Лазерная резка тонкого листового металла

Обновлено: 17.05.2024

В настоящее время лазерная резка является одной из самых современных технологий металлообработки. С помощью нее выполняется раскрой и разрезание листового материала. Мощный лазер продуцирует тончайший световой луч, который локально воздействует на объект. В результате можно добиться высочайшей точности при создании любой, самой необычной формы изделия. Лазерная резка листового металла обладает таким количеством преимуществ среди всех методов металлообработки, что ее популярность вполне обоснована.

Простой принцип лазерной резки металла

Станок для резки листового материала способен создавать концентрацию энергии на поверхности заготовки с плотностью в 108 Вт на 1 см 2 . Такой эффект достигается за счет уникальных свойств луча лазера, а именно:

Имеет постоянную длину и частоту волны, то есть монохроматичен, что выгодно отличает его от световых волн. Монохроматичность дает возможность фокусировать луч на любой поверхности через обычные оптические линзы.
Исключительно высокая направленность и малый угол расходимости. Эти свойства луча позволяют выполнять качественную фокусировку.
Когерентен, то есть большинство волновых процессов внутри луча согласованы между собой, а все вместе значительно повышают суммарную мощность излучения.

При лазерной резке материала зона плавления быстро распространяется вглубь изделия. Это обуславливается высокой теплопроводностью материала. Далее под воздействием лазера температура в зоне резки достигает точки кипения, и начинается испарение материала.

Резка металла лазером может выполняться следующими способами:

Лазерная резка листового металла при помощи испарения выполняется только на очень мощном оборудовании. Соответственно, энергии тратится достаточно много. Прежде чем пользоваться этим методом, необходимо рассчитать его экономическую целесообразность. Кроме того, данный прием не позволяет обрабатывать толстые листовые заготовки. Испарение обрабатываемого металла применяется только для обработки тонкостенных деталей.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Метод плавления металлической заготовки лазером получил более широкое распространение. Его популярность объясняется более высокой продуктивностью при низких энергозатратах. Этот способ позволяет обрабатывать более толстый листовой материал при помощи маломощного оборудования. Безусловно, данный прием нельзя назвать резкой лазером в чистом виде, скорее это газолазерная технология.

Оборудование для лазерной резки листового металла

Приведем основные разновидности оборудования для обработки листового материала лазером:

Твердотелое оборудование. Устройство этого типа работает при помощи кристалла рубина (алюмоиттриевого граната, неодимового стекла), на который подается поток света под определенным углом. Сфера применения твердотелого оборудования: резка цветных металлов, гравировка, небольшие слесарные работы. В основном такие станки можно встретить в небольших мастерских.
Газовая установка. Ее работа строится на том, что газ заряжается, проходя через электрическое поле. После этого он способен излучать монохроматический свет. Самыми распространенными моделями являются щелевидные, в которых используется углекислый газ. Это очень простые и мощные установки компактных размеров.
Газодинамическая установка. Представляет собой мощное и сложное устройство, в котором углекислый газ разогревается до высочайшей температуры (до +3000 °С). После этого он пропускается через узкое сопло и расширяется. Выделяемая энергия при последующем охлаждении помогает сформировать тонкий луч. Это процедура отличается высокой стоимостью в сочетании с отменным качеством полученного изделия.

Резка листового металла с помощью лазерных комплексов

Современные технологии развиваются быстрыми темпами, поэтому сейчас существует много разных видов станков для лазерной резки листового металла.

На смену простым механическим резакам, отличающимся низкой производительностью и чрезмерно шумной работой, пришли многокоординатные аппараты. В зависимости от направления производства и экономических расчетов можно подобрать оптимальный по мощности лазер. Прецизионные обрабатывающие станки с ЧПУ способны выдавать готовую продукцию с точностью до 0,005 мм. При этом зона обработки на некоторых станках может достигать нескольких квадратных метров.

Современное оборудование позволяет значительно снизить воздействие человеческого фактора на производственный процесс. Большинство операций лазерной резки выполняются в автоматическом режиме. Форма и размеры изделия задаются в программном блоке. Он координирует деятельность лазера и рабочего стола, где зафиксирована заготовка. Наилучшее расстояние для эффективного резания устанавливается автоматически, так как станки оснащены системой настройки фокуса.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Температура станка регулируется с помощью специальных теплообменников. Оператор в любой момент может проверить контрольные данные текущего состояния агрегата. Для подключения газобаллонного оборудования станок обеспечен системой клапанов. Через них в рабочую зону подается вспомогательный газ. Чтобы снизить нагрузку на вытяжную вентиляцию, современное оборудование имеет систему дымоулавливания. Безопасность обслуживающего персонала обеспечивает защитный кожух, которым закрыта область обработки.

Благодаря современному оборудованию точность лазерной резки листового металла повысилась, а сам процесс значительно упростился. Теперь достаточно правильно задать необходимые числовые параметры и на выходе получить готовую деталь. Отдельные параметры станка и квалификация оператора оказывают значительное влияние на производительность оборудования.

Современная концепция роботизированного производства направлена на освобождение человека от тяжелого труда. Новейшие технологии обработки листового металла при помощи лазера гармонично вписываются в данную идею.

Существует несколько типов лазерных станков. Универсальные стоят гораздо дороже, чем специализированные. На них можно выполнить сразу несколько операций и получить готовое изделие сложной формы. Специализированные станки имеют более узкую направленность. Широкий ассортимент станочного оборудования позволяет найти оптимальное решение для любого потребителя.

Плюсы и минусы лазерной резки листового металла

Обработка листового материала лазером имеет целый ряд преимуществ, выгодно отличающих этот способ от других методов обработки.

Перечислим основные достоинства метода:

позволяет обрабатывать заготовки разной толщины: лазерная резка алюминия – 0,2–2 см, нержавейки – толщиной до 1,2 см, углеродистой стали – 0,5–2 см, латуни и меди – 0,2–1,5 см;
ширина реза от 0,1 до 1 мм;
не возникает непосредственного контакта рабочего инструмента с поверхностью детали, поэтому можно обрабатывать хрупкие и ломкие материалы;
не требуется дополнительной финишной обработки;
высокая производительность (особенно при сопоставлении с резкой металла кислородом);
управлять оборудованием достаточно просто и легко (достаточно загрузить чертеж изделия в блок управления);
резка тонколистового проката выполняется с высокой скоростью;
возможна резка материала под углом и в различных направлениях;
резка в небольших количествах экономически более выгодна, чем использование операций штамповки и литья;
позволяет достичь точного реза с ровными краями, вследствие чего деталь можно сразу отправлять на другой участок обработки;
можно изготавливать изделия сложных форм;
компактное расположение деталей на листе раскроя позволяет значительно экономить материал.

Недостатками лазерной резки листового металла можно считать следующие факторы:

высокая стоимость;
резка бронзы, алюминия, легированной стали и латуни отличается низкой продуктивностью;
не позволяет обрабатывать заготовки любой толщины;
могут возникать сложности с последующей операцией – гибкой, если при резке возникало подкаливание материала.

Особенности лазерной резки определенных металлов и сплавов

Чистый титан прекрасно поддается резке лазером. Чтобы повысить скорость работы, можно использовать кислород. Негативной стороной этого способа является аккумулирование оксидного слоя по линии реза. Хотя при помощи кислородной струи этот слой легко удаляется.

Высокая теплопроводность алюминия и значительный коэффициент отражения от длины волны придают свои особенности процессу обработки. Для работы с алюминием лучше использовать лазер мощностью более 500 Ватт с точной фокусировкой луча. Вспомогательный газ будет способствовать удалению расплавленного материала из области реза. Соответственно, качество лазерной резки листового металла будет более высокое, чем у ленточной пилы.

Обработка медных и латунных листовых заготовок будет протекать аналогично работе с алюминием. Это объясняется тем, что данные материалы схожи по многим параметрам. Их небольшим отличием является то, что медь и латунь способны поглощать небольшое количество энергии.

Инструментальная листовая сталь прекрасно поддается лазерной резке. Ее свойства во многом похожи на характеристики легированной.

Лазерная резка листового металла пользуется особой популярностью в связи с тем, что растет потребность клиентов в различных деталях из нержавеющей стали. При использовании луча лазера зону термического влияния можно существенно минимизировать, что позволяет сохранять определенные свойства материала, включая устойчивость к коррозии. Из-за того, что нержавеющая сталь не способна взаимодействовать с кислородом, скорость резки может снижаться.

Лазерной резке поддаются практически все виды сталей. Если говорить об отдельных разновидностях, то, например, хромомолибденовая и хромоникелевомолибденовая сталь показывают максимальную точность реза и отсутствие каких-либо шероховатостей.

От чего зависит цена лазерной резки листового металла

Разберем подробнее, какие параметры оказывают влияние на стоимость лазерной резки листового металла:

Сложность задачи. В зависимости от особенностей фигурных элементов может значительно изменяться цена резки металла лазером. Например, стандартная прямая резка листового металла не вызовет таких затрат, как лазерный раскрой и перфорация форм повышенной сложности по индивидуальному проекту.

Применяемая технология. Гораздо больше стоят работы, которые необходимо выполнять на сложном автоматизированном оборудовании с применением новейших методов и сложнейшего программного обеспечения процесса лазерной резки листового металла.
Параметры заготовки. Стоимость резки зависит от толщины и размера листового металла, который необходимо обработать. Эти параметры могут значительно затруднять процесс резки, поскольку на крупных заготовках сложнее точно позиционировать режущий инструмент.

Несмотря на высокую стоимость лазерной резки листового металла, она пользуется популярностью, потому что позволяет добиваться хороших результатов. Кроме того, многие компании делают скидки в зависимости от объема работ.

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.

Основы лазерной резки — знания, которые вам пригодятся

Лазеры впервые были использованы для резки в 1970-х годах.

В современном промышленном производстве лазерная резка более широко применяется в обработке листового металла, пластмасс, стекла, керамики, полупроводников и таких материалов, как текстиль, дерево и бумага.

В ближайшие несколько лет применение лазерной резки в прецизионной обработке и микрообработке также получит значительный рост.

Во-первых, давайте посмотрим, как работает лазерная резка.

Когда сфокусированный лазерный луч попадает на заготовку, область облучения быстро нагревается, расплавляя или испаряя материал.

Как только лазерный луч проникает в заготовку, начинается процесс резки: лазерный луч движется по контуру и расплавляет материал.

Обычно для удаления расплава из разреза используется струйный поток, оставляя узкий зазор между режущей частью и рамой.

Узкие швы получаются почти такой же ширины, как и сфокусированный лазерный луч.

Примечание: данная статья является переводом

Газовая резка

Газовая резка - это стандартная техника, используемая для резки низкоуглеродистой стали. В качестве режущего газа используется кислород.

Перед вдуванием в разрез давление кислорода повышается до 6 бар. Там нагретый металл вступает в реакцию с кислородом: он начинает гореть и окисляться.

В результате химической реакции высвобождается большое количество энергии (в пять раз больше энергии лазера).

Рис.1 Лазерный луч плавит заготовку, а режущий газ сдувает расплавленный материал и шлак в зоне разреза

Резка плавлением

Резка плавлением - это еще один стандартный процесс, используемый при резке металла, который также может применяться для резки других легкоплавких материалов, например, керамики.

В качестве газа для резки используется азот или аргон, а воздух под давлением 2-20 бар продувается через разрез.

Аргон и азот являются инертными газами, что означает, что они не вступают в реакцию с расплавленным металлом в надрезе, а просто выдувают его на дно.

Между тем, инертный газ может защитить режущую кромку от окисления воздухом.

Резка сжатым воздухом

Сжатый воздух также можно использовать для резки тонких листов.

Давления воздуха, увеличенного до 5-6 бар, достаточно, чтобы сдуть расплавленный металл в разрезе.

Поскольку почти 80% воздуха - это азот, резка сжатым воздухом - это, по сути, резка плавлением.

Плазменная резка

Если параметры выбраны правильно, то в разрезе плазменной резки с применением плазменного наплавления появляются плазменные облака.

Плазменное облако состоит из ионизированного пара металла и ионизированного газа для резки.

Плазменное облако поглощает энергию CO2-лазера и переводит ее в заготовку, позволяя соединить больше энергии с заготовкой, что позволяет быстрее плавить металл и ускоряет процесс резки.

Поэтому процесс резки также называют высокоскоростной плазменной резкой.

Плазменное облако фактически прозрачно для твердого лазера, поэтому плазменная резка может использоваться только при лазерной резке CO2.

Газифицирующая резка

Газифицирующая резка испаряет материал и минимизирует тепловое воздействие на окружающий материал.

Использование непрерывной обработки CO2-лазером для испарения материалов с низким тепловыделением и высоким поглощением позволяет достичь вышеуказанных эффектов, например, тонкой пластиковой пленки и неплавящихся материалов, таких как дерево, бумага и пенопласт.

Ультракороткоимпульсный лазер позволяет применить эту технику к другим материалам.

Свободные электроны в металле поглощают лазер и резко нагреваются.

Лазерный импульс не вступает в реакцию с расплавленными частицами и плазмой, и материал сублимируется напрямую, не успевая передать энергию окружающему материалу в виде тепла.

В материале для пикосекундной импульсной абляции нет явного теплового эффекта, нет плавления и образования заусенцев.

Рис.3 Газификационная резка: лазер заставляет материал испаряться и гореть. Давление пара вытягивает шлак из разреза

На процесс лазерной резки влияют многие параметры, некоторые из которых зависят от технических характеристик лазерного генератора и станка для лазерной резки, а другие варьируются.

Степень поляризации

Степень поляризации показывает, какой процент лазера преобразуется.

Типичная степень поляризации составляет около 90%. Этого достаточно для высококачественной резки.

Диаметр фокусировки

Диаметр фокуса влияет на ширину разреза и может изменяться путем изменения фокусного расстояния фокусирующей линзы. Меньший диаметр фокуса означает более узкие разрезы.

Фокусное положение

Положение фокуса определяет диаметр луча, плотность мощности и форму надреза на поверхности заготовки.

Рис. 4 Положение фокуса: внутри, на поверхности и на восходящей стороне заготовки.

Мощность лазера

Мощность лазера должна соответствовать ьипу обработки, а также типу и толщине материала.

Мощность должна быть достаточно высокой, чтобы плотность мощности на заготовке превышала порог обработки.

Рис.5 Более высокая мощность лазера позволяет резать более толстый материал

Рабочий режим

Непрерывный режим в основном используется для резки стандартного контура металла и пластика толщиной от миллиметра до сантиметра.

Для выплавки отверстий или получения точных контуров используются низкочастотные импульсные лазеры.

Скорость резки

Мощность лазера и скорость резки должны соответствовать друг другу. Слишком высокая или слишком низкая скорость резки может привести к увеличению шероховатости и образованию грата.

Рис.6 Скорость резания уменьшается с увеличением толщины пластины

Диаметр сопла

Диаметр сопла определяет форму потока газа и воздушного потока из сопла.

Чем толще материал, тем больше диаметр газовой струи и, соответственно, больше диаметр отверстия сопла.

Чистота и давление газа

Кислород и азот часто используются в качестве газов для резки.

Чистота и давление газа влияют на эффект резки.

При резке кислородным пламенем чистота газа составляет 99,95 %.

Чем толще стальной лист, тем ниже давление газа.

При резке азотом чистота газа должна достигать 99,995 % (в идеале 99,999 %), что требует более высокого давления при плавлении и резке толстых стальных листов.

Технические параметры

На ранней стадии лазерной резки пользователь должен определить настройки параметров обработки путем пробной операции.

Теперь необходимые параметры обработки хранятся в управляющем устройстве системы резки.

Для каждого типа и толщины материала имеются соответствующие данные.

Технические параметры позволяют людям, не знакомым с технологией, беспрепятственно управлять оборудованием для лазерной резки.

Оценка качества резки

Существует множество критериев для определения качества кромок лазерной резки.

Например, стандарт формы грата, провисания и зернистости можно оценить невооруженным глазом.

Прямолинейность, шероховатость и ширина надреза должны быть измерены специальными приборами.

Осаждение материала, коррозия, область термического воздействия и деформация являются важными факторами для измерения качества лазерной резки.

Перспективы в будущем

Непрерывный успех лазерной резки находится за пределами досягаемости большинства других методов. Эта тенденция продолжается и сегодня. В будущем применение лазерной резки будет становиться все более и более перспективным.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Важные факторы связанные с лазерной резкой [Часть 1]

Лазерная резка - это процесс резки лазерным лучом с помощью которого можно разрезать металлическое и неметаллическое сырье различной толщины. При соприкосновении лазерного луча с заготовкой, материал нагревается до такой степени, что плавится или испаряется.

Процесс лазерной резки тесно связан со следующими факторами:

Режим работы лазера;
Мощность лазера;
Положение фокуса лазера;
Высота сопла;
Диаметр сопла;
Вспомогательный газ;
Чистота вспомогательного газа;
Расход вспомогательного газа;
Давление вспомогательного газа;
Скорость резки;
Материал подвергающийся резке;
Качество поверхности материала (ржавчина, посторонние предметы и т.д.).

Параметры процесса, связанного с лазерной резкой, показаны на рисунке ниже.

Рис. 1 Параметры процесса резания

I. Режим лазера

Режим лазера оказывает большое влияние на резку, и при резке необходимо использовать режим, позволяющий достигнуть поверхности стального листа и качественную линзу внешнего оптического тракта. При поперечным режиме лазера происходит распределение интенсивности света по поперечному сечению лазерного луча. Поперечный режим обычно рассматривается как стандартный режим лазера.

Для обозначения различных поперечных режимов используется символ TEMmn. TEM означает поперечную электромагнитную волну. M и N - целые положительные числа. Они представляют собой порядковые номера точек с нулевой интенсивностью света в направлениях оси x и оси Y соответственно, что называется порядковым номером режима. На следующем рисунке показаны схемы нескольких различных поперечных режимов лазерного луча. Режим TEM00 также называется основным режимом, и интенсивность любого пятна в нем не равна нулю. Если в направлении X есть пятно с нулевой интенсивностью, оно называется режимом TEM10; Если в направлении Y есть точка с нулевой интенсивностью света, это называется режимом TEM01. По аналогии, чем больше порядковые номера режимов M и N, тем больше точек с нулевой интенсивностью света в пятне. Лазерные лучи с различными поперечными режимами называются многомодовыми.

Рис. 2 Режим лазера

На рисунке выше режим TEM00 называется фундаментальным режимом. Режим TEM* 01 - это однокольцевой режим, также называемый квазифундаментальным режимом. Чтобы отличить его от TEM01, добавляется звездочка *. На самом деле, режим TEM01 и режим TEM10 можно рассматривать как один и тот же режим, поскольку оси X и Y изначально искусственно разделены. Стереограммы нескольких режимов показаны ниже.

II. Фокусное положение

Положение фокуса является ключевым параметром, поэтому крайне важно настроить его правильно.

1. Взаимосвязь между положением фокуса и поверхностью резания

2. Влияние положения фокуса на сечение реза

3. Настройка фокуса

Отрегулировав фокусное расстояние, необходимо проверить размер проколотых отверстий. Положение с наименьшим отверстием является фокусом. Наилучший фокус для резки определяется в соответствии с процессом резки после определения фокуса.

III. Сопло

Форма сопла, диаметр сопла, высота сопла (расстояние между выходным отверстием сопла и поверхностью заготовки) влияют на эффект резки.

Рис. 7 Сопло

1. Функция сопла

1) Сопло может предотвратить отскок примесей вверх, и предотвратить загрязнение фокусирующей линзы.

2) Позволяет контролировать площадь и размер диффузии газа для контроля качества резки.

Рис. 8 Выброс газа без сопла

Рис. 9 Выброс газа с помощью сопла

2. Взаимосвязь между соплом и качеством резки

Соосность между центром выходного отверстия сопла и лазерным лучом является одним из важных факторов, влияющих на качество резки. Чем толще заготовка, тем больше влияние. Соосность будет напрямую нарушена при деформации сопла или появлении пятен расплава. Поэтому сопло следует тщательно хранить, чтобы избежать повреждений и деформации. Форма и размер сопла имеют высокую точность изготовления, поэтому следует обратить внимание на правильный метод установки. При использовании сопла в плохом состоянии, качество резки ухудшится, поэтому лучше заменить сопло новым.

Если сопло отличается от оси лазера, на качество резки повлияет следующее.

1) Влияние на режущую часть

Как показано на рисунке, когда вспомогательный газ выдувается из сопла, объем газа неравномерен, и на одной стороне есть расплавленное пятно, а на другой нет.

Это мало влияет при резке тонкого листа менее 3 мм, но при резке более 3 мм влияние оказывается серьезным, иногда он не может быть прорезан.

Рис. 10 Влияние соосности на сечение резания

2) Воздействие на острые углы

Если заготовка имеет острый угол или малый угол, легко может возникнуть явление переплавки, и толстый лист может быть не разрезан.

3) Воздействие на перфорацию

Перфорация нестабильна, время нелегко контролировать, толстая пластина будет переплавлена, а условия проникновения нелегко освоить.

Это мало влияет на тонкую пластину.

3. Регулировка соосности между отверстием сопла и лазерным лучом

Этапы регулировки соосности между отверстием сопла и лазерным лучом следующие:

1) Необходимо нанести чернильный тампон на выходную торцевую поверхность сопла (обычно красного цвета) и наклеить клейкую ленту на выходную торцевую поверхность сопла. Как показано на рисунке.

Рис. 11 Шаг 1 регулировка соосности

2) Используйте мощность 10 ~ 20 Вт, ручное управление.

3) Удалите самоклеящуюся бумагу, обратите внимание, чтобы она была направлена в одну сторону с соплом.

При нормальных обстоятельствах самоклеящаяся бумага оставит черное пятно, сожженное лазером. Однако, если центр сопла слишком сильно отклоняется от центра лазерного луча, черное пятно не будет видно (лазерный луч попадает на стенку сопла).

Рис. 12 Слишком большое отклонение сопла

4) Если центральная точка большая или маленькая, обратите внимание на соответствие условий и на то, не ослаблена ли фокусирующая линза.

Рис.13 Незакрепленная фокусирующая линза

5) Обратите внимание на направление черной точки от центра сопла и отрегулируйте положение сопла.

Рис. 14 Регулировка положения соосности лазерного луча

4. Диаметр сопла

Размер отверстия оказывает ключевое влияние на качество резки и качество перфорации. Если отверстие сопла слишком большое, расплавленный материал, разбрызгиваемый во время резки, может пройти через отверстие сопла и попасть на линзу. Чем больше диафрагма, тем хуже защита фокусирующей линзы и тем меньше срок службы линзы.

Сравнение диафрагмы сопла

Диафрагма сопла	Расход газа	Мощность удаления расплава
Маленькая	Быстрый	Большая
Большая	Медленный	Маленькая

Разница между соплом φ1 и φ1.5

Диаметр сопла	Тонкая пластина (менее 3 мм)	Толстый лист (более 3 мм) Высокая режущая способность, более длительное время охлаждения и более длительное время резки
φ1	Режущая поверхность в норме.	Область диффузии газа мала и нестабильна, но в принципе пригодная.
φ1.5	Режущая поверхность будет толще, а на углу легко появятся пятна от расплава.	Область диффузии газа большая, скорость газа медленная, резка стабильная.

5. Регулировка высоты сопла

Высота сопла - это расстояние между выходным отверстием сопла и поверхностью заготовки. Диапазон настройки этой высоты составляет от 0,5 мм до 4,0 мм, и мы обычно устанавливаем ее на уровне 0,7 мм-1,2 мм при резке. Если она слишком низкая, сопло будет сталкиваться с поверхностью заготовки. Если оно слишком высоко, концентрация и давление вспомогательного газа уменьшаются, что приводит к снижению качества резки. При перфорации высота должна быть немного больше, чем высота резания, и должна быть установлена на уровне 3,5-4 мм. Таким образом, можно эффективно предотвратить загрязнение фокусирующей линзы брызгами, образующимися во время перфорации.

Рис. 15 Высота сопла

Блок управления емкостными датчиками

На рисунке в графе "Pos." показан элемент регулировки высоты сопла.

Как резать лазером медь и другие светоотражающие металлы?

Лазерная резка низкоуглеродистой и нержавеющей стали имеет долгую историю и является одним из применений CO2-лазеров. Однако CO2-лазеры традиционно не являются хорошим решением для резки материалов с высокой отражательной способностью.

Длина волны излучения волоконных лазеров составляет около 1,07 мкм, по сравнению с 10,6 мкм у традиционных альтернатив CO2. Лазерный свет с длиной волны 1,07 мкм не только меньше отражается и, следовательно, легче поглощается, но и более короткая длина волны может быть сфокусирована в пятно, диаметр которого составляет примерно 1/10 диаметра луча CO2. Это обеспечивает значительно более высокую плотность мощности, что облегчает проникновение в металл. При таких высоких уровнях плотности мощности металлы, такие как медь и латунь, быстро проходят через фазовый переход в расплавленное состояние, поэтому лазерный луч быстро преодолевает барьер отражения таких металлов для начала эффективного процесса резки. Резка таких металлов оказалась сложной при использовании CO2-лазеров.

Какие металлы отражают при лазерной резке?

Медь, латунь, бронза, серебро, золото и алюминий в твердом состоянии хорошо отражают инфракрасный свет. Алюминий, однако, не считается отражающим металлом для практических целей резки волоконным лазером .

Почему лазерная резка латуни и меди настолько сложна?

Низкое поглощение инфракрасного лазерного излучения затрудняет резку этих металлов;
Медь и латунь (медно-цинковый сплав) являются хорошими отражателями (и, следовательно, плохими поглотителями) инфракрасного (ИК) лазерного света, особенно в твердом состоянии;
Чистая медь в твердом состоянии отражает> 95% ближнего ИК-излучения (длина волны ~ 1 мкм);
Отражательная способность меди и других отражающих металлов уменьшается, когда металл нагревается, и резко падает, когда материал плавится (например, до

Распространенные проблемы при лазерной резке отражающих металлов

При оптимальном выборе лазера, оптики и процесса резки лазерный луч быстро расплавляет поверхность отражающих материалов, затем взаимодействует с более поглощающим расплавленным металлом и инициирует эффективный, стабильный процесс резки. Неправильный выбор лазерной/оптической установки или использование неоптимальных параметров процесса может привести к чрезмерному сближению лазера с твердым металлом и, следовательно, к чрезмерному количеству отраженного света. Слишком большое отражение, в свою очередь, приводит к неэффективности процесса резки и потенциальному повреждению оптики.

Критической стадией при резке отражающего металла является начало процесса, особенно стадия прожигания, когда лазер взаимодействует с твердым металлом. После создания разреза лазерный луч в основном взаимодействует с расплавленным материалом.

Какие факторы важны для успешной резки меди и латуни с помощью волоконного лазера?

Следующие параметры процесса важны для резки меди и латуни с помощью волоконных лазеров:

Отступите от максимальной скорости подачи, которую может поддерживать процесс, примерно на 10 - 15%, чтобы избежать риска того, что резка погаснет, тем самым применяя высокий уровень энергии луча к материалу в его наиболее отражающем состоянии. Если вы сомневаетесь, начните с более медленной скорости, чем та, которую может выдержать процесс. Перед перемещением луча для начала резки дайте время выдержки, чтобы убедиться, что отверстие пробито насквозь.

Как для прожига, так и для резки, установите положение фокуса как можно ближе к верхней поверхности, насколько позволяет качество резки. Это сводит к минимуму количество поверхностного материала, который взаимодействует с лучом в начале процесса, тем самым максимизируя плотность мощности луча, что приводит к более быстрому плавлению.

Толщина меди	1 мм	1,5 мм	2 мм	3 мм	4 мм	6 мм
Минимальная пиковая мощность, необходимая	1000 Вт	1000 Вт	1500 Вт	2000 Вт	3000 Вт	4000 Вт

Настройка мощности

Использование максимальной пиковой мощности, доступной для прожига и резки, сокращает время, в течение которого материал находится в наиболее отражающем состоянии. Приведенную выше диаграмму можно использовать в качестве консервативного руководства для начала разработки процесса.

Режущий газ

При прожиге и резке меди в качестве режущего газа обычно используется кислород под высоким давлением (100-300 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от толщины) для повышения надежности процесса. Когда используется кислород, образование оксида меди на поверхности снижает отражательную способность. Для латуни подойдет азотный газ для резки.

Лазерный раскрой листового металла

Производство металлоконструкций не обходится без раскроя плоского и профильного проката. От этой операции во многом зависит качество и стоимость готовой продукции. Сегодня в мастерских и на предприятиях успешно применяются несколько различных технологий резки, мы расскажем об одной из них. Итак, тема нашей статьи – лазерный раскрой листового металла.

Что понимается под раскроем металла

Раскрой листового металла относится к заготовительным операциям. Они выполняются с целью сформировать детали, пригодные для сварки и монтажа. По сути, это производство фрагментов металлоконструкций. На предприятиях нередко работают целые заготовительные подразделения, где производится резка, обработка краев реза, гибка и т. д. В результате получаются заготовки, требующие дополнительной обработки, или уже готовые детали. Все зависит от того, какие технологии и оборудование применяются на этом этапе.

Перед началом раскроя нужно рационально разместить «выкройки» на листе. Заготовка может быть любой формы, но проще всего, конечно, работать с прямоугольными. В ходе резки листового металлопроката образуются отходы – возвратные и невозвратные. Количество этих остатков непосредственно связано с используемой технологией.

Раскрой листового металла – непростая и очень ответственная операция. От нее зависит качество и себестоимость деталей и всей конструкции в целом. На современных предприятиях отдают предпочтение эффективным высокотехнологичным методам резки.

Принципы лазерной технологии раскроя листового металла

Наиболее точный раскрой листового металлопроката обеспечивает плазменная и лазерная резка – две технологии, связанные с термическим (термохимическим) воздействием на материал.

Эти методы основаны на быстром и сильном нагревании металлического листа в намеченной точке при помощи лазерного луча или струи плазмы. Происходит локальное расплавление и испарение металла. При перемещении резака по контуру будущей детали перемещается и зона нагрева. В итоге получается аккуратно вырезанная заготовка. Лазер также способен сделать отверстия заданной формы и размера.

Каков принцип работы лазерных установок? Энергия источника (вспышка особой лампы, электрический разряд или химическая реакция) превращается в световую энергию и многократно усиливается. Нарастанию способствует оптический резонатор – система из двух или нескольких специальных зеркал. Процесс происходит в так называемой активной среде, она может представлять собой газ, жидкость или твердое тело. Образуется узкий пучок концентрированной энергии высокой мощности, который и прожигает материал в заданной точке. Для резки металла применяются твердотельные (в том числе оптоволоконные), и газовые лазерные станки.

Лазерный раскрой листового металла происходит с минимальной погрешностью благодаря очень точной фокусировке луча – вся его энергия может быть сконцентрирована в точке диаметром 1 микрон. Программное управление обеспечивает идеальное соответствие вырезанных деталей чертежу. Причем возможно вырезать заготовки любой, самой сложной формы. Отличительной особенностью данной технологии является высокая скорость процесса при отличном качестве продукции.

Лазер способен резать любые металлы и сплавы. Поскольку мощный нагрев в точке реза происходит быстро, вся поверхность не успевает нагреться, поэтому лист не деформируется. Непосредственного контакта инструмента с обрабатываемым материалом нет, поэтому можно разрезать даже тонкие или хрупкие материалы. Правда, лазерный раскрой листового металла толщиной более 20 мм обычно не производится, так как для этого нужна установка очень большой мощности, а это экономически неоправданно.

Мощность лазерного излучения можно регулировать – выполнять не только резку, но и гравировку листа.

При раскрое происходит мгновенное расплавление и испарение металла. Струя вспомогательного газа выдувает остатки расплава и продукты окисления материала. Для раскроя относительно толстых листов в рабочую зону дополнительно подают кислород под давлением, чтобы поверхность материала в точке реза нагревалась еще сильнее.

Перечислим основные преимущества лазерной резки:

доступна обработка даже самых твердых металлов и сплавов;
высокая скорость раскроя;
при высокой производительности станка сохраняется отличное качество работы;
можно резать хрупкий металл, для которого другие способы обработки не годятся;
подходит для производства фигурных заготовок и деталей, форма может быть любой;
малые потери металла благодаря достаточно плотному размещению заготовок на листе, за счет этого себестоимость продукции снижается;
вырезанные лазерным лучом детали не нуждаются в дополнительной обработке;
процессом лазерного раскроя листового металла на станках с ЧПУ легко управлять;
метод экономически эффективен, если правильно выбрать область применения и подобрать соответствующее поставленным задачам оборудование.

Недостатки данной технологии:

не подходит для резки металла толщиной более 20 мм;
при работе с металлом, обладающим выраженными отражающими свойствами (полированная нержавейка и др.), мощность и производительность станка снижается.

Лазерный раскрой листового металлопроката особенно востребован в случае изготовления больших партий идентичных деталей с абсолютно точным соблюдением их формы и размеров. Это актуально, например, при производстве судов, самолетов, автомобилей, станков, радиоэлектроники и точных приборов, для создания декоративных решеток и др.

Какое оборудование сегодня используют для лазерного раскроя листового металла

С появлением лазерных режущих станков производство металлоконструкций стало значительно дешевле и быстрее. Лазерный раскрой обеспечивает высочайшую точность и скорость работы. Эта технология оптимальна для обработки металлических листов малой и средней толщины. Она применяется на предприятиях металлургической отрасли и практически на любом машиностроительном производстве.

В России встречаются лазерные станки производства компаний Mitsubishi, Durmazlar, Trumpf, TST LASER, Mazak, FINN-POWER, Knuth, Halk, Mattex.

Наиболее популярно следующее оборудование:

Лазерные станки ARAMIS.
Лазерное оборудование компании Durmazlar.
Установка 2D/3D СО2 Space GEAR MarkII производства фирмы MAZAK.
Станки с ЧПУ для сварки и лазерного раскроя листового металла Laserdyne производства ПРИМА НОРС.

Стоимость оборудования для лазерной резки составляет в среднем 350 000 рублей.

Луч лазера – концентрированный поток световых частиц высокой энергии. Он почти не рассеивается и создает на поверхности разрезаемого материала крошечное световое пятно, размер которого обычно составляет несколько микрон. В этой точке металл моментально плавится, кипит и испаряется, в то время как остальная поверхность не подвергается нагреванию. Эти особенности позволяют добиться чрезвычайно узкого реза, при этом размеры и форма детали выдержаны с точностью до десятых долей миллиметра.

Нюансы лазерного раскроя металла в промышленных условиях

Для резки и гравировки металла на предприятиях используются твердотельные и газовые лазеры (жидкостные для этой цели не подходят). По сравнению с газовым, твердотельный лазер проще по конструкции, обладает более высоким КПД и экономичнее в эксплуатации. Однако его мощность обычно лежит в пределах от 1 до 6 кВт – значительно меньше, чем у газового лазера. Твердотельная лазерная установка может работать в постоянном или импульсном режиме, последний дает возможность увеличить мощность.

Рабочим телом (активной средой) твердотельного лазера служит стержень, изготовленный из кристалла или стекла с особыми «лазерными» свойствами. Чаще используются кристаллы иттрий-алюминиевого граната с неодимом (Nd:YAG), неодимовое стекло или рубины. Кстати, самый первый в истории лазер был рубиновым.

Под влиянием системы накачки (обычно это специальные лампы с подходящим по спектру излучением) стержень испускает фотоны. Световая энергия усиливается и фокусируется благодаря оптическому резонатору – системе зеркал и линз. Их положение можно менять для точной настройки лазера. Управление световым потоком, регулировка его параметров, а также концентрация луча в нужной точке в соответствии с контурами заготовки происходит автоматически, за это отвечает компьютер.

Для раскроя металлических листов используются и волоконные лазеры – тоже твердотельные, но выделенные в отдельную группу. В основе – кварцевое оптическое волокно, легированное неодимом, иттербием или другими редкоземельными металлами. Нередко волокно является одновременно и активной средой, и оптическим резонатором, а это означает упрощение конструкции и ее неприхотливость, ведь зеркала и линзы достаточно капризны. Накачка происходит с помощью диодной лампы (светодиода).

Волоконные лазерные установки компактны и мобильны, отличаются высокой мощностью и длительным периодом эксплуатации. Подходят для прецизионной резки благодаря отличной фокусировке луча. Высокий КПД установки, ее надежность, почти идеальные параметры луча, несложное и недорогое обслуживание сделали лазеры этого типа очень популярными на промышленных предприятиях. Стоит отметить также, что лазерный луч со всей его энергией передается по оптическому волокну как электрический ток по проводу – преимущества очевидны.

В газовых лазерах место стержня занимает трубка, заполненная газом, – в металлорежущих станках используется углекислый газ с добавлением азота и гелия. Трубка помещена в оптический резонатор. Внутри нее газовая смесь испускает фотоны под влиянием электрических разрядов (электрическая накачка). Газовый лазер дешевле твердотельного. Он способен выдавать мощность свыше 20 кВт в непрерывном режиме, так что может кроить очень твердые металлы и сплавы.

Помимо газов, служащих для получения собственно лазерного луча, в процессе раскроя материала участвуют вспомогательные газы. Например, металлы с высокой температурой плавления лучше всего резать в струе кислорода. Для резки алюминия и нержавеющей стали используется азот. Для титана, меди и некоторых других металлов подойдет только аргоновая среда.

5 итоговых советов по работе с лазером при раскрое листового металла

Не рекомендуется подвергать лазерной резке некачественный металл. Следы коррозии или ржавчина сведут на нет преимущества этой современной технологии – качество реза будет неудовлетворительным.
Не следует обрабатывать листы с заметными неровностями – результат непредсказуем.
Размечая лист, нужно помнить о том, что заготовки должны располагаться не менее чем в 10 мм от краев. При этом минимальное расстояние между ними – 5–10 мм.
Для повышения качества работы рекомендуется использовать металлические листы со скругленными углами.
Раскрой заготовок со сложными контурами стоит дороже, поскольку продолжается дольше. Причина в том, что при прохождении каждой линии контура станок врезается в материал за пределами будущей детали, затем возвращается назад и меняет направление.

Итак, раскрой металла – это технологическая операция превращения металлопроката в заготовки или готовые детали требуемых размеров и формы. Лазерная резка используется для работы с любыми металлами. Она превосходит иные технологии по скорости обработки металлопроката и качеству готовой продукции, к тому же незаменима при производстве деталей сложной формы. При этом процесс резки экономически выгоден и безопасен как для человека, так и для окружающей среды.

Читайте также: