Прецизионная лазерная резка металла

Обновлено: 20.09.2024

Резка

Плазменная резка заключается в сквозном проплавленнии металла по линии реза электрической дугой, стабилизированной потоком газа.

В зависимости от плазмообразующего газа и степени обжатия плазменной дуги, ее температура по центру столба составляет 14-50 тысяч градусов.

Возможность резки металла различных толщин зависит от того, насколько может быть растянута плазменная дуга. Последнее зависит от величины напряжения на дуге, степени ее обжатия и типа плазмообразующего газа. Чем выше напряжение на дуге, тем больше напряженность электрического поля в плазменном столбе и тем больше будет обжат и стабилизированный столб дуги, тем больше будет ее проникающая способность и тем большую толщину можно резать.

Процесс резки осуществляется с помощью режущих головок, подключенных к источнику питания.

Режущие головки (плазмотроны) представляют собой устройство для возбуждения, формирования и направления режущей плазменной дуги.

Для питания плазмотронов используют источники постоянного тока с высоким напряжением холостого хода (> 160 В). Головка подключается к источнику питания таким образом, что на электрод подают отрицательный потенциал, на сопло и изделие — положительный. В установках применяют преимущественно ступенчатый способ зажигания режущей дуги. Сначала с помощью блока поджига (осциллятора) возбуждают вспомогательную дугу между электродом и соплом, а когда факел вспомогательной дуги касается изделия, возникает режущая дуга, которая плавит металл.

катодный узел;
изолятор;
катод;
формирующее сопло;
изделие;

ИП — источник питания;
R – сопротивление балластный;
УПД — устройство поджига дуги;
С — фильтр защиты источники

Лазерная резка

Это один из современных методов, который заключается в интенсивном воздействии лазерного луча на металл.

Преимущества лазерной резки:

может быть достигнута минимальная ширина реза, которая может быть 0,1 мм,
отличное качество резки,
отсутствие динамических или статических напряжений, которые влияют на материал, благодаря точно направленному лазерному потоку в зону резки.

Полученные края изделий всегда ровные, заусенцы отсутствуют, однако на срезе может остаться след от воздействия больших температур. Если предстоит изготовить «сложное» изделие, то необходимо проводить дополнительную механическую обработку.

Лазерный луч дает возможность резать сталь толщиной до 20 мм. Самый лучший эффект возможен при резрезании металла толщиной 5 мм. Толщина металла при лазерной резке более 20 мм, тоже возможна, однако в данном варианте альтернативой выступает использование газокислородного разрезания. Главным недостатком резки лазерным лучом является малый КПД самого лазера (не больше 15 %), что не дает возможность резать толстые листы. Причем необходимо учесть, что не все металлы можно разрезать лазером, например алюминий, титан и высоколегированная сталь имеют большие отбивные свойства, поэтому мощности лазера просто не хватит для резки большой толщины металла.

Прецизионная металлообработка

Прецизионная металлообработка необходима для получения деталей высокоточных размеров. В данном случае речь идет даже не о сотнях, а о десятках и единицах микрон. Соответственно, такой способ металлообработки еще называют высокоточным.

Прецизионная обработка находит свое применение в авиапромышленности, робототехнике, военной промышленности, производстве научного оборудования и в машиностроении. О технологиях, которые используются в точной металлообработке, а также об инновациях в данной сфере, расскажет наша статья.

Нюансы прецизионной металлообработки

К высокоточным относятся все перечисленные ниже технологии:

Резка.
Обтачивание.
Обработка фрезой.
Разные виды сверления.
Вырубная и формующая штамповки.
Шлифование.

Высокоточную прецизионную металлообработку выполняют на специальном оборудовании, оснащенном приспособлениями, позволяющими обеспечить максимальную точность производимых операций.

Следует понимать, что существуют разные виды металлообработки, где требуется высокая точность. К первым относятся виды, обеспечивающие создание конкретных изделий по заданным в чертеже параметрам. В эту категорию входят технологии с первой по четвертую в приведенном списке. Другой вид связан с поверхностной обработкой металлических заготовок для придания гладкости. Такую операцию называют шлифовкой или, если это прецизионная металлообработка, то говорят о полировке поверхности, что, по сути, то же самое.

В реальных производственных циклах зачастую эти технологические этапы следуют друг за другом. Возьмем, к примеру, производство авиационных двигателей, где каждая деталь изготавливается с точностью до микрон и потом поверхность доводится полировкой до зеркального блеска.

Высокий уровень точности при металлообработке удается обеспечить, применяя комплекс мер:

используется высокоточный инструмент и приспособления;
применяются прецизионные измерительные приборы;
не допускается перегрев заготовок;
вводится ступенчатый контроль на всех этапах.

Комплексный подход помогает выполнять производственные задачи изготовления деталей с максимальной точностью.

Нельзя также не учитывать такой момент, как человеческий фактор на производстве, который существенно влияет на качество работы. Статистика свидетельствует, что из-за ошибок, халатности или недобросовестности работников до 40 % изделий уходят в брак. Еще не так давно для того, чтобы изготовить прецизионное изделие из металла, требовалось несколько рабочих смен, так как специалисту нужно было дать время на отдых и восстановление.

Рекомендуем статьи по металлообработке

В настоящее время эту работу выполняют на автоматизированном оборудовании, оснащенном программой управления (ЧПУ), а работнику остается только следить за ходом процесса. Технология полностью управляется электроникой, безошибочно выполняющей все заданные операции.

Технология резки в прецизионной обработке листового металла

Под прецизионным раскроем металлических листов подразумевается выполнение высокоточного качественного среза, имеющего ширину 0,1–0,15 мм, с гладкой кромкой, позволяющей обойтись без дополнительных обработок. Работу осуществляют на лазерном, плазменном оборудовании и координатно-пробивных станках. Эта технология лучше всего подходит для обработки металлических листов, даже очень тонких. К отличительным особенностям можно отнести высокую скорость и четкость линий, также есть возможность получения отверстий небольшого диаметра, тонких перемычек и углов.

Существует несколько разновидностей пробивных прессов: механического типа, гидравлического и автоматического. Для работы на первом необходимо прикладывать физические усилия, второй действует с помощью гидравлического привода, в третьем варианте процесс управляется компьютерной программой, для изготовления изделий любых форм применяются матрицы и пуансоны.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Металлообработка выполняется с помощью четырех методов: вырубки, штамповки, пробивки и формовки. Материалами являются листовая нержавеющая сталь не толще 2 мм и черный металл до 3 мм.

Внешне станок обработки прецизионной резкой напоминает стол, на поверхности которого закреплены щетки или шарики. Стол, покрытый щетками, используется для работы с тонкими листами. Для удержания материала применяют зажимы и захваты, с их помощью лист может двигаться в двух направлениях. На пробивном инструменте внизу закреплено кольцо, которое прижимает лист к столу. При включении станка резец ударяет по металлу, делает отверстие и поднимается, давая листу продвинуться дальше. Современные автоматические станки способны пробивать за одну секунду до десяти отверстий. Дальше изделия двигаются по специальному лотку или желобу.

Резка на лазерной установке относится к современным видам прецизионной металлообработки, но больше подходит для тонких листов. Тонкий луч лазера режет с высокой точностью, без термической деформации и почти без отходов. На этом оборудовании можно изготавливать не только большие партии изделий одного вида, но и мелкие серии разнотипных деталей. Металлы обрабатываются твердотельными и волоконными лазерами, используя импульсный или непрерывный режимы.

Работа плазморезного оборудования основана на преобразовании газа, выходящего из узкого сопла, в плазму с помощью электрической дуги. Струя плазмы высокой температуры (+5 000…+30 000 °С) мгновенно разрезает металлические заготовки. Использование газа или воды помогает создать защиту от негативного воздействия среды. Этот метод прецизионной металлообработки позволяет использовать небольшую скорость при работе с тонким металлом. Эффект достигается от применения обжатой дуги, имеющей высокую плотность.

Возможности и преимущества пробивных прессов позволяют устанавливать их на предприятиях, производящих широкий ассортимент изделий из листового металла.

В этот перечень входят:

партии деталей, поставляемых для производства корпусной и мягкой мебели (механизмы подъема, элементы корпусов, фурнитура);
части рекламных конструкций (щитов, стоек, баннеров и т. д.);
планки, ригели и прочие детали, используемые в монтажных работах и в строительстве;
элементы детских конструкторов, игрушек, бытовых приборов и другой потребительской продукции.

Технология лазерной прецизионной резки находит применение в различных отраслях промышленности, где требуется высокая точность (приборостроение, автомобилестроение, авиационная промышленность и др.). Лазером можно раскраивать заготовки и листы из стали, латуни, меди, алюминия, драгоценных металлов. Также лазерное оборудование подходит для создания различных декоративных деталей, сувенирной продукции, с его помощью изготавливают сетки в спектральные приборы, кодовые диски маленького размера.

Необходимо особо отметить универсальность метода плазменной металлообработки, что позволяет применять ее для работы почти с любыми металлами.

Можно резать материал толщиной от 60 до 300 мм, при этом скоростной режим варьируется достаточно широко. Примеров применения высокоточной резки очень много, она используется для изготовления деталей различного назначения, элементов декора помещений, частей строительных конструкций (лестницы, двери, ограды и прочее).

Преимущества и недостатки.

Каждое оборудование имеет свой набор плюсов и минусов.

Плюсы пробивных прессов следующие:

может длительно осуществлять резку больших партий однотипных изделий;
обеспечивает высокоскоростной режим, если станок автоматический;
в программе можно задать большое количество параметров;
обеспечивается требуемая точность прецизионной металлообработки;
высокая производительность;
низкая себестоимость при условии выполнения крупных партий одинаковых изделий;
имеются возможности изготовления элементов жалюзи, формовок, петель, ребер жесткости;
оборудование не требует больших вложений и быстро окупается.

При выборе этого метода металлообработки нужно учитывать некоторые особенности:

сложная переналадка при переходе на изготовление нового изделия;
необходимо иметь в большом количестве разнообразные матрицы и пуансоны;
для выполнения разных заказов требуются разные инструменты, что может тормозить процесс;
можно обрабатывать металл не толще 6 мм.

Прецизионную лазерную резку металлов специалисты считают более универсальной технологией.

Ее преимуществами можно назвать:

высокий уровень точности и скорости;
раскрой листов проводится в соответствии с параметрами, заданными программой;
соблюдаются все указанные параметры с минимальными отклонениями;
минимум потерь при металлообработке обеспечивает хорошие экономические показатели;
возможна резка твердых сплавов и очень тонкого листового металла;
не требуется дополнительно обрабатывать кромку.

Недостаток метода в том, что на лазерном оборудовании нельзя обрабатывать крупные листы и заготовки большой толщины, кроме того, тип станка влияет на уровень эффективности.

Теперь о преимуществах плазменной прецизионной резки. К ним относятся:

универсальность, можно раскраивать любые металлы;
высокая скорость;
низкая себестоимость готовых изделий, если лист не толще 30 мм;
минимальная зона, попадающая под тепловое воздействие;
высокая безопасность работы из-за отсутствия взрывоопасных газов.

При обработке материалов толщиной от 30 мм повышается себестоимость продукции, что можно считать минусом этого метода. Также нужно учитывать, что плазмотрон – это сложное высокотехнологичное оборудование, которое требует определенных условий обслуживания и подготовки специалистов.

Проверка точности в прецизионной металлообработке

На точность прецизионной металлообработки влияют многие факторы:

Установлено слишком старое оборудование, сборка станка произведена неправильно, имеются дефекты инструментов и комплектующих.
Режущие инструменты и другие приспособления, входящие в комплект, не позволяют обеспечить высокую точность вследствие износа. У резцов стачиваются и изнашиваются все поверхности, сзади и спереди. Детали, изготовленные на таком станке, не будут соответствовать заданным параметрам. Все изношенные запчасти нужно вовремя менять и выполнять техническое обслуживание.
Небрежность и непрофессионализм при настройке ЧПУ, неправильно заданные размеры деталей. Работа любого самого точного станка зависит от действий работающего на нем специалиста, пренебрегать человеческим фактором невозможно. От профессиональной подготовки и ответственности работника зависит качество изготовленной продукции.
Неточное размещение листа на станине перед началом резки.
Перегрев во время работы ведет к возникновению дефектов и браку деталей, приводит к износу режущего инструмента и поломке оборудования.
Ошибки при измерении деталей после прецизионной металлообработки вследствие применения некачественного измерительного инструмента.
Недочеты, недостаточная компетентность работающего персонала.

Современную металлообработку невозможно представить без отдела ОТК, который занимается контролем качества продукции. Контролеры выполняют необходимые измерения, следят за показателями качества на всех этапах создания деталей. Работа начинается с проверки исходного металла, затем последовательно делаются промежуточные измерения после каждого вида металлообработки (точения, фрезерования, шлифования), на готовые изделия выдается документ с отметкой ОТК, если они соответствуют критериям качества.

Проверяющие в своей работе пользуются эталонными измерительными приборами, к которым предъявляются особые требования, инструмент обладает более высоким классом точности, чем измеряемые им детали.

Нанотехнологии в прецизионной металлообработке

Современная машиностроительная отрасль переживает кризисное время, которое связано с невозможностью обеспечить необходимую точность металлообработки традиционными методами. Сегодня в основном используется резка металлов, а режущие инструменты (лезвийные или абразивные) характеризуются скруглением режущей кромки. Само собой, у этого скругления имеется радиус, причем это не десятые доли микрометра, а единицы или десятки микрометра. Во время резки происходит следующее: верхний слой удаляемого с поверхности заготовки металла отлетает в виде стружки, а нижний слой «припекается» при высокой температуре к кромке.

Характеристики и ограничения режущих инструментов не позволят в дальнейшем по мере увеличения требований к точности деталей использовать эти виды прецизионной металлообработки, будущее за новыми технологиями. Необходимые параметры и форму может обеспечить не метод удаления лишнего, а наращивание материала. На таких экспериментальных установках уже сегодня проводятся работы по прямому наращиванию деталей. Пока это только разработки, опыты и эксперименты, в ходе которых изучаются все тонкости технологии. Иногда не получается добиться необходимой геометрической точности, но это вопрос времени. Уже совсем скоро прецизионные детали будут изготавливаться именно так.

Безусловно, заслуживает внимания тот факт, что в данном случае отсутствует привычная технологическая оснастка металлообработки. Сырьем при изготовлении прецизионных деталей служат композиты, наращивание происходит тонкими слоями до придания нужной формы и размера.

Разработчики применяют разные способы наращивания: первый − когда на основу тонким слоем наносят жидкий материал и оставляют затвердевать, другой – когда на подложку наносят порошок и под лазерным излучением он также становится монолитным. Речь пока не идет о массовом производстве, и эти прецизионные детали нового поколения небольшие по размеру, однако имеют сложную конфигурацию. Установка выполняет соответствующую программу, порошок может подаваться непрерывно, применяется сканирующее лазерное устройство.

Создавать сегодня прецизионные детали высокой точности позволяет ионная обработка, на поверхность изделия наносятся тончайшие слои, изменяя конфигурацию и размеры, при этом точность исчисляется до 10 -9 м, а это и есть нанотехнологии.

Почему следует обращаться именно к нам

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

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

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

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

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

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

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

Основы лазерной резки — знания, которые вам пригодятся

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

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

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

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

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

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

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

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

Примечание: данная статья является переводом

Газовая резка

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

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

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

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

Резка плавлением

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

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

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

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

Резка сжатым воздухом

Сжатый воздух также можно использовать для резки тонких листов.

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

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

Плазменная резка

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

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

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

Поэтому процесс резки также называют высокоскоростной плазменной резкой.

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

Газифицирующая резка

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

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

Ультракороткоимпульсный лазер позволяет применить эту технику к другим материалам.

Свободные электроны в металле поглощают лазер и резко нагреваются.

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

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

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

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

Степень поляризации

Степень поляризации показывает, какой процент лазера преобразуется.

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

Диаметр фокусировки

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

Фокусное положение

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

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

Мощность лазера

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

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

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

Рабочий режим

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

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

Скорость резки

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

Рис.6 Скорость резания уменьшается с увеличением толщины пластины

Диаметр сопла

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

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

Чистота и давление газа

Кислород и азот часто используются в качестве газов для резки.

Чистота и давление газа влияют на эффект резки.

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

Чем толще стальной лист, тем ниже давление газа.

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

Технические параметры

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

Теперь необходимые параметры обработки хранятся в управляющем устройстве системы резки.

Для каждого типа и толщины материала имеются соответствующие данные.

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

Оценка качества резки

Существует множество критериев для определения качества кромок лазерной резки.

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

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

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

Перспективы в будущем

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

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

Лазер для резки металла

Как известно, лазер для резки металла применяется так же часто, как и механические методы, но при этом он обеспечивает лучшее качество и точность реза, что и определяет популярность этого способа раскроя. Часто можно услышать, что данная технология уже вытеснила остальные и не имеет недостатков, но это не так.

Использование лазера хоть и востребовано, но имеет определенные ограничения. В нашей статье мы расскажем, какой используется лазер для раскроя металла, разберемся в плюсах и минусах данного метода и приведем требования к нему.

Суть лазерной резки металла

В процессе лазерной резки используется луч, генерируемый специальной установкой. Он характеризуется особыми свойствами, а именно: способностью фокусироваться на малой площади и обеспечивать энергию высокой плотности. Благодаря этому лазер вызывает активное разрушение любого материала плавлением, горением или испарением.

Если говорить точнее, то лазер для резки металла способен концентрировать на заготовке энергию плотностью в 108 Ватт на 1 см2. Подобный эффект обеспечивают следующие свойства луча:

Монохроматичность, то есть постоянная длина и частота волны, что несвойственно, например, световым волнам. Поэтому лазерным лучом без труда можно управлять обычными оптическими линзами.
Высокая направленность и малый угол расходимости, что требуется для высокой фокусировки.
Когерентность, то есть полная согласованность большого количества волновых процессов, протекающих в луче. Кроме того, они вступают в резонанс между собой, из-за чего достигается многократное повышение общей мощности излучения.

Под действием луча лазера для резки обрабатываемая область металла быстро нагревается и плавится. Зона плавления быстро распространяется вглубь материала, что объясняется сразу рядом факторов, например, теплопроводностью металла. Далее материал в месте контакта нагревается до температуры кипения, начинается его испарение.

Виды лазера для резки металла

Станок для резки металла лазером включает в себя такие основные части:

рабочую среду, которая обеспечивает необходимое излучение;
источник энергии или систему накачки, создающую условия для появления электромагнитного излучения;
оптический резонатор, то есть систему зеркал, призванных усилить излучение.

С точки зрения рабочей среды выделяют:

Твердотельные лазеры

Главным узлом устройства является осветительная камера, в которой расположен источник энергии и твердое рабочее тело. В роли первого выступает мощная газоразрядная лампа-вспышка, а рабочее тело представляет собой стержень из неодимового стекла. Или в качестве материала стержня может применяться рубин, алюмо-иттриевый гранат, который был предварительно легирован неодимом, иттербием.

С торцов стержня находится пара зеркал, одно из которых является отражающим, а второе – полупрозрачным. Рабочее тело испускает луч, он многократно отражается внутри него, усиливаясь, и выходит сквозь полупрозрачное зеркало.

Также к твердотельным относятся волоконные лазеры для резки металла и прочих материалов. Их отличие от первого типа состоит в том, что они усиливают излучение при помощи стекловолокна, а за поступление энергии отвечает полупроводниковый лазер.

Проще всего понять, как работают подобные системы, на примере установки с гранатовым стержнем, в который в качестве легирующего компонента добавлен неодим. Ионы последнего выполняют функцию активных центров, поглощающих излучение газоразрядной лампы.

Они возбуждаются, то есть получают избыточную энергию, но потом приходят в исходное состояние, отдавая энергию как фотон или электромагнитное излучение, свет. Фотон оказывает влияние на другие возбужденные ионы, заставляя их также вернуться в первичное состояние, а реакция постепенно усиливается.

Под действием зеркал луч движется в определенном направлении. Фотоны вынуждены постоянно возвращаться в рабочее тело, что вызывает появление новых фотонов и увеличение излучения. В итоге достигается малая расходимость луча в сочетании с высокой концентрацией энергии.

Газовые лазеры

Здесь в качестве рабочего тела выступает углекислый газ в чистом виде либо в сочетании с азотом и гелием. Насос прокачивает газ через газоразрядную трубку, где тот возбуждается электрическими разрядами. Усилить излучение позволяют отражающее и полупрозрачное зеркала.

Есть разные конструкции газовых лазеров для резки металла: с продольной и поперечной прокачкой и щелевые.

Газодинамические лазеры

Газ со скоростью, превосходящей звуковую, проходит по суженному посередине каналу – его принято называть соплом Лаваля. Так газ резко расширяется и охлаждается, а его атомы приходят в обычное состояние, что сопровождается появлением излучения.

Преимущества и недостатки лазерной резки металла

Резка листового металла и иных материалов лазером позволяет:

Раскраивать металлы различной толщины. Для меди этот показатель составляет 0,2–15 мм, для алюминия – 0,2–20 мм, для сталей – 0,2–20 мм, а для нержавеющей стали находится в пределах 50 мм.
Обрабатывать хрупкие и легко поддающиеся деформации детали, что объясняется отсутствием контакта между инструментом и заготовкой.
Производить изделия любой конфигурации, особенно с использованием ЧПУ для резки металла лазером. В этом случае мастеру нужно только загрузить в программу чертеж, после чего оборудование выполнит работу достаточно точно и без посторонней помощи.
Проводить раскрой с высокой скоростью – если нужно изготовить небольшую партию, данный подход дает возможность отказаться от штамповки, литья.
Снизить себестоимость готовых деталей, что позитивно отражается на конечной цене изделий. Эта особенность связана с минимальным количеством отходов и возможностью отказаться от дополнительной обработки кромок за счет получение аккуратного реза.
Справляться со сложными задачами, так как резка лазером считается практически универсальной операцией.

Однако не стоит забывать о минусах данного метода. Одним из его основных недостатков являются значительные энергозатраты, из-за которых данный способ обработки является наиболее дорогостоящим.

Тем не менее, сопоставление лазерной резки и штамповки показывает, что первый подход является более экономичным, так как для второго нужно дополнительно изготовить оснастку.

Еще один недостаток использования лазера для резки металла кроется в небольшой толщине заготовок, которые могут обрабатываться этим методом – предельный показатель составляет 20 мм.

Нюансы резки лазером различных металлов

Как уже говорилось выше, лазерная резка имеет ограничения по толщине реза. И чем больше толщина листа, тем большие временные затраты требуются на его обработку. При этом ухудшается качество, ровность раскроя.

Применение лазера для резки предполагает такие особенности для разных металлов:

Сталь 3 не деформируется, даже когда речь идет о тонких листах, ведь в процессе обработки отсутствует контакт с режущим инструментом, используется сфокусированный луч.
Нержавеющая сталь является очень твердым металлом, поэтому посредством лазера удается значительно сократить временные затраты на раскрой в сравнении с механическим способом.
Алюминий относится к достаточно мягким металлам, однако при его механической обработке невозможно обеспечить острую кромку – проблема решается при помощи лазерного метода.
Медь входит в число дорогих материалов, поэтому основным преимуществом использования лазера является возможность сократить ее расход. Данный металл имеет сильные светоотражающие свойства, из-за чего приходится ограничивать толщину листа. В противном случае может быть испорчена режущая головка и есть риск проявления конусности. Специалисты рекомендуют раскраивать медные листы толщиной от 3 мм при помощи плазменной резки, ведь так обеспечивается оптимальная эффективность и качество.

Латунь имеет свойства, практически полностью совпадающие с характеристиками меди, поэтому может обрабатываться лазером для резки металла при толщине листа до 3 мм. Луч быстро и без искажений раскраивает тонкие листы латуни, заготовки не деформируются, рез не имеет конусности, окалин.
Черная/оцинкованная сталь разрезается лазером, если имеет толщину в пределах 20 мм. При превышении данного показателя значительно снижается энергоэффективность и качество работы.
Нержавейка достаточно твердая, поэтому лазер выбирают для раскроя листов толщиной до 10 мм. Большая толщина негативно отражается на качестве края деталей.
Алюминий режут лазером при толщине до 8 мм. Здесь также происходит снижение энергоэффективности при превышении указанной цифры, поскольку речь идет о тугоплавком металле.
Медь и латунь обрабатывают этим методом, если толщина листа составляет до 3 мм. На скорости и качестве обработки отрицательно сказываются высокие светоотражающие свойства данных материалов.

Обычно лазер используют для резки листов металла небольшой толщины, а также в случаях, когда необходимо сформировать геометрически правильные отверстия для точных соединений.

С обработкой листов толщиной свыше 3 мм отлично справляется плазменный станок, не теряя при этом скорости работы. По качеству реза он лишь немного уступает лазеру, но заготовки требуют дополнительной обработки. Под последней понимают, например, удаление окалины с кромки.

Современные станки для лазерной резки

Сегодня на рынке представлен большой выбор техники, осуществляющей раскрой лазером. Многокоординатное оборудование вытесняет шумные механические резаки с низким уровнем производительности.

Мощность конкретного лазера для резки металлов подбирается в соответствии с особенностями производства и экономическими требованиями.

Современные прецизионные станки с ЧПУ обладают точностью раскроя различных материалов до 0,005 мм и могут обрабатывать площадь до нескольких квадратных метров. Также подобное оборудование предполагает высокую автоматизацию производства, а значит, минимальное участие человека во всех процессах.

Для этого в программе задают необходимую геометрию детали. Далее системы настройки фокуса сами устанавливают расстояние, способное обеспечить самый эффективный раскрой.

Подготовка макета для лазерной резки

Производство деталей с помощью лазера для резки металла предполагает выполнение таких этапов:

Оформление идеи.
Подготовка художественного эскиза.
Формирование технического макета модели.
Изготовление тестовой детали.
Проверка параметров, доработка, если она требуется.
Запуск производства.

Создание технического макета требует особого внимания, поскольку точность выполнения работы на данном этапе определяет качество итогового изделия. Любые чертежи для дальнейших операций с применением лазера выполняются в «AutoCAD» или «CorelDraw», поскольку станки работают с форматами именно этих программ.

К макетам предъявляются такие требования:

масштаб чертежа 1:1;
замкнутые контуры, будь то внешние или внутренние;
CIRCLE, LINE, ARC используются в качестве команд для создания контуров;
команды ELLIPSE, SPLINE не учитываются;
наложение линий приводит к тому, что луч повторно проходит по одной траектории;
в чертеже обязательно фиксируется число деталей и используемый материал;
вся информация о чертеже содержится в одном файле.

Лазерная резка стали и цветных металлов сегодня очень популярна. Заказчики небольших партий изделий обращаются в профильные предприятия, ценя их способность быстро выдавать чистовые детали нестандартной формы.

Лазерные технологии нашли применение в декоративном творчестве, применяются для создания дизайнерских украшений, сувениров.

При выборе лазера в качестве инструмента для резки металла важно учитывать окупаемость оборудования, затраты на эксплуатацию. На данный момент подобные системы доступны преимущественно крупным предприятиям, имеющим большой производственный цикл.

Однако развитие технологий неизбежно приведет к снижению цены на станки и сокращению расхода электроэнергии. А значит, в будущем лазеры займут место прочих инструментов для раскроя разнообразных материалов.

Насколько точна оптоволоконная лазерная резка?

Лазерная резка является развивающейся технологией обработки листового материала в конце прошлого и начале этого столетия.

После почти 20 лет непрерывного технологического обновления и разработки технологических процессов в стране и за рубежом, технология лазерной резки и лазерное оборудование для лазерной резки знакомо и принято большинством предприятий по обработке листового металла.

Благодаря высокой эффективности обработки, высокой точности , хорошему качеству сечения и многими другими преимуществами, оптоволоконная лазерная резка всё чаще заменяет плазменную резку, водяную резку, газовую резку и другие традиционные методы обработки листового металла.

Рыночные области применения лазерной резки:

В соответствии с различными лазерными генераторами, существующие на рынке технологии лазерной резки можно условно разделить на три типа: лазерная резка CO2, твердотельная (YAG) лазерная резка и оптоволоконная лазерная резка.

В соответствии с текущей тенденцией развития оптоволоконные лазерные станки с хорошим качеством луча, стабильной выходной мощностью и простыми характеристиками обслуживания широко используется в областях промышленной обработки постепенно заменят CO2, YAG и другие лазеры.

С увеличением использования металлических материалов в быту и в промышленности использование волоконных лазеров для резки становится все более и более распространенным.

Будь то обработка листового металла, авиация, электроника, электроприборы, автомобилестроение, прецизионные детали или даже повседневная жизнь в сувенирной, кухонной и других отраслях промышленности, будут применяться технологии лазерной резки.

В современной быстро развивающейся обрабатывающей промышленности нержавеющая сталь, углеродистая, алюминий, оцинкованный листовой металл, железо и и другие металлические материалы также могут быть разрезаны быстро, точно и экономически эффективно.

Если у вас у жесть оптоволоконный лазерный станок, то вам будет интересно прочитать статью в нашем блоге про продление срока службы станка.

Эксплуатационные преимущества оптоволоконной лазерной резки:

Передовая технология резки:

Принцип оптоволоконной лазерной резки заключается в следующем: лазер выводит лазерный луч высокой энергетической плотности во время процесса резки и собирает его на поверхности заготовки, в результате чего область, облучаемая сверхтонким фокусным пятном на заготовке, мгновенно плавится и испаряется, а автоматическая резка осуществляется путем перемещения положения точечного излучения через механическую систему числового управления.

Образцы, вырезанные на оптоволоконном лазерном станке

Технология оптоволоконной лазерной резки появилась относительно не давно и в настоящее время является одной из самых передовых технологий лазерной резки в мире.

Нет другой технологии резки, которая могла бы превзойти ее.

Рентабельность:

Оптоволоконные лазеры являются наиболее экономичными лазерами для резки металла со сроком службы от десятков до тысяч часов.

В дополнение к человеческим факторам, частота отказов самой системы очень мала во время использования.

Даже при длительном рабочем воздействии они не будет вызывать никаких вибраций или других неблагоприятных воздействий.

По сравнению с отражателем и резонансным резонатором лазерной СO-2 системы, требующими регулярного технического обслуживания, это действительно значительно экономит затраты на техническое обслуживание.

В то же время, поскольку лазерная резка обладает высокой способностью к обработке и адаптируется к изменениям производственных мощностей, обработанная заготовка не требует дальнейшей полировки, снятия заусенцев, отделки и других обработок.

С точки зрения производства, дополнительные затраты на рабочую силу и затраты на обработку снижаются, а эффективность производства значительно повышается.

Данные показывают, что общее энергопотребление оптоволоконных систем лазерной резки примерно в 3-5 раз меньше, чем у систем резки CO2, что повышает энергоэффективность более чем на 86%.

При резке материалов толщиной до 6 мм скорость резки оптоволоконных лазерных систем мощностью 1,5 кВт эквивалентна скорости лазерной резки на углекислом газе мощностью 3 кВт.

Удобное управление:

Вся передача информации и передача энергии в оптоволоконных лазерах передаются по оптическим волокнам.

Самым большим преимуществом передачи информации таким способом является экономия большого количества рабочей силы и материальных ресурсов.

К оператору предъявляются не очень высокие требования. Необходимо только, ввести чертеж в компьютерную консоль управления, а затем оператор загружает листы на станок и нажимает кнопку "Пуск" для завершения обработки.

И без какой-либо регулировки оптического пути перед использованием устройства, энергия может быть легко передана на лазер.

Конечно, при покупке оптоволоконного лазера люди также должны обращать внимание на качество и сервис, а также услуги по послепродажному обучению работы на станке.

Компактный механический размер:

Главный компонент волоконно-оптического лазера, это лазерный источник он очень мал и не занимает много места.

В качестве примера возьмем размер волоконного лазера, который можно использовать для резки металла от Raycus:

Размер одномодульного волоконного лазера средней мощности Raycus 50 Вт - 750 Вт, как правило, составляет 450240680 мм (включая ручку) и весит менее 50 кг.

Модель	RFL-C100	RFL-C300	RFL-C500	RFL-C750
Размер	450240680 (с ручкой)
Вес

Вес мощных многомодульных волоконно-оптических лазеров Raycus 1000 Вт - 6000 Вт также варьируется в пределах 150-400 кг.

(Конкретные параметры указаны в таблице технических параметров каждого изделия).

Модель	RFL-C1000	RFL-C1500	Rfl-C2000	RFL-C3000	RFL-C4000	RFL-C6000
Размеры	450240760

Такие малые размеры и вес более удобны для размещения и транспортировки машины.

Измерения точности лазерной резки:

В настоящее время применение оптоволоконных лазеров расширилось от крупногабаритной грубой обработки до обработке малых размеров и высокой точности.

От использования мощных лазеров для резки полос углеродистой стали толщиной 20 мм, до использования лазеров средней или низкой мощности, как несколько сотен ватт для тонкой обработки тонких материалов менее 1 мм может быть использованы оптоволоконные лазеры для выполнения точной резки.

Итак, насколько высока точность резки волоконным лазером?

Сегодня вы узнаете результаты реальных тестов.

Подготовьте материалы для испытания машины

Одномодульные непрерывные волоконно-оптические лазеры средней мощности.

Модель установки: Raycus RFL-C500.

Объект испытания: лист 0,5 мм.

Проверка ширины разреза

При использовании специально настроенной режущей головки для резки листов толщиной 0,5 мм наименьшее расстояние между полосами, которое можно получить, составляет 0,1 мм.

Испытание на вырезание круглого отверстия

При резке 0,5 мм пластины минимальный диаметр круга, который может быть вырезан, составляет около 0,45 мм круг, т.е. минимальный диаметр круга, который может быть вырезать, используя режущую головку с определенной оптической конфигурацией в сочетании с с непрерывным волоконным лазером Raycus RFL-C500.

Измеренный диаметр резания 1.246 (мм); Установленный диаметр резания 1 (мм).

Измеренный диаметр резания 1,013 (мм); Установленный диаметр резки 0,8 (мм).

Измеренный диаметр резания 0,831 (мм); Установленный диаметр резки 0,6 (мм).

Измеренный диаметр резания 0,441 (мм); Установленный диаметр резания 0,05 (мм).

Измеренный диаметр резки 0,456 (мм); Установленный диаметр резания 0,04 (мм).

Испытание шаблона для резки

Использование оптоволоконных лазеров Raycus средней мощности позволяет реализовать высокоточную обработку мелких деталей и полностью использовать преимущества волоконных лазеров, такие как малое фокусное пятно, одномодульность и т.д., Так что зона теплового воздействия с обеих сторон разреза материала уменьшается до минимума, что позволяет вырезать очень тонкую полоску.

Даже после 50-кратного увеличения рисунок остается четким и ясным.

После 20-кратного увеличения

После 30-кратного увеличения

После 50-кратного увеличения

Давайте взглянем на общий эффект. Даже если рисунок вырезан на листе диаметром менее 12 мм, разрез может быть гладким, а детали рисунка четкими.

Что такое концепция 12 мм?

Например: сейчас диаметр монеты в пять центов, которую мы используем, составляет 20,5 мм, а диаметр десятицентовой монеты-19 мм, но лазерная резка может вырезать такой тонкий узор на стальной пластине менее 12 мм.

В нашем блоге вы можете прочитать про поставку, и обучение персонал клиента работе с оптоволоконным аппаратом лазерной сварки металла XTW-1000/Raycus.

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

Читайте также: