Расстояние между деталями при лазерной резке металла

Обновлено: 17.05.2024

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

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

Параметры точности лазерной резки

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

На параметры точности оказывают влияние следующие факторы:

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

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

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

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

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

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

Что ухудшает точность лазерной резки

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

В оптической системе нарушается юстировка.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Покрытие на зеркалах истирается.

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

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

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

Жесткость конструкции нарушается.

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

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

Изменяется угол рабочей поверхности.

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

Требования к чертежам для точной лазерной резки

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

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

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

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

CorelDraw имеет собственные требования к файлам и чертежам:

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

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

Перечислим ряд требований, предъявляемых к эскизам:

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

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

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

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

Что точнее: лазерная или плазменная резка

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Почему следует обращаться именно к нам

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

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

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

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

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

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

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

Лазерная или плазменная резка — что лучше?

Давайте для начала рассмотрим принцип работы плазменного и лазерного оборудования.

Если простыми словами, то плавление металла при плазменной резке происходит за счет дуги. То есть, под воздействием воздуха.

В случае с лазерной резкой плазменной резкой плавление металла происходит за счёт сфокусированного лазерного луча.

Возможности плазменной и лазерной резки

В первом случае ширина реза не постоянна. Она изменяется в зависимости от толщины металла, от 0,8 до 2,5 мм. А при работе на лазерном станке она всегда практически одинакова и равняется от 0,2 до 0,3 мм.

Насколько плазменная резка будет точной, зависит от износа расходных материалов. Этот параметр составляет до 0,1 мм. При лазерном способе точность очень высокая и находится в диапазоне от 0,05 до 0,08 мм.

Важным параметром является конусность, она бывает от 1 до 5 градусов в зависимости от толщины вырезаемых отверстий. При лазере конусность минимальная. Она составляет менее 1 градуса.

Соответственно, отверстия на лазере получаются более геометрически правильными и подходят под точные соединения.

Для того, чтобы вырезать геометрически правильные отверстия на плазме нам необходимо, чтобы диаметр отверстия был в два раза толще листа.

А при лазерной резке возможность вырезания отверстий, как минимум, в два раза тоньше самого листа.

Также необходимо отметить и высокую скорость реза, которая даёт возможность прожигать толстые металлы.

А на лазере скорость значительно выше, чем на плазме. Но при увеличении толщины она сильно падает. Кроме того, время пробивки толстого металла увеличивается.

Стоит отметить про образование окалины при плазменной резке. Её избежать, к сожалению, невозможно, и деталь нужно будет ещё обработать.

А вот при лазерной резке её практически нет. То есть, детали, которые вырезаются на лазере, не нуждаются в дополнительной обработке.

Плазма имеет грязный рез, то есть при резке плазмы образуется много грата, и рез нуждается в пост-обработке. То есть, в любом случае нужно либо шлифовать, либо гальтовать, либо очищать материал другими способами.

В случае с лазерным станком при правильных настройках не требует никакой пост-обработки. Изделие сразу готово, как к сварке, так и к покраске, а в дальнейшем к продаже. Рез получается чистым.

У лазера очень тонкий рез, а у плазмы он может достигать 5 мм засчёт того, что температурное воздействие велико, что даёт дополнительное плавление.

Лазерный станок по металлу потребляет намного меньше электричества, чем плазма. Особенно это заметно на больших объемах.

Какие нужны расходники?

Для аппарата плазменной резки

На плазме необходимо менять сопла, электроды, защитные экраны, кожухи. А на лазере только линзы и сопло.

Для лазерного станка

Но при работе на лазерном станке раз в две недели необходимо менять линзу и сопло. Линза стоит 700 рублей, сопло — 900 рублей.

Максимальная ежемесячная оплата расходников для лазерного станка будет составлять 3 200 рублей.

Итак, давайте подведём итоги.

Плюсы и минусы плазмы и лазера

Плазма

Большой диапазон разрезаемых толщин от 0,5 до 50 мм на пробивку;
Высокая скорость реза при больших толщинах;
Низкая начальная цена оборудования
Отработанная технология резки под углом, как сейчас привыкли называть, резка со скосом.

Нецелесообразность обработки металлов тоньше 1 мм;
Конусность кромок до 5 градусов (некачественный край);
Присутствие окалины на отверстиях при поворотах, поэтому нужна дополнительная обработка изделий;
Ограничение на диаметр отверстия до 4 мм;
Высокая стоимость расходных материалов;
Низкая точность по сравнению с лазерным станком;
Требует постобработки;
Низкая скорость резки по сравнению с лазером на тонких материалах;
Невозможность выполнять многие разновидности резки, доступные лазерному станку.

Лазер

Перпендикулярность кромки;
Малая ширина реза;
Отсутствие окалины - получаете 100% готовое изделие;
Диаметр отверстия меньше толщины листа. Можно вырезать мелкие детали вплоть до 1 мм;
Низкое термическое воздействие на кромку;
Дешевые расходники;
Обработка тонкого металла от 0,2 мм;
Наивысшая возможная скорость резки;
Материалы не требуют постобработки и готовы к сварке, покраске или упаковке, а затем к продаже.

Можно резать металл только до 20 мм;
Высокая начальная цена оборудования.

Для чего нужна плазма, а для чего — лазер?

Лазер подходит там, где нужна точность, чистота реза и кромки и скорость. А плазма режет медленно, относительно лазера, и с грязным резом, поэтому сложные технические детали вырезать невозможно. А на лазерном станке по металлу возможно вырезать, например, небольшие шильды и таблички, тонкие решётки и сложные элементы дизайна, а также роторные колёса.

Плазма нужна для изготовления простых изделий. В форме прямоугольника, овала или квадрата, потому что их можно потом обработать. Но вырезать звёздочку с отверстиями внутри будет сложно. К тому же, на шлифовку уйдёт много времени. А оборудование для пост-обработки будет стоить в разы дороже, чем металлорезчик.

Плазма применяется там, где есть большие толщины и при простой резке, например, рельсов, элементов металлокаркаса или сварных конструкций и т.п..

Почему лазерная резка эффективнее?

Плазменная резка обрабатывает детали толщиной от 25 мм и выше, а оборудование стоит дешевле, чем металлорез. Но, несмотря на это, в сравнении с лазером, плазменная резка проигрывает.

Во-первых, потому что она более затратная термически.
Во-вторых, скорость обработки детали на лазере выше минимум в полтора раз по сравнению с плазмой. Лазерный станок за то же время обработает большее количество деталей.
Благодаря лазерной резке, мы можем обрабатывать больше деталей на одном листе. Это означает, что расстояние между деталями при лазерной обработке намного меньше, чем расстояние при той же плазменной резке. В частности, для лазерной резки при толщине 25 мм расстояние между деталями может составлять от 7 до 10 мм.

При плазменной резке это расстояние значительно увеличивается и соответственно выход готовых изделий металла, он уменьшается. Другими словами, мы за один и тот же промежуток времени обрабатываем большее количество деталей. Мы экономим металл, а отсюда мы выигрываем в экономике.

Пару слов о качестве резки. Современные лазерные станки обеспечивают высочайшее качество обработки кромки. Здесь нет грата, здесь нет завала кромок, окалин, здесь нет прочих явлений, которые могут возникать при плазменной резке.

При сопоставимом количестве деталей и утолщении листа мы получим стоимость детали на 20 — 30 % больше.. Почему так? Количество деталей, обработанных на этом листе увеличивается в лазерной резке. Расстояние между деталями сокращается, соответственно, мы экономим материал. Не требуется дополнительная обработка металла.

Стоимость лазерного станка окупается достаточно быстро так как:

экономим на расходниках
экономим на материале (меньше остатков)
экономим на пост обработке металла
экономим на времени за рабочий день можно выполнить больший объем работы

А теперь давайте сравним функциональность лазерных и плазменных станков

Зависит от степени износа расходных материалов.

При непрерывном режиме диаметр равен толщине материала. Для импульсного режима минимальный диаметр отверстия может составлять одну треть толщины материала.

Минимальный диаметр отверстий составляет 1,5 от толщины материала, но не менее 4мм.

Высокое качество углов

Происходит небольшое скругление угла, из нижней части среза удаляется больше материала, чем из верхней.

Обычно имеется (сильная)

Присутствуют на острых наружных кромках деталей.

Больше, чем при лазерной резке в разы.

Производительность резки металла

Очень высокая скорость при малых толщинах. Заметно снижается с увеличением толщины металла, продолжительный прожиг больших толщин.

Быстрый прожиг, очень сильно уступает в скорости лазерному станку, в десятки раз медленнее лазера.

Как быстро окупается лазерный станок?

На лазерном станке делаются сложные высокомаржинальные изделия, которые приносят хорошую прибыль;
При большой скорости увеличивается выработка;
Не нужны дополнительные устройство и время на постобработку изделия.

Поэтому лазер, несмотря на то, что превосходит плазморез в пять раз по цене, окупается гораздо быстрее. Например, если его стоимость 3 миллиона, в у плазмы 1 миллион, то плазма окупится за два месяца. При этом металлорез тоже может окупиться за два месяца, но он сделает больше выработки, чем плазма. И в следующие два месяца он принесёт гораздо больше прибыли. К примеру, плазма принесёт 1 миллион рублей, а металлорез - 3 мл рублей.

И кроме того, функционал лазерного станка шире, чем у плазмареза. Он может резать и сложные, и простые объекты, раскладывать материал, также обладает многими функциями, о которых компания “Лазеркат” рассказывает на пусконаладке. Если раскрыть весь потенциал металлореза, он окупится ещё быстрее, отчасти благодаря более дешевым расходникам.

Например, один наш клиент из Узбекистана, купивший нас станок для лазерной резки металла, заказал обучение и замену лазерной головы. После этого клиент спросил, почему у него при резке расходуется от 12 и более баллонов азота в день. Он вырезал круги и квадраты без режима Flycut, только по контуру. Использование данного режима позволяет резать в 10 раз быстрее, тем самым экономить ресурс излучателя, увеличивать количество производимой продукции и что самое важное - расходовать меньше газа. То есть, посредством экономии на расходниках мы имеем более быструю окупаемость.

Благодаря совокупности этих факторов металлорез эффективнее плазмореза в десятки раз.

Он не может конкурировать с плазмой только в единственном случае, когда нужна резка очень толстых материалов от 25 мм. Такие материалы используются, например, для производства рельс.

Когда металлорезчик режет, например, металл толщиной 20 мм, всё равно возникает определённая шероховатость, требующая доработки. Она ниже, но она лучше, чем у плазмы. Но тем не менее шероховатость нуждается в дополнительной обработке. В такой ситуации логика приобретения лазерного станка пропадает.

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.

Лазерный раскрой листового металла

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

Что понимается под раскроем металла

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

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

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

Принципы лазерной технологии раскроя листового металла

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

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

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

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

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

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

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

Перечислим основные преимущества лазерной резки:

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

Недостатки данной технологии:

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

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

Какое оборудование сегодня используют для лазерного раскроя листового металла

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

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

Наиболее популярно следующее оборудование:

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

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

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

Нюансы лазерного раскроя металла в промышленных условиях

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

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

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

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

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

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

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

5 итоговых советов по работе с лазером при раскрое листового металла

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

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

Читайте также: