Обработка металла после лазерной резки

Обновлено: 21.09.2024

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.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

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.

Рекомендуем статьи по металлообработке

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

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 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.

Как избежать растрескивания заготовок на лазерном станке

Лазерные станки с ЧПУ приобретают всё большую популярность для обработки заготовок из самых разных материалов. Благодаря бесконтактному способу обработки (путём термического воздействия высокоэнергетического луча на поверхность материала) лазерные станки с ЧПУ обеспечивают непревзойдённое качество реза и очень тонкие швы. За счёт отсутствия механического контакта «инструмента» и поверхности, заготовка не испытывает воздействия сил резания, а значит не нуждается в креплении. Это упрощает загрузку/выгрузку материалов со станка, а также снижает риск повреждения гладких поверхностей заготовки механическими прижимами.

В дополнение к перечисленным достоинствам, лазерные станки с ЧПУ не образуют стружки и пыли, а их работа протекает при минимальном уровне шума и вибраций. Для лазерного оборудования не требуется специализированное промышленное помещение — размещать станки можно в офисах и даже квартирах (если, конечно, там для них найдётся работа).

Все эти качества определяют высокую популярность лазерных станков с ЧПУ и их широкое применение в полиграфической, художественной, рекламной индустрии, а также текстильной, сувенирной, строительной и других отраслях. Широкая линейка моделей позволяет выбирать станок под различные задачи. Базовая мощность лазерных трубок может быть увеличена, что позволит не только поднять интенсивность обработки, но и резать/раскраивать заготовки значительной толщины.

Проблемы растрескивания заготовок

Несмотря на высокую универсальность лазерного оборудования, обработка толстых заготовок (особенно из органического стекла или акрила) чревата появлением трещин. Причиной являются внутренние напряжения, возникающие при резком нагревании и последующем стремительном остывании заготовки под действием лазерного луча.

Поскольку луч воздействует лишь на небольшую область обработки, локальный «точечный» разогрев при сравнительно «холодной» поверхности основной массы материала вызывает дополнительную неоднородность поля температур и усиливает внутренние напряжения. Как следствие — появление микротрещин, которые быстро распространяются по поверхности материала и существенно портят внешний вид (а также снижают прочность готовых изделий).

Наличие трещин в структуре ответственных деталей недопустимо, так как ведёт к снижению надёжности всей конструкции. Но даже в случае «обычных» изделий, не несущих механической нагрузки (к примеру, информационных табличек или сувенирных изделий), трещины на поверхности или в торцах являются нежелательными — портят внешний вид. Поэтому при лазерной обработке «проблемных» материалов (акрила, пластиков, органического стекла) следует принимать все меры по предотвращению появления и последующего распространения трещин на поверхности изделий.

Способы предотвращения растрескивания заготовок

Поскольку трещины в результате лазерной обработки материалов являются следствием внутренних напряжений в заготовке, прежде всего, следует принять меры для их снижения. Во-первых, ни в коем случае нельзя подвергать «горячую» заготовку (сразу после снятия с рабочего стола лазерного станка) резкому охлаждению. Следовательно, технологический процесс нужно планировать так, чтобы исключить вынос готовых изделий на улицу (к примеру, для погрузки в транспорт) без некоторой выдержки при комнатной температуре. Особенно опасно выносить готовые изделия на мороз. Столь резкое охлаждение сразу приводит к растрескиванию поверхности (особенно в торцах изделия, где присутствуют «естественные» места концентрации напряжений) — даже если при снятии со станка изделие и выглядело безупречно.

«Классическим» приёмом борьбы с внутренними напряжениями является отпуск. Так же как при закалке сталей, органическое стекло или акрил следует нагреть до определённой температуры (порядка 100-120 °С), изотермически выдержать некоторое время, а затем обеспечить очень медленное охлаждение. Такая операция может выполняться в специальной муфельной печи. Впрочем, в «домашних условиях» (а также для малого предприятия или офиса) такой агрегат достаточно сложен и массивен. А бытовые печи не обладают устройствами для точного контроля и поддержания температуры на заданном уровне.

Следует отметить, что в зависимости от марки материала заготовки склонность к растрескиванию при лазерной обработке может меняться. Так акрил, полученный экструзионным методом, очень сильно склонен к образованию трещин. Без применения отпуска практически невозможно обеспечить целостность изделий из экструзионного акрила. Напротив, более дорогой (литой) акрил практически не трескается и может обрабатываться лазером в самых широких диапазонах изменения мощности и скорости процесса.

Воздействие химических веществ

В ряде случаев после лазерной обработки акриловых заготовок необходима склейка отдельных деталей. Очень часто воздействие клея (или иного химически активного вещества — спирта, растворителя, притирки, полироли и т. п.) приводит к обильному образованию трещин на поверхности готового изделия. Это же наблюдается при желании протереть края для удаления следов копоти или нагара после обработки лазером. Такая мера вызвана желанием повысить качество изделия, а в результате трещины поверхности могут вовсе «приговорить» результат кропотливой обработки!

Поэтому, прежде чем пытаться склеить или протереть поверхность акриловых изделий подвергнутых лазерной обработке любым химическим составом, необходимо на пробном образце убедиться в его «нейтральности». Практикой установлено, что в качестве клея для «горячих» акриловых заготовок лучше использовать цианокрилаты. А перед склейкой торец поверхности лучше обработать шкуркой — для снятия поверхностных напряжений.

Технологические способы борьбы с внутренними напряжениями

Иногда простым и действенным способом предотвращения растрескивания материала является устранения концентраторов напряжений. К примеру, в глухом пазу такими концентраторами будут углы — от них могут распространяться трещины. Простейшая мера — сверление круглых отверстий небольшого радиуса по углам паза снимает напряжения и предотвращает растрескивание.

Однако этот (чисто технологический) способ борьбы с внутренними напряжениями может применяться далеко не всегда. И скорее подходит для обеспечения прочности ответственных деталей, чем для улучшения внешнего вида поверхности декоративных изделий (дополнительные отверстия на которых недопустимы).

Как следует из вышеописанного, предотвращение растрескивания пластиковых заготовок порой требует весьма затратных мер. Однако даже минимальные шаги (устранение резкого охлаждения заготовок, аккуратное применение клеев и химических растворителей, и выбора на обработку качественного литого акрила) помогают снизить риск появления трещин и защитить готовое изделие от потери качества после трудоёмкой обработки.

Детальный видеообзор на профессиональный лазерный станок Wattsan 6040. Внутренее устройство и технические характеристики оборудования.

Побывали в гостях на производстве предприятия «АЛЬТАИР», которое успешно занимается производством деревянных игрушек и сувенирной продукции.

Видео с производства компании Пластфактория — наш уже постоянный клиент, который занимается POS-материалами и работает с крупными косметическими брендами.

Дефекты лазерной резки металла

Возможны ли дефекты при лазерной резке металла? Как ни печально, но такое случается, несмотря на то, что данная технология признана на сегодняшний день одной из самых продвинутых в мире. С другой стороны, совершенства не бывает в принципе, к нему можно лишь вплотную приблизиться.

И процесс обработки металлов лазером это без проблем позволяет. А любые возможные дефекты можно предотвратить при наличии определенных знаний у мастера. Опытным специалистам вполне под силу сделать так, чтобы работа была выполнена в высшей степени профессионально и в точно назначенный срок.

Суть процесса лазерной резки металла

Для раскроя металла по данной технологии используются специальные установки, обеспечивающие создание мощного лазерного луча. Последний фокусируется на обрабатываемой поверхности, вызывая ее активное разрушение: металл плавится, испаряется, сгорает. Подобный результат достижим благодаря ряду особенностей лазерного луча, таким как:

Данная технология представляет собой воздействие светового луча на поверхность, во время которого не всегда удается избежать дефектов лазерной резки металла. В целом, обработка предполагает три этапа промежуточных изменений материала заготовки. Первое соприкосновение луча лазера с металлом приводит к нагреванию материала до температуры плавления, данный процесс сопровождается образованием усадочной раковины. Далее металл начинает закипать и испаряться под действием выделяемой энергии. После чего заготовка проплавляется на всю толщину, позволяя инструменту осуществлять поступательные движения в выбранном направлении.

Нужно понимать, что металл испаряется только при раскрое заготовок небольшой толщины. Обработка других изделий требует дополнительного удаления остатков вещества из рабочей зоны. Для этого используются различные вспомогательные средства, в роли которых могут выступать инертные газы, кислород, азот, различные воздушные смеси. А вся работа ведется оборудованием газолазерного типа.

Подача активного кислорода в зону раскроя позволяет решить несколько задач. Дело в том, что данный газ удаляет продукты плавления металла, охлаждает поверхность среза, поддерживая оптимальную температуру. В результате сокращаются временные затраты на раскрой.

Говоря о дефектах лазерной резки металла, стоит отметить, что при данной обработке исключена деформация заготовок. Это экономически выгодно, поскольку позволяет отказаться от дополнительных припусков на линейных размерах. Иными словами, сокращается расход материала, что особенно заметно во время объемных работ, а также отсутствует необходимость в осуществлении дополнительных чистовых операций.

Достоинства и недостатки лазерной резки

Лазерная обработка является достаточно дорогой услугой, однако цена является, пожалуй, единственным минусом на фоне большого количества плюсов подобной технологии.

Основные преимущества данной методики:

Луч лазера не может износиться, а значит, не требует замены.
Световое пятно имеет минимальный размер, за счет чего обеспечиваются тонкие линии реза.
Обрабатываемая заготовка может иметь любую температуру или структуру материала.
Не нужно искать лучшие режимы для раскроя.
Конструкция используемой аппаратуры не предполагает особых требований к жесткости станины, прочности направляющих.
Обработка не сопровождается шумом и вибрацией.
Испарения выжигаемых участков позволяют избежать образования отходов.
Доступность работы с хрупкими, уязвимыми материалами, так как отсутствует механическое воздействие на изделие.
Высокая точность.

Раскраиваемый материал не нагревается по всей площади.
Удается создавать сложные, объемные конструкции.
Не происходит деформации заготовки.
Исключается механическое воздействие на изделие.
Нет эффекта запыленности в процессе работы.
Отлично подходит для обработки материалов с высоким риском деформации, за счет чего удается избежать дефектов при лазерной резке металла.
Обработка осуществляется максимально быстро, так как рабочий механизм очень легко перемещается по поверхности заготовки.

Среди минусов данной технологии в первую очередь стоит назвать относительно высокую стоимость, о чем говорилось выше. Также специалисты выделяют непостоянство скорости производства и ограничения по габаритам. Дело в том, что данный метод подходит для раскроя листов размером не более 150х300 см. Лазер не справляется с резкой толстостенных металлов.

Еще одна тонкость состоит в том, что эффективность и другие немаловажные параметры могут меняться в зависимости от типа лазера. Гарантированно качественный результат можно получить, лишь доверив работу специалистам в этой сфере. Недостаточный уровень подготовки мастера может привести к появлению некоторых дефектов лазерной резки металла.

3 основных дефекта при лазерной резке металла

Обычно есть две причины для брака: выбрано сырье низкого качества или нарушены нормы, например, может быть изменена скорость раскроя. Также получение результата высокого качества невозможно без своевременного обслуживания оборудования и предельно точной проверки тестового образца перед его запуском в серию.

Чаще всего лазерная резка металла сопровождается следующими дефектами:

1. Грат.

Речь идет об облое, или затвердевших каплях металла на кромках изделия, которые появляются как результат нарушения правил обработки. Именно грат образуется, если неправильно выбрана скорость. Последнюю выставляют более низкой при раскрое некоторых видов металлов, в том числе алюминия и сплавов, чтобы избежать деформации заготовки.

Для удаления грата используют такие подходы:

ручная зачистка при помощи шлифовального инструмента;
обработка на специализированном дорогостоящем оборудовании.

В любом случае, избавление от данного дефекта лазерной резки металла требует немалых трудозатрат. Отдельные сложности возникают при производстве сверхточных изделий или изделий по ГОСТу, ведь дополнительная обработка часто сопряжена с нарушением геометрии, а это недопустимо.

Если вам нужна качественная заготовка, которая не подвергалась дополнительной зачистке, лучше обратиться в проверенные компании, специализирующиеся на лазерной резке металла.

2. Неровные края.

Данный дефект связан с отклонением работы аппаратуры от требуемых показателей. Обычно проблема вызвана изнашиванием или разладкой комплектующих станка. Либо неровность может образоваться по причине малого веса обрабатываемого листа, который предварительно забыли зафиксировать на рабочей поверхности.

Задача механика состоит в том, чтобы следить за процессами и проверять первую деталь перед запуском партии. Не менее важно вовремя осуществлять техобслуживание оборудования.

3. Борозды и вихри на выходе.

Во время раскроя некоторых материалов большой толщины происходит отрыв газового потока, сопровождаемый формированием вихря, из-за чего на изделии появляется подобный дефект лазерной резки металла. Чтобы избежать этого, корректируют выходное давление газа из сопла, режимы обработки.

При резке толстолистовых металлов наиболее важная роль принадлежит вспомогательному газу, ведь он отвечает за удаление расплава и чистоту реза.

Раскрой толстых листов требует использования большей мощности излучения. Но при лазерной резке могут возникнуть сложности в обеспечении нужного качества одномодового излучения. Увеличение толщины материала приводит к тому, что скорость обработки снижается до недопустимых значений, из-за чего кромка оказывается шероховатой, с гратом.

Также качество сильно страдает во время работы с толстыми материалами, характеризующимися большим отношением толщины к ширине реза. Дело в том, что здесь ослабляется силовое действие газа на расплав, из-за чего последний не может быть полностью удален. Одной из главных проблем современной лазерной резки является тот факт, что сопутствующий газ сильно влияет на результат обработки листов толщиной от 25 мм.

Также к дефектам лазерной резки металла относятся прожоги, то есть сквозные дыры на заготовке. Но причина их образования кроется только в ошибке мастера.

10 распространенных ошибок при лазерной резке

Речь идет о неверной настройке положения зеркал, передающих луч от излучателя к обрабатываемой поверхности. Без грамотной настройки лазерный станок не способен нормально работать и обеспечивать качественный раскрой. Данная ошибка приводит к искажениям в макете, снижению мощности, прорезающей способности, раздвоению луча. Также появляется такой дефект лазерной резки металла, как толстый либо черный рез. Как только замечены первые проблемы с резкой, необходимо проверить юстировку – именно с ней чаще всего связаны трудности.

Компрессор необходим для охлаждения линзы и удаления продуктов горения из рабочей зоны. Чем с большей силой подается воздух, тем чище, качественнее рез. Кроме того, хорошая работа компрессора позволяет сократить временные затраты на обработку металла. Тогда как без данного элемента продукты горения остаются на линзе и продолжают нагреваться лучом лазера. В результате линза достаточно быстро перегревается и лопается.

В данном случае очевидно, что работа, в принципе, невозможна. Перегрев трубки приводит к образованию микротрещин, снижается мощность агрегата, и вскоре он требует ремонта.

Любители творческого подхода, конечно, могут использовать кулеры от «девятки», вентиляторы и другие домашние разработки. Но если в самодельный охладитель попадет хотя бы мельчайший мусор, он осядет на трубке и станет причиной для ее преждевременного выхода из строя.

Проще приобрести чиллер с замкнутым контуром, за счет которого вода не вступает в контакт с внешней средой. Теперь нужно лишь каждые полгода менять воду, включать перед работой систему охлаждения и не забывать смотреть на табло в процессе раскроя металла.

Избыточная сила тока приводит к перегреву электродов лазерной трубки, в результате чего просаживается мощность, а уже примерно через три месяца трубка приходит в негодность. И наоборот, недостаточная сила тока не позволяет использовать ресурс мощности, имеющийся у трубки. Поэтому данный показатель должен настраиваться на основании рекомендаций завода-производителя оборудования.

Данная ошибка становится причиной для потери мощности, а также влечет за собой ряд дефектов лазерной резки металла, а именно косой торец, нечеткий рисунок. Настройку производят при помощи поднятия и опускания сопла. В комплекте со станком обычно идут фокусные пластинки, но им не всегда стоит доверять. Дело в том, что реальное фокусное расстояние может не совпадать с установленным производителем. Кроме того, его необходимо настраивать, отталкиваясь от поставленной задачи. Иными словами, для резки толстого металла, поверхностной гравировки и маркировки изделий используются абсолютно разные фокусы.

Практика показывает, что ремни лучше немного недотянуть, чем перетянуть, поскольку избыточное натяжение приводит к слишком сильному износу, дрожанию реза на поворотах, скрипу, а в наиболее сложных случаях может наблюдаться пропуск шагов. В то же время из-за сильно недотянутых ремней нарушается геометрия изделий и страдает качество гравировки.

Может случиться, что, после того как линзу достали, протерли и поставили обратно, ее плохо закрепили. В результате, когда движется рабочая голова, линзу потряхивает, и во время лазерной резки металла остается такой дефект, как неровный рез.

Оптимизация приоритетов резки устанавливает последовательность и направление раскроя. Допустим, необходимо вырезать узор внутри круга. Тогда в первую очередь вырезают сам узор, а после этого переходят к кругу. В противном случае рисунок может не совпасть с макетом.

Основными параметрами являются мощность, скорость, ускорение, длина шага во время гравировки. Если при их установке допущена ошибка, то есть вероятность недорезки либо, наоборот, пережога материала.

Многие не обращают внимания на такой показатель, как минимальная угловая мощность. Если задана конкретная скорость, станок работает то быстрее, то медленнее, причем замедление наблюдается на углах и поворотах. Функционирование с одинаковой мощностью чревато пережиганием металла заготовки в местах соединения движения. Поэтому рекомендуется установить минимальную мощность, тогда она будет изменяться пропорционально скорости, и удастся избежать указанных дефектов лазерной резки металла.

Эта ошибка может показаться странной, но многие действительно пренебрегают обслуживанием станка. Пыль и грязь являются хорошими проводниками электричества, поэтому, как только происходит небольшой пробой контакта, электричество уходит в неизвестном направлении. Оно может пройти по всей трубке, попасть в корпус или в другое место. Конечно, 30 тысяч вольт при силе тока в 20–30 миллиампер не убьет человека, но удар будет неприятным.

Если при подобной силе тока 30 тысяч вольт попадут по корпусу на электронные компоненты станка, те придут в негодность. Любая электроника, в том числе входящая в конструкцию оборудования для лазерной резки металла, не любит пыль, ведь она легко становится причиной короткого замыкания либо перегрева техники. Поэтому, если вы хотите, чтобы оборудование служило вам долго, не забывайте вытирать гравер и лазерную трубку от пыли.

Также важно стирать смолы и другие продукты горения с ламелей, иначе гарь будет оставаться на обратной стороне материалов. Или, что гораздо серьезнее, возможно возгорание.

Почему следует обращаться именно к нам

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.

Качество лазерной резки

Высокое качество лазерной резки является одним из основных параметров, определяющих выбор данного типа оборудования для обработки металлических изделий. Лазер позволяет совмещать высокую скорость работы с качественными характеристиками обработки детали: ровность края и углов реза, точность.

Качество реза определяется рядом параметров: толщиной обрабатываемой заготовки, мощностью излучателя, типом металла. Из нашего материала вы узнаете, как эти факторы влияют на результат работы и что можно сделать, чтобы повысить качество изготовления деталей с помощью лазерной установки.

Преимущества лазерной резки

Среди огромного многообразия способов резки стальных материалов лазерная уверенно занимает одну из лидирующих позиций. Производя резы на высоких скоростях по любым геометрическим траекториям, она обладает рядом преимуществ:

Нет никаких ограничений по траектории движения лазерного реза.
При обработке не остается заусенцев, поверхность идеально ровная и чистая. Это означает, что не потребуется дополнительного времени на обработку кромки детали по ее периметру.
Плавится минимальное количество материала при точности реза, что существенно экономит расход металла.
Производится точная конфигурация, что немаловажно для создания сопрягаемых поверхностей.

Инструментом резки служит лазерный луч, сфокусированный в определенной точке под управлением оператора. В процессе реза по краям получаются поверхности идеальных параметров шероховатости, деталь практически полностью готова к использованию. При лазерной резке стальных материалов полностью отсутствует механический контакт, поэтому лазерная резка оргстекла, стекла или пластика превращает такие хрупкие материалы за короткое время в красивое изделие.

Процесс лазерной резки осуществляется на современных высокотехнологичных комплексах, оснащенных координатными столами с габаритами 1 500–2 500 мм, что позволяет изготавливать довольно сложные по геометрическим параметрам объемные детали. Посредством программ поступают команды на перемещение инструмента лазерной резки по всем координатным осям. В зависимости от модели оборудования охлаждение зоны реза осуществляется иногда способом обдува воздухом, но чаще всего используют воду. С помощью высоких мощностей лазерных установок достигается большая производительность при сохранении высокого качества лазерной резки.

Лазерная резка – один из самых производительных и высокоточных способов обработки металла посредством термического резания. Этот вид применяется для обработки не только черных и нержавеющих сталей, но и многих цветных металлов. К особым преимуществам следует отнести способность производить операции с высокой точностью (±0,1 мм) узкого реза и требуемыми параметрами шероховатости поверхностей, что позволяет изготавливать детали самых сложных форм. Это в некоторых случаях может заменить более трудоемкие и затратные фрезерные операции и сверление. К примеру, отверстие диаметром 0,4 мм можно сделать при помощи лазерного луча окружностью 0,18 мм.

Лазерную резку целесообразно применять для изготовления даже небольших партий деталей, так как отпадает необходимость изготовления дорогостоящих литьевых форм. Следует обратить внимание на следующий факт: затраты на лазерную обработку ниже, чем при применении механической. К факторам, определяющим затраты на изготовление таким способом, относятся стоимость материала и время на обработку.

Сравнение качества лазерной и плазменной резки

В отличие от газовых лазеров, основным элементом твердотельных установок является осветительная камера, в которой расположены источник энергии и вещество, находящееся в твердом состоянии, применяемое в качестве активной среды.

Источником энергии является высоковольтная импульсная криптоновая или ксеноновая разрядная лампа. Твердотельный лазер работает на искусственно выращенных рубиновых кристаллах и на стекле с применением редкого элемента неодима. Кристаллический стержень и импульсную лампу окружают отражателями и помещают в резонатор между парой зеркал. При отражении света между последними его интенсивность возрастает. Кристалл производит свечение после накачки лампой.

Рабочее тело представляет собой розовый рубиновый цилиндрический стержень, легированный неодимом или иттербием. С обеих его сторон размещают зеркала, одно из которых отражающее, а второе – полупрозрачное. Стержень возбуждает лазерный луч, который многократно усиливается при отражениях, проходит сквозь полупрозрачное зеркало. Яркие вспышки могут достигать мощности тысяч ватт.

Волоконные лазеры тоже относятся к твердотельным установкам. Источником энергии в таком оборудовании являются полупроводники, а стекловолокна служат для усиления излучения.

Основные отличия волоконного излучателя от плазмы:

Волоконный излучатель

Плюсы/минусы

Плазма

Ширина лазерного луча по линии резки не более 0,03–1 мм, в зависимости от толщины материала

Ширина плазменного луча по линии 1–3 мм и более, в зависимости от толщины материала

Конусность вырезанных деталей отсутствует

Конусность вырезанных деталей – 15–30°

Резка небольших отверстий (менее 12 мм) в материалах толщиной более 6–10 мм

Резка небольших отверстий (менее 12 мм) в материалах толщиной более 6–10 мм невозможна

Детали с внешними и внутренними углами при любой толщине материала получаются идеальными

Детали с прямыми углами сделать невозможно

При правильном подборе мощности, скорости и давления газа облой исключен, допонительной обработки детали не требуется

При резке образуется большое количество облоя, что требует дополнительной обработки детали шлифовальными кругами

Цена на комплект станок + излучатель выше, чем на станок + плазма

Стоимость плазма + станок значительно ниже, чем иттербиевый (волоконный) станок

Экологичность при обработке в разы выше, так как при резке волоконным излучателем меньше сжигается металла при резки, что значительно снижает выбросы в атмосферу. Низкое энергопотребление по сравнению с плазмой

Большие выхлопы угарного газа при резке + высокое потребление электроэнергии

В таблице, приведенной выше, показан сравнительный анализ двух способов резания металлов: на лазерном волоконном (иттербиевом) оборудовании и станке плазменной резки. При высоких требованиях к классу точности изготовления стоит отдать предпочтение волоконному станку. При отсутствии повышенных требований точности следует остановить свой выбор на плазменном варианте использования оборудования.

2 параметра, определяющие качество реза лазерной резки металла

Максимально возможная толщина раскроя и скорость резки – эти два показателя зависят друг от друга, а также от мощностных характеристик лазерного резонатора, от исполнения привода координатного стола и от технологических параметров оборудования, заложенных фирмой-производителем. Каково будет качество детали после лазерной резки, в большей степени зависит от мастерства, опыта и профессионализма операторов, от правильно разработанных технологических процессов и рационального оснащения и обслуживания установок инженерно-техническим персоналом.

1. Толщина раскроя.

Основным параметром, влияющим на возможность реза максимальной толщины материалов, безусловно, является мощность лазерного резонатора. Чем выше этот показатель, тем более толстый лист может быть обработан. Например:

при резонаторной мощности 500 Вт – до 6 мм;
при резонаторной мощности 700 Вт – до 7 мм;
при мощности резонатора 1 кВт – до 10 мм;
при мощности резонатора 2 кВт – до 14 мм;
при мощности резонатора 3 кВт – до 16 мм;
при мощности резонатора 4 кВт – до 19 мм;
при мощности резонатора 5 кВт – до 22 мм.

При раскрое листового сортамента из нержавеющих сталей и цветных металлов с фиксированными значениями резонаторной мощности максимально возможная толщина уменьшится примерно в два раза по сравнению с обработкой черных металлов.

При раскрое углеродистых сталей толщиной свыше 22 мм необходимо рассмотреть другой тип раскроя, например, гидроабразивную или плазменную резку.

2. Скорость реза.

Еще одним важным параметром качества лазерной резки является время выполнения операций, то есть коэффициент производительности за единицу времени. Это способствует выполнению производственных планов и возможности максимальной загрузки заказами со стороны, что, несомненно, приведет к быстрой окупаемости оборудования.

Существуют три основных фактора, влияющих на скорость резания:

вид и мощность лазерного устройства;
модель и технические параметры координатных столов;
оснащенность современным программным обеспечением.

От параметров мощности напрямую зависит максимально допустимая для обработки толщина листов и скорость реза. К примеру, для резонаторов оптоволоконного типа скорость контурного резания для черных сталей при толщине в 1 мм может достигнуть:

9 м/мин с мощностью источника лазера 0,5 кВт.
12 м/мин с мощностью источника лазера 1 кВт.
20 м/мин с мощностью 2 кВт.

Когда говорят о скорости резания по контуру, то подразумевают суммарное время перемещения режущего элемента по всей траектории, не зависящей от контура геометрии и фигур, какие бы они ни были (квадратные, прямоугольные, круглые, шестигранные и т. д.). Но важно учитывать, что при резке заготовок малых размеров или сложных геометрических форм, общие скорости резки будут ниже контурных скоростей. Параметры резания для каждой детали имеют свои особенности, поэтому технологи зачастую используют заниженные коэффициенты.

Нередко предприятия-изготовители подобных установок преднамеренно завышают в паспортных данных скорости резания. Поэтому целесообразно перед приобретением их продукции произвести тестовый пробный раскрой на их оборудовании, чтобы выявить реальное время изготовления и узнать действительную среднюю скорость операции. Иногда лучше этот процесс снять на видео и отослать заказчику по Интернету вместе с чертежами деталей.

Помимо скоростной, существует еще одна важная характеристика – ускорение холостого хода (подвод инструмента к зоне реза), которое могут развивать приводы координатного стола. Чем больше этот показатель, тем быстрее станок делает мелкие и сложные по конфигурации детали за единицу времени. В определении этой величины применяется физическое значение ускорения свободного падения (G = 9,81 м/с²). В линейных электроприводах развиваются более высокие ускорения по сравнению с приводами на реечных или шариковых винтовых парах.

Помимо этих двух основных показателей, важно учитывать, насколько удобные условия созданы для работы операторов и технологов. При хорошо отработанном технологическом процессе специалистам не надо тратить время на лишние настройки и дополнительные тестовые операции, на раскладку деталей.

Подбирая скоростные режимы, необходимо придавать основное значение качеству поверхности после лазерной резки. При завышении оператором скорости, превышающей установленное технологическим процессом значение, понижается качество, а при ее занижении падает производительность. В бесконтактные измерительные системы раскроя ARAMIS встроены таблицы выбора скоростей в режиме диалога с оператором, с помощью которых можно подобрать оптимальные параметры скорости обработки металла, ориентируясь на сложность контура и толщину изготавливаемого изделия.

В некоторых случаях обозначенные в программном обеспечении оптимальные скорости резки иногда не совсем устраивают технологов, тогда они могут вручную произвести коррекцию, сравнив качество по тестовым эталонам. В таких случаях мастерство обслуживающего персонала по раскрою является важным и незаменимым качеством, которое обычно приходит, по мнению опытных специалистов, после наработки более 10 км реза.

3 способа повысить качество лазерной резки

На каждом виде лазерных установок периодически необходимо производить процедуру очистки рабочих инструментов. У каждой модели предусмотрена индивидуальная процедура очищения.

У дисковых или волоконных лазеров следует очищать стекла, предназначенные для защиты линз режущего блока.

При обслуживании углекислотных лазеров необходимо полировать поверхности линз. Профессионалы отдают предпочтение полировке Topol polish от фирмы TRUMPF. Однако многие операторы не знают принципы ее применения и производят замену поцарапанных линз на новые, что увеличивает расходы.

Правильную полировку нужно выполнять круговыми движениями по поверхности оптики, нанося умеренное количество пасты и с определенным усилием нажима. Специалист должен уметь обнаруживать и определять все дефекты линзовой поверхности. В этом поможет поляризатор, дополняющий углекислотный лазер. Несмотря на высокую стоимость, затраченные на него средства быстро окупаются.

Для проверки используется пробивка натянутой ленты, на которую направляется лазерный луч малой мощности в течение одной секунды, потом осматривается пробитое отверстие и место его позиционирования.

При направленном освещении определяется сдвиг отверстия относительно центра сопла, который не должен превышать 1 мм. Это выполняется при использовании стекла с 10-кратным увеличением и с подсветкой. Произведя корректировку центра сопла, можно увеличить производительность резания на 80 % по сравнению с начальными параметрами.

На современном оборудовании предусмотрено автоматическое тестирование фокусного расстояния. А до появления новых моделей станков тесты производились другим способом, к примеру, как «световой тест».

Примером может служить старый аппарат японской станкостроительной корпорации Mazak. При тестировании специалист производит включение луча лазера малой мощности и, поворачивая ручку круговым движением, добивается идеального фокуса. Как только луч приобретет синий цвет, оператор останавливает процесс и записывает номер, возвращая головку в исходное положение. Такая последовательность действий повторяется три раза. В итоге вычисляется среднее арифметическое значение и помещается в контроллер.

Работнику необходимо найти тончайший штрих на тестовом образце, удостовериться, что на ней фокус контроллера находится в положении «0». Если полоске соответствует другое значение, то необходимо переместить точку фокуса на это расстояние и перезапустить тест. Операцию повторяют до полного совпадения полоски и нулевой отметки.

При грамотной разработке технологических процессов и рациональном использовании расходных материалов на современном оборудовании можно достичь больших показателей экономического эффекта за счет скоростной обработки с сохранением хорошего качества исполнения лазерной резки.

Читайте также: