Представьте, что вы сокращаете расходы на лазерную резку и повышаете эффективность с помощью простого изменения. В этой статье рассматривается, как использование воздуха в качестве вспомогательного газа в лазерной резке позволяет добиться именно этого. Вы узнаете о преимуществах воздуха перед традиционными газами, такими как азот и кислород, и поймете, как этот метод может улучшить процесс резки. Узнайте, как эта экономичная альтернатива может изменить вашу деятельность, сократить расходы и обеспечить высокое качество резки. Окунитесь в атмосферу и узнайте, как воздух может изменить ваш производственный процесс.
Лазерная резка, преобразующая технология, появившаяся в 1960-х годах, стала неотъемлемой частью различных отраслей промышленности благодаря своей непревзойденной точности и эффективности обработки материалов. Этот передовой метод резки значительно оптимизировал производственные процессы во многих отраслях.
Однако широкое распространение технологии лазерной резки обострило конкуренцию на рынке, что привело к ценовому давлению и сокращению прибыли производителей оборудования и поставщиков услуг. Чтобы сохранить конкурентоспособность, компании должны сосредоточиться на оптимизации производственных процессов и повышении общей операционной эффективности.
Одной из эффективных стратегий снижения затрат на операции лазерной резки является использование воздуха в качестве вспомогательного газа. Этот подход имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными вспомогательными газами, такими как азот или кислород:
Чтобы эффективно применять лазерную резку с воздушной поддержкой, обратите внимание на следующие лучшие практики:
Хотя резка с помощью воздуха может подойти не для всех областей применения, особенно для тех, где требуется резка без окислов или резка материалов с высокой отражающей способностью, она может значительно снизить эксплуатационные расходы при выполнении широкого спектра задач резки.
Внедрение лазерной резки с воздушной поддержкой должно быть частью комплексной стратегии, направленной на совершенствование производственных процессов, повышение эффективности и сосредоточение внимания на деятельности с добавленной стоимостью. Такой подход в сочетании с постоянными инвестициями в исследования и разработки поможет компаниям сохранить конкурентное преимущество на развивающемся рынке лазерной резки.
Во-первых, давайте рассмотрим процесс лазерной резки:
Лазер, генерируемый лазерным генератором, фокусируется через линзу и сходится, образуя небольшое интенсивное световое пятно. Расстояние между линзой и пластиной тщательно контролируется, чтобы обеспечить стабильность лазерного пятна в направлении толщины материала.
В этот момент линза фокусирует свет в пятно с высокой плотностью мощности, обычно достигающей 106-109 Вт/см2. Материал поглощает энергию светового пятна, что приводит к его мгновенному расплавлению, а затем расплавленный материал удаляется потоком вспомогательного газа, завершая процесс резки.
В течение всего процесса резки вспомогательный газ выполняет две основные функции: обеспечивает необходимое усилие для резки и удаляет расплавленный материал из заготовки.
В этом процессе различные типы газов оказывают разное воздействие на материалы и участки:
Кислород, как вспомогательный газ в лазерной резке, выполняет двойную функцию: ускоряет удаление расплавленного металла и катализирует экзотермическую реакцию окисления. Этот синергетический эффект значительно повышает производительность лазерной резки, особенно при работе с толстыми материалами. Реакция окисления выделяет дополнительное тепло, эффективно увеличивая плотность энергии в зоне резки и повышая общую эффективность процесса.
Однако использование кислорода имеет свои недостатки. Поверхность реза подвергается значительному окислению, что может потребовать последующей обработки в тех случаях, когда требуется нетронутая поверхность. Интересно, что быстрое охлаждение, вызванное струей кислорода, создает локальную зону термического влияния (HAZ) с повышенной твердостью. Это металлургическое изменение может быть выгодным для некоторых последующих процессов, потенциально снижая необходимость в дополнительных этапах термообработки.
(2) Азот
Азот, инертный газ, создает защитную атмосферу во время лазерной резки, эффективно защищая расплавленный металл от окисления. В результате получаются высококачественные, свободные от окислов поверхности реза, что очень важно для материалов, чувствительных к окислению, или приложений, требующих превосходной чистоты поверхности. Однако, в отличие от кислорода, азот не способен выделять дополнительную тепловую энергию за счет экзотермических реакций, что ограничивает его возможности резки по сравнению с кислородом, особенно при работе с толстыми материалами.
Использование азота в качестве вспомогательного газа обычно требует более высокого расхода для обеспечения эффективной защиты и выброса расплавленного металла. Такое повышенное потребление в сочетании с более высокой стоимостью азота по сравнению с воздухом или кислородом приводит к увеличению эксплуатационных расходов. Однако эти расходы необходимо сопоставить с преимуществами повышения качества резки и снижения требований к постобработке для многих областей применения.
(3) Воздух
Воздух, легкодоступный и экономичный вариант, предлагает сбалансированный подход к лазерной резке. Его состав, включающий примерно 78% азота и 21% кислорода, обеспечивает уникальное сочетание частичного окисления и частичного экранирования. Это приводит к умеренному окислению на кромке реза, в то время как преобладающее содержание азота смягчает чрезмерное окисление и способствует теплопередаче за счет конвекции.
Производительность резки воздухом находится между производительностью чистого кислорода и чистого азота. Несмотря на то, что скорость резки толстых материалов кислородом не может сравниться с качеством поверхности, достигаемым азотом, воздух является универсальным и экономичным решением для широкого спектра задач. Основные расходы, связанные с использованием воздуха, - это потребление электроэнергии воздушным компрессором и обслуживание системы фильтрации воздуха, которые, как правило, ниже, чем расходы, связанные с использованием систем на чистом газе.
Выбор между этими вспомогательными газами зависит от таких факторов, как тип материала, толщина, желаемое качество резки и экономические соображения. Современные системы лазерной резки часто предусматривают динамическое переключение газов, что позволяет операторам оптимизировать выбор газа в зависимости от конкретных требований к работе.
На ФИГ. 1 показан эффект режущей части 1.Толщина 5 мм Нержавеющая сталь 304 с использованием азота и воздуха в качестве вспомогательного газа. Как видно на рисунке, при использовании азота в качестве вспомогательного газа участок становится блестящим и ярким, а при использовании воздуха - бледно-желтым.
Сравнение стоимости резки воздуха и азота в качестве вспомогательных газов для нержавеющей стали 304 толщиной 1,5 мм представлено в таблице 1. При сравнении использовалось последнее поколение станки для лазерной резки волокна оснащенные волоконными лазерными генераторами собственной разработки.
Анализ затрат показывает, что использование воздуха в качестве вспомогательного газа приводит к снижению стоимости резки в час на 23,7% по сравнению с использованием азота. Такое снижение затрат на резку может оказать значительное влияние на снижение общих затрат на обработку на заводе.
Кроме того, потребление энергии воздушным компрессором анализируется следующим образом:
В настоящее время многие предприятия используют нерегулируемые винтовые воздушные компрессоры. Если использовать частотный винтовой воздушный компрессор с постоянными магнитами, то экономия электроэнергии только на воздушном компрессоре может составить до 50%.
При использовании воздуха в качестве вспомогательного газа стоимость резки на 36,2% ниже, чем при использовании азота.
Таблица 1 Сравнение стоимости резки
| Артикул | SUS304-1.5 | SUS304-1.5 |
|---|---|---|
| Скорость обработки (мм/мин) | 35000 | 35000 |
| Вспомогательный газ | Воздух | Азот |
| Давление воздуха (МПа) | 0.8 | 0.8 |
| Расход вспомогательного газа (Нл/мин) | 296.7 | 296.7 |
| Время обработки одного метра (сек) | 1.7 | 1.7 |
| Стоимость электроэнергии (юань/час) | 14.675 | 14.675 |
| Стоимость электроэнергии воздушного компрессора (юань/час) | 12.25 | 5.25 |
| Стоимость вспомогательного газа (юань/час) | 0 | 15.347 |
| Итого (юань/час) | 26.925 | 35.272 |
| Стоимость электроэнергии (юань/м) | 0.012 | 0.012 |
| Стоимость электроэнергии воздушного компрессора (юань/м) | 0.006 | 0.002 |
| Стоимость вспомогательного газа (юань/м) | 0 | 0.015 |
| Итого (юань/м) | 0.018 | 0.029 |
Примечание:
(1) Вышеупомянутый анализ затрат был рассчитан с учетом следующих предположений:
(2) Потребляемая мощность воздушного компрессора при резке воздухом была рассчитана для нерегулируемого винтового воздушного компрессора с мощностью 17,5 кВт, давлением 1,26 МПа и расходом 2,3 м3/мин.
(3) Если в качестве вспомогательного газа для резки используется азот, воздушный компрессор все равно должен подавать газ на станок, что приводит к расходам на электроэнергию.
(a) Секция резки, когда в качестве вспомогательного газа используется азот
(b) Секция резки, когда воздух используется в качестве вспомогательного газа
(c) Сравнение сечения двух частей (азот слева и воздух справа)
Рис.1 Эффект режущей части при использовании азота и воздуха в качестве вспомогательного газа
Когда толщина листа превышает 1,5 мм, на режущей части образуется некоторое количество заусенцев. Однако заусенцы не настолько острые, чтобы поцарапать бумагу.
Максимальная толщина, которую можно разрезать с использованием воздуха в качестве вспомогательного газа, зависит от мощности и тип лазера генератор.
На режущей части образуется желтый оксидный слой.
Сайт режущий заусенец уменьшится по сравнению с использованием азота в качестве вспомогательного газа.
В таблице 2 показан диапазон резки при использовании воздуха в качестве вспомогательного газа для станков лазерной резки на основе диоксида углерода и волоконно-лазерная резка машины.
Таблица 2 Максимальная толщина листа при использовании воздуха в качестве вспомогательного газа
| Материалы | Газ | 4KW CO2 Лазерный резак | 4KW Волоконный лазер Фреза |
|---|---|---|---|
| стальная пластина Q235 | Воздух | 3 мм | 3 мм |
| Кислород | 20 мм | 22 мм | |
| Стальная пластина SUS304 | Воздух | 3 мм | 3 мм |
| Азот | 12 мм | 18 мм | |
| Алюминиевая плита A1050 | Воздух | 6 мм | 2 мм |
| Азот | 6 мм | 8 мм | |
| A5052 алюминиевый сплав пластины | Воздух | 6 мм | 2 мм |
| Азот | 10 мм | 16 мм |
(1) Для листовой углеродистой стали
При использовании воздуха в качестве вспомогательного газа при лазерной резке углеродистой стали получаются срезы с минимальными заусенцами. Эти заусенцы, как правило, менее острые и более управляемые по сравнению с заусенцами, образующимися при использовании других газов. Такой результат особенно выгоден для компонентов с умеренными требованиями к допуску заусенцев. В результате реакции окисления между воздухом и расплавленной сталью образуется тонкий оксидный слой, который может способствовать выталкиванию расплавленного материала, что приводит к более чистым срезам.
(2) Для пластин из нержавеющей стали
Использование воздуха в качестве вспомогательного газа при резке листов из нержавеющей стали вызывает окисление, что может привести к ряду проблем. На обрезанных кромках могут образоваться такие дефекты, как шлакообразование и пористость (стома) в предполагаемой зоне сварки. Эти дефекты могут существенно нарушить целостность последующих сварочных операций, потенциально снижая прочность и качество сварного соединения.
Чтобы уменьшить эти проблемы, очень важно выполнить процесс подготовки поверхности после резки. Обычно это включает механическое удаление оксидного слоя с кромок среза путем тщательной шлифовки или полировки. Этот шаг необходим для восстановления поверхности до состояния, пригодного для высококачественной сварки, обеспечивая оптимальную прочность и производительность соединения.
Кроме того, на срезе образуется характерный желто-коричневый оксидный слой. Такое обесцвечивание может быть проблематичным для деталей, видимых снаружи, где важна эстетика. Оксидный слой также мешает процессу сварки, поскольку в него попадают примеси и изменяются свойства поверхности материала. Поэтому необходимо удалить этот слой путем полировки или химической обработки до начала сварочных работ, чтобы обеспечить надлежащее сплавление и целостность соединения.
(3) Для алюминиевого листа и листа из алюминиевого сплава
В случае с пластинами из алюминия и алюминиевых сплавов использование воздуха в качестве вспомогательного газа при резке дает явное преимущество с точки зрения уменьшения заусенцев. Процесс окисления, происходящий с воздухом, помогает управлять потоком расплавленного металла, что приводит к образованию более мелких и контролируемых заусенцев по краям реза. В отличие от использования азота в качестве вспомогательного газа, который, хотя и обеспечивает чистый рез, имеет тенденцию к образованию больших заусенцев из-за отсутствия эффекта окисления.
Выбор между воздухом и азотом для резки алюминия часто зависит от конкретного состава сплава, толщины листа и предполагаемого применения вырезанных деталей. Для тех случаев, когда требуется минимальная последующая обработка и допустимо небольшое окисление, воздух может быть предпочтительным выбором. Однако для высокоточных деталей или там, где требуется полностью свободная от окислов поверхность, азот может быть предпочтительнее, несмотря на большие заусенцы, так как их легче удалить при последующих финишных операциях.
При использовании воздуха в качестве вспомогательного газа в процессах изготовления металла необходимо постоянное давление 0,9 МПа. Для выполнения этого требования рекомендуется использовать воздушный компрессор винтового типа с номинальным рабочим давлением 1,26 МПа и расходом 2,3 м³/мин. Такая спецификация обеспечивает достаточное давление и объем для оптимальной работы.
Качество воздуха имеет решающее значение для прецизионной резки и сварки. Сжатый воздух должен обеспечивать скорость осушения 99% при содержании влаги менее 1/100. Чтобы поддерживать этот высокий стандарт, внедрите в трубопровод сжатого воздуха многоступенчатую систему фильтрации, включающую высокоэффективные фильтры твердых частиц (HEPA) и коалесцирующие фильтры. Регулярное обслуживание и замена этих фильтрующих элементов имеют решающее значение для поддержания качества воздуха в течение длительного времени.
Для эффективного удаления влаги существует два основных варианта сушилок: регенеративные адсорбционные сушилки и рефрижераторные сушилки. Хотя оба варианта имеют свои достоинства, регенеративные адсорбционные сушилки предпочтительнее благодаря их высокой стабильности, меньшей потребности в обслуживании и более длительному сроку службы. В этих системах для удаления влаги используются влагопоглощающие материалы, обеспечивающие стабильную работу даже при изменяющихся условиях окружающей среды.
При проектировании системы распределения сжатого воздуха необходимо тщательно продумать диаметр трубопровода и выбор редуктора давления. Эти компоненты должны быть подобраны с учетом расхода и давления на выходе компрессора, чтобы минимизировать перепад давления и обеспечить стабильную подачу воздуха в точку использования. Реализация петлевой системы с правильно подобранными коллекторами и отводами может еще больше повысить стабильность давления и эффективность системы.
Чтобы оптимизировать энергопотребление, подумайте о приобретении винтового воздушного компрессора с частотно-регулируемым приводом (VFD) на постоянных магнитах. Эти передовые системы могут сократить потребление электроэнергии до 50% по сравнению с альтернативными вариантами с фиксированной скоростью. Технология VFD позволяет компрессору регулировать свою производительность в зависимости от потребности, что приводит к значительной экономии энергии в периоды низкого потребления воздуха.
Кроме того, внедрение комплексной системы управления подачей воздуха может еще больше повысить эффективность за счет мониторинга использования воздуха, обнаружения утечек и оптимизации работы компрессоров. Регулярный аудит системы сжатого воздуха позволяет выявить возможности для повышения производительности и энергоэффективности.
В условиях современной жесткой конкуренции компании могут получить значительное преимущество за счет оптимизации производственных процессов, совершенствования дизайна продукции и внедрения инновационных производственных стратегий.
Особенно эффективный подход к достижению конкурентного преимущества заключается в снижении затрат на переработку в рамках существующих рабочих процессов. Этого можно добиться за счет внедрения передовых технологий и грамотной оптимизации процессов.
Одним из таких экономичных решений является использование воздуха в качестве вспомогательного газа в операциях резки, особенно для определенных материалов и толщин. Такой подход позволяет существенно снизить затраты на резку, особенно по сравнению с традиционными методами, использующими азот или кислород. Преимущества выходят за рамки простого снижения затрат:
Внедряя воздушную резку там, где это необходимо, компании могут не только увеличить маржу прибыли, но и более эффективно распределить ресурсы на другие важные направления развития бизнеса. Такой стратегический сдвиг в распределении ресурсов может обеспечить жизненно важную поддержку более широким инициативам по трансформации и модернизации, позволяя компаниям оставаться конкурентоспособными в постоянно меняющемся промышленном ландшафте.
Однако важно отметить, что целесообразность использования воздуха в качестве вспомогательного газа зависит от таких факторов, как тип материала, толщина и требуемое качество резки. Прежде чем внедрять эту технологию на своих производственных линиях, компаниям следует провести тщательный анализ затрат и выгод и оценку качества.
Поскольку отрасли продолжают развиваться, внедрение таких экономичных и эффективных технологий будет иметь решающее значение для компаний, стремящихся сохранить конкурентные преимущества и обеспечить устойчивый рост и инновации.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO 
TR