Повышение эффективности: Воздух как вспомогательный газ при лазерной резке

Применение воздуха в качестве вспомогательного газа при лазерной резке

Лазерная резка - это технология, которая получила широкое распространение в различных отраслях промышленности с момента своего появления в 1960-х годах. Использование лазеров для резки произвело революцию в производственном процессе и позволило резать материалы с высокой точностью и эффективностью.

Однако с ростом популярности лазерной резки ценовая конкуренция между предприятиями становится все более острой, что приводит к снижению рентабельности оборудования для лазерной резки.

Для того чтобы снизить стоимость лазерная резка оборудования, предприятиям необходимо сосредоточиться на совершенствовании производственных процессов и повышении эффективности.

Одним из эффективных способов сделать это является использование воздуха в качестве вспомогательного газа в процессе лазерной резки. Использование воздуха в качестве вспомогательного газа позволяет снизить стоимость резки за счет уменьшения потребления дорогостоящих газов, таких как азот или кислород.

Кроме того, воздух легко доступен и не требует специального хранения или обработки, что делает его экономически выгодной альтернативой.

В заключение следует отметить, что использование воздуха в качестве вспомогательного газа при лазерной резке может помочь предприятиям снизить затраты на резку, повысить эффективность и конкурентоспособность на рынке.

Эта стратегия может быть реализована как часть более масштабных усилий по преобразованию и модернизации производственного процесса, а также по сосредоточению усилий на деятельности с большей добавленной стоимостью, такой как совершенствование процессов, повышение эффективности и инвестиции в НИОКР.

Влияние различных вспомогательных газов на качество 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:

(1) Кислород

Когда в качестве вспомогательного газа используется кислород, он не только удаляет расплавленный металл, но и запускает реакцию окисления, которая усиливает плавление металла, позволяя обрабатывать более толстые материалы. Это значительно повышает обрабатывающую способность лазера.

Однако присутствие кислорода также приводит к значительному окислению режущей поверхности материала. Кроме того, кислород оказывает закаливающее действие на материал, окружающий поверхность реза, что повышает его твердость и положительно сказывается на последующей обработке.

(2) Азот

В качестве вспомогательного газа азот создает защитную атмосферу вокруг расплавленного металла, предотвращая окисление и сохраняя качество поверхности реза. Однако азот не обладает способностью к окислению и усилению теплопередачи, как кислород, поэтому он не улучшает способность к резке.

Кроме того, использование азота в качестве вспомогательного газа приводит к его высокому потреблению, что увеличивает затраты на резку по сравнению с другими газами.

(3) Воздух

Воздух, состоящий из 78% азота и 21% кислорода, может быть использован в качестве вспомогательного газа при лазерной резке. Однако присутствие кислорода в воздухе приведет к окислению на участке резки, но большое количество азота в воздухе предотвратит чрезмерное окисление и улучшит теплопередачу.

Таким образом, влияние резка воздухом занимает промежуточное положение между резкой азотом и резкой кислородом. Преимуществом воздушной резки является ее низкая стоимость, которая в первую очередь обусловлена потреблением электроэнергии воздушным компрессором и стоимостью фильтрующих элементов в воздушном трубопроводе.

Влияние различных вспомогательных газов на стоимость резки

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 затрат на резку воздухом и азотом в качестве вспомогательных газов для резки толщиной 1,5 мм 304 нержавеющая сталь представлена в таблице 1. В сравнении используется последнее поколение волоконный лазер станки для резки, оснащенные генераторами волоконного лазера 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

АртикулSUS304-1.5SUS304-1.5
Скорость обработки (мм/мин)3500035000
Вспомогательный газВоздухАзот
Давление воздуха (МПа)0.80.8
Расход вспомогательного газа (Нл/мин)296.7296.7
Время обработки одного метра (сек)1.71.7
Стоимость электроэнергии (юань/час)14.67514.675
Стоимость электроэнергии воздушного компрессора (юань/час)12.255.25
Стоимость вспомогательного газа (юань/час)015.347
Итого (юань/час)26.92535.272
Стоимость электроэнергии (юань/м)0.0120.012
Стоимость электроэнергии воздушного компрессора (юань/м)0.0060.002
Стоимость вспомогательного газа (юань/м)00.015
Итого (юань/м)0.0180.029

Примечание:

(1) Вышеупомянутый анализ затрат был рассчитан с учетом следующих предположений:

  • Коэффициент использования станка был принят равным 70%.
  • Электрический заряд был принят равным 1 юань/кВт.
  • Стоимость азота была рассчитана исходя из цены жидкого азота в 1,5 юаня за килограмм.

(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.

Режущая часть при использовании азота в качестве вспомогательного газа

(a) Секция резки, когда в качестве вспомогательного газа используется азот

Секция резки с использованием воздуха в качестве вспомогательного газа

(b) Секция резки, когда воздух используется в качестве вспомогательного газа

Сравнение сечения двух частей (азот слева и воздух справа)

(c) Сравнение сечения двух частей (азот слева и воздух справа)

Рис.1 Эффект режущей части при использовании азота и воздуха в качестве вспомогательного газа

Область применения при использовании воздуха в качестве вспомогательного газа

(1) Пластина из углеродистой стали /стальная пластина Q235

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.

(2) Пластина из нержавеющей стали /SUS304 стальная пластина

На режущей части образуется желтый оксидный слой.

(3) Алюминиевая пластина /A1050 пластина & Пластина из алюминиевого сплава /A5052 пластина

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 Газ4KW CO2 Лазерный резак4KW Волоконный лазер Фреза
стальная пластина Q235Воздух3 мм3 мм
Кислород20 мм22 мм
Стальная пластина SUS304Воздух3 мм3 мм
Азот12 мм18 мм
Алюминиевая плита A1050Воздух6 мм2 мм
Азот6 мм8 мм
A5052 алюминиевый сплав пластиныВоздух6 мм2 мм
Азот10 мм16 мм

Влияние воздуха в качестве вспомогательного газа на процесс резки

(1) Для листовой углеродистой стали

Если в качестве вспомогательного газа при резке используется воздух, на срезах образуются небольшие заусенцы, но они не острые и могут быть приемлемы для деталей с низкими требованиями к заусенцам.

(2) Для пластин из нержавеющей стали

Если в качестве вспомогательного газа при резке используется воздух, материал подвергается окислению, что приводит к появлению таких дефектов, как шлак и стома на участке сварки, что негативно сказывается на качестве сварочного шва и снижает прочность сварное соединение.

Поэтому для улучшения качества сварки необходимо удалить оксидный слой с участка сварки путем полировки. качество сварки после резки с использованием воздуха в качестве вспомогательного газа.

Кроме того, на срезе образуется желтый оксидный слой, который может быть опасен для внешних деталей. Этот оксидный слой также влияет на процесс сваркиПеред сваркой его необходимо отполировать.

(3) Для алюминиевого листа и листа из алюминиевого сплава

Использование воздуха в качестве вспомогательного газа может уменьшить размер режущего заусенца, в то время как использование азота приведет к образованию более крупных заусенцев.

Требования к устройству подачи воздуха при использовании воздуха в качестве вспомогательного газа

Если в качестве вспомогательного газа используется воздух, необходимо 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.

Важно обеспечить качество сжатого воздуха со степенью осушения 99% и содержанием влаги менее 1/100. Для этого необходимо использовать высококачественные фильтрующие элементы в трубопроводе сжатого воздуха и регулярно их заменять.

При выборе сушилки возможны два варианта: регенеративная адсорбционная сушилка и сублимационная сушилка. Хотя оба варианта имеют свои особенности, рекомендуется выбрать регенеративный адсорбционный осушитель за его стабильность, простоту обслуживания и длительное использование.

При выборе диаметра трубопровода сжатого воздуха и редуктора давления важно учитывать расход и давление на выходе компрессора, чтобы поддерживать стабильное давление при использовании сжатого воздуха.

Стоит отметить, что постоянный магнитный преобразователь частоты На рынке представлены винтовые воздушные компрессоры, которые позволяют экономить до 50% электроэнергии по сравнению с винтовыми воздушными компрессорами без переменной скорости.

Заключение

В современной высококонкурентной промышленной среде компании могут получить конкурентное преимущество за счет совершенствования производственных процессов, повышения уровня дизайна своей продукции и других способов.

Еще один эффективный способ добиться конкурентного преимущества - снизить затраты на обработку в рамках существующего процесса.

Используя воздух в качестве вспомогательного газа для режущие материалыКомпаниям удастся сократить расходы на сокращение и увеличить прибыль, обеспечив поддержку их усилий по трансформации и модернизации.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

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.

Далее

Освоение CAD/CAM: Основные технологии с пояснениями

Основные концепции автоматизированного проектирования и автоматизированного производства Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD/CAM) - это комплексная и технически сложная дисциплина системного инжиниринга, которая включает в себя такие различные области, как компьютерная [...]...

Виртуальное производство: Концепции и принципы

Концепция виртуального производства Виртуальное производство (ВП) - это фундаментальная реализация реального производственного процесса на компьютере. В нем используются технологии компьютерного моделирования и виртуальной реальности, поддерживаемые высокопроизводительными [...]...

Понимание гибких производственных систем: Руководство

Гибкая производственная система (FMS) обычно использует принципы системной инженерии и групповой технологии. Она объединяет станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (обрабатывающие центры), координатно-измерительные машины, системы транспортировки материалов, [...]...

Изучение 4 передовых методов нанофабрикации

Подобно тому, как производственные технологии играют важнейшую роль в различных областях, технология нанофабрикации занимает ключевое место в сфере нанотехнологий. Технология нанофабрикации включает в себя множество методов, в том числе механические [...].

Сверхточная обработка: Виды и технологии

Сверхточная обработка относится к прецизионным производственным процессам, в которых достигаются чрезвычайно высокие уровни точности и качества поверхности. Ее определение относительно и меняется по мере развития технологий. В настоящее время эта технология позволяет достичь [...].

Выбор правильного приспособления для ЧПУ: Типы и советы

В настоящее время механическую обработку можно разделить на две группы в зависимости от серийности производства: Среди этих двух категорий, первая составляет около 70-80% от общей стоимости продукции механической обработки [...]...

Топ-4 метода специальной обработки в современном машиностроении

В этой статье в основном представлены несколько зрелых методов специальной обработки. I. Обработка электрическим разрядом (EDM) EDM - это метод обработки токопроводящих материалов, использующий явление электрической коррозии во время [...]...

Что такое обработка с ЧПУ? Виды, преимущества, недостатки и этапы обработки

Что такое обработка с ЧПУ? Числовое программное управление (ЧПУ) - это метод управления движением и операциями обработки на станках с помощью оцифрованной информации. Станки с числовым программным управлением, часто сокращенно называемые [...]...

Изучение высокоскоростной резки: Обзор технологий и применение

Обработка резанием остается наиболее распространенным методом механической обработки, играющим важную роль в механическом производстве. С развитием производственных технологий технология обработки резанием претерпела значительный прогресс в [...].

Топ-7 новых инженерных материалов: Что нужно знать

Под передовыми материалами понимаются недавно исследованные или находящиеся в стадии разработки материалы, обладающие исключительными характеристиками и особыми функциональными свойствами. Эти материалы имеют огромное значение для развития науки и техники, [...]...

Методы расширения металла: Исчерпывающее руководство

Формирование выпуклости подходит для различных типов заготовок, таких как чашки глубокой вытяжки, разрезанные трубы и прокатные конические сварные изделия. Классификация по средствам формования выпуклости Методы формования выпуклости можно разделить [...].
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.