"Der Laser schneidet durch Eisen, als wäre es Schlamm", diese Aussage ist keine Übertreibung.
Schauen wir uns den Laser genauer an.
Was ist ein Laser?
Ein Laser ist eine Art von verstärktem Licht, das durch stimulierte Strahlung erzeugt wird.
Seine wichtigsten Merkmale sind:
Wenn der Laserstrahl auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet wird, wird die Lichtenergie absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt.
Dadurch steigt die Temperatur an der Bestrahlungsstelle schnell an, schmilzt und verdampft und bildet eine kleine Grube.
Das Metall in der Umgebung der Grube schmilzt durch thermische Diffusion. Der Dampf in der kleinen Grube dehnt sich schnell aus, was zu einer Mikroexplosion führt, und das geschmolzene Material wird mit hoher Geschwindigkeit herausgeschleudert, wodurch eine stark gerichtete Antischockwelle entsteht.
Dadurch entsteht auf der zu bearbeitenden Fläche ein Loch mit einer großen Oberseite und einer kleinen Unterseite.
Vergleich von gewöhnlichem Licht und Laser:
Die Generation der Laser
Laser-Erzeugungsgas
Das Gas, das der Laser erzeugt, unterscheidet sich vom Schneidgas.
Zusammensetzung des vom Laser erzeugten Gases:
Die proportionale Beziehung zwischen den drei oben genannten Gasen ist:
N2:CO2:Er = 1:4:5
Faserlaser Schneiden ist ein Heißschneideverfahren, bei dem ein fokussierter Laserstrahl mit hoher Leistungsdichte als Hauptwärmequelle eingesetzt wird. Dies führt dazu, dass die bestrahlten Materialien schnell schmelzen, verdampfen, abtragen oder den Entzündungspunkt erreichen.
Gleichzeitig wird durch den Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsluftstroms, der koaxial zum Laserstrahl verläuft, das geschmolzene Material weggeblasen, was das Schneiden des Werkstücks ermöglicht.
In den letzten Jahren hat sich die Technologie für Hochleistungs Faserlaser Generatoren sind gereift und haben sich verbessert, was zu einer ständig wachsenden Palette von Anwendungen geführt hat.
Die Faserlaserschneiden Maschine ist ein beliebter Schwerpunkt der industriellen Forschung und Entwicklung geworden.
Im Bereich der dünnen PlattenschneidenFaserlasergeneratoren ersetzen aus mehreren Gründen nach und nach die traditionellen CO2- und YAG-Laser:
(1) Niedrigere Kosten:
Die fotoelektrische Umwandlungseffizienz von Faserlasern liegt bei 30%, während die fotoelektrische Umwandlungseffizienz von CO2-Lasern 6-10% und die fotoelektrische Umwandlungseffizienz von YAG-Lasern nur 3% beträgt. Darüber hinaus haben Faserlasergeneratoren keine anfälligen Teile, so dass keine Kosten für eine verspätete Wartung anfallen.
(2) Kompaktes und flexibles Design:
Faserlaser haben eine geringe Größe, ein geringes Gewicht und bieten eine flexible und bewegliche Arbeitsposition.
(3) Verbesserte Schnittqualität:
Die Verwendung eines flexiblen Lichtleitersystems in Faserlasern und eines konstanten Strahlübertragungsabstands vermeidet eine schlechte Schnittqualität aufgrund von Änderungen der der Lichtweg Länge von CO2-Lasergeneratoren.
Dies gewährleistet eine gleichbleibende Schnittqualität über die gesamte Schnittbreite und ist somit ideal für großformatige Laserbearbeitungssysteme.
(4) Kosteneinsparungen:
Der Strahl eines Faserlasers bewegt sich entlang einer optischen Faser, so dass kein externes reflektiertes Lichtpfadsystem erforderlich ist, was die Kosten für Reflexionslinsen und Organabschirmungen spart.
Außerdem ist keine externe Justierung des Strahlengangs erforderlich, was die Gefahr der Verschmutzung des Strahlengangs durch Schmutz verringert und das Gewicht der beweglichen Teile reduziert.
(5) Verbesserte Leistung beim Metallschneiden:
Die Wellenlänge eines Faserlasers beträgt 1,06 μm, die im Vergleich zur Wellenlänge von CO2 (10,6 μm) leichter von metallischen Materialien absorbiert wird.
Dies ist besonders vorteilhaft für Blechschneidenmit einer 2-4 mal schnelleren Schnittgeschwindigkeit als CO2.
Faserlaser haben auch eine bessere Schneidwirkung bei hochreflektierenden Materialien wie z. B. Aluminiumlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen.
Siehe auch:
(1) Linse
(2) der Laserstrahl
(3) Luftstrom
(4) die Linie
(5) geschmolzenes Material
(6) Schnittfläche
(7) Düse
(8) Schnittrichtung
A: Leere Höhe
B: Einstichhöhe
C: Schnitthöhe
T: Blechdicke
Die weltweit erste Laserschneidmaschine wurde in den 1970er Jahren erfunden. In den letzten dreißig Jahren hat sich die Anwendung von Laserschneidmaschinen hat sich ständig erweitert und die Technologie hat sich ständig verbessert.
Viele Unternehmen stellen inzwischen verschiedene Arten von Lasern Schneidmaschinen, um die Marktnachfrage zu befriedigen, einschließlich 2D-Plattenlaserschneidmaschinen, 3D-Raumlaser-Kurvenschneidmaschinen und Rohrlaserschneidmaschinen.
Zu den führenden Herstellern von Laserschneidmaschinen gehören: Trumpf (Deutschland), Prima (Italien), Bystronic (Schweiz), Amada (Japan), MAZAK (Japan), NTC (Japan) und HGLaserLab (Australien).
Eine Liste der top Laserschneidmaschine Hersteller ist weltweit als Referenz verfügbar.
Faserlaserschneidanlagen können Edelstahl mit einer Dicke von weniger als 4 mm effektiv schneiden. Unter Zugabe von Sauerstoff kann mit dem Laserstrahl sogar Edelstahl mit einer Dicke von 8 bis 10 mm geschnitten werden.
Bei der Verwendung von Sauerstoff bildet sich jedoch ein dünner Oxidfilm auf der Schnittfläche. Die maximale Schnittdicke kann auf 16 mm erhöht werden, aber die Größentoleranz des geschnittenen Teils wird größer.
Faserlaserschneidanlagen sind zwar teuer, aber aufgrund der geringeren Kosten für die Weiterverarbeitung bei großen Produktionsserien immer noch wirtschaftlich sinnvoll.
Da außerdem keine Werkzeugkosten anfallen, eignet sich die Laserschneidanlage auch für kleine Chargen von Teilen, die bisher nicht bearbeitet werden konnten.
Faserlaserschneidanlagen arbeiten in der Regel mit einem CNC-System (Computerized Numerical Control). Mit dieser Technologie können Schneiddaten von einem CAD-Arbeitsplatz (Computer Aided Design) empfangen werden.
Siehe auch:
Die Kernkomponente passt die Krümmung der Linsenoberfläche durch Wasserdruck an, wodurch der Divergenzwinkel des Laserstrahls verändert wird und somit eine Anpassung des Laserfokus' Auf- und Abwärtsbewegung.
Darüber hinaus gleicht es Fokusveränderungen aus, die durch unterschiedliche Spotdurchmesser an verschiedenen Arbeitspositionen der Maschine entstehen.
In der Praxis variiert die Höhe des Brennpunkts mit dem Material und der Schneidemaschine.
Auswahl der Fokusposition
Beim Laserschneiden wird die Position der Laserfokus hat einen großen Einfluss auf die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit der geschnittenen Teile, und verschiedene Materialien haben unterschiedliche Anforderungen an die Fokussierung.
Beim Schneiden von Kohlenstoffstahl zum Beispiel sollte der Schwerpunkt auf der Oberseite des Blechs liegen; beim Schneiden von rostfreiem StahlBeim Schneiden von Aluminiumlegierungen sollte der Brennpunkt etwa in der Mitte der Plattendicke liegen; beim Schneiden von Aluminiumlegierungen sollte der Brennpunkt in der Nähe der Unterseite der Platte liegen.
Beim Schneiden einer 2 mm dicken Probe aus rostfreiem Stahl, wie in der Abbildung unten dargestellt, sollte die Fokusposition etwa 0,8 bis 1,2 mm unterhalb der Oberfläche der Platte liegen.
Abb. Laserschneidmuster
Während des Schneidprozesses kann die unebene Oberfläche des Materials zu Veränderungen der Fokuslage des Lasers führen und damit die Schnittqualität beeinträchtigen.
Um dieses Problem zu beheben, wird ein hochempfindlicher kapazitiver Sensor am Schneidkopf angebracht, der in Echtzeit Rückmeldung über den Abstand zwischen der Düse und der Platte an den CNC-System.
Auf der Grundlage dieser Rückmeldung wird die Höhe des Schneidkopfs in Echtzeit über einen Übertragungsmechanismus angepasst, wodurch ein geschlossener Regelkreis mit hoher Dynamik entsteht, der dazu beiträgt, Fehler zu vermeiden, die durch Änderungen der Fokusposition während des Plattenschneiden.
Die Laserleistung wirkt sich erheblich auf Schnittdicke, -geschwindigkeit, -breite und -qualität aus. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Laserleistung, desto dicker ist das Material, das geschnitten werden kann, und desto höher ist die Schnittgeschwindigkeit.
Es gibt jedoch einen optimalen Bereich der Laserleistung für eine bestimmte Blechdicke und Schneidgeschwindigkeit, in dem die Oberflächenrauhigkeit des Schnittes am geringsten ist.
Ein Abweichen von diesem optimalen Leistungsbereich führt zu einem Anstieg der Oberflächenrauheit, einer geringeren Bearbeitungseffizienz und höheren Kosten.
Wenn die Leistung weiter erhöht oder verringert wird, kann es außerdem zu Verbrennungen oder Verschlackungen kommen.
Schließlich ist noch anzumerken, dass bei fester Laserleistung und festem Hilfsgasdruck die Schnittgeschwindigkeit und die Spaltbreite in einem nichtlinearen, inversen Verhältnis zueinander stehen.
Mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit nimmt die Spaltbreite ab und mit abnehmender Schnittgeschwindigkeit nimmt die Spaltbreite zu. Die Beziehung zwischen der Schnittgeschwindigkeit und der Oberflächenrauheit des Schnittbereichs ist parabolisch.
Wenn die Schnittgeschwindigkeit von Null aufsteigt, nimmt die Oberflächenrauheit des geschnittenen Abschnitts allmählich ab und sinkt weiter, wenn die Schnittgeschwindigkeit steigt.
Wenn die optimale Schnittgeschwindigkeit erreicht ist, ist die Oberflächenrauhigkeit am geringsten.
Steigt die Schnittgeschwindigkeit jedoch über einen bestimmten Punkt hinaus weiter an, ist es unmöglich, das Material zu durchtrennen, und die Oberflächenrauheit nimmt wieder zu.
Das NC-System kann die Schnittleistung automatisch an die Schnittgeschwindigkeit anpassen.
Beim Schneiden von kleinen Kreisen und scharfen Winkeln beispielsweise ist die Schnittgeschwindigkeit in der Regel langsamer, und das NC-System kann die Schnittleistung reduzieren, um eine hervorragende Präzision und Qualität des Schnittes zu gewährleisten.
Siehe auch:
Fühlen Sie sich als Neuling auf dem Gebiet des Laserschneidens oft überfordert? Es kann verwirrend sein, mit verschiedenen Platten, Gasen, Luftdrücken und Leistungen zu experimentieren und trotzdem nicht die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Haben Sie sich schon einmal Gedanken über die Wahl des richtigen Hilfsgases gemacht und welche Faktoren die Schnittqualität beeinflussen? Welches Hilfsgas sollte für die verschiedenen Materialien verwendet werden? Wie wird der Druck des Hilfsgases geregelt und welche Anforderungen werden an seine Reinheit gestellt?
Es ist wichtig zu verstehen, welche Rolle das Hilfsgas beim Laserschneiden spielt. Es wird zum Wegblasen der Schlacke in der SchnittfugeSie kühlen die Oberfläche des zu bearbeitenden Materials, um die Wärmeeinflusszone zu verringern, die Schutzlinse zu kühlen, um Verunreinigungen zu vermeiden, und in einigen Fällen das Grundmetall zu schützen.
Hilfsgasarten und -merkmale
Die üblicherweise verwendeten Hilfsgase in Laserschneiden sind Stickstoff, Sauerstoff und Luft.
Hilfsgas ist beim Laserschneiden von entscheidender Bedeutung, da es dazu beiträgt, das geschmolzene und verdampfte Material aus dem Schnitt zu entfernen und auch den während des Schneidprozesses entstehenden Rauch wegzublasen, wodurch der Schneidprozess weniger behindert wird.
Die Anforderungen an Druck und Durchflussmenge des Hilfsgases hängen von der Dicke und Art des zu schneidenden Materials ab.
Beim Schneiden von Blechen aus kohlenstoffarmem Stahl wird in der Regel Sauerstoff verwendet. Der Zweck der Verwendung von Sauerstoff beim Schneiden von Kohlenstoffstahl besteht darin, das geschmolzene Material zu entzünden und zu entfernen.
Stoßen Sie als Neuling auf dem Gebiet des Laserschneidens oft auf Schwierigkeiten beim Laserschneiden? Obwohl Sie verschiedene Platten, Gase, Luftdrücke und Leistungen ausprobiert haben, sind Sie vielleicht immer noch unsicher, was die optimale Kombination ist.
Für die Auswahl des besten Hilfsgases ist es wichtig, seine Rolle und die Faktoren zu kennen, die die Schnittqualität beeinflussen, wie Druck und Durchfluss sowie die Reinheit des Gases.
Zum Schneiden von kohlenstoffarmen Stahlblechen wird in der Regel Sauerstoff verwendet. Die Rolle des Sauerstoffs im Schneidprozess besteht darin, das geschmolzene Material anzuheizen und zu entfernen.
Der Reinheitsgrad des Sauerstoffs sollte höher als 99,5% sein, wobei ein höherer Reinheitsgrad zu einer helleren Schnittfläche führt.
Verunreinigungen wie Wasser können sich jedoch erheblich auf die Schnittqualität der Platte auswirken. Wenn die Sauerstoffreinheit nicht hoch genug ist oder wenn die Teile höhere Anforderungen an die Oberflächenqualität stellen, kann es erforderlich sein, die Reinheit durch Sauerstofftrocknung oder andere Verfahren zu verbessern.
Stickstoff wird normalerweise zum Schneiden von rostfreiem Stahl verwendet. Stahl- und Aluminiumlegierung Materialien. Die Rolle des Stickstoffs besteht darin, die Oxidation zu beseitigen und die Schmelze zu entfernen.
Der Druck des Stickstoffs nimmt mit der Dicke der Platte zu.
Zum Schneiden von rostfreiem Stahl sollte die Reinheit des Stickstoffs höher als 99,999% sein. Stickstoff mit niedrigem Reinheitsgrad kann zu einer Vergilbung der Schnittfläche und zu einer verminderten Helligkeit führen.
Eine Probe in der Laserschneidfigur wurde mit hochreinem (99,99%) Flüssigstickstoff bei einem Gasdruck von 0,8 bis 1,0 MPa geschnitten.
Hilfsgas-Reinheitsstandard
Für die Laserbearbeitung verschiedener Materialien ist der Einsatz von passenden Hilfsgasen erforderlich.
Verunreinigungen im Hilfsgas können sich nachteilig auf die Linse auswirken, was zu Schwankungen in der Schneidleistung und Ungleichmäßigkeiten auf der vorderen und hinteren Schneidfläche führt.
Hilfsgasdruck Standard
Die Höhe des Luftdrucks, der für die verschiedenen Arten von Hilfsgasen verwendet werden kann, ist unterschiedlich. Auf der Grundlage der Eigenschaften des Gases, wie Entflammbarkeit und Verbrennung, hat die Erfahrung gezeigt, dass das Hilfsgas das Zurückfließen von Schlacke während des Schneidprozesses verhindern kann und somit die innere Linse der Maschine schützt. Laserkopf.
Mit anderen Worten: Je höher der Gasdruck bei gleicher Verarbeitungsleistung, gleichem Material und gleicher Blechdicke ist, desto mehr Rauch und Staub kann bei gleicher Geschwindigkeit ausgeblasen werden.
Daher führt ein höherer Luftdruckwert zu einer schnelleren LaserschneidgeschwindigkeitDeshalb wird Stickstoff zum Schneiden dünner Bleche verwendet.
Daraus lässt sich schließen, dass die allgemeine Regel für die Schnittgeschwindigkeit von dünnen Blechen lautet: Sauerstoff < Luft < Stickstoff. Diese Regel kann von Anfängern als Ausgangspunkt für die Auswahl von Hilfsgasen verwendet werden.
Hinweis: Die obige allgemeine Regel gilt nicht für das Laserschneiden von dicke Platten. Die Art des verwendeten Schneidgases sollte auf der Grundlage der individuellen Blecheigenschaften ausgewählt werden.
Nach dieser Lektüre sollten Sie ein grundlegendes Verständnis für die Eigenschaften der drei Hilfsgase haben. Schauen wir uns das genauer an.
Sauerstoff
Sauerstoff wird hauptsächlich zum Schneiden von Kohlenstoffstahl verwendet. Die Reaktionswärme des Sauerstoffs wird genutzt, um die Schneidleistung zu erhöhen, aber der entstehende Oxidfilm erhöht den spektralen Absorptionsfaktor des reflektierenden Materials.
Dies führt dazu, dass das Ende des Spalts schwarz oder dunkelgelb erscheint.
Sauerstoff wird hauptsächlich zum Schneiden von Walzstahl verwendet, Walzstahl für Schweißkonstruktionen, Kohlenstoffstahl für den Maschinenbau, Hochspannungsbleche, Werkzeugbleche, rostfreier Stahl, galvanisierte Stahlbleche, Kupfer, Kupferlegierungen, usw.
Die Reinheitsanforderungen für Sauerstoff liegen im Allgemeinen bei 99,95% oder höher. Seine Hauptfunktion besteht darin, das Brennen und Abblasen der geschnittenen Schmelze zu unterstützen.
Der erforderliche Druck und die Durchflussmenge sind unterschiedlich und werden durch die Größe des Düsenmodells und die Dicke des Materials bestimmt. Schneidstoff. Im Allgemeinen beträgt der erforderliche Druck 0,3-1 MPa, und die Durchflussmenge variiert je nach Dicke des Materials. Schneidstoff.
Beim Schneiden von 22 mm starkem Kohlenstoffstahl sollte der Durchfluss beispielsweise 10 m3/h betragen, einschließlich des Schutzsauerstoffs der Doppeldüse.
Nitrogen
Bei einigen Metallen ist der Einsatz von Stickstoff erforderlich, um eine Oxidation während des Schneidens zu verhindern und die Qualität der Schnittfläche zu erhalten. Dies führt zu einer weißlichen Endfläche des Schlitzes und einer hohen Beständigkeit gegen Schweißen, Schmieren und Korrosion.
Die wichtigsten Materialien, die geschnitten werden können mit Stickstoff sind rostfreier Stahl, beschichteter Stahl, Messing, Aluminium und Aluminiumlegierungen. Ziel der Verwendung von Stickstoff ist es, Oxidation zu verhindern und die Schmelze abzublasen.
Für ein qualitativ hochwertiges Schneiden ist ein hoher Reinheitsgrad des Stickstoffs erforderlich (99,999% ist häufig für Edelstahl mit einer Dicke von 8 mm oder mehr erforderlich). Der erforderliche Druck ist relativ hoch, in der Regel etwa 1,5 MPa. Für dickeren rostfreien Stahl (12 mm oder mehr, bis zu 25 mm) kann ein Druck von 2 MPa oder mehr erforderlich sein.
Die Durchflussmenge von Stickstoff hängt von der Art der verwendeten Düse ab, ist aber im Allgemeinen recht hoch. Zum Beispiel erfordert das Schneiden von 12 mm dickem Edelstahl eine Durchflussmenge von 150 m3/h, während für das Schneiden von 3 mm Edelstahl nur 50 m3/h.
Air
Die Verwendung von Luft als Hilfsgas bei der Laserbearbeitung ist kostengünstig, da sie direkt aus einem Luftkompressor gewonnen werden kann. Obwohl sie 20% Sauerstoff enthält, ist die Schneidleistung im Vergleich zu Sauerstoff gering und ähnelt der von Stickstoff.
Auf der Schnittfläche kann eine Spur eines Oxidfilms erscheinen, der aber auch dazu beitragen kann, dass die Beschichtung nicht abfällt. Das Ende des Schnittes hat ein gelbliches Aussehen.
Es wird hauptsächlich zum Schneiden von Materialien wie Aluminium, rostfreiem Kupfer, Messing, galvanisiertem Stahlblech und Nichtmetallen verwendet. Wenn jedoch hochwertige Produkte erforderlich sind, ist Luft nicht geeignet für Aluminium schneidenAluminiumlegierungen und rostfreiem Stahl, da sie das Grundmaterial oxidieren.
Die Wahl des Hilfsgases hängt von den Kosten des Schneidens und den Anforderungen an das Produkt ab. Beim Schneiden von rostfreiem Stahl für minderwertige Produkte, die weiterverarbeitet werden sollen, kann beispielsweise Luft verwendet werden, um die Kosten zu senken.
Handelt es sich bei dem geschnittenen Produkt hingegen um das Endprodukt, muss ein Schutzgas wie Stickstoff verwendet werden, wie z. B. bei Handwerksprodukten.
Daher muss das Hilfsgas entsprechend den Eigenschaften des Produkts im Schneidprozess ausgewählt werden.
Siehe auch:
Durch die Verwendung eines Laserstrahls mit hoher Energiedichte zur Erhitzung des Werkstücks steigt die Temperatur schnell an und erreicht in kürzester Zeit den Siedepunkt des Materials, wodurch dieses verdampft und Dampf bildet.
Dieser sich schnell bewegende Dampf erzeugt einen Einschnitt im Material und verdampft gleichzeitig.
Die Verdampfungswärme von Materialien ist in der Regel hoch, so dass für die Laserverdampfung eine große Energiemenge und eine hohe Leistungsdichte erforderlich sind.
Diese Technik wird zum Schneiden von dünnen Metallmaterialien und nichtmetallische Werkstoffe wie Papier, Stoff, Holz, Kunststoff und Gummi.
Während des Verdampfungsprozesses trägt der Dampf das geschmolzene Material und die Ablagerungen ab und bildet ein Loch.
Etwa 40% des Materials werden in Dampf aufgelöst, während 60% in Form von Tröpfchen durch die Strömung während des Verdampfungsprozesses ausgestoßen werden.
Wenn die Leistungsdichte des einfallenden Laserstrahls einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, beginnt das Material am Bestrahlungspunkt des Strahls zu verdampfen und ein Loch zu bilden. Das Loch absorbiert die gesamte Energie des einfallenden Strahls und wirkt wie ein schwarzer Körper.
Die Löcher sind von Wänden aus geschmolzenem Metall umgeben, und der Hilfsluftstrom entlang der Strahlachse trägt das geschmolzene Material, das das Loch umgibt, ab.
Während sich das Werkstück bewegt, wird das Loch horizontal synchronisiert und bildet einen Schnitt in Schneidrichtung. Der Laserstrahl strahlt weiterhin entlang der Nahtkante, wodurch das Schmelzmaterial kontinuierlich oder periodisch durch die Risse weggeblasen wird.
Beim Laserschmelzschneiden ist keine vollständige Verdampfung des Metalls erforderlich, da nur 1/10 der für die Verdampfung erforderlichen Energie verbraucht wird.
Diese Methode wird hauptsächlich zum Schneiden von nicht oxidierbaren Materialien oder aktiven Metallen wie Edelstahl, Titan, Aluminium und Legierungen verwendet.
Das Prinzip des Laser-Sauerstoffschneidens ist dem des Autogenschneidens ähnlich. Es nutzt den Laser als Vorwärmquelle und setzt Sauerstoff und andere aktive Gase als Schneidgas ein.
Einerseits reagiert das Gas mit dem zu schneidenden Metall und verursacht eine Oxidationsreaktion, bei der eine erhebliche Wärmemenge freigesetzt wird.
Andererseits werden das geschmolzene Oxid und das geschmolzene Metall aus dem Reaktionsbereich herausgeschleudert, wodurch ein Schnitt im Metall entsteht.
Aufgrund der hohen Wärmemenge, die während der Oxidationsreaktion erzeugt wird, benötigt das Laser-Sauerstoffschneiden nur die Hälfte der Energie, die für das Schmelzschneiden erforderlich ist, und weist im Vergleich zum Laser-Verdampfungsschneiden und zum Schmelzschneiden eine höhere Schnittgeschwindigkeit auf.
Diese Methode wird hauptsächlich zum Schneiden von Kohlenstoffstahl, Titanstahl, wärmebehandeltem Stahl und anderen leicht oxidierten Metallmaterialien verwendet.
Der Prozess des Laserbrennschneidens kann wie folgt beschrieben werden:
Bei spröden Materialien, die zu Hitzeschäden neigen, wird das Schneiden durch Laserstrahlerwärmung mit hoher Geschwindigkeit und Kontrolle als kontrolliertes Bruchschneiden bezeichnet.
Der Schlüsselaspekt dieses Schneidverfahrens ist, dass der Laserstrahl einen kleinen Bereich des spröden Materials erhitzt, was zu einem großen thermischen Gradienten und einer erheblichen mechanischen Verformung in diesem Bereich führt, wodurch das Material reißt.
Solange der Wärmegradient im Gleichgewicht gehalten wird, kann der Laserstrahl die Risse in jede gewünschte Richtung lenken.
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Art des Schneidens nicht für das Schneiden von scharfen Winkeln oder Ecken geeignet ist. Außerdem ist es schwierig, eine große und geschlossene Form erfolgreich zu schneiden.
Die Schnittgeschwindigkeit beim kontrollierten Bruchschneiden ist schnell und erfordert keine übermäßige Leistung, da sonst die Oberfläche des Werkstücks schmilzt und die Schneide bricht.
Die wichtigsten Steuerungsparameter sind die Laserleistung und die Spotgröße.
Laserschneiden klassifiziert nach Schneidgas:
| Flammendes Schneiden | Schmelzschneiden | |
|---|---|---|
| Schneidgas | Sauerstoff | Stickstoff |
| Eigenschaften | Große Schnittstärke | Schnittbild ohne Oxidschicht |
| Schnelle Schnittgeschwindigkeit | Weniger Schneidgrate | |
| Hat eine oxidierte Schicht | Gas sparen ist teuer | |
| Schnitt mit einem hinteren Zugseil | Langsames Schneiden Geschwindigkeit | |
| Ein Teil des Materials benötigt Sauerstoff, um an der Punktion teilzunehmen | ||
| Geeignetes Material | Kohlenstoffstahl | Rostfreier Stahl, Aluminium, verzinktes Blech |
Im Vergleich zu anderen thermischen Schneidverfahren zeichnet sich das Laserschneiden durch seine hohe Schneidgeschwindigkeit und seine hervorragende Qualität aus.
Im Einzelnen lassen sich die folgenden Aspekte zusammenfassen:
Das Laserschneiden bietet eine bessere Schnittqualität aufgrund des kleinen Laserpunkts, der hohen Energiedichte und der hohen Schnittgeschwindigkeit.
Der Laserstrahl wird auf einen kleinen Punkt fokussiert, was zu einer hohen Leistungsdichte im Brennpunkt führt.
Der Wärmeeintrag durch den Strahl ist wesentlich höher als die vom Material reflektierte, übertragene oder gestreute Wärme.
Dies führt zu einer raschen Erhitzung und Verdampfung des Materials, wobei durch Verdunstung eine Pore entsteht.
Durch die relative lineare Bewegung des Strahls und des Materials wird das Loch kontinuierlich zu einem schmalen Schlitz geformt.
Die Wärmeeinwirkung auf die Schneide ist sehr gering, und es kommt zu keiner Verformung des Werkstücks.
Beim Schneiden wird das für das Schneidgut geeignete Hilfsgas zugegeben.
Beim Schneiden des Stahls wird Sauerstoff als Hilfsgas und geschmolzenes Metall verwendet, um durch eine exotherme chemische Reaktion Oxidationsmaterial zu erzeugen und gleichzeitig dazu beizutragen, die Schlacke im Spalt wegzublasen.
Beim Schneiden von Kunststoffen, wie z. B. Polypropylen, wird Druckluft verwendet.
Beim Schneiden von brennbaren Materialien wie Baumwolle, Papier, wird das Inertgas verwendet.
Das in die Düse eintretende Hilfsgas kann auch die Fokuslinse kühlen und verhindern, dass Staub in den Linsensitz eindringt, die Linse verunreinigt und eine Überhitzung der Linse verursacht.
Die meisten organischen und anorganischen Materialien können mit dem Laser geschnitten werden.
In der Schwermetall verarbeitenden Industrie, die für die industrielle Fertigung von großer Bedeutung ist, können viele metallische Werkstoffe, egal wie hart sie sind, ohne Verformung geschnitten werden.
Natürlich sind hochreflektierende Materialien wie Gold, Silber, Kupfer und Aluminium auch gute Wärmeleiter, so dass das Laserschneiden schwierig ist und gar nicht möglich ist.
Laserschneiden ohne Grat und Falten. Es ist in hoher Präzision, besser als Plasmaschneiden.
Für viele mechanische und elektrische Fertigungsindustrie, aufgrund der modernen Laserschneidsystem durch den Mikrocomputer-Programm gesteuert kann leicht schneiden Werkstücke in verschiedenen Formen und Größen, ist es oft vorzuziehen, als .Formgebungsverfahren;
Die Verarbeitungsgeschwindigkeit ist zwar immer noch langsamer als bei der Matrize, aber es wird keine Form verbraucht, die Form muss nicht repariert werden, und die Zeit für den Austausch der Form wird eingespart. Daher ist es im Allgemeinen viel wirtschaftlicher.
① Der Laserschneideinschnitt ist schmal, die Schlitze sind parallel und senkrecht zur Oberfläche, und die Maßgenauigkeit der Schneidteile kann ±0,05 mm erreichen.
Die Schnittfläche ist glatt und schön, die Oberflächenrauhigkeit beträgt nur einige zehn Mikrometer, und sogar das Laserschneiden kann als letzter Prozess verwendet werden. Es ist keine Bearbeitung erforderlich, und die Teile können direkt verwendet werden.
Nach dem Laserschneiden ist die Breite der Wärmeeinflusszone gering, die Leistung des Materials in der Nähe des Schlitzes wird kaum beeinträchtigt, und die Verformung des Werkstücks ist gering, die Schnittpräzision ist hoch, die Geometrie des Schlitzes ist gut, und die Form des Schlitzquerschnitts ist relativ regelmäßig rechteckig.
Der Vergleich von Laserschneiden, Autogenschneiden und Plasmaschneiden ist in Tabelle 1.
Das Schneidmaterial ist kohlenstoffarmes Stahlblech mit einer Dicke von 6,2 mm.
Tabelle 1: Laserschneiden vs. Autogenschneiden vs. Plasmaschneiden
| Schnittmethoden | Spaltbreite /mm | Wärmebeeinflusste Zone Breite /mm | Schlitzform | Schnittgeschwindigkeit | Ausstattung Kosten |
|---|---|---|---|---|---|
| Laserschneiden | 0.2-0.3 | 0.04-0.06 | Parallel | Schnell | Hoch |
| Autogenes Schneiden | 0.9-1.2 | 0.6-1.2 | Relativ parallel | Langsam | Niedrig |
| Plasmaschneiden | 3.0-4.0 | 0.5-1.0 | Keil & Neigung | Schnell | Mittel |
Aufgrund ihrer Übertragungseigenschaften verfügen Laserschneidmaschinen in der Regel über mehrere numerisch gesteuerte Arbeitstische, die eine vollständige numerische Steuerung des Schneidprozesses ermöglichen.
Während des Betriebs können verschiedene Formen von Teilen durch einfache Änderung des numerischen Steuerungsprogramms geschnitten werden. Dies ermöglicht sowohl zwei- als auch dreidimensionales Schneiden.
Schneiden eines 2mm kohlenstoffarmen Stahlplatte mit einer 1200W Faserlaserschneidmaschine kann eine Schneidgeschwindigkeit von 600cm/min erreicht werden.
Beim Schneiden einer 5 mm dicken Polypropylenplatte kann die Schnittgeschwindigkeit 1200 cm/min erreichen.
Das Material muss während des Laserschneidens nicht eingespannt oder fixiert werden, was Zeit bei der Vorbereitung der Vorrichtungen sowie beim Be- und Entladen spart.
Der Laserstrahl wird fokussiert, um einen hochkonzentrierten Energiepunkt zu erzeugen, der mehrere entscheidende Vorteile für Schneidanwendungen bietet.
Erstens kann der Laserstrahl in einem sehr kleinen Bereich in intensive thermische Energie umgewandelt werden, was zu:
(1) ein schmaler, gerade geschnittener Schlitz;
(2) eine minimale thermische Einwirkungszone in der Nähe der Schneidkante;
(3) minimale lokale Verformung.
Zweitens arbeitet der Laserstrahl ohne physischen Kontakt mit dem Werkstück, was ihn zu einem berührungslosen Schneidewerkzeugund bietet die Vorteile von:
(1) keine mechanische Verformung des Werkstücks;
(2) keine Probleme mit Werkzeugverschleiß oder -brüchen;
(3) die Fähigkeit, jedes Material zu schneiden, unabhängig von seiner Härte.
Und schließlich ist der Laserstrahl sehr gut steuerbar und flexibel, was zu einer Verbesserung führt:
(1) einfache Integration in Automatisierungsanlagen, was die Automatisierung des Schneidprozesses erleichtert;
(2) unbegrenzte Wiederholbarkeit von Schnitten am gleichen Werkstück;
(3) die Möglichkeit, den Materialverbrauch zu optimieren, indem die Schnitte mit Hilfe eines Computers auf der gesamten Platte angeordnet werden.
Zu den Materialien, die mit einer Laserschneidmaschine geschnitten werden können, gehören Metallmatrix-Verbundwerkstoffe, Leder, Holz und Fasern.
Jedes Material ist jedoch aufgrund seiner einzigartigen thermophysikalischen Eigenschaften und der Absorptionsraten des Laserlichts unterschiedlich gut für das Laserschneiden geeignet.
Die Laserschneidleistung verschiedener Materialien mit einer CO2-Laserquelle ist in der folgenden Tabelle dargestellt.
| Materialien | Fähigkeit, Laserlicht zu absorbieren | Schnittleistung | ||
|---|---|---|---|---|
| Metall | Au, Ag, Cu, Al | Niedrig Absorption des Lasers Licht | Im Allgemeinen ist es schwieriger zu bearbeiten, und 1-2 mm dicke Cu- und Al-Bleche können mit dem Laser geschnitten werden. | |
| W,Mo,Cr,Ti | Starke Absorption von Laserlicht | Bei der Bearbeitung mit niedriger Geschwindigkeit kann das dünne Blech geschnitten werden, und bei Metallen wie einfachem Ti und Zr muss Luft als Hilfsgas verwendet werden. | ||
| Fe,Ni,Pb,Sn | Leichter zu verarbeiten | |||
| Nicht-Metall | Organisches Material | Acryl, Polyethylen, Polypropylen, Polyester, PTFE | Durchdringen zu Glühlampenlicht | Die meisten Materialien können mit einem Laser mit geringer Leistung geschnitten werden. Da diese Materialien entflammbar sind, wird die Schnittfläche leicht verkohlt. Acrylsäure und Polytetrafluorethylen lassen sich nicht so leicht verkohlen. Im Allgemeinen kann Stickstoff oder trockene Luft als Hilfsgas verwendet werden. |
| Leder, Holz, Stoff, Gummi, Papier, Glas, Epoxid, Phenol-Kunststoff | Kann nicht zu Glühlampenlicht durchdringen | |||
| Anorganisches Material | Glas, Glasfasern | Große thermische Ausdehnung | Glas, Keramik, Porzellan usw. neigen während oder nach der Bearbeitung zur Rissbildung, und Quarzglas mit einer Dicke von weniger als 2 mm hat gute Schneideigenschaften. | |
| Keramik, Quarzglas, Asbest, Glimmer, Porzellan | Geringe thermische Ausdehnung | |||
Im Vergleich zu anderen traditionellen Bearbeitungsmethoden bietet das Laserschneiden eine größere Vielseitigkeit.
Erstens sind andere thermische Schneidverfahren nicht in der Lage, auf einer so kleinen Fläche zu schneiden wie der Laserstrahl, was zu breiteren Schnitten, größeren Wärmeeinflusszonen und erheblichen Verformungen führt.
Zweitens kann der Laser nichtmetallische Werkstoffe schneiden, was mit anderen Heißschneideverfahren nicht möglich ist.
Das Schneiden mit Hilfe von Sauerstoff führt zu besseren Ergebnissen für das Material.
Bei der Verwendung von Sauerstoff als Prozessgas kommt es zu einer leichten Oxidation an der Schnittkante. Bei Platten mit einer Dicke von bis zu 4 mm kann das Hochdruckschneiden mit Stickstoff durchgeführt werden, was zu keiner Oxidation der Schnittkante führt.
Bei Blechen mit einer Dicke von mehr als 10 mm kann die Verwendung einer speziellen Platte in Verbindung mit dem Laser und dem Auftragen von Öl auf die Oberfläche des Werkstücks die Schnittqualität verbessern.
Sauerstoff kann verwendet werden, wenn die Oxidation an der Schnittkante akzeptabel ist. Die Verwendung von Stickstoff führt zu einer nicht oxidierten Schnittkante ohne Grate, die nicht weiter bearbeitet werden müssen.
Das Auftragen eines Ölfilms auf die Oberfläche der Platte kann die Einstechwirkung verbessern, ohne die Verarbeitungsqualität zu beeinträchtigen.
Aluminium kann trotz seiner hohen Reflektivität und Wärmeleitfähigkeit mit einer Dicke von weniger als 6 mm geschnitten werden, je nach Art der Legierung und der Leistungsfähigkeit des Lasergenerators.
Beim Schneiden mit Sauerstoff ist die Schnittfläche rau und hart. Die Verwendung von Stickstoff führt zu einer glatten Schnittfläche.
Reines Aluminium ist aufgrund seines hohen Reinheitsgrades schwer zu schneiden.
Nur wenn das System mit einer "reflektierenden Absorptionsvorrichtung" ausgestattet ist, kann Aluminium abgeschnitten werden, da sonst die optische Komponente durch Reflexion beschädigt wird.
Titanplatten werden mit Argon und Stickstoff als Bearbeitungsgase geschnitten. Die anderen Parameter für das Schneiden können auf die für Nickel-Chrom-Stahl verwendeten Parameter bezogen werden.
Sowohl Messing als auch Kupfer haben ein hohes Reflexionsvermögen und eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit. Messingplatten mit einer Dicke von 1 mm können mit Stickstoff als Prozessgas geschnitten werden.
Kupferplatten mit einer Dicke von weniger als 2 mm können mit Sauerstoff als Prozessgas geschnitten werden.
Allerdings muss das System unbedingt mit einer "reflektierenden Absorptionsvorrichtung" ausgestattet sein, da die Reflexion sonst zu einer Beschädigung der optischen Komponenten führt.
Im Vergleich zu anderen thermischen Schneidverfahren zeichnet sich das Laserschneiden durch eine hohe Schnittgeschwindigkeit und eine hohe Schnittqualität aus. Einige der wichtigsten Vorteile sind:
Ausgezeichnete Schnittqualität:
Laserschneiden hat eine geringe Schnittbreite (typischerweise 0,1-0,5 mm), hohe Präzision (mit einem Loch Achsabstand Fehler von 0,1-0,4 mm und ein Profilgrößenfehler von 0,1-0,5 mm) und eine glatte Oberflächenrauheit (mit einem Ra-Wert von 12,5-25μm). Geschnittene Nähte müssen in der Regel vor dem Schweißen nicht weiter bearbeitet werden.
Schnelle Schnittgeschwindigkeit:
Ein 2KW-Laserschneider kann zum Beispiel 8 mm dicken Kohlenstoffstahl mit einer Geschwindigkeit von 1,6 m/min und 2 mm dicken Edelstahl mit einer Geschwindigkeit von 3,5 m/min bei minimaler thermischer Beeinflussung und Verformung schneiden.
Sauber, sicher und umweltfreundlich:
Das Laserschneiden verbessert die Arbeitsumgebung für das Personal, da es sauber und sicher ist und keine Umweltverschmutzung verursacht.
Siehe auch:
Sie lässt sich wie folgt zusammenfassen:
(1) Gute Schnittqualität.
Aufgrund des kleinen Laserlichtflecks und der hohen Energiedichte kann beim Laserschneiden eine bessere Schnittqualität erzielt werden.
(1) Die Einschnitte des Laserschneidens sind schmal, mit Schneidkanten, die parallel und senkrecht zur Oberfläche verlaufen, und die Größengenauigkeit der geschnittenen Teile kann + 0,05 mm erreichen.
(2) Die Schnittfläche ist sauber und glatt, mit einer Oberflächenrauhigkeit von nur wenigen zehn Mikrometern. In einigen Fällen kann das Laserschneiden sogar als letzter Schritt eingesetzt werden, so dass die Teile ohne weitere Bearbeitung direkt verwendet werden können.
(3) Nach dem Laserschneiden ist der von der Hitze betroffene Bereich sehr klein, und die Eigenschaften des Materials in der Nähe des Schnitts bleiben weitgehend unbeeinflusst. Darüber hinaus ist die Verformung des Werkstücks minimal, was zu einer hohen Schnittpräzision und einer regelmäßigen Rechteckform im Querschnitt des Schnitts führt.
(2) Hohe Schneidleistung.
Aufgrund der Eigenschaften des Lasers Übertragung verfügen Laserschneidmaschinen in der Regel über mehrere CNC-Arbeitsplätze, so dass der gesamte Schneidprozess allein mit Hilfe der CNC durchgeführt werden kann.
Im Betrieb können unterschiedlich geformte Teile durch einfaches Ändern des NC-Programms geschnitten werden, und es können sowohl 2D- als auch 3D-Schnitte durchgeführt werden.
(3) Schnelle Schnittgeschwindigkeit.
Die Schneidgeschwindigkeit für 2 mm Baustahl mit einem 1200-W-Laserschneider kann 600 cm/min erreichen, während die Schneidgeschwindigkeit für eine 5 mm dicke Polypropylenplatte 1200 cm/min erreichen kann.
Das Material muss beim Laserschneiden nicht eingespannt werden, was nicht nur Werkzeug spart, sondern auch die Zeit für das Be- und Entladen des Materials reduziert.
(4) Berührungsloses Schneiden.
Beim Laserschneiden kommt der Schneidbrenner nicht mit dem Werkstück in Berührung und es gibt keinen Werkzeugverschleiß. Bei der Bearbeitung von Teilen mit unterschiedlichen Formen ist kein Austausch des "Cutters" erforderlich.
Die einzige Änderung, die erforderlich ist, betrifft die Leistungsparameter des Lasers. Außerdem ist der Laserschneidprozess geräusch- und vibrationsarm und verursacht keine Umweltverschmutzung.
(5) Zahlreiche Sorten von Schneidstoffen.
Im Vergleich zum Autogen- und Plasmaschneiden ist das Laserschneiden in der Lage, eine größere Vielfalt von Materialien zu schneiden, darunter Metalle, Nichtmetalle, Verbundwerkstoffe auf Metallbasis und mit nichtmetallischer Matrix, Leder, Holz und Fasern.
Die Eignung des Laserschneidens für diese Materialien variiert jedoch aufgrund ihrer unterschiedlichen thermischen und physikalischen Eigenschaften sowie ihrer unterschiedlichen Laserabsorptionsraten.
Aufgrund der begrenzten Leistung des Lasers und der Größe der Geräte sind Laserschneider nur begrenzt in der Lage, dickere Bleche und Rohrmaterialien zu schneiden.
Mit zunehmender Dicke des Werkstücks nimmt die Schnittgeschwindigkeit deutlich ab.
Außerdem sind Laserschneidanlagen teuer, was zu einer hohen Anfangsinvestition führt.
Die Laserschneidmaschine ist ein Gerätetyp, der die traditionellen Metallschneidverfahren teilweise ersetzen kann. Sie zeichnet sich durch hohe Schnittgeschwindigkeiten und eine hohe Schnittqualität aus.
In den letzten Jahren hat sich die Verwendung von Lichtwellenleiterlaser Schneidmaschinen hat das Metalllaserschneiden bequemer und effizienter gemacht.
Um die Qualität eines Laserschneiders zu bestimmen, ist die Schnittqualität der Maschine ein entscheidendes Kriterium. Auf der Grundlage jahrelanger Erfahrung beim Schneiden wurden die folgenden neun Kriterien als Referenz für Kunden zur Bewertung von Laserschneidern zusammengefasst.
Siehe auch:
Hardware-Faktor
Parameter Faktor
Die meisten Laserschneidmaschinen werden durch CNC-Programme gesteuert oder sind in Schneidroboter integriert. Als High-End-Bearbeitungsmethode kann das Laserschneiden eine breite Palette von Materialien schneiden, darunter das 2D- oder 3D-Schneiden von dünnen Bleche.
In der Automobilindustrie wird die Laserschneidtechnik häufig zum Schneiden komplexer Karosseriebleche und verschiedener gebogener Teile, wie z. B. Autodachfenster, eingesetzt.
Die Volkswagen AG zum Beispiel verwendet einen 500-W-Laser zum Schneiden dieser Bauteile. In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird die Laserschneidtechnik hauptsächlich zum Schneiden spezieller Luftfahrtmaterialien wie Titan-, Aluminium-, Nickel- und Chromlegierungen, Edelstahl, Ceroxid, Verbundwerkstoffe, Kunststoffe, Keramik und Quarz eingesetzt.
Zu den durch Laserschneiden bearbeiteten Komponenten für die Luft- und Raumfahrt gehören Triebwerksbrennrohre, dünnwandige Titanlegierungen und Flugzeugrahmen, Titanlegierung Außenhäute, Tragflächen-Längsträger, Leitwerke, Hubschrauber-Hauptrotoren und keramische Wärmedämmplatten für Raumfähren.
Das Laserschneiden ist auch in der Industrie für nichtmetallische Werkstoffe weit verbreitet. Es können sowohl harte und spröde Materialien wie Siliziumnitrid, Keramik und Quarz als auch flexible Materialien wie Stoff, Papier, Kunststoffplatten und Gummi geschnitten werden.
In der Bekleidungsindustrie lassen sich beispielsweise durch Laserschneiden 10% bis 12% Material einsparen und die Effizienz um mehr als das Dreifache steigern.
Die für das Laserschneiden geeigneten Produkte lassen sich im Allgemeinen in drei Kategorien einteilen:
Zu den jüngsten Fortschritten in der Laserschneidetechnik gehören:
Siehe auch:
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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