г.Нижний Новгород ул.Вторчермета д.1С
Пн-Пт с 8:00 до 17:00
Пн-Пт с 8:00 до 17:00
Главная / О компании / Статьи и информация / Как осуществляется лазерная резка?

Как осуществляется лазерная резка?

Понимание процесса лазерной резки важно для выполнения работ этим методом. Также следует знать критерии качества раскроя, допустимые отклонения по размерам заготовок и шероховатости кромки. Не обойтись и без знаний по настройке оборудования. Только так получают качественные изделия.

Название метода говорит само за себя, раскрывая суть процесса. Резка выполняется лазерным лучом, испускаемым станком. Практически любой материал под его направленным действием быстро сгорает, испаряется, разрушается. Область плавления активно распространяется вглубь заготовки, остается лишь ровный рез.

Существует два вида резки:

  • Плавление.
  • Испарение.

Последний предполагает работу оборудования высокой мощности, а это грозит большими затратами на энергоресурсы. Плюс испарение не применяется для обработки заготовок большой толщины.

Поэтому чаще используется резка металла способом плавления. Процесс усовершенствовали с помощью применения воздуха, кислорода, азота, инертных газов. Новшество привело к сокращению расходов на электроэнергию, повысило скорость резки, позволило использовать станки малой мощности для работы с более толстыми материалам.

Плюсы применения кислорода:

  • активизируется окисление металла, уменьшая отражающую способность;
  • повышается тепловая мощность в области обработки из-за более быстрого процесса горения материала в кислородной среде;
  • газ подается под давлением и выдувает из зоны обработки небольшие частицы металла и продукты сгорания, упрощая подачу новых порций газа в область реза.

Типы обработки

  • Лазерно-кислородная резка.

Применяемый в этом виде обработки газ является режущим. При его взаимодействии с горячим металлом начинается экзотермическая реакция окисления, и образующиеся продукты распада одномоментно выдуваются кислородной струей. Работа выполняется с высокой скоростью, при этом разрез получается чуть меньше 100 мкм.

С уменьшением толщины материала увеличивается давление кислородного потока. Так, в ходе резки тонкого листа оно достигает 3–4 атм. Струю формирует расстояние между срезом сопла, которое выбирается в ходе настройки оборудования исходя из толщины обрабатываемого металла. Максимальная толщина листа стали при мощности лазера 6 кВт составляет 3 см. Скорость при такой толщине минимальная — 0,5 м/мин.

  • Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом (LASOX).

Для обработки стальных листов большой толщины (вплоть до 10 см) рекомендуется использовать технологию, при которой лазерный луч нагревает металлическую поверхность до 1000 °С, а затем в работу включается струя кислорода, которая режет материал со сверхзвуковой скоростью за счет давления в 6–10 атм.

Ширина реза и диаметр струи кислорода равны (≥ 3 мм). Расстояние от поверхности металла до среза сопла должно быть около 7 мм. Скорость реза уменьшается до 0,2 м/мин, что является лучшим результатом в сравнении с предыдущим типом.

  • Лазерная резка в инертном газе.

Технология не допускает окисления краев металла, а потому применяется для обработки листов из нержавейки, титана, сплавов алюминия. Дополнительный источник нагрева не используется, поэтому скорость раскроя металла низкая.

Рабочее давление режущего газа — более 10 атм. Диаметр сопла зависит от толщины обрабатываемого металла. Чем она больше, тем выше расход газа, а значит, и стоимости резки.

  • Лазерное термораскалывание стекла.

Технология применяется для резки стекла и иных ломких материалов. Луч лазера нагревает обрабатываемую поверхность неравномерно, а под действием струи инертного газа эта зона охлаждается, и в результате образуется трещина. Перемещая источник тепла по поверхности материала, можно управлять движением трещины. Результат работ — ровная гладкая грань.

  • Сублимационная резка (лазерная испарительная).

Данную технологию применяют, когда необходимо минимизировать тепловое воздействие. Интенсивность излучения лазера должна быть при этом очень высокой. Процесс резки осуществляется при минимальной длительности импульсов излучения — до нано- и пикосекунды, а волна имеет длину до 1 мкм. Технология предусматривает использование твердотельных, эксимерных, а также лазеров, работающих на парах металлов. КПД таких процессов невысокий.

Лазерно-кислородная технология — стандартный и наиболее распространенный тип резки материалов. Все прочие виды применяются редко, решают отдельные задачи.

Минусы и плюсы

Данная технология применяется в разных областях промышленности и производства: медицине, авиации, машиностроении.

Причина популярности кроется в ряде плюсов лазерной резки:

  • обеспечиваются высокая точность и скорость, ровная кромка, дополнительная обработка готовых изделий не требуется;
  • возможно создание криволинейных конструкций любой сложности, объемных деталей, фасонных изделий, в том числе из хрупких материалов;
  • в процессе обработки материал не деформируется, не перегревается, не подвергается механическому воздействию, так как применяется бесконтактный метод;
  • технология подходит для обработки любых металлов, в том числе обладающих высокой теплопроводностью, а также пластика, дерева, картона, текстиля, кожи;
  • во время работы отсутствует пыль;
  • оборудование легко управляется, процесс автоматизирован.

У технологии есть и минусы: высокая цена, неравномерная скорость изготовления, строгие ограничения по параметрам обрабатываемой заготовки — листы не более 3000 x 1500 мм. Максимальная толщина зависит от возможностей конкретного оборудования и применяемого типа лазера.

Нюансы обработки лазером некоторых металлов

  • Алюминий.

Сложности в раскрое обусловлены высокой теплопроводностью металла и низкой способностью поглощать лазер из-за теплофизических и оптических свойств. Поэтому при работе требуется большая мощность луча.

Обеспечивается этот показатель газовыми устройствами, которые могут работать в непрерывном режиме или импульсно, а также твердотельным оборудованием (точечное воздействие).

Качественный результат реза получают, выполняя обработку с меньшей скоростью. Для исключения шероховатостей на кромках, даже незначительных, используется азот.

На оборудовании установлено программное обеспечение для точности обработки. Заготовку не требуется закреплять на столе раскроя, поскольку физический контакт между изделием и станком отсутствует. В компьютер добавляется чертеж, выставляются все параметры, далее начинается процесс резки.

  • Латунь.

В составе сплава красная медь и цинк. Твердость и хрупкость определяются процентным содержанием Zn: чем его больше, тем выше эти показатели. Но такой материал непригоден для технических целей, поскольку сложно поддается резке. Цинка в сплаве не должно быть более 42 %.

Температура плавления латуни — 880–950 °С. Сплав обладает повышенной твердостью, значительной теплопроводностью, устойчив к излучению лазера.

Настройка станка

Режим резки подбирается с учетом толщины обрабатываемой заготовки из латуни:

  • менее 5 мм — импульсный;
  • 5–12 мм — плазменный.

Импульсный режим нагревает зону обработки с короткими перерывами (точечно), а не постоянно, поэтому уменьшается область нагрева. Ширина реза минимальна при высоком качестве краев. Оборудование в этом режиме выдает небольшую мощность луча при шаговой интенсивности.

Плазменный (расплавный) режим равномерно воздействует теплом на область разреза. Лазерный луч раскаляет металлическую заготовку с помощью инертного газа. Образовавшаяся плазма сохраняет t по всей толщине изделия.

Если на торце имеется пористость или шероховатость, дефекты убирают с нижней стороны. Лист меди плохо поглощает излучение лазера, поэтому техника работает с низкой скоростью при обработке латуни.

Качественный результат достигается при использовании волоконного оборудования или лазеров Nd:YAG с длиной волны 1,06 мкм. Для резки латуни не подходят CO2-лазеры, поскольку ее поверхность полностью их отражает.

Параметры качества

В работе обращают внимание на шероховатость, глубину воздействия температуры, ширину реза, неперпендикулярность краев, грат на кромках, точность выполнения деталей. На все эти показатели влияют толщина и тип обрабатываемого металла, вспомогательный газ, скорость резки, параметры излучения лазера. С учетом толщины материала выставляют скорость обработки, близкую к максимальной, но с сохранением качества резки.

С увеличением диаметра направленного излучения растет толщина расплава в зоне передней поверхности. Качество резки от этого сильно страдает.

Положение рабочей поверхности резака относительно детали сильно влияет на результат обработки. Ее располагают на плоскости или заглубляют на треть толщины материала. Отклонения фокальной поверхности от установленного положения допустимы в пределах 0,1–0,5 мм.

Шероховатость поверхности реза характеризуется частотой повторений, глубиной, наклоном бороздок. Она изменяется исходя из толщины заготовки. Зона с наименьшей глубиной бороздок находится у верхнего края и распространяется вглубь обрабатываемого материала по причине периодического разрушения.

У нижнего края располагается зона, где насечки имеют максимальный наклон в противоположную резке сторону из-за действия вспомогательного газа, а также жидкого стекающего сплава.

На качество лазерной резки неметаллических заготовок влияют те же параметры. Единственное исключение — они более устойчивы к действию излучения. Ширина разреза при равной толщине со стальными заготовками у разлагаемых материалов больше в 1,5–2 раза, а шероховатость меньше (30–40 мкм). Кромки срезов дерева, винипласта, стеклотекстолита, резиностеклопластика или кожи покрываются обугленным слоем 0,5–1 мм. Если готовая деталь является электроизолятором, такой слой убирают.

Точность резки на 50–80 % зависит от калибровки оборудования, погрешностей в выбранной технологии обработки. Параметры настраивают с учетом толщины заготовки и ее последующего предназначения.

Как улучшить качество лазерной резки?

  1. Очистка защитного стекла или линзы в соответствии с правилами.

Каждому виду лазера соответствует определенная процедура очистки. Работая с волоконным или дисковым устройством, рекомендуется очищать стекло, защищающее линзы режущей головки.

Специалистам, использующим углекислотный лазер, необходимо чистить линзы с последующей полировкой, например, средством Topol polish от TRUMPF.

При удалении грязи нельзя сильно надавливать на линзы, иначе могут появиться царапины. Работать следует круговыми движениями, нанося состав в умеренном количестве.

Рекомендуется дополнить станок с углекислотным лазером поляризатором, покупка которого обойдется в несколько сотен долларов. Его работа окупает вложенные средства в короткий срок.

Чтобы изучить и впоследствии устранить все дефекты (внутренние трещины, царапинки), линзу освещают снизу ярким светом.

  1. Проверка фокусировки сопла.

Для этого натянутую ленту пробивают, направляют на нее луч лазера слабой мощности в течение секунды и осматривают отверстие.Допустимый сдвиг не может быть более 1 мм.

Если центрация сопла точная, можно увеличить скорость на 20–80 % от начальной при правильности остальных настроек.

  1. Регулярная проверка фокуса.

Многие современные модели осуществляют тест фокуса автоматически. Если оборудование старое, например Mazak, специалист включает лазерный луч на малую мощность и, поворачивая ручку, находит абсолютный фокус. Он смотрит за светом луча, который становится синим, после чего записывает номер. Далее он возвращает на прежнее место режущую головку и повторяет процедуру трижды. В итоге мастер вычисляет среднее числовое значение, которое загружается в контроллер.

Работнику необходимо обнаружить на тестовом образце тончайшую полоску, после чего убедиться, что для данной полоски фокус равен 0. Когда тончайшей полоске соответствует «3», оператор перемещает на 3 мм точку фокуса и снова проводит тест. Процедуру повторяют, пока тончайшая полоска не станет соответствовать нулю.

Работая с лазером, мастер изучает расход газа, его безопасное использование в углекислотных системах. Все описанные принципы — основа настройки необходимых параметром резки. Позднее специалисты понимают, что влияющих на работу лазера обстоятельств много: от местоположения предприятия и до обрабатываемого материала.

Не нашли нужную услугу?
Оставьте заявку и мы свяжемся с вами в течение 5 минут!