Резка цветных металлов лазером
Обновлено: 18.05.2024
Из школьного курса элементарной физики вы знаете о сильном тепловом воздействии сфокусированного света. Познавательный трюк с увеличительным стеклом ясно показывает возможности преломленного потока солнечного луча.
Принципом действия работы лазера может служить его перевод с английского: усиление света вынужденным излучением. По-простому — это световое излучение, вызванное атакой фотонов на рабочую среду с усилением за счет ответной реакции. Световой поток через систему оптических призм и зеркал фокусируется в узконаправленный луч импульсной или непрерывной модуляции. Мощность и интенсивность лазера зависит от используемого активатора и сложности резонирующих систем.
В качестве первичного активного вещества используют все возможные агрегатные состояния: твердое, газообразное, жидкое и плазменное. Важнейшим критерием является способность к возбуждению и отдаче свободных квантов-фотонов. Накачка первичных световых атомов производится разными способами. Это может быть сфокусированное солнечное излучение, специальные лампы, другие лазеры, электрическое воздействие или химические процессы. Для увеличения силы потока делают многоуровневые атакующие каскады. В основе резонаторов применяют плоскопараллельные и сферические зеркала или их комбинации. Главный параметр хорошего прибора — устойчивое сохранение светового луча и его точная фокусировка.
Первый лазер был сделан на рубине в 1960 году, он работал в инфракрасном диапазоне и являлся началом эры световых помощников человека. История развития прикладной квантовой науки шла по пути усиления первоначальных систем накачки и совершенствования оптических резонаторов для достижения мощного и управляемого луча. Выискивались новые рабочие среды, были испробованы и получили путевку в жизнь лазерные установки на красителях, на свободных электронах, химические модели и полупроводниковые исполнения.
Производственное использование лазера
Лазер называют самым красочным и одним из важнейших изобретений XX века. Многие годы никто не понимал его практического применения, прибор называли устройством, которое само ищет задачи для решения. Теперь лазерные аппараты лечат людей, исследуют звезды и применятся для развлекательных мероприятий.
Машиностроительные производства давно начали использовать резку металла лазером. Пионерами выступили судостроительные верфи, авиационные заводы и автомобильные гиганты, искавшие передовые методы работы для увеличения производительности труда. Возрастающая конкуренция стимулировала появление инновационных обрабатывающих центров с принципиально новыми системами влияния на рабочий процесс.
К настоящему времени на промышленных предприятиях лазерная резка металла представлена следующими видами установок:
- твердотельные — основанные на кристаллических драгоценных камнях или соединениях редкоземельных элементов, для накачки фотонов используется импульсные лампы или лазерные диоды;
- газовые — в качестве активаторов применяются смеси инертных газов с источником возбуждения в виде электрических разрядов или направленной химической реакции;
- волоконные — активная среда и резонатор сделаны целиком из оптического волокна или скомбинированы с другими конструктивными элементами.
Следующее видео представляет волоконный лазерный станок.
Для работы с цветными металлами и антикоррозионными сталями, имеющими высокую отражающую способность, прикладными исследовательскими институтами разработаны специальные модели традиционных лазеров с резонатором из оптико-волоконной трубки. Световой луч в таких установках более сфокусированный и концентрированный и не рассеивается о зеркальную поверхность алюминиевых, титановых или нержавеющих заготовок.
Широко распространенные газовые СО₂-лазеры работают на рабочей смеси углекислого газа, азота и гелия, зеркала резонатора покрыты серебряным или золотым напылением для увеличения отражающей способности.
Технология лазерной резки металлов постоянно совершенствуется: пробуются новые типы установок, усложняются системы управления процессом, применяются компьютерные комплексы для контроля режимов обработки. Основной упор делается на увеличение точности, чистоты реза и производительности.
Особенности технологического процесса
В результате воздействия светового луча материал заготовки проходит несколько промежуточных изменений для превращения в обработанную деталь:
- первая стадия — воздействие лазера на металл в точке начала реза вызывает нагревание вещества до температуры плавления и появлению усадочной раковины;
- вторая стадия — энергия излучения приводит к кипению и испарению металла;
- третья стадия — при проплавлении заготовки на полную глубину начинается поступательное движение рабочего органа в соответствии с заданной траекторией.
В действительности, процесс испарения металла наблюдается только у тонких заготовок, при средней и большой толщине реза удаление остатков вещества из рабочей зоны производится с помощью струи вспомогательного газа (азот, кислород, воздушная смесь или инертные газы).
Такие установки, работа которой представлена на видео, называют газолазерными резаками.
Активный кислород, подаваемый в зону резания не только выводит продукты плавления металла и охлаждает поверхность среза, но и способствует поддержанию температуры и ускоряет режимы обработки. При лазерной резке не происходит деформации заготовки, следовательно, отсутствуют затраты материала на припуск линейных размеров и необходимость в дополнительных чистовых операциях.
Сравнительные характеристики лазерной и плазменной резки приведены
Современные лазерные комплексы
Мировая станочная индустрия идет в ногу со временем и предлагает своим потребителям самое разнообразное оборудование для лазерной резки металла. Многокоординатные аппараты призваны заменить шумные и низко производительные механические резаки. Мощность лазера зависит от специфики производства и экономического обоснования выбранного агрегата.
Новое поколение прецизионных обрабатывающих станков с ЧПУ позволяют проводить обработку материалов с точностью до 0,005 мм. Площадь обработки некоторых моделей лазерных установок достигает нескольких квадратных метров. Большим достоинством является минимизация человеческого фактора, заключающаяся в высокой автоматизации производственного процесса.
Геометрия детали задается в программный блок, осуществляющий управление лазером и рабочим столом с заготовкой. Системы настройки фокуса автоматически выбирают оптимальное расстояние для эффективного резания. Специальные теплообменники регулируют температуру лазерной установки, выдавая оператору контрольные данные текущего состояния инструмента.
Лазерный станок оснащается клапанными механизмами для подключения газобаллонного оборудования, чтобы обеспечить подачу вспомогательных газов в рабочую зону. Система дымоулавливания призвана оптимизировать расходы на вытяжную вентиляцию, включая её непосредственно в момент обработки. Область обработки полностью экранируется защитным кожухом для безопасности обслуживающего персонала.
Лазерная резка листового металла на современном оборудовании превращается в легкий процесс задания числовых параметров и получения на выходе готовой детали. Производительность оборудования напрямую зависит от параметров станочного комплекса и квалификации оператора, создающего программный код. Технология лазерной резки металлов гармонично вписывается в концепцию роботизированного производства, призванного полностью освободить человека от тяжелого труда.
Производители предлагают различные типы лазерных станков: универсальные и специализированные. Стоимость первых на порядок больше, но они позволяют производить несколько операций и выпускать детали более сложной формы. Большое количество рыночных предложений дает возможность выбора для заинтересованных потребителей.
Преимущества и недостатки
Специалисты машиностроительных предприятий понимают перспективы использования данной технологии для получения точных деталей с хорошей шероховатостью. Область применения обширна: от простого раскроя листового металлопроката до получения сложных кузовных деталей автомобилей. Явные плюсы лазерной резки металлов сводятся к нескольким резюмирующим аспектам:
- высокое качество обработанной поверхности;
- экономия материала;
- способность работы с хрупкими материалами и тонкими заготовками;
- возможность получения деталей сложной конфигурации.
Среди минусов: высокая стоимость оборудования и расходных материалов.
Лазерная резка стали и цветных металлов пользуется большим рыночным спросом. Способность быстро выдавать чистовые детали нестандартной формы привлекает в профильные предприятия заказчиков малых партий разнообразных изделий. Лазерные технологии активно используются в декоративном творчестве при изготовлении дизайнерских украшений и оригинальных сувениров.
Решение о применении лазерной обработки должно приниматься с учетом расчета окупаемости оборудования и величине эксплуатационных расходов. В настоящее время такие установки могут себе позволить, в основном, крупные предприятия с большим производственным циклом. С развитием технологии будут снижаться стоимость станков и количество потребляемой энергии, поэтому в будущем лазерные аппараты вытеснят своих конкурентов из сферы резки любых материалов.
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!
Как резать лазером медь и другие светоотражающие металлы?
Лазерная резка низкоуглеродистой и нержавеющей стали имеет долгую историю и является одним из применений CO2-лазеров. Однако CO2-лазеры традиционно не являются хорошим решением для резки материалов с высокой отражательной способностью.
Длина волны излучения волоконных лазеров составляет около 1,07 мкм, по сравнению с 10,6 мкм у традиционных альтернатив CO2. Лазерный свет с длиной волны 1,07 мкм не только меньше отражается и, следовательно, легче поглощается, но и более короткая длина волны может быть сфокусирована в пятно, диаметр которого составляет примерно 1/10 диаметра луча CO2. Это обеспечивает значительно более высокую плотность мощности, что облегчает проникновение в металл. При таких высоких уровнях плотности мощности металлы, такие как медь и латунь, быстро проходят через фазовый переход в расплавленное состояние, поэтому лазерный луч быстро преодолевает барьер отражения таких металлов для начала эффективного процесса резки. Резка таких металлов оказалась сложной при использовании CO2-лазеров.
Какие металлы отражают при лазерной резке?
Медь, латунь, бронза, серебро, золото и алюминий в твердом состоянии хорошо отражают инфракрасный свет. Алюминий, однако, не считается отражающим металлом для практических целей резки волоконным лазером .
Почему лазерная резка латуни и меди настолько сложна?
- Низкое поглощение инфракрасного лазерного излучения затрудняет резку этих металлов;
- Медь и латунь (медно-цинковый сплав) являются хорошими отражателями (и, следовательно, плохими поглотителями) инфракрасного (ИК) лазерного света, особенно в твердом состоянии;
- Чистая медь в твердом состоянии отражает> 95% ближнего ИК-излучения (длина волны ~ 1 мкм);
- Отражательная способность меди и других отражающих металлов уменьшается, когда металл нагревается, и резко падает, когда материал плавится (например, до
Распространенные проблемы при лазерной резке отражающих металлов
При оптимальном выборе лазера, оптики и процесса резки лазерный луч быстро расплавляет поверхность отражающих материалов, затем взаимодействует с более поглощающим расплавленным металлом и инициирует эффективный, стабильный процесс резки. Неправильный выбор лазерной/оптической установки или использование неоптимальных параметров процесса может привести к чрезмерному сближению лазера с твердым металлом и, следовательно, к чрезмерному количеству отраженного света. Слишком большое отражение, в свою очередь, приводит к неэффективности процесса резки и потенциальному повреждению оптики.
Критической стадией при резке отражающего металла является начало процесса, особенно стадия прожигания, когда лазер взаимодействует с твердым металлом. После создания разреза лазерный луч в основном взаимодействует с расплавленным материалом.
Какие факторы важны для успешной резки меди и латуни с помощью волоконного лазера?
Следующие параметры процесса важны для резки меди и латуни с помощью волоконных лазеров:
Отступите от максимальной скорости подачи, которую может поддерживать процесс, примерно на 10 - 15%, чтобы избежать риска того, что резка погаснет, тем самым применяя высокий уровень энергии луча к материалу в его наиболее отражающем состоянии. Если вы сомневаетесь, начните с более медленной скорости, чем та, которую может выдержать процесс. Перед перемещением луча для начала резки дайте время выдержки, чтобы убедиться, что отверстие пробито насквозь.
Как для прожига, так и для резки, установите положение фокуса как можно ближе к верхней поверхности, насколько позволяет качество резки. Это сводит к минимуму количество поверхностного материала, который взаимодействует с лучом в начале процесса, тем самым максимизируя плотность мощности луча, что приводит к более быстрому плавлению.
| Толщина меди | 1 мм | 1,5 мм | 2 мм | 3 мм | 4 мм | 6 мм |
| Минимальная пиковая мощность, необходимая | 1000 Вт | 1000 Вт | 1500 Вт | 2000 Вт | 3000 Вт | 4000 Вт |
Настройка мощности
Использование максимальной пиковой мощности, доступной для прожига и резки, сокращает время, в течение которого материал находится в наиболее отражающем состоянии. Приведенную выше диаграмму можно использовать в качестве консервативного руководства для начала разработки процесса.
Режущий газ
При прожиге и резке меди в качестве режущего газа обычно используется кислород под высоким давлением (100-300 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от толщины) для повышения надежности процесса. Когда используется кислород, образование оксида меди на поверхности снижает отражательную способность. Для латуни подойдет азотный газ для резки.
Особенности лазерной резки латуни и меди
Резка металлов медной группы имеет свои особенности из-за высокой теплопроводности материала. В чем специфика резки латуни и меди читайте далее.
Резка металлов медной группы имеет свои особенности из-за высокой теплопроводности материала. Медь отличается также большим коэффициентом теплоемкости. Это накладывает определенные требования к оборудованию. При подготовке к процессу, нужно учитывать, что лазерная резка латуни и, особенно, меди тем сложнее, чем толще обрабатываемая пластина. Необходимо правильно подобрать параметры мощности и скорости луча. Общие правила такие: размер лазерного пятна должен быть как можно меньше, а мощность — высокой. Соблюдая условия технологии, можно добиться ровной линии реза. В результате качественно выполненной резки кромки изделия не деформированы.
Разновидности технологий резки лазером
Распространенная технология обработки металлов лазером применима практически ко всем металлам. В их число входят:
- нержавеющая сталь,
- титан,
- алюминий,
- медь и сплавы на ее основе.
Самым сложным в работе признан алюминий. При его обработке, также как нержавеющих сталей и титана, скорость процесса снижается из-за светоотражающих свойств этих материалов. При этом толщина листа ограничена (≤6 мм), а лазер используется азотный. Для порезки тугоплавкого стального сплава используется мощный кислородный инструмент. Такой лазер разрезает толстые листы (≤20 мм).
Термины «азотный», «кислородный» лазер происходят от типа газовой среды, в которой происходит процесс. Азот или кислород снижают негативные эффекты образования шлаков, наплывов, возникновение окалины. Детали малых размеров получают путем волоконной резки. Технология подходит для углеродистой, марганцевой или оцинкованной стали, редкоземельных металлов.
Посредством резки лазером изготавливают следующие виды продукции: посуду, автозапчасти, детали лифтов, электрические компоненты, бытовую технику. Отдельно стоит технология гравировки по латуни и меди, используемая для предметов художественного назначения.
Особенности резки металлов медной группы
- Тонкий лист режут в импульсном режиме.
- Лист большой толщины обрабатывается путем включения микроплазменного режима.
Пористость и шероховатость торца среза устраняется достаточно легко с нижней части изделия. Медный лист плохо поглощает излучение. По этой причине медный прокат режут на минимальных скоростях.
Кроме правильного выбора режимов, необходимо соблюдать условия резки лазером применительно к толщине проката. Этот параметр отличается для сталей, алюминия и меди и ее сплавов с цинком (латунь) и оловом (бронза). Максимальная толщина каждого материала приведена в таблице.
Для справки. Легирующими элементами для бронзы являются также алюминий, свинец, кремний, бериллий. Добавки оказывают влияние на характеристики процессов обработки сплавов.
Оборудование для лазерной резки медной группы
Станки подразделяются на три основных типа.
- Твердотельные. Здесь расходным материалом выступают рубин, алюмоиттриевый гранат, неодим. Мощность установок не превышает 6 кВт. Обрабатывают медь, латунь, алюминий.
- Газовые, в которых активное тело — газ. Приводятся в действие путем электроразряда. Мощность достигает 20 кВт.
- Газодинамические установки создают мощность порядка 150 кВт. В них газ прокачивается со скоростью выше звуковой. Такими машинами режут трубы из разных материалов.
Чтобы не деформировать толстые медные детали, лучше «доверить» процесс твердотельным лазерам. Обычные станки не расплавят лист большой толщины.
Области применения лазерной резки
Кроме обычного раскроя листов металла, способ резки при помощи лазерного излучения востребован в ювелирном деле. Гравировка используется при выполнении надписей на изделиях. Таким методом маркируют промышленные металлические образцы, кодируют детали оборудования, прочее. Ювелирные изделия украшают резьбой, выполненной способом гравировки. Лазерная технология в художественной резке дает отличное качество и высокую точность. Недостаток в использовании лазера — высокие затраты энергии.
В качестве примера приведем набивку на двигателе автомобилей. Символы должны быть маленькими и четкими. Технология обеспечивает требуемую точность. Другое применение — нанесение значков на хрупкие или тонкие изделия. Лазер не создает механического воздействия и не испортит поверхность.
В заключение
Обработка меди, латуни, бронзы лазером выгодна при порезке листов малой толщины. Для резки толстых медных листов придется пользоваться очень мощной установкой. При этом затраты энергии, а значит, и цена будут высокими. Лазер востребован там, где нужна ювелирная точность и четкий контур детали. Технология не накладывает ограничения на размер и конфигурацию искомого изделия. Ювелирные украшения из меди и сплавов обрабатывают лазером, т.к. способ исключает повреждение изделия.
В статье не уделено внимания возможности самостоятельного использования метода лазерной резки. Если у Вас есть подобный опыт, просим поделиться им в блоке комментариев.
Важные факторы связанные с лазерной резкой [Часть 2]
Параметры лазерной резки зависят от характеристик луча, требуемой скорости резки, состава и толщины разрезаемого материала, желаемого качества режущей кромки и т.д. Процесс лазерной резки и качество резки зависят от правильного выбора параметров лазера и обрабатываемой детали. Недостатки в качестве резки могут быть связаны с нарушениями вызванными колебаниями скорости, изменением мощности и пространственного распределения интенсивности, а также нарушениями оптической целостности. Давайте ознакомимся с факторами влияющими на качество лазерной резки поближе.
IV. Скорость резания
Скорость резки напрямую влияет на ширину и шероховатость поверхности реза.
Существует оптимальное значение скорости резания для различной толщины материала и давления режущего газа, которое составляет около 80% от максимальной скорости резания.
1. Слишком высокая скорость
Если скорость резки слишком высокая, это может привести к следующим последствиям.
1) Может не получиться прорезать материал, а искры будут разлетаться беспорядочно.
2) Некоторые участки будут прорезаны, а некоторые - нет.
3) Разрезаемый участок имеет наклонную полосу, а нижней части среза присутствуют пятна раствора.
Рис. 18 Слишком высокая скорость
2. Слишком низкая скорость
1) Приводит к переплавке и неровной поверхности реза.
2) Ширина реза расширяется, происходит оплавление острого угла.
3) Влияет на эффективность резки.
3. Определите подходящую скорость резания
О том, можно ли увеличить или уменьшить скорость подачи, можно судить по искрам при резке
1) Искры распространяются сверху вниз.
Рис. 19 Нормальная скорость резания
2) Если искры расположены наклонно, скорость резки слишком высокая.
Рис. 20 Слишком высокая скорость резания
3) Если искры не рассеяны, их мало, и они собираются вместе, скорость слишком низкая.
Рис. 21 Слишком низкая скорость резания
Если скорость подачи соответствует требованиям, то как показано на рисунке, поверхность реза представляет собой относительно гладкую линию, а на нижней половине отсутствует оплавление.
Рис. 22 Нормальная скорость резания
V. Вспомогательный газ для резки
При выборе типа и давления вспомогательного газа для резки необходимо учитывать следующие аспекты:
Кислород обычно используется для резки обычной углеродистой стали при резке под низким давлением.
Воздушная резка обычно используется для резки неметаллов.
Для резки нержавеющей стали обычно используется азот.
Чем выше чистота газа, тем лучше качество резки.
Чистота газа при резке листовой низкоуглеродистой стали должна быть не менее 99,6%, а при резке листовой углеродистой стали толщиной более 12 мм чистота кислорода должна быть выше 99,9%.
Чистота азота при резке листа из нержавеющей стали должна быть выше 99,6%.
Чем выше чистота азота, тем выше качество разрезаемого участка.
Если чистота газа для резки плохая, это не только повлияет на качество резки, но и вызовет загрязнение линзы.
1. Влияние вспомогательного газа на качество резки
1) Газ может способствовать рассеиванию тепла и сгоранию, выдуванию раствора и улучшению качества поверхности резания.
2) Влияние недостаточного давления газа на резку
a. Поверхность резки оплавляется.
б. Скорость резки не может быть увеличена, что влияет на эффективность.
3) Влияние высокого давления газа на качество резки
a. При слишком большом потоке воздуха поверхность реза становится толще, а шов шире.
б. Если поток воздуха слишком велик, отрезаемая часть расплавится, и хорошее качество резки не может быть достигнуто.
2. Влияние вспомогательного газа на перфорацию
1) При низком давлении газа сложнее выполнить перфорацию и время работы увеличивается.
2)При слишком высоком давление газа, точка проникновения расплавится и образуется большая точка плавления.
Поэтому давление газа при перфорации тонкой пластины выше, чем толстой.
3. Вспомогательный газ для резки оргстекла
Оргстекло легко воспламеняется, чтобы получить прозрачную и яркую поверхность резки, для огнезащиты выбирают азот или воздух.
Если выбрать кислород, качество резки будет недостаточно хорошим.
Необходимо выбрать соответствующее давление в соответствии с фактической ситуацией при резке.
Чем меньше давление газа, тем выше яркость режущего света.
Но слишком низкое давление газа приведет к низкой скорости резки, что повлияет на качество нижней поверхности материала.
VI. Мощность лазера
Мощность лазерного станка, необходимая для лазерной резки, в основном зависит от типа резки и свойств разрезаемого материала. Наибольшая мощность лазера требуется при резке с испарением, затем следует резка с плавлением и кислородная резка. Мощность лазера оказывает большое влияние на толщину резки, скорость резки и ширину разреза. С увеличением мощности лазера толщина разрезаемого материала увеличивается, скорость резки растет, а ширина разреза также увеличивается. Мощность лазера оказывает решающее влияние на процесс и качество резки.
1. Мощность резки слишком мала для
Рис. 26 Слишком низкая мощность
2. Если мощность слишком высока, вся режущая поверхность расплавится.
Рис. 27 Чрезмерная мощность
3. Недостаточная мощность приводит к появлению расплавленных пятен после резки.
Рис. 28 Дефицит мощности
4. Соответствующая мощность, залог хорошей поверхности разрезаемого участка и отсутсвия расплавленных пятен
Рис. 29 Надлежащая мощность
Сводка параметров резки
Основные параметры лазерной резки
Скорость резки
Учитывая плотность мощности лазера и материал, скорость резки соответствует эмпирической формуле.
Пока она выше порогового значения, скорость резки материала пропорциональна мощности лазера, то есть увеличение плотности мощности может увеличить скорость резки.
Скорость резки также обратно пропорциональна плотности и толщине разрезаемого материала.
Факторы для повышения скорости резки:
1) Увеличить мощность (500-3000W);
2) Изменить режим луча;
3) Уменьшить размер фокусного пятна (например, использовать линзу с коротким фокусным расстоянием;
Для металлических материалов другие переменные процесса остаются неизменными, и скорость лазерной резки может иметь относительный диапазон регулировки при сохранении удовлетворительного качества резки. Этот диапазон регулировки оказывается относительно широким при резке металлов
Положение фокуса
После фокусировки лазерного луча размер пятна пропорционален фокусному расстоянию линзы.
После фокусировки луча короткофокусной линзой размер пятна становится небольшим, а плотность мощности в точке фокусировки очень высокой, что очень выгодно для резки материала.
Но недостатки заключаются в том, что глубина фокусировки очень мала, а запас регулировки невелик. Как правило, она подходит для высокоскоростной резки тонких материалов.
Для толстых заготовок подходят линзы с более широкой глубиной фокусировки.
Из-за самой высокой плотности мощности в фокальной точке в большинстве случаев во время резки фокусное положение находится прямо на поверхности заготовки или немного ниже ее. Обеспечение постоянного относительного положения между фокальной точкой и заготовкой является важным условием для получения стабильного качества резки.
Иногда во время работы линза нагревается из-за плохого охлаждения, что приводит к изменению фокусного расстояния, что требует своевременной регулировки положения фокуса.
Вспомогательный газ
Вспомогательный газ распыляется коаксиально с лазерным лучом, чтобы защитить линзу от загрязнения и сдуть расплавленный шлак в нижней части зоны резки.
Для неметаллических и некоторых металлических материалов используется сжатый воздух или инертный газ, чтобы удалить расплавленные и испарившиеся материалы и в то же время предотвратить чрезмерное возгорание в зоне резки.
Давление вспомогательного газа
В большинстве случаев для лазерной резки металлов используется реактивный газ (кислород) для образования окислительной экзотермической реакции с горячим металлом.
Это дополнительное тепло может увеличить скорость резки на 1/3-1/2.
При резке тонких листов на высоких скоростях требуется более высокое давление газа для предотвращения прилипания шлака к задней части реза.
При малой толщине материала или низкой скорости резки давление газа может быть соответствующим образом снижено.
Выходная мощность лазера
Мощность лазера и качество режима оказывают важное влияние на резку.
В реальной работе часто устанавливается максимальная мощность для получения высокой скорости резки или для резки толстых материалов.
В приведенном выше параграфе описано большинство факторов, которые могут повлиять на параметры лазерной резки.
В следующей таблице приведены типичные значения параметров резки.
Они не применимы к конкретным случаям, но их можно использовать в качестве справочника для определения правильных параметров запуска.
Типичные значения параметров резки нержавеющей стали DC030
| Толщина (мм) | Фокусное расстояние (дюйм) | Положение фокуса (мм) | Мощность лазера (Вт) | Скорость резки (м/мин) | Давление газа N2 (бар) | Диаметр сопла(мм) | Расстояние от сопла до пластины |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 5 | -0.5 | 3000 | 28 | 10 | 1.5 | 0.5 |
| 2 | 5 | -1 | 3000 | 8 | 10 | 1.5 | 0.5 |
| 3 | 5 | -2 | 3000 | 4.75 | 15 | 1.5 | 0.5 |
| 4 | 7.5 | -3 | 3000 | 3.8 | 17.5 | 2 | 0.7 |
| 5 | 7.5 | -4 | 3000 | 2.2 | 20 | 2 | 0.7 |
| 6 | 10 | -5 | 3000 | 2 | 20 | 2.2 | 0.7 |
| 8 | 12.5/15 | -6 | 3000 | 13 | 20 | 3 | 0.7 |
| 10 | 15 | -6 | 3000 | 0.55 | 20 | 3 | 0.7 |
Типичные значения параметров резки низкоуглеродистой стали DC030
| Толщина (мм) | Фокусное расстояние (дюйм) | Положение фокуса (мм) | Мощность лазера (Вт) | Скорость резки (м/мин) | Давление газа N2 (бар) | Диаметр сопла(мм) | Расстояние от сопла до пластины |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 5 | 0 | 750 | 9 | 3.5 | 1 | 0.5 |
| 2 | 5 | -0.5 | 800 | 7 | 3 | 1 | 1 |
| 3 | 5 | -0.5 | 800 | 4 | 3 | 1 | 1 |
| 4 | 7.5 | 2 | 3000 | 4.2 | 0.7 | 1 | 1 |
| 6 | 7.5 | 2 | 3000 | 3.3 | 0.7 | 1.2 | 1 |
| 8 | 7.5 | 2 | 3000 | 2.3 | 0.7 | 1.5 | 1 |
| 10 | 7.5 | 2 | 3000 | 1.8 | 0.7 | 1.5 | 1 |
| 12 | 7.5 | 2 | 3000 | 1.5 | 0.7 | 1.5 | 1 |
| 15 | 7.5 | 2 | 3000 | 1.1 | 0.7 | 2 | 1 |
| 20 | 7.5 | 2.5 | 3000 | 0.7 | 0.7 | 2.4 | 1 |
Типичные значения параметров резки стали DC025A1Mg3N2
| Толщина (мм) | Фокусное расстояние (дюйм) | Положение фокуса (мм) | Мощность лазера (Вт) | Скорость резки (м/мин) | Давление газа N2 (бар) | Диаметр сопла(мм) | Расстояние от сопла до пластины |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 7.5 | -2.5 | 2500 | 45-6.5 | 10-12 | 1.5 | ≥1.0 |
| 3 | 7.5 | -3.5 | 2500 | 3.0-4.0 | 12-15 | 1.5 | ≥1.0 |
| 4 | 7.5 | -5.0 | 2500 | 1.5-2.0 | 12-16 | 2.0 | ≥1.0 |
| 5 | 7.5 | -5.0 | 2500 | 0.9-1.0 | 12-16 | 2.0 | ≥1.0 |
Читайте также: