меньшей степени зависят от параметров излучения. Так, качественная резка разлагающихся материалов осуществляется при меньших плотностях мощности излучения. Ширина реза, как правило, в полтора—два раза больше, чем у сталей одинаковой толщины (см. табл. 28.1), а шероховатость ниже и не превышает 30—40 мкм. На кромках резов некоторых разлагающихся материалов (резиностеклопластик, стеклотекстолит, винипласт, дерево, кожа) образуется обугленный 0,5—1,0-мм слой, который следует удалить, если деталь служит электроизолятором.

Точность резки

Это комплексный параметр качества, который определяется на 50—80 % точностью режущей машины, но зависит также от погрешностей технологического процесса. Требования к точности диктуются назначением и толщиной деталей. Как правило, погрешности деталей толщиной мм должны укладываться в допуск 0,1—0,5 мм. Из параметров качества на технологическую точность резки влияют ширина реза, шероховатость поверхности и неперпендикулярность кромок. Точность портальных машин с ЧПУ на микроЭВМ для термической, в том числе для газолазерной резки регламентируется ГОСТ 5614—74 и ГОСТ 26940—86. Предельные отклонения от номинальных размеров квадратов со стороной 0,5 м и окружностей диаметром 0,5 м, воспроизводимых машиной, не должны превышать ± (0,1÷0,25) мм. Предельные отклонения размеров контуров деталей на углах удваиваются.

Особенности резки импульсно-периодическим излучением

Из-за большой инерционности электромеханических приводов машин резка сложных участков контуров деталей (углы, малые радиусы, прорези и т. д.) осуществляется на небольших скоростях, как правило, не превышающих 0,8—1,7 см/с. Значительное, по сравнению с оптимальной, снижение скорости приводит к перегреву сложных участков контура деталей и ухудшению качества резки. Увеличивается глубина зоны температурного влияния, шероховатость поверхности, количество грата, существенно снижается точность деталей. Для получения высокого качества углов снижают мощность излучения пропорционально снижению скорости резки. Другой способ качественной резки углов — автоматический переход с непрерывного на импульсно-периодический режим излучения. Изменяя, главным образом, частоту следования, а также длительность и пиковую мощность импульсов, можно эффективно регулировать тепловложение в металл и достигать высокого качества резки. Выше приведены параметры импульсно-периодического излучения (ИПИ), наиболее часто используемые при назначении режима обработки углов деталей. Другой случай эффективного применения ИПИ — финишная вырезка деталей из сплавов цветных металлов, например титана и алюминия. При одинаковой средней мощности по сравнению с непрерывным ИПИ обеспечивает более высокое качество резки по показателям шероховатости, глубине зоны температурного влияния и количеству грата на кромках реза. Кроме того, ИПИ позволяет увеличить в полтора—два раза предельную толщину качественной резки металлов, а также резать металлы с высокой отражающей способностью и теплопроводностью (сплавы Аl, Сu) при более низком уровне средней мощности. Скорость резки металлов с применением ИПИ несколько ниже, чем с применением непрерывного излучения такой же средней мощности.

Влияние поляризации излучения

Наиболее высоки показатели скорости и качества резки при совпадении плоскости поляризации луча с плоскостью резки. В этом случае на передней поверхности реза наиболее высоко поглощение излучения. Ели плоскость поляризации перпендикулярна плоскости реза, то большая часть излучения поглощается боковыми поверхностями реза. Скорость и качество резки могут значительно различаться в зависимости от изменения направления перемещения оптического резака при вырезке фигурных деталей. Влияние эффекта поляризации ослабляется при повышении температуры металла, а также при его окислении химически активным вспомогательным газом в процессе резки. Для обеспечения наибольшей эффективности резки целесообразно плоскость поляризации луча с помощью специального устройства автоматически поворачивать при изменении направления резки, чтобы она совпадала с плоскостью резки. Хорошие результаты достигаются в результате превращения линейно поляризованного излучения в излучение с круговой поляризацией с применением фазовращающего зеркала, которое устанавливают перед входом в оптический резак. Этот способ применяется ведущими фирмами в современных машинах лазерной резки.

Читайте также: