Лазерная резка

Лазерная резка – это высокоточный-бесконтактный процесс термической резки, при котором сфокусированный лазерный луч плавит, сжигает или испаряет материал. Он широко используется в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, электроника, машиностроение, телекоммуникации, строительство и медицина, благодаря своей точности, скорости и универсальности. Он может резать все виды металлов, таких как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий, медь, латунь и титан, а также резать металл толщиной от 0,1 мм до 25 мм с очень жестким допуском ± 0,1 мм (высокая- точность), ± 0,3 мм (промышленный).

Описание

Волоконные лазеры известны тем, что производят более узкие лучи, и они могут обеспечить примерно в четыре раза большую эффективную мощность при той же выходной энергии лазера. Они работают быстрее и с большей точностью, чем их аналоги, работающие на CO2. Резка волоконным лазером требует более низких эксплуатационных затрат благодаря электрическому КПД, однако в процессе резки требуется больше защитного азота. Они подходят для высокоточной-резки более тонких металлических материалов, материалов с высокой отражающей способностью, таких как алюминий и нержавеющая сталь. В то время как CO2-лазерный резак может обеспечивать более широкий луч и обеспечивает более высокую мощность устройства, он лучше подходит для менее-точной резки более толстых пластин. Обычно первоначальная стоимость оборудования CO2-лазера ниже, чем у волоконного лазера, но эксплуатационные расходы обычно выше на единицу длины резки. Fabmann предлагает высококачественную-лазерную резку, а также услуги по изготовлению металлов, включая различные решения для резки металла, формовку металла, сварку и различную обработку поверхности металла, такую как порошковое покрытие, цинкование, горячее цинкование, шерардирование и дуплексное покрытие. Fabmann стремится предоставлять нашим клиентам первоклассный сервис.

Преимущества лазерной резки

Лазерная резка металла завоевала широкую популярность в различных отраслях благодаря своей «точности», «эффективности», «универсальности» и «ценовой-эффективности». Одним из больших преимуществ является то, что он может значительно сократить расходы на оснастку за счет «устранения форм», «минимизации отходов материала» и «повышения гибкости производства». Ниже приведен краткий список преимуществ:

√Устраняет затраты на изготовление и обслуживание пресс-форм, физические инструменты не требуются. В отличие от штамповки или высечки-резки, лазерная резка использует ‌бесконтактную тепловую энергию‌ для обработки материалов, что устраняет необходимость в изготовлении индивидуальных форм.
Позволяет избежать расходов,-связанных с пресс-формой‌, и позволяет легко сэкономить затраты, связанные с проектированием, изготовлением пресс-форм, а также периодическими затратами на техническое обслуживание и ремонт.
√Снижает затраты на настройку и переналадку, мгновенную настройку параметров‌. Лазерные системы позволяют быстро переключаться между заданиями путем изменения цифровых настроек (например, мощности, скорости, типа газа), что позволяет избежать-отнимающей много времени замены пресс-формы.
√Универсальность‌: один лазерный станок может обрабатывать материалы различной толщины (например, нержавеющую сталь, алюминий, медь) и толщины (1–20 мм) без переоснащения.
√Сводит к минимуму отходы материала и вторичную обработку, а узкая ширина пропила (0,1–0,3 мм) оптимизирует использование материала, снижая процент брака «в среднем примерно на 15%» по сравнению с механическими методами.
√Высокое качество кромки‌, кромка лазерной режущей кромки обычно гладкая, без заусенцев-(Ra < 12,5 мкм), что часто исключает необходимость последующей-обработки, такой как шлифовка или удаление заусенцев.
√Экономически-экономичен для небольших партий и поддерживает разработку небольших-объемов и прототипов.
√Быстрые итерации дизайна и ускоряют циклы разработки продуктов.
√Короткое время настройки, переход от часов к минутам.

Особенности лазерной резки различных металлических материалов

Алюминий‌

Толщина: обычно до ‌20 мм‌ при использовании волоконных лазеров высокой-мощности (более или равной 6 кВт) тонкие листы (1–6 мм) обеспечивают наилучшее качество.

Ширина реза‌: ‌0,1–0,3 мм‌, зависит от отражательной способности материала и вспомогательного газа (азот предпочтителен во избежание окисления). ‌Допуск‌: ±‌0,05–0,1 мм‌ для тонких листов; более толстые материалы (±0,15 мм) из-за термической деформации.

Качество резки‌, гладкие края с минимальным окалином при использовании азота.

Риск ‌окисления‌ при использовании кислорода, требующий последующей-обработки.

Волоконные лазеры имеют ряд преимуществ, которые делают их предпочтительным вариантом резки алюминия:

√Высокая-плотность мощности позволяет концентрировать энергию в очень маленькой точке, что позволяет эффективно резать даже светоотражающие материалы, такие как алюминий.

√Высокая скорость резки, высокая мощность и превосходное качество луча волоконных лазеров обеспечивают быструю резку, повышая производительность.

√Минимизированная (HAZ) зона теплового-воздействия. Он может выделять меньше тепла, чем другие типы лазеров, что приводит к более чистому резу с меньшими тепловыми искажениями.

√Универсальность: он может резать алюминий различной толщины и сплавы.

Проблемы качества лазерной резки алюминия

Aluminum Laser Cutting

Лазерная резка алюминиевых материалов, включая трубы, листы или пластины, не вызывает головной боли, и если вы сможете понять эти препятствия, это может помочь вам достичь оптимальных результатов при минимизации затрат на резку металла.

√Отражательная способность — едва ли не основная проблема при лазерной резке алюминия, поскольку она также может вызывать обратные отражения, повреждающие станок. Алюминий естественным образом отражает значительную часть лазерного луча, что может снизить эффективность резки и потенциально повредить лазерную систему, если ею не управлять должным образом. Эта отражательная способность требует использования определенных типов лазеров и уровней мощности для обеспечения эффективной резки, и из-за этой проблемы волоконный лазер является очень популярным выбором.

√Теплопроводность, хорошая теплопроводность делает лазерную резку весьма сложной задачей, поскольку материал быстро рассеивает тепло, что может затруднить достижение локализованного плавления, необходимого для точной резки. Таким образом, хорошая теплопроводность может привести к увеличению ширины пропила и потенциальному нагреву-зон вокруг кромок разреза.

√Оксидный слой – тонкий оксидный слой, образующийся на алюминиевых поверхностях, обычно мешает процессу лазерной-резки и имеет более высокую температуру плавления, чем сам алюминий, что может привести к несоответствию качества резки или к необходимости дополнительной мощности для проникновения.

√Молекулярная структура, ее податливая молекулярная структура иногда может привести к снижению желаемого качества кромки, и часто на кромке появляются заусенцы или небольшой эффект плавления вдоль кромок среза. Для некоторых требовательных проектов требуется последующая-обработка.

Нержавеющая сталь

Волоконный лазер имеет примерно на . 40 % более высокую энергоэффективность, чем CO₂-лазер, поэтому он может разрезать более толстые пластины примерно на 30 % при той же мощности, поэтому волоконный лазер более популярен при резке материалов из нержавеющей стали. Кислород может улучшить режущую способность, но при этом образуется темный оксидный слой. Например, волоконный лазер мощностью 3000 Вт может разрезать пластину толщиной 12 мм, а с помощью кислорода он может увеличить предел до 18 мм. Азот может значительно уменьшить оксидный слой, поэтому он широко используется для изготовления толстых листов с высокими требованиями к качеству поверхности. Качество лазерной резки нержавеющей стали зависит в первую очередь от шести параметров:

√ Настройка мощности зависит от толщины и типа нержавеющей стали. Важно, чтобы отверстие, вырезанное лазером, было соосно центру сопла. Популярный вариант мощности обозначается следующим образом:

‌1. Тонкая пластина (1–3 мм), мощность 1000–2000 Вт с азотной защитой для предотвращения термической деформации.

2‌. Средняя пластина (10-25 мм), рекомендуется мощность 4000-6000 Вт, кислород используется для уменьшения дефектов шлака.

‌3. Extra thick plate (>50 мм): требуется мощность 12000 Вт + в сочетании с технологией множественной перфорации, при этом контролируя стабильность давления газа для уменьшения конусности.

√ Размер сопла определяет форму потока газа, поступающего в надрез, площадь газодиффузии и скорость потока газа, тем самым влияя на стабильность удаления расплава и резки. Поток воздуха, поступающий в разрез, велик, скорость высокая, а положение заготовки в потоке воздуха правильное, тем сильнее способность распыления удалять расплавленный материал. Чем толще нержавеющая сталь, тем большего размера следует использовать сопло, тем больше настройка пропорционального клапана и тем больше скорость потока, можно обеспечить давление и уменьшить эффект нормального сечения. Рекомендуемый диаметр сопла для резки нержавеющей стали различной толщины следующий:

1. 1мм, φ1,0 мм

2. 2-3мм, φ1,5 мм

3. 3-5мм, φ2,0 мм

4. 5-10мм,φ 3,0 мм +

√ Тип вспомогательного газа, кислород, азот и воздух обычно используются для лазерной резки нержавеющей стали, и каждый из них по-разному влияет на качество резки. Кислород вступит в экзотермическую реакцию, добавляя дополнительное тепло к режущей поверхности, что обеспечивает более гладкую кромку среза, однако придает кромке среза желтый оттенок. Азот может сохранить первоначальный цвет нержавеющей стали от окисления, а резка азотом приводит к узкому пропилу из-за отсутствия экзотермической реакции окисления, поэтому для вытеснения расплавленного металла из нижнего пропила требуется более высокое давление азота. Поэтому азот является предпочтительным вспомогательным газом при резке нержавеющей стали. Вспомогательный газ направляется коаксиально на заготовку вместе с лазерным лучом, и его основная цель — вытеснить расплавленный материал из реза и предотвратить образование окалины.

√ Положение фокуса, разная толщина пластины и марки нержавеющей стали требуют разного положения фокуса. Перед резкой измеряется фактический нулевой фокус, а тестирование и анализ параметров процесса резки можно проводить, используя нулевой фокус в качестве эталона. Отрицательный дефокус является основным направлением выбора процесса резки нержавеющей стали. При резке толстых листов фокус должен быть установлен внутри листа (обычно от 1/3 до 1/4 толщины листа), чтобы оптимизировать распределение энергии.

√ Настройка частоты, высокочастотная-резка (400–500 Гц) позволяет уменьшить количество остатков шлака и улучшить качество резки тонких листов и заготовок с высокими требованиями к точности. При резке листов средней толщины (6–10 мм) снижение частоты до 200–300 Гц может улучшить качество резки, если установка на 100 Гц приведет к сбою резки.

√ Рабочий цикл, рабочий цикл 53% является критическим значением. Если продолжать уменьшать скважность, то на нижней поверхности появятся следы неполного резания, скважность увеличится до 60%, сечение станет шероховатым и слоистым. Коэффициент заполнения импульса относится к доле времени облучения пучка в каждом импульсе.

Углеродистая сталь

Лазерная резка углеродистой стали обычно требует определенного диапазона мощности, толщины стали, а также диаметра сопла, и ниже представлена популярная настройка с фиксированными параметрами, выбранная многими производителями:

√Толщина стали: 1,0-3,0 мм 1-2 кВт с соплом 1,0-1,5 мм.

√Толщина стали: 3,0-6,0 мм, 2-4 кВт с соплом 1,5-2,0 мм.

√Толщина стали 6,0-10,0 мм, 4-6 кВт с соплом 2,0-2,5 мм.

√Толщина стали выше требует мощности 6K+ кВт, а размер сопла часто превышает 2,5 мм.

Рекомендации по лазерной резке углеродистой стали

Пластина из углеродистой стали 8 мм

При обсуждении того, как определить наилучшие параметры процесса лазерной резки, нам обычно необходимо учитывать несколько ключевых факторов, включая мощность лазера, скорость резки, тип газа, размер сопла и давление. Правильная настройка этих параметров позволяет оптимизировать эффект лазерной резки пластин из углеродистой стали, а также повысить эффективность производства и качество резки. Кроме того, различные схемы резки будут влиять на выбор и настройку параметров процесса резки, что, в свою очередь, влияет на скорость и качество резки. Оператор должен понимать, что эксперименты и оптимизация параметров должны быть проведены до массовой резки. В то же время, благодаря постоянным попыткам и оптимизации, мы можем постепенно накапливать опыт и повышать точность и эффективность резки. После серии экспериментов мы можем получить оптимальные параметры процесса для станка волоконной лазерной резки средней-мощности для резки углеродистой стали толщиной 8 мм. Далее мы подробно рассмотрим выбор и настройки для лазерной резки углеродистой стали толщиной 8 и 3 мм.

√Тип лазера: волоконный лазер

√Скорость резки: 13 мм/с.

√Мощность: 5 кВт

√Фокусное положение:+3.2мм

√Размер сопла: 2,3 мм

√Вспомогательный газ: кислород

√Давление газа 0,04МПа.

√Частота перфорации: 80 Гц.

Пластина из углеродистой стали толщиной 3 мм

√Тип лазера: волоконный лазер

√Скорость резки: 70 мм/с.

√Мощность: 3 кВт

√Фокусное положение:+2мм

√Размер сопла: 2,3 мм

√Вспомогательный газ: кислород

√Давление газа 0,35МПа.

√Частота перфорации: 300 Гц.

В промышленных применениях ширина реза CO2-лазера обычно составляет от 0,2 до 0,3 мм, что особенно подходит для резки средних и толстых листов, а также зависит от типа лазерной резки и толщины стального материала. Кислородная помощь увеличивает ширину пропила, но повышает скорость, а азотная лазерная резка будет иметь чистые края без шлака,-в то время как кислородная помощь создает заусенцы, требующие вторичной шлифовки.

Медь и латунь

copper laser cutting

Высокая отражательная способность, проводимость и универсальность меди и латуни создают уникальные проблемы для лазерной резки, а двумя основными факторами являются отражательная способность и теплопроводность, которые влияют на эффективность и точность лазерной резки. Волоконный лазер широко используется для решения этих проблем, и при выполнении лазерной резки отражающих металлов, таких как нержавеющая сталь, алюминий, медь и латунь, оператору необходимо учитывать следующие параметры:

√Для волоконного лазера обычно рекомендуется длина волны 1 мкм, которая может хорошо-поглощаться отражающими металлами, такими как медь, алюминий и нержавеющая сталь.

√Мощность и импульс. Очень разумно регулировать мощность лазера и длительность импульса, чтобы оптимизировать процесс резки и предотвратить чрезмерное накопление тепла и отражения. Для тонких медных листов может быть эффективной методика импульсного прожига, которая предполагает постепенное увеличение мощности лазера в течение серии коротких импульсов до тех пор, пока материал не будет пробит, избегая неполных разрезов и образования окалины.

√Вспомогательный газ, азот и кислород часто используются при лазерной резке отражающих металлов, и они могут помочь сдуть расплавленный материал и предотвратить отражения.

√При фокусировке оптики очень важно убедиться, что фокусирующая оптика чистая и правильно выровнена, чтобы минимизировать отражение и оптимизировать эффективность резки.

√Доставка луча. Высококачественные системы подачи луча-с отражающим покрытием помогают минимизировать отражения.

√Перед началом массового производства настоятельно рекомендуется провести калибровку параметров резки, таких как скорость, мощность и фокусное расстояние, для достижения желаемого качества резки без чрезмерного отражения или перегрева, а также пробную резку в небольшом масштабе.

В заключение, управление лазерной резкой меди предполагает выбор подходящего оборудования, понимание тонкостей процессов резки и экспериментирование с различными параметрами. Решая конкретные проблемы, связанные с медью и другими отражающими металлами, вы можете оптимизировать весь потенциал лазерных технологий. Ниже указана рекомендуемая мощность для медных или латунных пластин разной толщины:

1. Тонкий лист, 0,8-1,5 мм, 1000 Вт.
2. Средняя пластина (1,5–2,5 мм), 1500–1800 Вт.
3. Пластина средней и толстой толщины (3–6 мм), 2000–6000 Вт.

Между тем, поддерживать медь при соответствующей температуре очень важно. Рекомендуется устанавливать скорость резки на уровне 85–90 % от максимально допустимой скорости, это обеспечит плавный процесс резки. Настоятельно рекомендуется использовать азот, чтобы избежать окисления и добиться более чистых краев, что особенно полезно для металлов с высокой отражающей способностью, таких как алюминий, нержавеющая сталь, латунь и медь.

Fabmann предоставляет широкий спектр различных услуг по резке металлов, включая лазерную резку, газовую резку, плазменную резку, резку проволокой, гидроабразивную резку и вырубку с помощью технологии компьютерного моделирования для минимизации отходов материала. Кроме того, мы также предоставляем услуги по вторичному изготовлению, такие какобработка металла, сварка металлаиобработка поверхности металлаи поэтому мы можем предоставить вам комплексное-окстанционное-обслуживание магазина.