Обработка металла лазерным станком

Обновлено: 05.10.2024

Лазерная резка металла на станках с ЧПУ используется в основном для раскроя листа по сложному контуру. При этом все достоинства технологии сохраняются независимо от сложности процесса, изделия отличаются чистотой реза и точностью размеров при условии соблюдения технологии.

Резка лазером на станке с ЧПУ осуществляется по специальным чертежам, которые должны быть оформлены в особом формате. В нашей статье мы расскажем обо всех особенностях лазерной резки металла на станке ЧПУ.

Конструкция станка с ЧПУ для лазерной резки

Ранее резка по металлу происходила вручную. Однако замена ее на лазерную привела к появлению новых деталей и узоров, которые создаются теперь с высокой точностью и скоростью.

Управление механизмами и мощностью лазерного луча происходит с помощью ЧПУ.

Оборудование имеет оптику состоящую из:

трубки лазера;
головки излучателя;
отражающих зеркал;
линзы, с помощью которой происходит фокусировка.

Газовая смесь накачивается в трубку лазера. Затем формируется луч. Для этого в получившуюся газовую среду дается напряжение. Образовавшийся луч фокусируется зеркалами, линзами и направляется в установленную точку. После чего он обрабатывается в заданных направлениях головкой излучателя, которая перемещается над материалом.

Лазерный луч имеет большую мощность, что дает ему возможность проникнуть в любой материал. Такой способ резки не деформирует последний, благодаря чему резать можно любой мягкий материал, например, резину, пластик или бумагу. В случае, когда толщина не очень велика, мощности лазера хватает и для резки металла.

Плюсы и минусы лазерной резки металла на станках с ЧПУ

Основными преимуществами данного метода являются следующие:

Раскрой с помощью механических инструментов приводит к потерям материала, который уходит на пыль и стружку. Помимо этого, отходы забивают отверстия и линию реза, затрудняя проведение работ. Данные недостатки отсутствуют у лазерной резки.
Материалоемкость резки лазером минимальна, ведь толщина реза стремится к 0,1 мм. Таким образом, потери материала ничтожны.
Не происходит образования пыли и стружки. Отходами можно назвать лишь испарения, для удаления которых используется система вентиляции воздуха.
Конфигурация реза благодаря ЧПУ может быть любая, даже самая сложная.
Материал может быть практически любым. Лазерное оборудование позволяет резать не только металлы, но некоторые виды других заготовок.
Известна способность металла деформироваться при воздействии на него высокой температуры. Однако лазерный луч позволяет сделать настолько узкий рез, что тепло мало воздействует даже на его края. Торцы сохраняются ровными и чистыми. Заготовка не деформируется.
Кромки остаются острыми. Иногда этого требует сам процесс производства. Для получения скругленных краев требуется использование особых технологий.
Лазерная резка достаточно экономична. Ведь, несмотря на высокую стоимость обработки, точность кроя и его скорость окупают весь процесс.
Использование ЧПУ делает создание макета значительно легче, позволяет изготавливать детали высокой сложности и выполнять работу точно. Созданный конструктором макет загружается в компьютер, обслуживающий оборудование, где его можно подкорректировать с учетом используемого материала.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Лазерная резка металла на станках с ЧПУ имеет ряд недостатков:

Высокая стоимость оборудования. Аппаратура для резки лазером не относится к дешевой. Еще совсем недавно ее использовали редко именно из-за высокой стоимости. Несмотря на то, что сейчас цена значительно упала, множество производств не могут себе позволить закупить такое оборудование. Впрочем, дороговизна станка зачастую компенсируется в процессе производства, что рассматривалось нами выше.
Ограничение толщины металла. Лазерная аппаратура не в состоянии работать с толщиной материала более 2 см. Таковы особенности луча лазера. К сожалению, от используемой установки это не зависит.
Металлы, имеющие свойство отражения, не могут быть обработаны данным способом. Таким материалом является, например, чистый алюминий. Лазерный же луч представляет собой частицы, движущиеся в направленном потоке, которые можно отразить. Металлы, обладающие отражающим свойством, должны обрабатываться механическим способом.
КПД данного оборудование – достаточно низкий. Данный показатель у лазерного оборудование равен всего 15 %, что сильно сказывается на работе с материалом, чья толщина более 1,2 см, так как увеличивается расход времени и энергии на его обработку.
Возможные сложности с программным обеспечением. Сбой в работе программ приводит к невозможности правильной работы даже при исправных основных элементах оборудования. Несмотря на надежность современного ПО, данный недостаток может проявиться в любой момент.

Технологии лазерной резки металла на станках с ЧПУ

Существует три вида лазеров для резки металла в зависимости от типа рабочей среды:

1. Твердотельные лазеры.

Основным элементом такого оборудования является осветительная камера. Внутри нее размещено рабочее тело и источник получения энергии. Последней является лампа-вспышка газоразрядная. Ее рабочее тело – это стержень, который может быть выполнен из рубина, неодимового стекла, алюмо-итриевого граната, который легирован иттербием или неодимом. По краям данного стержня располагают отражающее и полупрозрачное зеркала. Луч лазера, отражаясь в процессе прохождения по стержню, усиливается и выходит сквозь полупрозрачное зеркало.

Твердотельными являются также волоконные лазеры. Усиление излучения у них происходит в стекловолокне. Энергия исходит из лазера на полупроводниках.

Чтобы до конца разобраться в работе лазера, рассмотрим оборудование, где рабочее тело – гранатовый стержень, легированный неодимом, чьи ионы выступают в качестве активного центра. Газоразрядная лампа источает энергию, которую усиленно поглощают ионы, переходя в состояние возбуждения. Это значит, что у них появилась лишняя энергия.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Возвращаясь в первоначальное состояние, ионы отдают излишек энергии в виде фотона. Последний является электромагнитным излучением, или светом. Он подталкивает остальные ионы к возвращению в исходное состояние. Получается лавинообразный процесс. Зеркала направляют движение луча. Отражая фотон, они множественно возвращают его в рабочее тело. Тем самым зеркала помогают образовываться фотонам и усиливают излучение. Основными характеристиками такого лазера являются концентрация энергии на высоком уровне и низкая расходимость луча.

2. Газовые лазеры.

В таких установках рабочим телом становится углекислота, а также ее смесь с гелием и азотом. Происходит прокачка газа через газоразрядную трубку. Возбуждение проходит в результате электрических разрядов. Излучение усиливается с помощью зеркал – полупрозрачного и отражающего. Конструкции таких лазеров имеют свои особенности, которые влияют на их виды: поперечной/продольной прокачки или щелевые.

3. Газодинамические лазеры.

Виды брака при лазерной резке металла на станках с ЧПУ

Причин возникновения брака во время резки может быть две. Во-первых, он появляется при нарушении различных норм работы, например, при изменении скорости работ. Во-вторых, в результате применения материалов плохого качества.

Для получения высококачественной продукции необходимо регулярное обслуживание аппаратуры, а также точное исследование тестового экземпляра еще до запуска его в серию.

В процессе лазерной обработки возможен такой брак:

Облой, называемый еще грат, представляющий капли металла, которые затвердели на краях заготовки. Очищение детали от них происходит вручную, что может изменить геометрию изделия. Это совершенно недопустимо при изготовлении сверхточных деталей.
Неровная кромка, возникающая при нерегулярности обслуживания оборудования, а также в результате истирания линейных направляющих и прочих компонентов. Еще одной причиной такого брака может стать плохое закрепление на рабочем столе обрабатываемого листа металла, имеющего небольшой вес.
Вихри или бороздки на выходе. Они могут появиться при резке определенных материалов, имеющих достаточно большую толщину, поскольку происходит отрыв потока газа и возникновение вихря. Решением данной проблемы может стать смена режимов обработки и давления газа на выходе из сопла.

При обработке толстых листов материала важное значение имеет вспомогательный газ, который убирает расплав из реза, очищая его.

Мощность излучения лазера для резки толстолистового металла должна быть повышена. Впрочем, следует учесть, что ее увеличение в процессе обработки может привести к сложностям в получении качественного одномодового лазера. Скорость резки при возрастании толщины заготовки значительно падает и края реза становятся шероховатыми, появляется грат.

Качество обработки падает при резке толстых листов металла, у которых высоко соотношение ширины разреза к толщине заготовки. Причина – в ослабевании силы воздействия газа на расплав и плохое удаление последнего из реза. Вспомогательный газ оказывает большое воздействие на качество резки металлов, чья толщина ≥ 2,5 см. Специалисты считают данную проблему одной из самых важных в современной технологии лазерной резки.

Требования к чертежам для лазерной резки металла на станках с ЧПУ

Процесс лазерной обработки происходит по специальным чертежам, содержащимся в векторных файлах. Станок лазерной резки металла с ЧПУ управляется программой, которая может принимать несколько форматов файлов, таких как: AI, DXF, CDR, PLT. Наиболее легкими в работе считаются два из них: AI (Adobe Illustrator, версия которого не ранее седьмой) и CDR (CorelDraw, версия до X3). Впрочем, чертежи можно сделать и в других программах, лишь бы их распознавал станок.

Существует несколько особенностей, знание которых важно для подготовки рисунков и векторных чертежей для лазерной обработки:

Линии и их толщина. Луч лазера проходит по заготовке, оставляя рез, заложенный в программе. Тонкая узкая щель на чертеже должна быть обозначена прямоугольником, а не толстой линией. Линии на картинке должны быть обозначены Hairline или 0,001 px, что означает тонкий абрис. Толстые линии следует сделать отдельными объектами. Порядок действий: в Inkscape следует выбрать «Контур/Оконтурить объект(обводку)», а в CorelDraw – «Упорядочить/Преобразовать абрис в объект».
Линия, которая дублирует аналогичную. Нередко возникают двойные линии, расположенные друг над другом. Лазерный аппарат при этом дважды режет одно и то же место, что может привести к порче детали.
Ширина разреза. Необходимо принимать во внимание наличие у лазерного луча собственной толщины, несмотря на небольшой размер. Ширина реза при обработке различных материалов отличается, но его размер не выше 0,2 мм. При производстве сборных деталей на чертеже следует делать наложение соприкасающихся граней.
Цвет для линий. Каждый слой на чертеже имеет свой цвет. При необходимости проведения резки в определенном порядке полосы следует окрашивать в различные цвета. А в аннотации надо обозначить очередность обработки для всех цветов линий. В прочих случаях чертеж делают в одном цвете, приоритетным является черный.
Заливка определенным цветом. Не следует делать заливку частей чертежа ни текстурой, ни цветом, поскольку программа не в состоянии распознать ее. А для оператора это вызывает затруднения в работе.
Размер чертежа и его масштаб. Абсолютно все схемы должны иметь масштаб 1:1. Размер же изделия или набора изделий не должен быть более 49х29 см, что является размером рабочей поверхности.
Повтор детали. При необходимости произвести несколько одинаковых изделий делают чертеж одного из них. Программа самостоятельно их размножит и правильно расположит. Вручную эту работу делать не нужно.
Растровые изображения. Лазерное оборудование распознает только векторный чертеж, растровую графику просто игнорирует.
Зазоры изделий. Детали с одной линией реза следует размещать встык, только не делать дублирующих линий (смотрите п. 2). Остальные изделия надлежит располагать с определенным зазором, величина которого зависит от толщины металла. Если толщина менее 2 мм, то зазор делается равным ей или более; если толщина более 2 мм, то зазор должен быть равен 4 мм или быть больше.

Достаточно часто встречается ситуация, когда заказчик работ имеет только растровый чертеж. Это может быть отсканированный документ или нарисованная картинка, как в электронном, так и в бумажном виде. В таком случае чертеж необходимо перевести в векторный формат. Такая работа стоит не менее 600 рублей за 1 час времени специалиста. Конечная стоимость оговаривается при анализе первичной документации.

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.

Лазерная металлообработка

В промышленном производстве в последнее время все чаще стали использовать лазер. С помощью лазерных установок выполняют такие операции, как формовка, резка, стыковка и т. п., причем работать можно с самыми разнообразными материалами – деревом, пластмассой, бумагой и пр. В этой статье мы поговорим о том, что собой представляет лазерная металлообработка, которую относят к одной из передовых техник работы с металлом.

Благодаря современному оборудованию, позволяющему выполнять необходимые настройки мощности лазера и выбирать глубину проникновения луча, можно резать и выполнять гравировку в соответствии с любыми потребностями клиента. Какие типы лазерной металлообработки существуют и в чем ее основные преимущества, узнаете из нашей статьи.

Особенности лазерной металлообработки

Из названия сразу становится понятно, что лазерную металлообработку выполняют посредством лазерного луча, который подается из специальной установки. Благодаря своим свойствам луч на небольшой площади обрабатываемой поверхности фокусирует энергию высокой плотности. В результате обрабатываемый материал начинает активно разрушаться (плавиться, сгорать, испаряться и т. п.).

Оборудование для лазерной металлообработки способно сконцентрировать на обрабатываемой поверхности энергию плотностью 108 Ватт на квадратный сантиметр. Понять, каким образом получается подобный эффект, невозможно, не разобравшись предварительно со свойствами лазерного луча. Для него характерны:

Постоянство длины и частоты волн (монохроматичность). В этом состоит его основное отличие от световых волн. Благодаря такому свойству не составляет труда сфокусировать луч на любой поверхности, воспользовавшись обычными оптическими линзами.
Высокая направленность и небольшой угол наклона. Это дает возможность получить сфокусированный луч.
Когерентность, означающее согласованность и резонирование большого числа волновых процессов, происходящих в лазерном луче. Благодаря этому суммарная мощность излучения возрастает в разы.

В двух словах лазерную металлообработку можно описать следующим образом. Луч, воздействуя на обрабатываемую поверхность, быстро нагревает и расплавляет ее. А так как он продолжает действовать на подвергаемый обработке металл, то температура в месте контакта достигает точки кипения, заставляя материал испаряться.

Какие существуют типы лазеров

Есть несколько технологий лазерной резки металла, определяемых в зависимости от вида рабочего элемента – лазера, и его мощности. На сегодняшний день можно выделить три основных вида лазерных установок:

твердотельные с мощностью, не превышающей 6 кВт;
мощность газовых установок достигает 20 кВт;
самыми мощными являются газодинамические установки, минимальная мощность которых составляет 100 кВт.

В промышленности в основном используются твердотельные установки, предназначенные для лазерной металлообработки.

Лазерное излучение в подобных установках, за счет которого и происходит резка металла, может быть как импульсным, так и непрерывным. Рабочие элементы (рабочее тело) в таких устройствах представлены рубином, стеклом с примесью неодима или флюорита кальция. Основным преимуществом этого типа оборудования является возможность создания мощнейшего лазерного импульса за доли секунды. Газовые лазерные установки больше соответствуют научным либо техническим целям, в промышленности они находят применение нечасто.

Рабочим телом в такого рода оборудовании является смесь газообразных веществ, которая применяется в процессе лазерной металлообработки. Установки работают за счет азота, углекислого газа и гелия. Электрический ток, воздействуя на атомы этих газов, возбуждает их, благодаря чему начинают проявляться такие свойства, как монохроматичность и направленность. Именно их и можно назвать основными достоинствами газовых лазерных установок.

Самыми мощными являются газодинамические лазеры, рабочим веществом которых является углекислый газ.

Процесс лазерной металлообработки выглядит следующим образом: нагретый до определенной температуры углекислый газ поступает в узкий канал, в котором происходит расширение его структуры, после чего газ охлаждается. В результате образуется необходимая энергия, за счет которой и выполняется лазерная резка металлов.

Что можно сделать с помощью лазерной металлообработки

Среди основных технологий лазерной металлообработки можно выделить прямое лазерное спекание, лазерную и лазерно-механическую гибку, лазерную сварку, лазерное сверление и лазерную резку. Остановимся на каждом из этих процессов немного подробнее.

1. Прямое лазерное спекание металлов.

Прямое лазерное спекание металлов – обладающий высоким потенциалом способ, позволяющий быстро изготавливать металлические прототипы. С его помощью производят металлические формообразующие вставки пресс-форм, которые в дальнейшем используются в процессе литья пластмасс под давлением, а также изготавливают образцы и прототипы разного рода деталей.

В процессе лазерного спекания металлический порошок при помощи лазерного луча постепенно наплавляют по контуру заготовки. Для этого при таком виде лазерной металлообработки используются 3D-данные. Для изготовленных посредством данной технологии деталей характерны высокая прочность, а также устойчивость к разного рода механическим воздействиям.

При помощи лазерного спекания обрабатывают следующие материалы:

высококачественную сталь;
инструментальную сталь;
титан;
алюминий.

2. Лазерная и лазерно-механическая гибка металлов.

Этот вид лазерной металлообработки предполагает, что заготовки будут загибаться под воздействием лазерного луча. Узконаправленный нагрев металлической пластины приводит к тому, что она начинает расширяться в определенном месте, однако ее расширение невозможно из-за расположенных рядом холодных частей поверхности, не подвергавшихся воздействию лазера. Возникающее в процессе механическое напряжение приводит к сгибанию плоской пластины. Процесс сопровождается пластическими деформациями металла, за счет которых пластина не возвращается к прежней форме, а остается деформированной и после того, как остынет.

При выполнении лазерно-механической гибки металлов места сгиба нагревают лазерным лучом, а затем механически сгибают. Использование этой технологии позволяет снизить прилагаемые механические усилия для деформации заготовки, увеличив при этом относительное удлинение при разрыве металла. Таким образом, обеспечивается возможность придать заготовке больший угол, хотя радиус изгиба будет при этом меньшим.

3. Лазерное сверление металлов.

При подобном способе обработки металлов не образуется стружка. Лазерная установка направляет внутрь детали такое количество энергии, что она ионизирует и испаряет материал в месте воздействия.

Большая разница в давлении между всей деталью и местом сверления приводит к отбрасыванию ионизированного пара (точнее, плазмы) в сторону. При использовании этого способа металлообработки необходимо следить за тем, чтобы по краям просверленного отверстия не образовывалось наплавление металла.

4. Лазерная сварка металлов.

Технология лазерной сварки металлов предполагает соединение деталей конструкций за счет воздействия лазерного луча. Он выступает в роли источника сконцентрированной тепловой энергии. При лазерной сварке образуется тонкий сварочный шов, достигается большая глубина и высокая скорость работы. Технология находит применение в промышленном производстве крупных партий деталей, например, в автомобилестроении.

Лазерную сварку можно отнести к универсальным способам соединения деталей, она одинаково хороша для обработки углеродистой стали, высокопрочной низколегированной стали, а также для заготовок из нержавеющей стали, алюминия и титана. Этот вид лазерной металлообработки отличается высоким качеством, схожим с электронно-лучевым методом соединения металлов. На скорость работы влияет количество затраченной энергии, а также тип и толщина заготовок. Мощные газовые установки прекрасно справляются с производством крупных серий деталей.

5. Лазерная резка металлов.

К этой технологии обращаются при необходимости разрезания листового металла, а также для изготовления трехмерных заготовок, например, таких, как трубы или профили.

Лазерная резка металлов незаменима при работе с заготовками, имеющими сложную геометрическую форму (двух- или трехмерную). Без данной технологии не обойтись в случаях, когда обработка должна быть выполнена не только точно, но и быстро (в основном, со скоростью от 10 до 100 и более м/мин), при необходимости производства трехмерных вырезов (включая, работу с труднодоступными местами заготовки), а также при выполнении бесконтактной работы с деталями практически без приложения усилий.

Если сравнивать лазерную металлообработку с прочими видами обработки металлов (например, вырубкой в штампе), она будет экономически обоснованной, даже если речь идет об изготовлении деталей небольшими партиями.

В наши дни производятся комбинированные установки, сочетающие в себе, кроме преимуществ лазера, также и достоинства, которыми обладают вибрационная высечка и вырубка в штампе. С их помощью можно осуществлять не только лазерную резку контуров заготовок, но и работать с вырубной головкой. Подобные установки оснащаются фокусированными мощными лазерами. В основном пользуются углекислотными (газовыми) аппаратами, однако все чаще обращаются к твердотельному и волоконному лазеру. Последний обладает большей эффективностью и лучше поддается фокусировке.

Лазерная металлообработка, резка и гибка осуществляется путем:

плавления обрабатываемого материала;
испарения металла.

Второй вариант предполагает использование более мощного оборудования, что повышает расход электроэнергии и может быть необоснованным с экономической точки зрения. Кроме того, подвергать такой обработке можно только детали определенной толщины (тонкостенные).

Чаще всего прибегают к лазерной резке металлов путем плавления обрабатываемого материала. С недавних пор при ее выполнении используются газы (кислород, азот, воздух, инертные), направляемые в место реза за счет специальных установок.

Этот способ лазерной металлообработки снижает затраты электроэнергии, увеличивает скорость обработки, позволяет пользоваться установками невысокой мощности для обработки толстостенных металлов. Такую технологию нельзя назвать именно лазерной резкой, скорее, этому способу подойдет название газолазерного.

Преимущества лазерной резки металлов

Среди прочих видов лазерной металлообработки наибольшим спросом пользуется резка металлов, обладающая следующими достоинствами:

Универсальностью. При помощи лазера можно резать различные материалы – хрупкие и более прочные металлы, пластик или дерево. Использование лазера не предполагает механического контакта с заготовкой. При этом получаемые детали могут иметь совершенно любую форму.
Точностью. Лазерная металлообработка позволяет получить максимально точный разрез. К тому же деталь не будет деформирована или поцарапана, она выйдет совершенно ровной и гладкой.
Широким диапазоном толщины металла. При помощи лазера можно резать медь и латунь, толщина которых составляет от 0,2 до 14 мм, сталь и изделия из алюминиевых сплавов толщиной от 0,2 до 20 мм, нержавеющую сталь, толщина которой может достигать 50 мм.
Отсутствием необходимости в дальнейшей обработке. Детали, которые получают в результате лазерной резки, можно сразу же использовать по назначению.
Оперативностью. Лазурные установки позволяют в сжатые сроки работать как с тонкими стальными листами, так и с конструкциями, изготовленными из твердых сплавов.
Экономической выгодой. Благодаря лазерной резке можно отказаться от дорогостоящих работ по штамповке и литью. Это особенно актуально при необходимости работы с малыми партиями деталей. Так как заготовки не нуждаются в дальнейшей обработке, а производительность установок и скорость их работы высока, эти факторы снижают себестоимость готовых деталей.

Благодаря лазерной резке можно изготавливать детали, имеющие любую герметическую форму, в том числе сложную. При этом сама резка осуществляется очень быстро и предельно точно.

К недостаткам лазерной металлообработки можно отнести высокую цену, отсутствие постоянства в скорости производства, а также работу лишь с заготовками ограниченных размеров. Лазерной резке можно подвергать листы, величина которых не превышает 150 на 300 см. Технология также не подходит для работы с толстостенными металлами. Не стоит забывать и о том, что на эффективность обработки в большей части влияет тип используемого лазера.

Имейте в виду, что отличный результат может гарантировать только профессионал. Неправильная либо неумелая работа с лазерной установкой может повлечь за собой порчу материала.

Почему следует обращаться к нам

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

Технология лазерной резки металла

Лазерная резка металла — это процесс нагревания и разрушения металла при помощи лазерного луча. Международное название технологии — Laser Beam Cutting (LBC).

На сегодняшний день существует 3 основных способа работы лазера по металлу:

Плавление — наиболее распространенный способ, который подходит для большого количества материалов. Луч лазера разогревает поверхность металла до температуры плавления, которая различается у видов сырья. При правильно подобранном режиме металл расплавляется только по срезу, целостность кромок сохраняется. В зону обработки бьет поток сжатого газа, который выдувает расплавленный металл, охлаждает края, предотвращает плавление и деформации на срезах. Например, присутствие кислорода при резке нержавеющей стали или алюминия грозит окислением места среза, поэтому поверхность обдувается азотом. Алгоритм движения составлен на базе информации о материале (толщине, температуре плавления) и заложен в программное обеспечение, которое управляет действиями оборудования. Эта технология отличается высокой точность, скоростью и экономичностью.
Горение — способ лазерной резки металла, который оптимизирует обработку черных металлов, но не подходит для цветных металлов и стали с высоким содержанием легирующих элементов. Воздействие кислорода дает в несколько раз больше тепловой энергии, чем работа лазера. Себестоимость процесса и время обработки уменьшаются. Методика имеет недостаток — горят кромки некоторых материалов. Затраты на постобработку срезов могут превысить экономию непосредственно резки. Выбор технологии лазерной резки “горение” определяет материал. Например, черная сталь в процессе обработки не образует оксидов или позволяет легко удалить их. Сплавы алюминия и нержавеющая сталь при контакте с O₂ окисляются, поэтому при раскрое этих материалов поступление кислорода отсекают струей азота.
Испарение — используется редко, востребован только при резке тонкостенных изделий или листов малой толщины. Луч работает не сплошной струей, а короткими импульсами, рассчитанными на то, чтобы расплавить и испарить металл, не задев ничего вокруг, например, подложку (в изделиях). Воздушный напор удаляет технический мусор из рабочей области. Эта методика требует значительно большего нагрева материала. Например, алюминий плавится при 660 ํС, а закипает при 2 519 ํС. Соответственно, нужно почти в четыре раза больше энергии. Процесс более затратный, поэтому оправдан только в случаях, где не справляются другие технологии.

Таким образом, лазерная резка методом плавления — оптимальное соотношение цены и качества для большинства материалов.

Оборудование для лазерной резки

Устройства классифицируют по разным параметрам. По типу рабочей среды — источника лазерного излучения — выделяют три вида приборов:

Твердотельные системы. В осветительном модуле располагается твердое рабочее тело и газоразрядная лампа высокой мощности. Рабочим телом может служить стержень из рубина, неодимового стекла и других материалов. Края стержня оснащены зеркалами: полупрозрачным и отражающим. Луч лазера, созданный рабочим телом, набирает мощность, благодаря множественным отражениям и выходит наружу через полупрозрачное зеркало.
Газовые устройства. В них работает CO₂ (отдельно или в комплексе с гелием и азотом). Углекислый газ активизируют электроразряды. Для увеличения мощности также используют систему зеркал.
Газодинамические приборы обладают самой высокой мощностью. Активным веществом тоже является оксид углерода (CO₂), разогретый до температуры в диапазоне от 726 до 2726 °С. Он активизируется при помощи дополнительного лазерного луча небольшой мощности. Проходя через специальное сопло, газ меняет состояние и становится источником излучения. Этот вид оборудования самый дорогостоящий.

Выбор вида лазерной резки зависит от материала, который необходимо обработать.

ЧПУ, использующие углекислый газ, отлично справляются со сваркой, раскроем, гравировкой металла, стекла, пластика и другого сырья. Оборудование твердотельного типа эффективно для резки алюминия, меди, серебра, латуни. Не работают с неметаллическими материалами.

Качество лазерной резки. От чего оно зависит?

Под качеством лазерной резки обычно понимают точность, качество реза (минимальную шероховатость, прямые стенки), скорость предоставления услуг.

Результат работ зависит от многих составляющих:

Типа и размеров детали;
Правильной настройки оборудования для лазерной резки;
Технического состояния ЧПУ-станка;
Качества разработки макета.

Чтобы получить нужный результат, необходимо учесть все эти параметры. При соблюдении правил использования, лазерные резаки обеспечивают точность до 0,1 мм.

Скорость резки обусловлена мощностью оборудования, толщиной и теплопроводностью обрабатываемого материала. Чем выше показатель, тем быстрее отводится тепло с рабочего участка, соответственно требуется больше энергии. Например мощности лазера в 600 Ватт достаточно для резки титана или черных металлов, но мало для меди или алюминия.

Особенности резки отдельных металлов

Индивидуальные свойства материалов требуют применения различных технологий лазерной резки. Сплавы и цветные металлы обрабатывают на станках мощностью не ниже 1 кВт, для работы с черными металлами будет достаточно мощности от 0,5 кВт.

Раскрой высокоуглеродистых сталей осуществляется в основном по газолазерной технологии с применением кислорода. Благодаря сильной тепловой реакции в зоне воздействия лазера, увеличивается скорость обработки металлического листа.

Этот метод дает высокое качество реза. Для фигурной резки, например, заготовок с острыми углами или отверстиями, в комплексе с лазерным лучом используют инертный газ.

При обработке изделий или листов из нержавеющей стали, используют азот, который транспортируют в рабочую область под давлением до двадцати атмосфер. Учитывая высокую прочность сырья, лазерная резка — практически единственный метод качественной обработки нержавеющей и оцинкованной стали.

Работа с цветными металлами требует аппаратов больше мощности, например твердотельного типа.

Для взаимодействия с латунью, алюминием и сплавами с его содержанием используют инертный газ под давлением до десяти атмосфер. Кромки получаются хорошего качество, возможно небольшое образование грата, который легко удалить.

Медь обладает высокими теплопроводными свойствами. Оптимальная толщина листов для раскроя лазером не больше 0,5 мм. Большая толщина требует значительных расходов, что не является экономически целесообразным.

Альтернатива лазерной резке металла

В современной металлообработке эффективно используют четыре технологии резки металла:

Лазерная;
Плазменная;
Газовая;
Гидроабразивная.

Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки по отношению к различным видам материалов.

Плазменная резка металла

Плазменная резка — технология раскроя металла, при которой в качестве режущего инструмента выступает струя плазмы. К преимуществам относится возможность работы с любыми сырьем: цветными, тугоплавкими и другими сложными металлами. Еще один плюс технологии — создание резы любой формы, в том числе сложной геометрической.

Плазменная резка немного проигрывает лазерной в качестве кромок, соответственно и в точности. При лазерной обработке кромки имеют большую степень соответствия по перпендикулярности.

Для материалов толще 6 мм плазменный метод занимает меньше времени и затрат энергии по сравнению с лазерным. Однако при работе с тонкими материалами и изготовлении деталей сложной геометрии использование лазера эффективнее ввиду большей точности и максимального соответствия техническому заданию.

Газовая резка металла

Суть процесса газовой резки заключается в следующем: газ ацителен или пропан разогревает материал обработки до 1000-1200⁰С, затем подключается кислород, который загорается при контакте с раскаленным металлом и режет его. Технология подходит для материалов, температура горения которых ниже, чем плавления: для сталей с низким и средним содержанием легирующих элементов. Преимущества метода в невысокой стоимости, простоте, мобильности оборудования. Однако он подходит не для всех материалов, точность резки значительно уступает лазерной и плазменной.

Гидроабразизная резка металла

Рабочим инструментом при гидроабразивной резке выступает смесь воды с абразивными частицами (зерна карбида кремния, электрокорунда, других твердых веществ, гранатовый песок). Вода поступает в режущую головку под давлением до 6000 атмосфер, оттуда она со скоростью около 1000 м/сек (и выше) вырывается в камеру, где смешивается с абразивом. Смешанная струя разрушает целостность металла и смывает отрезанные частицы. Важная особенность гидроабразивной резки состоит в том, что обрабатываемые поверхности практически не нагреваются, что дает методу массу неоспоримых преимуществ.

Технология имеет ряд плюсов:

Работа с любыми материалами;
Высокое качество реза благодаря отсутствию пригорания и плавления поверхности;
Возможность обработки термочувствительного сырья;
Отсутствие вредных выделений в рабочем процессе;
Пожаробезопасность работ.

К недостаткам можно отнести более низкую скорость в сравнении с плазменной и лазерной обработкой, высокую стоимость оборудования и себестоимость процесса.

Из рассмотренных вариантов лазерная резка — наиболее универсальный инструмент. Кроме непосредственного раскроя устройства используют для лазерной гравировки металла, маркировки, разметки и прочих операций.

Практическое применение технологии лазерной резки

Производство изделий при помощи лазерного оборудование состоит из нескольких этапов:

Формирование идеи продукта.
Разработка художественного эскиза.
Создание технического макета модели.
Изготовление тестовой детали на ЧПУ-станке.
Контроль параметров и доработки в случае необходимости.
Запуск серийного производства.

Созданию технического макета нужно уделить особое внимание, так как от его точности будет зависеть качество готового изделия.

Станки используют форматы программ AutoCAD, CorelDraw, поэтому чертежи для лазерной гравировки или резки должны быть выполнены в этих программах.

Требования к макетам для лазерной резки

Масштаб чертежа 1:1.
Замкнутые внешние и внутренние контуры.
CIRCLE, LINE, ARC — команды для создания контуров.
Команды ELLIPSE, SPLINE не поддерживаются.
При наложении линий друг на друга лазерный резак будет проходить по одной и той же траектории несколько раз.
В чертеже для лазерной резки должно быть указано количество деталей и рабочий материал.
Вся информация о чертеже должна быть размещена в одном файле.

Ценообразование в услугах лазерной резки металлов

Цена услуг зависит от ряда составляющих и меняется в зависимости от технического задания.

Что влияет на стоимость услуг лазерной резки металла

Вид металла. Например, резка черных металлов, стали и нержавейки стоит в 2-3 раза дешевле резки меди, латуни, титана, алюминия и его сплавов.
Толщина листа. Чем больше толщина, тем выше цена. Нестандартные технические задания рассчитываются индивидуально.
Сложные формы деталей. Чем больше требуется резов для достижения результата, тем выше цена.

Эти и ряд других параметров, которые оговариваются с заказчиком, формируют стоимость лазерной резки и гравировки.

О компании

Адрес: Санкт-Петербург, Петровский пр., д.20 литер Я (около д. 20 литер В)

Режим работы:
Понедельник - пятница
10:00 - 18:00

Полезные статьи
Работаем по всей России
Высокоточное производство
Пользовательское соглашение

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:

Скорость резки

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.

Фокусное положение

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.

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

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.

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.

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.

Читайте также: