Технология лазерной резки металла

Технология и виды лазерной резки металла

Резка металла лазером — один из наиболее экономичных и эффективных способов металлообработки. Кроме этого, лазерная резка обеспечивает высокую скорость и точность раскроя металлического листа. Технология применяется на промышленных предприятиях, специализирующихся на металлообработке.

Как выполняется резка металла лазером

Лазерная резка основана на эффекте отражения и поглощения высокоимпульсного луча. Под действием излучения высокой интенсивности твёрдый материал быстро набирает температуру собственного плавления и испарения.

Подробнее процесс выглядит следующим образом:

  1. Луч лазера воздействует на металлическую заготовку, формируя на её поверхности точку небольшого диаметра.
  2. В месте воздействия лазера происходит быстрый нагрев и плавление материала.
  3. В точке воздействия возникает углубление.
  4. Под действием мощной энергии луча металл начинает испаряться, обеспечивая раскрой заготовки.

Стоит учитывать, что кипения металла происходит только при резке тонких листов. Раскрой толстолистового металла осуществляется с привлечением газа, выдувающего расплавленные частицы с места реза. Широко распространено применение кислорода, азота, инертного газа и воздушной смеси.

Типы лазерной металлообработки

Станок для раскроя метала лазером включает в себя основные узлы:

  • Источник лазерной энергии, называемый системой накачки.
  • Рабочее тело, излучающее под воздействием энергии.
  • Оптический резонатор, представляющий собой систему зеркал.

Типы резки классифицируются по виду применяемого для проведения работ лазера, а также его мощности. Они разделяются на следующие группы:

  • Твердотельные лазеры. Их мощность не может превышать 6 кВт.
  • Газовые лазеры, мощность которых достигает 20 кВт.
  • Газодинамические лазеры, мощность которых до 100 кВт и более.

На производстве традиционно применяются лазеры твердотельного типа. Лазерный луч подаётся ими непрерывно или в виде импульсов. Рабочее тело выполняется из рубина, неодимового стекла или же флюорита кальция (CaF2). Основное достоинство устройств этого типа — возможность выдачи импульса высокой мощности в течение долей секунд.

Лазерные установки газового типа используются для технической и научной металлообработки. Рабочее тело представляет собой газовую смесь с использованием азота, углекислоты и гелия. Под воздействием электроразряда атомы газов возбуждаются и формируют направленный монохроматичный луч.

Газодинамические типы лазеров относятся к наиболее мощным. Рабочим телом в них является углекислый газ, нагреваемый до максимальной температуры. Затем разогретый газ проходит через узкий канал, в котором осуществляется его расширение и резкое охлаждение. При этом выделяется большое количество энергии, которая направляется затем на проведение лазерной резки.

За счёт принципа действия и мощности, газодинамические лазеры могут быть использованы для металлообработки изделий любого типа. Малый расход энергии луча позволяет проводить резку металла на расстояние от головки лазера без снижения эффективности.

Где применяется лазерная резка

Производительность, максимальная точность и крайняя эффективность металлообработки с применением лазера обеспечили широкое распространение технологии во всех сферах. Она используется для получения изделий следующего типа:

  1. Деталей для машин и механизмов.
  2. Торгового и бытового оборудования и конструкций.
  3. Элементов систем отопления и водоснабжения.
  4. Элементов ограждений и ворот.
  5. Выпуска металлических изделий оригинальной формы.
  6. Производства высокоточных деталей.

Обработка металла лазером отличается массой преимуществ, по сравнению с традиционными видами металлообработки. Чем и обеспечивается её высокая популярность на предприятиях.

Статья подготовлена специалистами Antex-Lazer.ru

Источник: http://make-self.net/public/49-38/1344-tehnologiya-i-vidy-lazernoy-rezki-metalla.html

Лазерная резка металла: метод резки, технические характеристики, физические возможности

Лазерная резка – наиболее оптимальный и технологичный способ обработки различных видов металла. Этот способ обработки металла активно применяется в промышленном производстве и составляет более 35 % всего использования лазера.

Лазерная резка имеет ряд конкурентов: механическое резание с использованием полотен, абразивов и фрез, газокислородная и плазменная резка.

Однако, по сравнению с традиционными методами резки, использование лазера при обработке тонколистового металла, имеет ряд неоспоримых преимуществ, таких как: простота, скорость резки и качество поверхности реза.

Хотя современное оборудование лазерной резки имеет ряд преимуществ, но оно также имеет ряд ограничений для дальнейшего увеличения скорости обработки. Учет деформации тонколистового проката, что возникает при нахождении его в рулоне без дальнейшей правки, а также температурные изменения в материале во время интенсивного нагрев места реза являются одними из таких ограничений.

Чрезвычайно важным является соблюдение стабильной фокусного расстояния относительно листа, раскраивать, особенно на высоких скоростях и ускорениях перемещения режущей головки лазера.

С целью увеличения точности обработки, наращиванием темпов производства применяют лазерную резку.

Применение лазерной резки металла можно назвать самым высокотехнологичным и современным способом обработки металла. Сфокусированное лазерное излучение, которое обеспечивает высокую концентрацию энергии в одной точке, дает возможность разрезать почти все металлы и сплавы, независимо от их тепловых и физических свойств.

к содержанию ↑

Раскрой металла происходит за счет сквозного прожига листа металла точно сфокусированным лазером. При этом степень термического воздействия на окружающую поверхность минимальна, никаких существенных изменений в структуре металла не происходит.

Лазерная резка металла происходит на специальных станках которые предназначены для лазерной резки. Управление лазером осуществляется с помощью вычислительной техники. Передовые станки позволяют производить резку с точностью до сотых долов миллиметра.

Современные лазерные установки способны излучать лазерный луч для резки металла толщиной 45 мм (резка сжатым кислородом) и 50 мм (резка азотом).

Лазерная режущая головка с помощью ЧПУ и новейших поводов способна развивать осевое ускорение до 30 м/с2 и развивать скорость позиционирования до 10 м/с, что обеспечивает максимальную производительность за счет уменьшения времени холостого хода.

Лазерная резка основано на действии когерентного луча монохроматического света, излучаемого лазером.

Лазеры позволяют получать фокальное пятно, диаметр которого составляет 0,1 мм, и, как следствие, мощность излучения в фокусе до 5 МВт/см2, благодаря этому процесс происходит при большой скорости и толщина шва и зона термического влияния невелики.

Толщина металла, режется не должна превышать 20…25 мм. Преимуществами способа является экономичность, возможность получения деталей разнообразных форм с точностью 0,05 мм без неровных поверхностей резания, автоматизация и роботизация процесса.

При создании изделий методом лазерной резки луч фокусируется на заданной стенке и прожигает требуемое отверстие. Отличная управляемость процесса прожига также увеличивает точность отверстий.

к содержанию ↑

Резка по металлу лазером одним из наиболее эффективных методов резки металлов и сплавов. Особенностью этого процесса является то, что характерное время перестройки кристаллической структуры в металлах и сплавах в условиях лазерной обработки становится равным времени нагрева и охлаждения. Основными преимуществами этого процесса являются:

  • отсутствие остаточных деформаций;
  • возможность формирование в чугунах стали структур, имеющих высокую износостойкость и твердость;
  • возможность управления геометрическими размерами упрочненных слоев.

С физической точки зрения процесс резка приповерхностного слоя металлов и сплавов сводится к получению структур, затрудняющих протекание процессов пластической деформации, то есть к созданию препятствий движению дислокаций.

На сегодняшний день выполнено большое количество теоретических и экспериментальных исследований, посвященных изучению физико-химических процессов, протекающих в материалах при воздействии лазерного излучения.

Доказано и научно обоснованно, одними из основных факторов, которые существенно влияют на тепловое состояние материала во время обработки лазерным лучом, распределение мощности пучка на обрабатываемой поверхности, размеры и форма его сечения.

Удачный выбор этих характеристик позволяет более эффективно использовать энергию излучения и значительно расширить технологические возможности лазерной обработки.

Лазерная резка позволяет изготавливать минимальные партии деталей или даже единичные образцы без траты значительных средств.

Большая плотность мощности лазерного излучения создает высокую производительность процесса в сочетании с отличным качеством разрезаемых деталей.

Несложное и сравнительно легкое управление лазерным лучом дает возможность делать резку по усложненному контуру плоских и объемных изделий и заготовок с большой степенью автоматизации процесса. Как осуществляется лазерная резка металла можно посмотреть по фото.

В отличие от электронно-лучевого метода, лазерная обработка выполняется вне вакуумной камерой. Устройство состоит из блока питания и лазерной головки. Число импульсов за минуту регулируется в пределах 0,25-12. В наше время лазерная обработка широко применяется при сверлении твердых материалов (алмазов, вольфрама, коррозионно стойких сталей).

Источник: http://solidiron.ru/obrabotka-metalla/rezka/lazernaya-rezka-metalla.html

Технология лазерной резки металла

Сегодня можно увидеть, что лазерная резка металла применяется почти во всех отраслях, которые связаны с металлопрокатом и с каждым днем спрос на этот вид услуг только возрастает.

Принцип функционирования лазерной резки металла

Лазерная резка листового металла осуществляется с применением кислорода, выполняющего роль вспомогательного газа. Рассматривая детальнее причины сколь высоко качество лазерного кроя, нужно отметить следующее.

Известно, что узконаправленный световой поток может нагревать предметы до неимоверно высоких температур. В этом случае лазер – это поток, который отличается небольшим диаметром и значительной интенсивностью. При попадании на какую-либо поверхность он нагревает ее. Температура места, куда воздействует лазер, настолько высока, что металл в точке контакта начинает быстро плавиться.

Но, не смотря на это, прилегающие к потоку лазера участки металла остаются неповрежденными и нагретыми. Точное и направленное передвижение луча лазера обеспечивает тонкий срез с гладкими краями. Лазер может разрезать абсолютно любые металлы.

На сегодняшний день есть только одно ограничение по толщине металла. Лазер может разрезать металлы шириной не более 25 мм. Если же пробовать резать более толстые листы, то возникает вероятность некачественного среза.

В настоящее время лазерная резка металла совмещает в себе 2 типа работ, а именно резка и раскрой.

Лазерная резка в работе

Обычно качественное оборудование, предназначенное для лазерной резки металла достаточно дорогостоящее, но эффективное. Стоимость раскроя выполненного с использование этого устройства выше, чем эта же услуга, но выполненная вручную.

Но разница все, же очевидна. Измеряется точность лазерной резки металла в микронах, а не в миллиметрах и контролируется программным обеспечением.

Благодаря компьютеру возможен раскрой не единиц, а сотен и даже тысяч сложных и маленьких деталей, к тому же за короткое время.

Сложно не согласиться с тем, что за такую работу не возьмется не один токарь какой бы квалификации он не был. Скорость резки металла лазером превышает скорость электроэрозионной обработки.

Также существует возможность бесконтактного обрабатывания заготовок, что содействует улучшению не только производительности труда, но и рентабельности предприятия, т.к. временные издержки в производстве значительно сокращаются.

Стоит подчеркнуть, что этот тип резки позволяет существенно сократить расходы материала для выполнения разнообразных заданий.

Тонкий луч лазера разрезает металл с небольшим расстоянием между деталями. Помимо этого, режущие инструменты не давят на лист, а значит, он не прогибается и вероятность возникновения брака сводиться к минимуму.

Выгодна лазерная резка металла не только во время работы со сложными деталями, к которым обычно предъявляются высокие требования, со сложными и большими проектами. Кроме этого такой метод резки наиболее эффективен по сравнению с его аналогами.

 В результате лазерной резки металла края получаются без заусениц. Они не требуют дополнительной обработки и полностью пригодны для работы. Лазерная технология резки металлического материала является первым шагом в совершенствовании производства металлоконструкций.

Читайте также:  Описание и назначение столярного инструмента долото

Источник: https://interlaser.ru/lazernaya-rezka-metalla/364-tekhnologiya-lazernoj-rezki-metalla

Технология лазерной резки металла

До изобретения полноценного промышленного лазера резать металл «светом» было из области научной фантастики.

Но с разработкой и массовым выпуском изделий различной мощности, лазерный раскрой считается одним из самых точных способов получения металлических заготовок и деталей, преимущественно листовой формы.

Принцип работы этого способа обработки металла – «концентрация» светового луча через систему различных оптических призм и зеркал. Он собирается в «линию» и воздействует на обрабатываемую поверхность посредством высокой температуры.

Световой поток луча условно делится на импульсную или непрерывную модуляцию. Тип и мощность установки зависит от того, насколько лазер способен к возбуждению и отдаче свободных квантов.

За первичное накопление отвечает источник света: мощные лампы, химические реакции, воздействие электричества и т.д., которые дают нужный поток. Последний усиливается системой каскадов – обычно это различные зеркала, выстроенные в определённой последовательности.

Для того чтобы система работала корректно, важно постоянное сохранение направления луча и его фокусировка.

Лазеры и мировое станкостроительство

Ведущие мировые производители оборудования для работы с металлом держат руку на пульсе и предлагают промышленным предприятиям и частным лицам широкий модельный ряд своих изделий: от сверхтяжелых до сверхкомпактных, помещающихся в гараже или небольшом цеху.

Двух и трёх – координатные кроильные станки успешно заменяют обычные энергоёмкие, низкоточные и малопроизводительные «фрезеры» и механические резаки. Основной критерий выбора станка – максимальная толщина и марка металла, с которой он может работать.

От этого же зависит его мощность и энергопотребление.

Последнее поколение сверхточных прецизионных ЧПУ-станков позволяют получать детали с точностью до 0,005 мм. Рабочая поверхность обрабатываемой детали может достигать свыше 10м2.

Но главное – для работы на таком станке не нужен дорогой высококвалифицированный специалист. Фактически, человеку достаточно только вставить и зафиксировать деталь, выбрать нужную программу и нажать на кнопку.

Всё остальное сделает машина. Человеческий фактор сведён к минимуму.

Принцип лазерной резки металла или как это работает

Для двухмерных деталей длина, ширина, тип и толщина металла задаются в специальный блок, управляющий лазером и рабочим столом, на который крепится деталь.

Программа сама откалибрует фокус и установит оптимальное расстояние от резака до заготовки для максимально эффективного и быстрого раскроя.

Теплообменник контролирует температуру, выдавая оператору цифры степени нагрева и общего состояния оборудования.

Большинство моделей станков лазерного раскроя оснащены специальными патрубками с клапанами, через которые можно подключать газобаллонную аппаратуру, когда по тех. процессу необходима подача вспомогательных газов.

А встроенная система дымоулавливания оптимизирует ваши расходы на специальную вентиляцию – ведь включается она только в момент обработки детали.

Сама рабочая область отгорожена от оператора и персонала специальным защитным кожухом.

Лазерный раскрой листового металла на таких станках превращается в несложный и абсолютно рутинный трёхэтапный процесс:

– задать нужные параметры: вручную или выбором из списка;

– вставить заготовку и нажать на кнопку;

– получить на выходе готовую деталь;

Уровень точности и производительности прямо пропорционален параметрам установленного комплекса и специалисту, который пишет для него программный код. Лазерная резка – один из элементов автоматизации производства, призванного переложить весь тяжёлый труд на машину, освободив от него человека.

Художественная лазерная резка металла

Раскрой металлического листа с помощью установки соответствующей мощности под управлением ЧПУ – на сегодня это один из самых быстрых и распространённых способов создания металлических элементов декора и украшений, в т.ч. вывесок, стендов, рекламных композиций стилизированных под старину и т.д.

До широкого распространения «лазера», их получали методом горячей ковки, что прямо влияло на цену. Позволить себе декоративные элементы, произведённые по такой технологии, мало кто мог себе позволить.

«Станок» в разы снизил себестоимость этих продуктов, существенно потеснив «горн и молот». Оформление беседок, оград, ворот и т.д. благодаря ему могут позволить себе гораздо большее количество людей.

С помощью художественной резки чёрный и цветной металл обретает изящные и благородные черты. Уличная мебель, мангалы, флюгеры и прочая инфраструктура, улучшенная таким образом, помимо своих основных функций, ещё долго будет радовать глаз.

Аргументы в пользу декоративной лазерной резки металла:

– точная работа с тонким металлом, без деформаций последнего;

– минимальное время на подготовку и изготовление;

– широкий выбор «ажурности» с тонкими элементами;

– «в работу – сразу из-под резца». Отсутствие воздействия иного металла, срезы получаются точно по контуру.

Станок ЧПУ позволяет делать различные детали и элементы из тонкого листа практически одинаковыми. Конечно, минимальная разница есть – если измерять специальными дорогостоящими приборами. Но человеческий глаз их отличить не в состоянии. Даже у самого квалифицированного и искусного мастера никто не отнимет «человеческого фактора». А машина этого лишена 100%.

Основные моменты и особенности работы лазерного раскройного станка

Чтобы получить максимально чёткий контур на будущем рисунке, скорость резца должна быть постоянной. Задержка даже на долю секунды – и элемент получится «размытым», потеряет нужную чёткость.

Поэтому для создания многоэлементных, больших по площади и сложных компонентов с повышенным количеством мелких деталей (особенно, если они расположены близко друг к другу), используются только автоматические ЧПУ – станки.

Их особенность – работа по раскрою идёт одновременно в нескольких местах, преимущественно, противоположных. Это делается во избежание деформации от высокой температуры. Металлу нужно некоторое время, чтобы остыть.

Художественная резка технологически мало чем отличается от резки промышленной. Принципы раскроя листа металла одинаковы для всех. Созданная дизайнером модель переводится с графического в векторный формат, сохранённый файл загружают в компьютер станка, а остальное – труд машины. Задача оператора только контролировать весь процесс.

Компания «Антекс-Лазер» предлагает услуги промышленной и декоративной обработки металла на лазерных станках с ЧПУ. Все технические моменты оговариваются заранее и индивидуально, в зависимости от сложности проекта, толщины и типа металла, а также срочности и т.д. После этого озвучивается сумма, которая будет согласовываться с заказчиком. Высокое качество – за разумные деньги!

Источник: https://www.vladtime.ru/tehnika-i-tehnologii/620866

Технология лазерной резки металлов и неметаллических материалов

Главная » Статьи » Профессионально о резке » Газолазерная резка

Рекомендуем приобрести:

Особенности и требования к процессу резки

Качество кромок деталей после резки, сопоставимое с качеством после механической обработки, на порядок выше, чем после известных процессов термической резки. Скорости лазерной резки достигают ≥0,167 м/с.

В большинстве случаев применений процесс является малоотходным, обеспечивает получение готовых деталей, практически не подвергнутых деформациям и не требующих последующей термомеханической обработки.

Требования к процессу лазерной резки сводятся к следующему: скорость резки металлов 0,167—0,25 м/с, однослойных тканей, кожи и других материалов 0,67—1 м/с; предельные отклонения размеров деталей ± (0,05—0,2) мм; ширина реза сталей толщиной 0,5—5 мм 0,1—0,3 мм; шероховатость их поверхности реза 10—40 мкм; неперпендикулярность кромок реза сталей толщиной 0,5—5 мм 0,05—0,1 мм; на кромках допускается легко отделимый грат. Кроме листов, лазерной резке подвергают трубы, штамповки, обечайки, профильный прокат. Ниже приведены предельные толщины разрезаемых материалов:

Перед резкой не нужна специальная подготовка поверхности заготовок за исключением тех случаев, когда с поверхности стальных листов снимают антикоррозионную смазку, чтобы предохранить оптические элементы от загрязнения.

Режимы резки металлов

Наиболее существенно влияют на скорость резки мощность и плотность мощности, диаметр, расходимость и модовый состав излучения, фокусное расстояние.

На рис. 28.3 приведены зависимости скорости резки низкоуглеродистой стали от толщины при разных мощностях излучения и использовании кислорода в качестве вспомогательного газа. Состав стали влияет на скорость резки.

Например, скорость резки низкоуглеродистых сталей в среднем на 10—30 % выше, чем нержавеющих. Но эта скорость резко снижается при применении многомодового излучения с большой (>2 см) выходной апертурой и большой (>1,5 мрад) угловой расходимостью.

Замена кислорода на воздух или азот снижает скорость резки сталей в 1,4—1,6 раза.

Скорости резки, см/с, сплавов цветных металлов толщиной 1 мм (числитель) и 3 мм (знаменатель) лазерным 1-кВт излучением с подачей кислорода (сплавы Al и Ni) или аргона (сплав Ti): (8,3—9,2)/(0,67— 0,83)—сплавы Аl типа Д16, (11,7—12,5)/(3,7—4,2) — сплав Ni типа «Хастеллой», (6,7— 7,5)/(0,67—0,83)—сплав Ti типа 0Т4.

Ниже приведены рекомендуемые параметры излучения и вспомогательного газа, при которых достигаются наилучшие показатели скорости и качества лазерной резки металлов (рекомендуемые параметры излучения реализованы в последних образцах СО2-лазеров ведущих зарубежных фирм Японии, ФРГ, Великобритании):

Фокальная плоскость относительно поверхности листа расположена на поверхности или ниже на треть толщины; характер излучения при резке плавных контуров деталей непрерывный, а при резке углов и других сложных участков деталей и при высококачественной безгратовой резке импульсно-периодический (длительность импульса 0,5—3 мс, частота следования 100—600 Гц, пиковая мощность 0,5—6 Дж); вспомогательный газ при резке сталей, сплавов цветных металлов — кислород (воздух), а при высококачественной резке сплавов цветных металлов — азот, аргон.

Режимы резки неметаллических материалов

По разрезаемости неметаллические материалы разделяются на термически разлагающиеся и плавящиеся. К первым относятся термореактивные пластмассы, дерево, натуральные ткани, некоторые композиционные материалы, резины; ко вторым — керамика, стекло, бетон и др.

При воздействии лазерного излучения термически разлагающиеся материалы претерпевают ряд изменений, связанных с химическим распадом, полимеризацией, пиролизом полимерных связей, испарением или сублимацией, в результате чего образуются газообразные продукты, которые удаляются из полости реза вспомогательным газом.

Для резки плавящихся материалов необходим подвод большей энергии, чем для резки разлагающихся материалов. По сравнению с металлами у неметаллических материалов значительно меньшие коэффициенты тепло- и температуропроводности, а у некоторых материалов меньшие удельные энергии разрушения.

Поэтому для их резки можно использовать лазерное излучение с более низкими параметрами качества по сравнению с приведенными выше. В табл. 28.1 приведены режимы резки некоторых неметаллических материалов с использованием непрерывного излучения.

Тонкослойные материалы, такие как ткани, кожа, бумага, разрезают уложенными в много слоев, чем обеспечивается многократное повышение производительности работ. При резке неметаллических материалов состав вспомогательного газа не важен, рекомендуется азот или воздух. Параметры газа выбирают такими же, как и при резке металлов.

Качество резки металлов

Оно характеризуется шириной реза, шероховатостью поверхности, неперпендикулярностью кромок, глубиной зоны температурного влияния, наличием грата на кромках, а также точностью деталей.

На показатели качества влияют параметры излучения и вспомогательного газа, вид и толщина разрезаемого материала, а также скорость резки. Каждой толщине материала соответствует оптимальная скорость резки, близкая к максимальной, при которой достигаются наилучшие показатели качества. В табл. 28.

2 приведены показатели качества лазерной резки углеродистых сталей с использованием непрерывного одномодового 1*кВт излучения, сфокусированного в диаметр 0,15—0,20 мм. В качестве вспомогательного газа использовался кислород под давлением 0,3—0,5МПа.

Увеличение диаметра сфокусированного излучения и, следовательно, увеличение толщины расплава на передней поверхности реза ухудшают качество резки.

Качество резки в значительной мере зависит от положения фокальной плоскости резака относительно поверхности листа. Ее следует располагать на поверхности листа или заглублять на треть толщины.

Читайте также:  Рекомендации по выбору пилок для лобзика

Допускаются отклонения от установленного положения фокальной плоскости в пределах 0,1—0,5 мм, причем более жесткий допуск следует выдерживать при резке тонколистовых металлов.

Замена кислорода воздухом при обработке сталей толщиной >3 мм приводит к уменьшению ширины реза на 20—40%, однако увеличивается количество грата на нижних кромках, что в совокупности со снижением скорости резки приводит к увеличению глубины зоны температурного влияния.

Величина шероховатости поверхности реза характеризуется глубиной, частотой повторения и наклоном бороздок и изменяется по толщине листа. К верхней кромке примыкает зона с наименьшей глубиной бороздок, образующихся в результате периодического разрушения от верхней кромки в глубь металла.

В расположенной ниже зоне образуются более глубокие бороздки в результате одновременного воздействия на металл лазерного излучения и вспомогательного газа. У нижней кромки металла расположена зона с наибольшим наклоном (отставанием) бороздок в сторону, противоположную направлению резки.

Образование бороздок в этой зоне связано в основном с воздействием на поверхность кромки стекающего расплавленного металла и вспомогательного газа. Приведенные в табл. 28.2 шероховатости относятся к средней зоне металла. С увеличением скорости резки и плотности мощности глубина бороздок уменьшается на всей поверхности реза.

Глубина зоны температурного влияния зависит от тех же параметров, что и ширина реза, в первую очередь — от диаметра сфокусированного луча и скорости резки.

Качество резки неметаллических материалов

Общие закономерности показателей качества те же, что и при резке металлов, однако они в меньшей степени зависят от параметров излучения. Так, качественная резка разлагающихся материалов осуществляется при меньших плотностях мощности излучения.

Ширина реза, как правило, в полтора—два раза больше, чем у сталей одинаковой толщины (см. табл. 28.1), а шероховатость ниже и не превышает 30—40 мкм.

На кромках резов некоторых разлагающихся материалов (резиностеклопластик, стеклотекстолит, винипласт, дерево, кожа) образуется обугленный 0,5—1,0-мм слой, который следует удалить, если деталь служит электроизолятором.

Точность резки

Это комплексный параметр качества, который определяется на 50—80 % точностью режущей машины, но зависит также от погрешностей технологического процесса. Требования к точности  диктуются назначением и толщиной деталей.

Как правило, погрешности деталей толщиной мм должны укладываться в допуск 0,1—0,5 мм. Из параметров качества на технологическую точность резки влияют ширина реза, шероховатость поверхности и неперпендикулярность кромок.

Точность портальных машин с ЧПУ на микроЭВМ для термической, в том числе для газолазерной резки регламентируется ГОСТ 5614—74 и ГОСТ 26940—86.

Предельные отклонения от номинальных размеров квадратов со стороной 0,5 м и окружностей диаметром 0,5 м, воспроизводимых машиной, не должны превышать ± (0,1÷0,25) мм. Предельные отклонения размеров контуров деталей на углах удваиваются.

Особенности резки импульсно-периодическим излучением

Из-за большой инерционности электромеханических приводов машин резка сложных участков контуров деталей (углы, малые радиусы, прорези и т. д.) осуществляется на небольших скоростях, как правило, не превышающих 0,8—1,7 см/с.

Значительное, по сравнению с оптимальной, снижение скорости приводит к перегреву сложных участков контура деталей и ухудшению качества резки. Увеличивается глубина зоны температурного влияния, шероховатость поверхности, количество грата, существенно снижается точность деталей.

Для получения высокого качества углов снижают мощность излучения пропорционально снижению скорости резки. Другой способ качественной резки углов — автоматический переход с непрерывного на импульсно-периодический режим излучения.

Изменяя, главным образом, частоту следования, а также длительность и пиковую мощность импульсов, можно эффективно регулировать тепловложение в металл и достигать высокого качества резки. Выше приведены параметры импульсно-периодического излучения (ИПИ), наиболее часто используемые при назначении режима обработки углов деталей.

Другой случай эффективного применения ИПИ — финишная вырезка деталей из сплавов цветных металлов, например титана и алюминия. При одинаковой средней мощности по сравнению с непрерывным ИПИ обеспечивает более высокое качество резки по показателям шероховатости, глубине зоны температурного влияния и количеству грата на кромках реза.

Кроме того, ИПИ позволяет увеличить в полтора—два раза предельную толщину качественной резки металлов, а также резать металлы с высокой отражающей способностью и теплопроводностью (сплавы Аl, Сu) при более низком уровне средней мощности. Скорость резки металлов с применением ИПИ несколько ниже, чем с применением непрерывного излучения такой же средней мощности.

Влияние поляризации излучения

Наиболее высоки показатели скорости и качества резки при совпадении плоскости поляризации луча с плоскостью резки. В этом случае на передней поверхности реза наиболее высоко поглощение излучения. Ели плоскость поляризации перпендикулярна плоскости реза, то большая часть излучения поглощается боковыми поверхностями реза.

Скорость и качество резки могут значительно различаться в зависимости от изменения направления перемещения оптического резака при вырезке фигурных деталей. Влияние эффекта поляризации ослабляется при повышении температуры металла, а также при его окислении химически активным вспомогательным газом в процессе резки.

Для обеспечения наибольшей эффективности резки целесообразно плоскость поляризации луча с помощью специального устройства автоматически поворачивать при изменении направления резки, чтобы она совпадала с плоскостью резки.

Хорошие результаты достигаются в результате превращения линейно поляризованного излучения в излучение с круговой поляризацией с применением фазовращающего зеркала, которое устанавливают перед входом в оптический резак. Этот способ применяется ведущими фирмами в современных машинах лазерной резки.

Источник: https://www.autowelding.ru/publ/1/gazolazernaja_rezka/tekhnologija_lazernoj_rezki_metallov_i_nemetallicheskikh_materialov/21-1-0-223

Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности

Воскресенье, 20 Август, 2017

Лазерная резка металла — процесс, при котором материал нагревается и разрушается с помощью лазерного излучения. Для этого используются специальные установки. С помощью лазерной энергии можно обрабатывать поверхности с минимальной площадью. Данная технология резки металла основывается на его плавлении и испарении в зоне, на которую воздействует излучение.

Технология лазерной резки: особенности

После проведения процедуры резки металла качество кромок можно сравнить с изделиями, которые были обработаны механически. Благодаря высокой скорости резки во время проведения обработки металла изделия практически не деформируются, в дальнейшем их форма не требует дополнительной коррекции.

После окончания работы остается минимальное количество отходов. Возможна лазерная резка не только листовых материалов, но и труб, профильного проката. Перед ее проведением часто нет необходимости в дополнительной подготовке поверхностей.

Если планируется обработка стального листового материала, необходимо снять антикоррозийное покрытие.

Свойства лазерного луча:

  1. Имеет одинаковую частоту волны по всей протяженности. Благодаря данному преимуществу есть возможность сфокусировать луч с помощью стандартных оптических линз.
  2. Легко направляется на необходимую зону, благодаря чему лазерную резку можно использовать для обработки материалов с минимальной площадью. При правильных настройках оборудования можно добиться четкой фокусировки.
  3. Благодаря согласованности волновых процессов можно создать стабильный поток энергии с максимальной мощностью.

Существует 2 основных способа, с помощью которых выполняется лазерная резка:

  1. Испарение. Чтобы выполнить резку металла данным методом, потребуется высоковольтное оборудование. В процессе работы затрачивается большое количество электроэнергии, что не всегда целесообразно. Способом испарения можно обработать только листовой металл небольшой толщины.
  2. Плавление. Обычно при резке металла воздействие осуществляется лазерным лучом в комплексе с газами, которые направляются с помощью отдельных установок на необходимую область. Используя данную технологию, можно значительно уменьшить расходы на электроэнергию, увеличить скорость рабочего процесса, получить возможность применять оборудование с умеренной мощностью, а также обрабатывать детали со средней или большой толщиной.

Нередко вместе с лазером применяется кислород в качестве дополнительного метода для максимально быстрой и четкой резки металла. В случае использования данных элементов в комплексе можно добиться таких преимуществ:

  1. Ускорение процессов окисления металла, что позволяет подавить его отражающие свойства.
  2. Увеличение тепловой мощности в необходимой области.
  3. Устранение мелких частиц металла, появившихся во время его сгорания, если кислород подается под достаточным давлением.

Оборудование для лазерной резки

Существует несколько типов станков:

  1. Газовые установки являются наиболее популярным оборудованием, позволяющим за минимальный отрезок времени качественно выполнить задачу. В качестве рабочего тела в этом случае выступают газы, который при воздействии электричества излучают монохроматический свет. На данный момент большинство подобных установок производится для работы на углекислом газе. Они отличаются небольшим размером, высокой мощностью и легкостью в эксплуатации.
  2. Твердотельные станки нередко применяются в промышленности. Конструкция включает лампу накачки и рабочее тело. Излучение поступает от лампы накачки. Обычно оборудование активизируется по запросу, что обеспечивает максимальный уровень контроля за рабочим процессом, однако в некоторых случаях функционирование осуществляется непрерывно.
  3. Газодинамические станки применяется при необходимости качественно выполнить работу за минимальные сроки. Перед выполнением лазерной резки газ предварительно нагревается до нескольких тысяч градусов, направляется под высоким давлением, затем охлаждается. Установки газодинамического типа являются наиболее дорогостоящими, однако проявляют высокую эффективность при работе.

Лазерная резка осуществляется с помощью воздействия луча на определенную область на поверхности металла. Осуществляется его быстрое нагревание, после чего следует расплавление.

Скорость резки зависит от мощности оборудования, диаметра луча, фокусного расстояния, а также от теплопроводности конкретного материала.

Когда лазерный луч оказывает воздействие на поверхность на протяжении достаточного времени, температура постоянно поднимается, доходит до кипения, что провоцирует плавление или испарение металла.

Источник: https://mk-madis.ru/texnologiya-lazernoj-rezki-metalla-oborudovanie-osobennosti/

Правильная установка лазерной резки

  • 03-03-2015
  • 27
  • 482

Установка лазерной резки способна помочь изготовить изделия различной формы и размеров. Такое оборудование характеризуется высокой скоростью выполнения работы, а также высоким уровнем точности.

При помощи установки для лазерной резки из листового металла можно вырезать по эскизу абсолютно любые фигуры.

Процесс лазерной резки металлических деталей

Резка с помощью лазера — довольно новая технология, занявшая лидирующие позиции в области обработки металлических деталей. Этот процесс происходит с помощью систем большой мощности, направленных на материал. Концентрация их луча настолько велика, что может обработать любую поверхность.

Производимый луч в месте контакта с поверхностью металла создает температуру, равную температуре его плавления. Резка металла происходит в среде с активным газом.

Им чаще всего выступает кислород, который подается для увеличения скорости процесса, удаления продуктов горения. Благодаря действию кислорода происходит равномерное нагревание всех слоев металла.

Это продолжается до тех пор, пока поверхность металлического изделия не будет прорезана до конца.

Точность подобного процесса достигается автоматически. С помощью заданной компьютерной программы можно получить металлическую деталь любой конфигурации. Этот метод обработки позволяет обрабатывать детали, имеющие особо сложные контуры.

Эскизная установка для лазерной резки.

Для листового металла чаще всего используют оборудование, основанное на работе твердотельных или газовых лазеров.

Благодаря таким установкам контур на металлическом изделии не деформируется, что обычно характерно для механической обработки. Установки лазерной резки металла способны выполнить данную процедуру очень быстро.

К тому же эта процедура характеризуется высокой точностью. Процесс обрабатывания детали выполняется с образованием минимального количества отходов.

Лазерная резка может применяться для твердосплавных металлов. Этот метод используют для обработки стали, алюминия и его сплавов, цветных металлов.

Читайте также:  Цинкование металла своими руками и технологии оцинковки

Оборудование для лазерной резки металла способно решить такие нелегкие задачи, как получение отверстий небольшого диаметра в сверхтвердых материалах. Кроме того, эти установки могут обработать утолщенные детали и изделия сложной формы. Оборудование для подобного процесса применимо к обработке деталей, выполненных из тонких и хрупких материалов.

В связи с тем, что механическое воздействие на материал отсутствует, полученная деталь имеет ровные и качественные края, которые не требуют дальнейшей обработки.

Источник: https://moiinstrumenty.ru/rezhushhie/ustanovka-lazernoi-rezki.html

Технологические процессы лазерной резки

Успехи по созданию и применению лазерной резки на практике за период почти 40 лет поистине превзошли все ожидания. Уже в 1962 г., спустя лишь 1,5 года после создания первого лазера, фирма «Спектра физикс» (США) поставила на рынок первые коммерческие лазеры. Множество модификаций и типов конструкций лазеров трудно поддается учету и анализу.

Самый миниатюрный лазер имеет длину несколько микрон, самая крупная по габаритам лазерная установка «Нова» в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в США — 137 м и суммарную мощность 1014 Вт. Она используется для фокусировки излучения на смеси дейтерия и трития при термоядерном синтезе.

Самый мощный лазер Европы «Астерикс» в институте Макса Планка имеет мощность 1012 Вт, работает на атомах йода с накачкой светом фотовспышек.

Области применения лазеров и лазерной техники еще более многочисленны, чем разнообразие их конструкций. Всего насчитывается несколько сотен областей использования лазеров на практике. Наиболее массовой областью использования лазерной техники является в настоящее время лазерная обработка материалов, в основе которой лежит в большинстве случаев тепловое воздействие лазерного излучения.

Создание в 70-х гг. газовых лазеров непрерывного действия повышенной мощности (свыше 1 кВт) открыло новые перспективы в применении лазерной техники.

С их появлением область использования лазерного луча для обработки материалов расширилась от микроэлектроники и приборостроения до многих энерго- и материалоемких отраслей промышленности, таких как машиностроение, электротехническая промышленность, металлургия и т.д. Этому способствовали уникальные свойства лазерного излучения как инструмента при обработке материалов.

Высокие плотности мощности лазерного излучения, существенно превосходящие другие источники энергии (до 108-109 Вт/см2 в непрерывном режиме и до 1016-1017 Вт/см2 в импульсном режиме), позволяют не только значительно увеличить производительность обработки, но и получать качественно новые результаты по свойствам обрабатываемых материалов.

В этой связи лазерный луч как источник нагрева при термической обработке материалов имеет как общие особенности, свойственные всем другим высококонцентрированным источникам, так и свои специфические преимущества, среди которых можно выделить две большие группы.

  1. Высокая концентрация подводимой энергии и локальность. Это позволяет произвести обработку только локального участка материала без нагрева остального объема и нарушения его структуры и свойств, что приводит к минимальному короблению деталей. В результате достигаются экономические и технологические преимущества. -Кроме того, высокая концентрация подводимой энергии позволяет провести нагрев и охлаждение обрабатываемого объема материала с большими скоростями при очень малом времени воздействия. В результате открывается возможность получения уникальной структуры и свойств обработанной поверхности.
  2. Высокая технологичность лазерного луча, что подразумевает возможность регулирования параметров обработки в очень широком интервале режимов, легкость автоматизации процесса, возможность обработки на воздухе, исключение механического воздействия на обрабатываемый материал, отсутствие вредных отходов, возможность транспортировки излучения и др.

В результате удается реализовать такой широкий круг технологических процессов и методов обработки материалов (сварка, наплавка, маркировка, закалка, резка и др.), который недоступен другим видам инструмента.

Благодаря созданию надежного и достаточно экономичного лазерного оборудования в 70-80-х гг. возникла новая промышленная технология — лазерная технология обработки материалов.

Всемерное развитие лазерной техники и технологии является сейчас одним из приоритетных направлений ускорения научно-технического процесса, важным фактором интенсификации различных областей промышленности.

До настоящего времени выполнен большой объем исследований по применению лазеров в обработке материалов, сформированы основные научные направления, получен большой материал по работе лазерной техники в промышленности.

Рассмотрим особенности конкретных технологических процессов лазерной обработки материалов

Фигурная резка древесных материалов.

Этот процесс широко используется на многих малых предприятиях при изготовлении наличников, карнизов, кронштейнов, мебели и кухонных изделий, шкатулок, сувениров и художественных изделий, эмблем и товарных знаков из драгоценных пород дерева.

Раскрой материалов из доски, фанеры, древесно-стружечных плит толщиной до 40 мм осуществляется по сложному программируемому контуру при скорости реза до 3 м/мин. Особый интерес представляет при этом изготовление художественного инкрустированного паркета.

Резание металлов. Лазерная резка стальных листов толщиной до 6 мм по сложному контуру является наиболее распространенным технологическим процессом лазерной обработки в промышленности.

Ее применяют для вырезки таких деталей, как прокладки, кронштейны, панели, приборные щитки, двери, декоративные решетки, дисковые пилы.

Весьма эффективным оказалось применение лазерной резки фигурных изделий на стадии освоения новой продукции, так как из-за высокой гибкости лазерного оборудования значительно сокращаются сроки освоения изделий.

В этих условиях лазерная резка экономичнее резки водяной струей и эрозионной проволокой. В настоящее время высокими темпами развивается резка пространственных изделий, в том числе с использованием роботов-манипуляторов, при этом лазерное излучение к зоне обработки может передаваться по гибкому оптоэлектронному лучепроводу.

Резка неметаллов и труднообрабатываемых материалов.

Как показала практика, лазерное излучение может эффективно использоваться для раскроя неметаллических материалов: оргстекла толщиной до 50 мм, фторопласта до 30 мм, стеклотекстолита, гетинакса, полиэтилена, поливинилхлорида до 2 мм, асбоцемента, базальтовых тканей, тканей для бронежилетов, кожи, картона для упаковки, керамики, ситалла, ковров и текстиля. Разработаны экономичные методы резки и термораскалывания стекла, в том числе и по сложному контуру.

Сварка. Лазерной сваркой достаточно просто формируются соединения из углеродистых и легированных сталей толщиной обычно до 10 мм.

Наиболее полно преимущества лазерной сварки реализуются при сварке тонких изделий (до 1 мм): электроконтактов, корпусов приборов, батарей аккумуляторов, сильфонов, переключателей, сердечников трансформаторов.

Проводится высококачественная сварка ювелирных изделий из золота, платины -(цепочек, колец), а также сварка термопар, -токовводов и т.д.

Маркировка.

Этот процесс получил распространение при нанесении размерных шкал на мерительный инструмент, изготовлении табличек и указателей, маркировке изделий (инструмента, подшипников) и товаров, изготовлении сувениров в виде значков или в виде объемных рисунков внутри стеклянных изделий. Процесс маркировки деталей приборов высокопроизводителен и отличается малой стоимостью. Все больше места в общем объеме процессов находит декоративная гравировка: нанесение художественных рисунков на панно, элементы мебели, стекло, кожу и т.д.

Пробивка отверстий. С помощью этого метода можно получать отверстия диаметром 0,2-1,2 мм при толщине материала до 3 мм. При соотношении высоты отверстий к их диаметру 16:1 лазерная пробивка превосходит по экономичности почти все другие методы.

Объектами применения этой технологии являются: сита, ушки игл, форсунки, фильтры, ювелирные изделия (подвески, четки, камни). В промышленности с помощью лазеров осуществляется пробивка отверстий в часовых камнях и в волочильных фильерах, причем производительность достигает 700 тыс.

отверстий в смену.

Лазерная закалка. Воздействие лазерного излучения на поверхность сплавов позволяет получить глубину упрочнения до 1,5 мм при ширине единичных полос 2-15 мм.

Обработке обычно подвергаются детали, работающие в условиях интенсивного износа: направляющие станков, детали двигателей, кольца подшипников, валы, барабаны, запорная арматура, режущий инструмент, штамповая оснастка.

Обычно достигается увеличение стойкости изделий в 1,5-5 раз.

Легирование и наплавка. С помощью этих процессов на поверхности сплавов получают слои с уникальными свойствами: высокой износостойкостью, теплостойкостью и т.д.

Наибольшее распространение получает лазерная наплавка с целью восстановления изношенных деталей машин: распредвалов, коленвалов, клапанов, шестерен, штампов.

Процесс отличается минимальными деформациями детали и повышенной износостойкостью поверхности.

Процессы микрообработки.

Высокая степень автоматизации в последние годы позволила вновь на новой стадии использовать на практике такие процессы, как подгонка номиналов резисторов и пьезоэлементов, отжиг имплантированных покрытий на поверхности полупроводников, напыление тонких пленок, зонная очистка и выращивание кристаллов. Возможности многих процессов к настоящему моменту еще не до конца раскрыты.

Лазерная стереолитография. Суть этой технологии состоит в послойном изготовлении вещественных копий компьютерных образов деталей, формируемых с помощью пакетов трехмерной графики.

Конкретно технология включает в себя следующие этапы: создание компьютерного образа детали при разбиении его на тонкие поперечные сечения, последовательное воспроизведение этих поперечных сечений при полимеризации поверхности жидкой фотополимеризующейся композиции сфокусированным лазерным излучением, перемещающимся по этой поверхности. Каждый полимеризующийся слой имеет свою сложную конфигурацию, макет изделия формируется при последовательном наложении слоев. Поскольку сфокусированное излучение имеет размеры в несколько десятков микрон и скорость его перемещения может достигать 1 м/с, то можно говорить о создании высокоточной сверхскоростной компьютерной технологии воспроизведения формы пространственных объектов. Для логического завершения этой проблемы необходима реализация последнего, очень важного этапа: превращения полимерных объектов в детали машин или другие изделия, отвечающие определенным требованиям, например, из различных сплавов. Таким процессом, завершающим цикл прототипирования, может быть процесс литья.

Разрабатываемые перспективные технологии. Среди разработок новых техпроцессов большое место занимают комбинированные методы обработки, где воздействие лазерного излучения совмещено с другими техпроцессами.

Так, использование лазерного луча совместно с электрической дугой, плазменной струей или газовой горелкой позволяет в несколько раз повысить эффективность воздействия, то есть увеличить толщину сварки, резки или закалки.

Применение лазерного излучения при механической обработке металлов и сплавов позволяет поднять производительность в несколько раз, улучшить качество обработки. Применение пластического деформирования сплавов перед или после лазерной закалки позволяет получить новые свойства поверхности.

Интенсивно развиваются методы лазерной обработки тонкостенных листовых материалов для формирования объемных конструкций вследствие направленного деформирования. Известны работы в нашей стране и за рубежом по скоростной лазерной обработке поверхности электротехнических сталей и сплавов для изменения электромагнитных свойств.

Большой интерес представляют процессы, основанные на инициировании химических реакций на поверхности материалов, в частности, реакций восстановления металлов, синтеза нитридов, карбидов и других соединений.

С успехом проведены работы по очистке от загрязнений и окислов произведений искусства под воздействием лазерного излучения, а также по очистке поверхностей от лакокрасочных покрытий. Имеются проекты по использованию лазерного луча для разрушения горных пород при их бурении, для вскрытия льда на трассе ледокола и даже для выпечки хлеба.

Таким образом, теория и практика лазерной обработки материалов подтверждает огромные возможности лазерных технологических процессов, которые позволяют эффективно решать крупные производственные задачи. При этом применение лазерной техники выводит производство на новый высокоинтеллектуальный уровень, на уровень технологий будущего столетия.

Источник: https://lasermachine.ru/articles/texnologicheskie-proczessy-lazernoj-rezki/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector