Резка волоконным лазером: Полное руководство | MachineMFG

Волоконно-лазерная резка: Полное руководство

5
(2)

Что такое лазер?

"Лазер разрезает железо, словно грязь", - это утверждение не является преувеличением.

Давайте рассмотрим лазер более подробно.

Что такое лазер?

Лазер

Лазер - это тип усиленного света, получаемого с помощью стимулированного излучения.

Его ключевые особенности включают:

  • Высокая интенсивность и яркость
  • Определение частоты длин волн, хороший монохромный режим
  • Хорошая когерентность и большая длина когерентности
  • Хорошая направленность, это почти пучок параллельного света.

Когда лазерный луч направляется на поверхность заготовки, световая энергия поглощается и преобразуется в тепловую.

В результате температура в точке облучения быстро повышается, она плавится и испаряется, образуя небольшую яму.

Металл, окружающий яму, плавится за счет тепловой диффузии. Пар в маленькой яме быстро расширяется, вызывая микровзрыв, и расплавленный материал вылетает с большой скоростью, создавая направленную противоударную волну.

В результате на обрабатываемой поверхности образуется отверстие с большой верхней и малой нижней стороной.

Сравнение обычного света и лазера:

Сравнение обычного освещения и лазерного

Генерация лазера

Генерация лазера

Лазерный генерирующий газ

Газ, генерирующий лазер, отличается от газа для резки.

Состав газа для генерации лазера:

  • N2: Энергия, вырабатываемая радиочастотным генератором, сначала возбуждает N2что приводит к переходу в переходное состояние.
  • CO2: N2 в переходном состоянии будет возбуждать C02 что приводит к образованию CO2 на переход и отпускает лазер.
  • Он: Поглощать CO2 и избыточной энергии, охлаждают систему и превращают ее в тепло.

Пропорциональная зависимость между тремя вышеупомянутыми газами такова:

N2:CO2:Он = 1:4:5

Что такое волоконно-лазерная резка

Волоконный лазер Резка - это метод горячей резки, при котором в качестве основного источника тепла используется сфокусированный лазерный луч высокой плотности мощности. Это приводит к тому, что облучаемые материалы быстро плавятся, испаряются, аблатируются или достигают точки воспламенения.

В то же время использование высокоскоростного воздушного потока, соосного с лазерным лучом, помогает сдувать расплавленный материал, обеспечивая резку заготовки.

В последние годы технология, лежащая в основе мощных волоконный лазер Генераторы развивались и совершенствовались, что привело к постоянному расширению спектра их применения.

Сайт волоконно-лазерная резка Машины стали популярным объектом промышленных исследований и разработок.

лазерная_резка

В царстве тонких резка пластинВолоконные лазерные генераторы постепенно вытесняют традиционные CO2- и YAG-лазеры по нескольким причинам:

(1) Низкая стоимость:

Эффективность фотоэлектрического преобразования волоконных лазеров составляет около 30%, в то время как эффективность фотоэлектрического преобразования CO2-лазеров составляет 6-10%, а эффективность фотоэлектрического преобразования YAG-лазеров - всего 3%. Кроме того, генераторы волоконных лазеров не имеют уязвимых частей, поэтому нет затрат, связанных с несвоевременным обслуживанием.

(2) Компактная и гибкая конструкция:

Волоконные лазеры имеют небольшие размеры, малый вес и обеспечивают гибкость и подвижность рабочего положения.

(3) Улучшенное качество резки:

Использование гибкой световодной системы в волоконных лазерах и постоянное расстояние передачи луча позволяет избежать низкого качества резки, вызванного изменениями в световой путь длина генераторов CO2-лазеров.

Это обеспечивает стабильное качество резки по всей ширине реза, что делает его идеальным для широкоформатных систем лазерной обработки.

(4) Экономия средств:

Луч волоконного лазера движется по оптическому волокну, поэтому нет необходимости во внешней системе отраженного света, что позволяет сэкономить на стоимости отражающих линз и органных экранов.

Также нет необходимости во внешних регулировках оптического пути, что снижает риск загрязнения светового пути грязью и уменьшает вес движущихся частей.

(5) Улучшенная производительность при резке металла:

Длина волны волоконного лазера составляет 1,06 мкм, которая легче поглощается металлическими материалами по сравнению с длиной волны CO2 (10,6 мкм).

Это особенно полезно для резка листового металлаСкорость резки в 2-4 раза выше, чем у CO2.

Волоконные лазеры также обладают лучшим режущим эффектом для высокоотражающих материалов, таких как алюминиевые сплавыМедь и медные сплавы.

См. также:

Лазерная резка

Процесс резки волоконным лазером

Процесс лазерной резки

(1) линза
(2) лазерный луч
(3) воздушный поток
(4) линия
(5) расплавленный материал
(6) режущая поверхность
(7) форсунка
(8) направление резки

A: Пустая высота
B: Высота прокола
C: высота резания
T: Толщина листа

Первый в мире станок лазерной резки был изобретен в 1970-х годах. За последние тридцать лет применение станки лазерной резки постоянно расширяется, а технологии постоянно совершенствуются.

В настоящее время многие компании производят различные типы лазеров станки для резки, чтобы удовлетворить рыночный спрос, включая станки для лазерной резки пластин 2D, станки для лазерной резки кривых в пространстве 3D и станки для лазерной резки труб.

лазерная резка труб

К числу ведущих компаний, производящих станки для лазерной резки, относятся: Trumpf (Германия), Prima (Италия), Bystronic (Швейцария), Amada (Япония), MAZAK (Япония), NTC (Япония) и HGLaserLab (Австралия).

Списокпроизводители станков лазерной резки во всем мире.

Оборудование для лазерной резки может эффективно резать нержавеющую сталь толщиной менее 4 мм. Если добавить кислород, то лазерным лучом можно резать даже нержавеющую сталь толщиной до 8-10 мм.

Лазерный резак Trumpf

Однако при использовании кислорода на поверхности реза образуется тонкая оксидная пленка. Максимальная толщина резки может быть увеличена до 16 мм, но при этом увеличивается допуск на размер разрезаемой детали.

Хотя оборудование для лазерной резки стоит дорого, оно все еще экономически целесообразно для больших партий продукции из-за более низкой стоимости последующей обработки.

Кроме того, благодаря отсутствию затрат на оснастку, оборудование для лазерной резки подходит для изготовления небольших партий деталей, которые ранее не поддавались обработке.

В оборудовании для резки волоконным лазером обычно используется система компьютерного числового управления (ЧПУ). С помощью этой технологии данные для резки можно получать с рабочей станции автоматизированного проектирования (CAD).

См. также:

Траектория лазерного излучения

Траектория лазерного излучения

Основной компонент регулирует кривизну поверхности линзы за счет давления воды, изменяя угол расхождения лазерного луча и тем самым позволяя регулировать лазерный фокус' движение вверх и вниз.

Кроме того, он компенсирует изменения фокуса, возникающие в результате изменения диаметра пятна при различных рабочих положениях машины.

Чертеж траектории лазерного излучения

Лазерный генератор

Лазерный генератор
  • Высокийкачественный лазер луч, лазерная энергия может достичь плавного регулирования
  • Использование радиочастотной технологии, низкий уровень потерь газа

Головка для резки волоконным лазером

Головка для лазерной резки

Чертеж разбивки головки лазерной резки

Позиция фокуса

Позиция фокуса

В практическом применении высота фокуса зависит от материала и режущего станка.

Лазерная резка с различным положением фокуса

Выбор положения фокусировки

Лазерная резка

При лазерной резке положение лазерный фокус сильно влияет на качество обработки поверхности вырезанных деталей, а различные материалы имеют разные требования к фокусировке.

Например, при резке углеродистой стали следует сосредоточиться на верхней поверхности листа; при резка нержавеющей сталиПри резке алюминиевого сплава фокус должен находиться примерно на середине толщины пластины; при резке алюминиевого сплава фокус должен быть близок к нижней поверхности пластины.

В случае резки 2-миллиметрового образца из нержавеющей стали, как показано на рисунке ниже, положение фокуса должно быть примерно на 0,8-1,2 мм ниже поверхности пластины.

образец лазерной резки

Рис. Образец лазерной резки

В процессе резки неровная поверхность материала может привести к изменению фокусного положения лазера, что сказывается на качестве резки.

Для решения этой проблемы на режущую головку устанавливается высокочувствительный емкостной датчик, который в режиме реального времени сообщает о расстоянии между соплом и панелью до Система ЧПУ.

На основе этой обратной связи высота режущей головки регулируется в реальном времени с помощью передаточного механизма, создавая замкнутую систему управления с высокой динамической реакцией, которая помогает предотвратить дефекты, вызванные изменением положения фокуса во время резка пластин.

Мощность и скорость лазерной резки

Сайт мощность лазера значительно влияет на толщину, скорость, ширину и качество резки. В целом, чем выше мощность лазера, тем толще разрезаемый материал и выше скорость резки.

Однако существует оптимальный диапазон мощности лазера для заданной толщины листа и скорости резки, в котором шероховатость поверхности разрез находится на минимальном уровне.

Отклонение от этого оптимального диапазона мощности приводит к увеличению шероховатости поверхности, снижению эффективности обработки и увеличению стоимости.

Кроме того, при дальнейшем увеличении или уменьшении мощности могут возникнуть дефекты горения или шлакообразования.

Наконец, стоит отметить, что при фиксированных значениях мощности лазера и давления вспомогательного газа скорость резки и ширина щели имеют нелинейную обратную зависимость.

Скорость резки волоконно-оптического лазера

С увеличением скорости резания ширина щели уменьшается, а с уменьшением скорости резания ширина щели увеличивается. Зависимость между скоростью резания и шероховатостью поверхности срезанного участка имеет параболический характер.

При увеличении скорости резания от нуля шероховатость поверхности срезанного участка постепенно уменьшается и продолжает уменьшаться с увеличением скорости резания.

При достижении оптимальной скорости резания шероховатость поверхности минимальна.

Однако если скорость резания продолжает увеличиваться до определенного предела, прорезать материал становится невозможно, и шероховатость поверхности снова начинает расти.

Система ЧПУ может автоматически регулировать мощность резания в зависимости от скорости резания.

Например, при резке небольших окружностей и острых углов скорость резки обычно ниже, и система ЧПУ может уменьшить мощность резки, чтобы обеспечить высокую точность и качество разрезаемого участка.

См. также:

Волоконно-лазерная резка вспомогательный газ

Как новичок в области лазерной резки, часто ли вы чувствуете себя подавленным во время процесса? Экспериментировать с различными пластинами, газами, давлением воздуха и мощностью и при этом не добиваться желаемых результатов - это может сбить с толку.

Задумывались ли вы о том, как правильно выбрать вспомогательный газ и какие факторы влияют на качество резки? Какой вспомогательный газ следует использовать для разных материалов? Как контролируется давление вспомогательного газа и каковы требования к его чистоте?

Важно понимать роль вспомогательного газа в лазерной резке. Он используется для выдувания шлака в пропилохлаждение поверхности обрабатываемого материала для уменьшения зоны термического воздействия, охлаждение защитной линзы для предотвращения загрязнения и, в некоторых случаях, защита основного металла.

Типы и характеристики вспомогательных газов

Вспомогательные газы, обычно используемые в лазерная резка Это азот, кислород и воздух.

Типы вспомогательных газов для лазерной резки

Вспомогательный газ очень важен при лазерной резке, так как он помогает удалить расплавленный и испаренный материал из разреза, а также выдувает дым, образующийся в процессе резки, уменьшая любые помехи в процессе резки.

Требования к давлению и расходу вспомогательного газа зависят от толщины и типа разрезаемого материала.

При резке листов из низкоуглеродистой стали обычно используется кислород. Цель использования кислорода при резке углеродистой стали - воспламенение и удаление расплавленного материала.

Вспомогательное оборудование для лазерной резки - газ

Как новичок в области лазерной резки, часто ли вы сталкиваетесь с трудностями в процессе лазерной резки? Пробуя различные пластины, газы, давление воздуха и мощность, вы, возможно, все еще не уверены в оптимальном сочетании.

Чтобы выбрать лучший вспомогательный газ, необходимо понимать его роль и факторы, влияющие на качество резки, такие как давление и расход, а также чистота газа.

Для резки листов из низкоуглеродистой стали обычно используется кислород. Роль кислорода в процессе резки заключается в подаче топлива и удалении расплавленного материала.

Чистота кислорода должна быть выше 99,5%, при этом более высокая чистота обеспечивает более яркую поверхность резки.

Однако примеси, такие как вода, могут оказывать значительное влияние на качество резки пластины. Если чистота кислорода недостаточно высока или если к деталям предъявляются повышенные требования к качеству поверхности, может потребоваться повышение чистоты с помощью кислородной сушки или других методов.

Азот обычно используется для резки нержавеющей сталь и алюминиевый сплав материалы. Роль азота заключается в устранении окисления и удалении расплава.

Давление азота возрастает с увеличением толщины пластины.

Для резки нержавеющей стали чистота азота должна быть выше 99,999%. Азот низкой чистоты может привести к пожелтению режущей поверхности и снижению яркости.

Образец в фигуре лазерной резки был вырезан с помощью жидкого азота высокой чистоты (99,99%), давление газа составляло 0,8-1,0 МПа.

Стандарт чистоты вспомогательного газа

Для лазерной обработки различных материалов необходимо использовать соответствующие вспомогательные газы.

Примеси во вспомогательном газе могут оказывать вредное воздействие на линзу, что приводит к колебаниям мощности резки и несовпадению передней и задней режущих поверхностей.

Стандарт чистоты кислорода
Стандарт чистоты азота

Стандарт давления вспомогательного газа

Величина давления воздуха, которую можно использовать для различных типов вспомогательных газов, различна. Исходя из характеристик газа, таких как воспламеняемость и горючесть, опыт показывает, что вспомогательный газ может предотвратить возвращение шлака в процессе резки, тем самым защищая внутреннюю линзу лазерная головка.

Другими словами, при одинаковой мощности обработки, материале и толщине листа, чем выше давление газа, тем больше дыма и пыли может быть выдуто с единичной скоростью.

Таким образом, более высокое значение давления воздуха приводит к более быстрому скорость лазерной резкиПоэтому для резки тонких листов используется азот.

Можно сделать вывод, что общим правилом для скорости резки тонких пластин является: Кислород < Воздух < Азот. Это правило можно использовать в качестве отправной точки при выборе вспомогательных газов начинающими пользователями.

Примечание: Приведенное выше общее правило не распространяется на лазерную резку толстые пластины. Тип используемого газа для резки следует выбирать в зависимости от индивидуальных характеристик листа.

Прочитав эту статью, вы должны иметь базовое представление о характеристиках трех вспомогательных газов. Давайте рассмотрим их подробнее.

Кислород

Кислород в основном используется для резки углеродистой стали. Тепло кислородной реакции используется для повышения эффективности резки, но образующаяся оксидная пленка увеличивает коэффициент спектрального поглощения луча отражающим материалом.

В результате конец щели становится черным или темно-желтым.

Кислород в основном используется для резки прокатной стали, стальной прокат для сварки конструкций, углеродистая сталь для механических конструкций, высокопрочные листы, инструментальные листы, нержавеющая сталь, гальванические стальные листы, медь, медные сплавы и т.д.

Требования к чистоте кислорода обычно составляют 99,95% или выше. Его основная функция - помогать гореть и сдувать расплав.

Необходимые давление и скорость потока различны и определяются размером модели сопла и толщиной режущий материал. Как правило, требуемое давление составляет 0,3-1 МПа, а скорость потока зависит от толщины режущий материал.

Например, при резке углеродистой стали толщиной 22 мм расход должен составлять 10 м3/ч, включая защитный кислород двойной форсунки.

Кислородная режущая поверхность

Nитроген

Некоторые металлы требуют использования азота для предотвращения окисления во время резки и сохранения качества поверхности реза. Это позволяет получить беловатую торцевую поверхность разреза и высокую стойкость к сварке, размазыванию и коррозии.

Главный материалы, которые можно резать с азотом - нержавеющая сталь, сталь с покрытием, латунь, алюминий и алюминиевые сплавы. Цель использования азота - предотвратить окисление и продуть расплав.

Для высококачественной резки необходима высокая чистота азота (99,999% часто требуется для нержавеющей стали толщиной 8 мм и более). Давление требуется относительно высокое, обычно около 1,5 МПа. Для более толстой нержавеющей стали (12 мм и более, до 25 мм) может потребоваться давление 2 МПа и выше.

Расход азота зависит от типа используемого сопла, но обычно он довольно высок. Например, для резки 12-миллиметровой нержавеющей стали требуется расход 150 м3/ч, в то время как для резки 3-миллиметровой нержавеющей стали требуется всего 50 м3/h.

Air

Использование воздуха в качестве вспомогательного газа при лазерной обработке экономически выгодно, поскольку его можно получать непосредственно из воздушного компрессора. Хотя он содержит кислород 20%, эффективность резки низкая по сравнению с кислородом и схожа с азотом.

На поверхности среза может появиться оксидная пленка, но она также помогает предотвратить осыпание покрытия. Конец среза имеет желтоватый вид.

В основном используется для резки таких материалов, как алюминий, нержавеющая медь, латунь, стальные листы с гальваническим покрытием и неметаллы. Однако, когда требуется высококачественная продукция, воздух не подходит для резка алюминияалюминиевый сплав и нержавеющую сталь, так как они окисляют материал основания.

Выбор вспомогательного газа зависит от стоимости резки и требований к продукту. Например, при резке нержавеющей стали для низкокачественных изделий, которые будут подвергаться дальнейшей обработке, для снижения стоимости можно использовать воздух.

С другой стороны, когда нарезанный продукт является конечным, необходимо использовать защитный газ, например, азот, как в ремесленных изделиях.

Поэтому необходимо выбирать вспомогательный газ в зависимости от характеристик продукта в процессе резки.

См. также:

От чертежей до деталей

От чертежей до деталей

Факторы, влияющие на волоконно-лазерную резку

Факторы, влияющие на лазерную резку

Классификация волоконно-лазерной резки

Классификация лазерной резки

Лазерная испарительная резка

При использовании лазерного луча высокой плотности для нагрева заготовки температура быстро повышается и достигает точки кипения материала за очень короткое время, в результате чего материал испаряется и образует пар.

Быстро движущийся пар создает надрезы в материале и одновременно испаряется.

Теплота испарения материалов обычно высока, что требует большой мощности и высокой плотности мощности для лазерного испарения.

Эта техника используется для резки тонких металлических материалов и неметаллические материалы такие как бумага, ткань, дерево, пластик и резина.

В процессе парообразования пар уносит расплавленный материал и обломки, образуя отверстие.

Около 40% материала растворяется в паре, а 60% выбрасывается в виде капель потоком в процессе испарения.

Лазерная резка плавлением

Когда плотность мощности входящего лазерного луча превышает определенный порог, материал в точке облучения луча начинает испаряться и образует отверстие. Отверстие поглощает всю энергию входящего луча, действуя как черное тело.

Отверстия окружены стенками из расплавленного металла, а поток вспомогательного воздуха, направленный вдоль оси луча, уносит расплавленный материал, окружающий отверстие.

По мере движения заготовки отверстие синхронизируется по горизонтали, образуя разрез в направлении резки. Лазерный луч продолжает облучать край шва, вызывая непрерывное или периодическое выдувание плавящегося материала через трещины.

Лазерная резка плавлением не требует полного испарения металла, используя лишь 1/10 энергии, необходимой для испарения.

Этот метод в основном используется для резки неокисляемых материалов или активных металлов, таких как нержавеющая сталь, титан, алюминий и сплавы.

Лазерная кислородная резка

Принцип лазерной кислородной резки схож с принципом оксиацетиленовой резки. В качестве источника предварительного нагрева используется лазер, а в качестве режущего газа - кислород и другие активные газы.

С одной стороны, газ вступает в реакцию с разрезаемым металлом и вызывает реакцию окисления, выделяя значительное количество тепла.

С другой стороны, расплавленный оксид и расплавленный металл выбрасываются из зоны реакции, образуя надрез в металле.

Благодаря большому количеству тепла, выделяемого в процессе реакции окисления, лазерная кислородная резка требует лишь половину энергии, необходимой для резки плавлением, и имеет более высокую скорость резки по сравнению с лазерной резкой испарением и резкой плавлением.

Этот метод в основном используется для резки углеродистой стали, титановой стали, термообработанной стали и других легко окисляемых металлических материалов.

Процесс лазерной кислородной резки можно описать следующим образом:

  1. Под воздействием лазерного луча поверхность материала быстро нагревается до точки воспламенения, и в результате интенсивной реакции горения с кислородом выделяется большое количество тепла. Это тепло образует небольшое отверстие, заполненное паром, окруженное расплавленными металлическими стенками.
  2. Горючий материал превращается в шлак, чтобы регулировать скорость сгорания кислорода и металла, а скорость диффузии кислорода через шлак к фронту воспламенения оказывает значительное влияние на скорость горения. Чем выше скорость потока кислорода, тем быстрее происходит реакция горения и удаление шлака. Однако высокая скорость потока кислорода не всегда лучше, поскольку она может привести к быстрому охлаждению оксида металла, что снижает качество резки.
  3. В процессе окислительной плавки есть два источника тепла: лазерное облучение и тепловая энергия, выделяемая в результате химической реакции кислорода и металла. По оценкам, 60% общей энергии, необходимой для резки, выделяется в виде тепла при оксидировании стали. Поэтому кислород более эффективен в качестве вспомогательного газа, обеспечивая более высокую скорость резки по сравнению с инертными газами.
  4. Во время окислительного плавления и резки с двумя источниками тепла, если скорость сгорания кислорода выше, чем скорость лазерного луча, срез получается широким и грубым. Однако если лазерный луч движется быстрее, чем кислород, рез получается узким и гладким.

Контролируемая гидроразрывная резка

Для хрупких материалов, склонных к тепловому повреждению, резка с помощью нагрева лазерным лучом с высокой скоростью и контролем известна как резка с контролируемым разрушением.

Ключевой аспект этого процесса резки заключается в том, что лазерный луч нагревает небольшой участок хрупкого материала, что приводит к большому тепловому градиенту и значительной механической деформации в этой области, вызывая растрескивание материала.

Пока градиент нагрева поддерживается в равновесии, лазерный луч может направлять трещины в любом желаемом направлении.

Важно отметить, что этот тип резки не подходит для вырезания острых углов или уголков. Также сложно добиться успеха при вырезании больших и замкнутых форм.

Скорость резки с контролируемым разрушением высокая и не требует чрезмерной мощности, иначе это приведет к расплавлению поверхности заготовки и разрушению режущей кромки.

Основными параметрами управления являются мощность лазера и размер пятна.

Лазерная резка классифицируется по режущему газу:

 Резка пламенемРезка плавлением
Режущий газКислородАзот
ХарактеристикиБольшая толщина резаРежущая часть без оксидного слоя
Высокая скорость резкиМеньше режущие заусенцы
Имеет окисленный слойОтключение газа обходится дорого
Разрезная секция с задней буксировочной линиейМедленная резка скорость
 Часть материала требует кислорода для участия в проколе
Применяемый материалУглеродистая стальНержавеющая сталь, алюминий, оцинкованный лист

Лазер Cиспользование Fособенности

По сравнению с другими методами термической резки лазерная резка отличается высокой скоростью резки и превосходным качеством.

В частности, можно выделить следующие аспекты:

(1) Хорошее качество резки

Лазерная резка обеспечивает лучшее качество резки благодаря небольшому лазерному пятну, высокой плотности энергии и высокой скорости резки.

Лазерный луч фокусируется на маленькой точке, что приводит к высокой плотности мощности в фокусной точке.

Поступление тепла от луча значительно выше, чем отраженное, переданное или рассеянное материалом.

Это приводит к быстрому нагреву и испарению материала, в результате чего образуются поры.

При относительном линейном перемещении луча и материала отверстие непрерывно формируется в узкую щель.

Режущая кромка подвергается очень незначительному тепловому воздействию, и деформация заготовки не происходит.

В процессе резки добавляется вспомогательный газ, подходящий для разрезаемого материала.

При резке стали кислород используется в качестве вспомогательного газа, а расплавленный металл в результате экзотермической химической реакции окисляет материал, одновременно способствуя выдуванию шлака в щели.

При резке таких пластмасс, как полипропилен, используется сжатый воздух.

При резке легковоспламеняющихся материалов, таких как хлопок, бумага, используется инертный газ.

Вспомогательный газ, поступающий в сопло, может также охлаждать фокусирующую линзу, предотвращая попадание пыли в гнездо линзы, загрязнение линзы и ее перегрев.

Большинство органических и неорганических материалов можно резать лазером.

В отрасли обработки тяжелых металлов, которая много значит для системы промышленного производства, многие металлические материалы, независимо от их твердости, могут быть разрезаны без деформации.

Конечно, материалы с высоким коэффициентом отражения, такие как золото, серебро, медь и алюминий, также являются хорошими проводниками тепла, поэтому лазерная резка затруднена и даже не может быть выполнена.

Лазерная резка без заусенцев и морщин. Это в высокой точности, лучше, чем плазменная резка.

Для многих механических и электрических производств, благодаря современной системе лазерной резки под управлением микрокомпьютера программа может легко вырезать заготовки различных форм и размеров, это часто предпочтительнее, чем заглушка, процесс формования;

Хотя его скорость обработки все еще ниже, чем у штампа, он не требует использования пресс-формы, не нуждается в ремонте пресс-формы, а также экономит время на замену пресс-формы, что позволяет снизить стоимость обработки и уменьшить стоимость производства. Поэтому в целом он гораздо экономичнее.

① Лазерная резка узкая, прорези параллельны и перпендикулярны поверхности, а точность размеров деталей резки может достигать ±0,05 мм.

② Поверхность резки гладкая и красивая, шероховатость поверхности составляет всего несколько десятков микрометров, и даже лазерная резка может быть использована в качестве последнего процесса. Обработка не требуется, и детали можно использовать напрямую.

③ После лазерной резки ширина зоны термического воздействия мала, характеристики материала вблизи щели почти не страдают, а деформация заготовки мала, точность резки высокая, геометрия щели хорошая, а форма поперечного сечения щели относительно правильная прямоугольная.

Сравнение методов лазерной резки, оксиацетиленовой резки и плазменной резки показано на рисунке Таблица 1.

Материалом для резки служит листовая низкоуглеродистая сталь толщиной 6,2 мм.

Таблица 1 Лазерная резка в сравнении с оксиацетиленовой резкой в сравнении с плазменной резкой

Методы резкиШирина щели
/мм
Зона теплового воздействия Ширина
/мм
Форма щелиСкорость резкиСтоимость оборудования
Лазерная резка0.2-0.30.04-0.06ПараллельБыстрыйВысокий
Оксиацетиленовая резка0.9-1.20.6-1.2Относительно параллельныеМедленныйНизкий
Плазменная резка3.0-4.00.5-1.0Клинья
& Наклон
БыстрыйСредний

(2) Высокая эффективность резки

Благодаря своим передаточным характеристикам станки для лазерной резки обычно оснащаются несколькими рабочими столами с числовым программным управлением, что позволяет осуществлять полный числовой контроль над процессом резки.

В процессе работы можно вырезать детали различной формы, просто изменив программу числового программного управления. Это позволяет выполнять как двухмерную, так и трехмерную резку.

(3) Высокая скорость резки

Резка 2 мм из низкоуглеродистой стали стальная пластина при использовании станка лазерной резки мощностью 1200 Вт скорость резки может достигать 600 см/мин.

При резке 5-миллиметровой пластины из полипропиленовой смолы скорость резки может достигать 1200 см/мин.

Материал не нужно зажимать или фиксировать во время лазерной резки, что экономит время на подготовку приспособлений и процесс загрузки и выгрузки.

(4) Бесконтактная резка

Лазерный луч фокусируется, создавая высококонцентрированную точку энергии, что имеет ряд ключевых преимуществ для резки.

Во-первых, лазерный луч может быть преобразован в интенсивную тепловую энергию на очень малой площади, что приводит к:

(1) узкая, прямая щель;

(2) минимальная зона термического воздействия вблизи режущей кромки;

(3) минимальная локальная деформация.

Во-вторых, лазерный луч работает без физического контакта с заготовкой, что делает его бесконтактным. режущий инструмент, обеспечивая преимущества:

(1) отсутствие механической деформации заготовки;

(2) отсутствие проблем с износом или поломкой инструмента;

(3) способность резать любой материал, независимо от его твердости.

Наконец, лазерный луч очень управляем и гибок, что позволяет:

(1) простота интеграции с автоматизированным оборудованием, что упрощает автоматизацию процесса резки;

(2) неограниченная возможность повторять резы на одной и той же заготовке;

(3) возможность оптимизировать расход материала, располагая срезы на всей пластине с помощью компьютера.

(5) Многие виды резки материалы

К материалам, которые можно разрезать с помощью станка лазерной резки, относятся металломатричные композиты, кожа, дерево и волокно.

Однако каждый материал демонстрирует различную степень приспособленности к лазерной резке благодаря своим уникальным теплофизическим свойствам и скорости поглощения лазерного излучения.

Производительность лазерной резки различных материалов с использованием источника CO2-лазера представлена в следующей таблице.

МатериалыСпособность поглощать лазерное излучениеПроизводительность резки
МеталлAu, Ag, Cu, AlНизкий поглощение лазера светВ целом, его сложнее обрабатывать, и 1-2-миллиметровые листы Cu и Al могут быть вырезаны лазером.
W, Mo, Cr, TiБольшое поглощение лазерного излученияПри низкоскоростной обработке можно разрезать тонкий лист, а для таких металлов, как отдельные Ti и Zr, в качестве вспомогательного газа необходимо использовать воздух.
Fe, Ni, Pb, SnЛегче обрабатывать
НеметаллическиеОрганический материалАкрил, полиэтилен, полипропилен, полиэстер, ПТФЭПроникнитесь светом накаливанияБольшинство материалов можно резать лазером небольшой мощности. Поскольку эти материалы легко воспламеняются, поверхность разреза легко карбонизируется. Акриловая кислота и политетрафторэтилен карбонизируются не так легко. Как правило, в качестве вспомогательного газа можно использовать азот или сухой воздух.
Кожа, дерево, ткань, резина, бумага, стекло, эпоксидная смола, фенольный пластикНе проницаем для света накаливания
Неорганический материалСтекло, стекловолокноБольшое тепловое расширениеСтекло, керамика, фарфор и т.д. склонны к растрескиванию во время или после обработки, а кварцевое стекло толщиной менее 2 мм обладает хорошими режущими свойствами.
Керамика, кварцевое стекло, асбест, слюда, фарфорМалое тепловое расширение

(6) Адаптивность и гибкость

По сравнению с другими традиционными методами обработки лазерная резка обладает большей универсальностью.

Во-первых, другие методы термической резки не могут резать на такой малой площади, как лазерный луч, что приводит к более широким разрезам, большим зонам термического воздействия и значительной деформации.

Во-вторых, лазеры могут резать неметаллические материалы, что невозможно при использовании других методов горячей резки.

Анализ материалов для лазерной резки

Эффект волоконно-лазерной резки
Эффект волоконно-лазерной резки

Конструкционная сталь

Резка с помощью кислорода обеспечивает лучший результат для материала.

При использовании кислорода в качестве технологического газа на кромке реза происходит небольшое окисление. Для пластин толщиной до 4 мм резка под высоким давлением может выполняться с использованием азота, что не приводит к окислению режущей кромки.

Для пластин толщиной более 10 мм использование специальной пластины в сочетании с лазером и нанесение масла на поверхность заготовки может повысить качество резки.

Нержавеющая сталь

Кислород можно использовать, когда окисление на режущей кромке допустимо. Использование азота позволяет получить неокисленную режущую кромку без заусенцев, не требующую дальнейшей обработки.

Нанесение масляной пленки на поверхность пластины может улучшить эффект прокалывания без снижения качества обработки.

Алюминий

Алюминий, несмотря на его высокую отражательную способность и теплопроводность, можно резать толщиной менее 6 мм, в зависимости от типа сплава и возможностей лазерного генератора.

При резке кислородом поверхность реза получается шероховатой и твердой. При использовании азота поверхность резки получается гладкой.

Чистый алюминий трудно поддается резке из-за высокой степени чистоты.

Только если система оснащена устройством "отражательного поглощения", алюминий можно разрезать, так как без него оптический компонент будет поврежден отражением.

Титан

Для резки титановых листов используются аргон и азот в качестве технологических газов. Остальные параметры резки можно отнести к тем, что используются для никель-хромовой стали.

Медь и латунь

Латунь и медь обладают высокой отражательной способностью и отличной теплопроводностью. Латунные пластины толщиной 1 мм можно резать, используя азот в качестве технологического газа.

Медные пластины толщиной менее 2 мм можно резать, используя кислород в качестве технологического газа.

Однако в системе обязательно должно быть установлено устройство "отражающего поглощения", иначе отражение приведет к повреждению оптических компонентов.

Преимущества и недостатки волоконно-лазерной резки по сравнению с другими методами резки

Преимущества и недостатки лазерной резки

По сравнению с другими методами термической резки, лазерная резка отличается высокой скоростью и качеством срезов. К числу ее ключевых преимуществ относятся:

Отличное качество резки:

Лазерная резка отличается небольшой шириной разреза (обычно 0,1-0,5 мм), высокой точностью (с отверстием центральное расстояние погрешность 0,1-0,4 мм и погрешность размера профиля 0,1-0,5 мм), а также гладкую шероховатость поверхности (с показателем Ra 12,5-25 мкм). Вырезанные швы, как правило, не требуют дополнительной обработки перед сваркой.

Высокая скорость резки:

Например, лазерный резак мощностью 2 кВт может разрезать углеродистую сталь толщиной 8 мм со скоростью 1,6 м/мин и нержавеющую сталь толщиной 2 мм со скоростью 3,5 м/мин при минимальном тепловом воздействии и деформации.

Чистота, безопасность и экологичность:

Лазерная резка улучшает условия труда операторов, поскольку она чиста, безопасна и не создает загрязнений.

См. также:

Вкратце это можно описать следующим образом:

Преимущества лазерной резки:

(1) Хорошее качество резки.

Благодаря небольшому световому пятну лазера и высокой плотности энергии, лазерная резка позволяет добиться лучшего качества резки.

(1) Разрезы лазерной резки узкие, режущие кромки параллельны и перпендикулярны поверхности, а точность размера вырезанных частей может достигать + 0,05 мм.

(2) Поверхность резки получается чистой и гладкой, с шероховатостью всего в несколько десятков микрон. В некоторых случаях лазерная резка может даже использоваться в качестве завершающего этапа, позволяя использовать детали напрямую, без дополнительной обработки.

(3) После лазерной резки площадь воздействия тепла очень мала, а свойства материала вблизи разреза практически не изменяются. Кроме того, деформация заготовки минимальна, что обеспечивает высокую точность резки и правильную форму прямоугольника в поперечном сечении разреза.

(2) Высокая эффективность резки.

В связи с характеристики лазера Передача, станки для лазерной резки обычно оснащены несколькими рабочими станциями с ЧПУ, что позволяет выполнять весь процесс резки только с помощью ЧПУ.

В процессе работы можно вырезать детали различной формы, просто изменив программу ЧПУ, причем можно выполнять как 2D, так и 3D резку.

(3) Высокая скорость резки.

Скорость резки 2-миллиметровой низкоуглеродистой стали с помощью 1200-ваттного лазерного резака может достигать 600 см/мин, а для 5-миллиметровой пластины из полипропиленовой смолы - 1200 см/мин.

При лазерной резке материал не нужно зажимать, что не только экономит инструмент, но и сокращает время на загрузку и выгрузку материалов.

(4) Бесконтактная резка.

При лазерной резке резак не соприкасается с заготовкой и не происходит износа инструмента. Для обработки деталей различной формы не требуется замена "резака".

Единственное необходимое изменение - это выходные параметры лазера. Кроме того, процесс лазерной резки отличается низким уровнем шума, вибрации и не приводит к загрязнению окружающей среды.

(5) Многочисленные разновидности режущих материалов.

По сравнению с оксиацетиленовой и плазменной резкой, лазерная резка способна резать более широкий спектр материалов, включая металлы, неметаллы, композиты на основе металлов и неметаллических матриц, кожу, дерево и волокна.

Однако пригодность лазерной резки для этих материалов различна из-за их разных тепловых и физических свойств, а также разной скорости поглощения лазера.

Недостатки лазерной резки:

Из-за ограничений по мощности лазера и размерам оборудования лазерные резаки ограничены в возможности резать более толстые листовые и трубные материалы.

С увеличением толщины заготовки скорость резания значительно снижается.

Кроме того, оборудование для лазерной резки стоит дорого, что приводит к большим первоначальным инвестициям.

Как измерить качество лазерной резки

Как измерить качество лазерной резки

Станок лазерной резки - это тип оборудования, который может частично заменить традиционные методы резки металла. Он отличается высокой скоростью и качеством резки.

В последние годы использование оптический волоконный лазер станки для резки сделали лазерную резку металла более удобной и эффективной.

Для определения качества лазерного резака решающим критерием является качество резки. Основываясь на многолетнем опыте резки, мы выделили следующие девять критериев, по которым клиенты могут оценить лазерные резаки.

См. также:

Как улучшить качество лазерной резки

Аппаратный фактор

  • Чистый ли объектив?
  • Находится ли лазерный луч в центре сопла?
  • Совпадает ли фактическое положение фокусного расстояния с положением фокусного расстояния на шкале

Параметрический фактор

  • Относительно положения поверхности листа
  • Скорость резки
  • Давление при резке
  • Мощность резки

Применение лазерной резки

Применение лазерной резки

Большинство станков для лазерной резки управляются программами ЧПУ или интегрированы в роботов для резки. Являясь высококлассным методом обработки, лазерная резка может резать широкий спектр материалов, включая 2D или 3D резку тонких металлические листы.

В автомобилестроении технология лазерной резки широко используется для раскроя сложных листов кузова и различных изогнутых деталей, например, стекол крыши автомобиля.

Например, Volkswagen AG использует для резки этих компонентов лазер мощностью 500 Вт. В аэрокосмической промышленности технология лазерной резки используется в основном для резки специальных авиационных материалов, таких как титановые сплавы, алюминиевые сплавы, никелевые сплавы, хромовые сплавы, нержавеющая сталь, оксид церия, композитные материалы, пластики, керамика и кварц.

Лазерной резкой обрабатываются такие авиакосмические компоненты, как жаровые трубы двигателей, тонкостенные титановые сплавы, каркасы самолетов, титановый сплав обшивки, длинных стержней крыльев, хвостовых накладок, несущих винтов вертолетов и керамических теплоизоляционных плиток космических кораблей.

Лазерная резка также широко используется в промышленности неметаллических материалов. Она может резать как твердые и хрупкие материалы, такие как нитрид кремния, керамика, кварц, так и гибкие материалы, такие как ткань, бумага, пластик и резина.

Например, лазерная резка может быть использована в швейной промышленности для экономии от 10% до 12% материала и повышения эффективности более чем в три раза.

Продукты, пригодные для лазерной резки, можно разделить на три категории:

  1. Листовой металл, который не подходит для изготовления пресс-форм с технической и экономической точки зрения, особенно заготовки со сложными контурами, небольшими партиями и общей толщиной, такие как 12 мм низкоуглеродистая сталь и 6 мм нержавеющая сталь, для экономии затрат на изготовление пресс-форм и сокращения времени. Некоторые типичные продукты, которые были приняты, включают в себя структурные части автоматических лифтов, панели лифтов, крышки машин и пищевого оборудования, различные электрические газовые шкафы, распределительные устройства, детали текстильного оборудования, структурные части строительной техники и крупные двигатели. листы кремнистой стали.
  2. Нержавеющая сталь (обычно толщиной 3 мм), используемая для декорирования, рекламы, в сфере услуг, или узоры, маркировка и шрифты из неметаллических материалов (обычно толщиной 20 мм). В качестве примера можно привести узоры художественных фотоальбомов, фирменные китайские и английские шрифты, вывески для гостиниц, магазинов, вокзалов, причалов и общественных мест.
  3. Специальные детали, требующие равномерной резки. Наиболее распространенными типовыми деталями являются высекальные пластины, используемые в упаковочной и полиграфической промышленности. В деревянной пластине толщиной 20 мм необходимо вырезать паз шириной 0,7-0,8 мм и вставить в него лезвие. Затем пластина устанавливается на высекальный станок для вырезания различных коробок с печатной графикой. Еще одно применение - трубы для швов нефтяного экрана. Чтобы предотвратить попадание отложений в насос, необходимо прорезать равномерную щель шириной 0,3 мм в легированная сталь труба толщиной 6-9 мм. Диаметр отверстия в начальной точке резки не может превышать 0,3 мм, что затрудняет процесс резки, но все же широко используется многими заводами.

Последние достижения в технологии лазерной резки включают:

  1. Использование систем лазерной 3D-резки или промышленных роботов для резки пространственных кривых и разработка различных программ для 3D-резки для упрощения процесса от чертежа до резки деталей.
  2. Разработка различных специальных систем резки, систем транспортировки материалов и систем привода линейных двигателей для повышения эффективности производства, со скоростью резки более 100 м/мин.
  3. Сосредоточившись на изучении технологии азотной резки низкоуглеродистой стали, чтобы улучшить качество резки листов, расширить сферу применения в машиностроении и судостроении, где толщина низкоуглеродистой стали превышает 30 мм.

См. также:

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 5 / 5. Количество оценок: 2

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

17 комментариев к “Fiber Laser Cutting: The Ultimate Guide”

  1. Интересная статья. Мне было бы интересно узнать, возможно ли использовать систему волоконного лазера для резки тонкого материала из нержавеющей стали толщиной от 10 до 25 микрон. Если да, то с кем бы вы порекомендовали мне поговорить, чтобы обсудить это применение?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх