Лазерная резка: технология, особенности и виды металла для резки
Лазерная резка: технология, особенности и виды металла для резки
Оглавление
Для разделки металлических заготовок, а также изготовления деталей различного назначения, применяется метод лазерной резки. Особенностью такого способа обработки и главным отличием от механической резки, является отсутствие контакта режущих частей с поверхностью металла. При воздействии светового потока место реза нагревается до температуры плавления или испарения. Лазерная резка позволяет изготавливать детали с высокими допусками без окончательной обработки кромок.
Оборудование для лазерной резки
Изготовление деталей или разделка металлических заготовок с помощью лазера выполняется на станках, включающих в себя несколько узлов. Так как процесс резки полностью автоматизирован, оборудование также включает программное обеспечение, взаимодействующее с сервоприводами.
Сервопривод представляет собой сложный приводной механизм, включающий:
корпус выполняет защитные и несущие функции;
электрический двигатель приводит в движение вал, колеса или другой элемент в зависимости от назначения сервопривода;
механизм передачи энергии механическая передача с редуктором, который преобразует и передает вращение от вала электродвигателя на исполнительный орган (вал, колеса);
датчик контроля параметров измеряет параметры рабочей среды вала или колес (момент, скорость, позиционирование в пространстве);
контроллер сервопривода электронная плата, снимающая показания с датчика контроля параметров.
Контроллер анализирует фактические параметры работы сервопривода, сопоставляет их с заданными условиями резки металла и производит корректировку. Этот узел отвечает за синхронную работу привода и определяет качество обработки заготовки.
Резка металлических заготовок на станке осуществляется с помощью светового луча, возникающего в процессе работы оптического квантового генератора. При помощи фокусирующих и коллиматорных линз, луч концентрируется в малый диаметр 0,1-0,2 мм с высокой энергией. Работа станка автоматизирована при помощи числового программного управления. Ввод параметров осуществляется с помощью компьютера.
Принцип работы станка лазерной резки
Лазерная резка металла выполняется при воздействии концентрированного светового потока высокой мощности с сохранением заданной скорости проходки сервоприводами. Задание параметров обработки производится через компьютер. Программное обеспечение позволяет загружать готовые чертежи со сторонних носителей или разрабатывать их непосредственно перед началом работы.
Лазерная резка металла включает:
выбор исходного материала заготовки, размеров, ее установка на станину;
настройка параметров резания для конкретного типа и толщины заготовки из металла при помощи компьютера;
калибровка лазерной головки, ее позиционирование по отношению к заготовке, включая юстировку и настройку фокусного расстояния;
определение параметров светового потока, его мощности и диаметра луча;
тестовая проходка на черновой заготовке;
непосредственно, раскрой или изготовление детали.
Метод резки металла на лазерном станке минимизирует участие человека. Для запуска программы нужно внести исходные параметры детали, загрузить чертеж, а также проконтролировать тестовую проходку. Станок автоматически, на основании указанных оператором данных, производит настройку программы, параметров луча и скорости реза. Электроника сервопривода в автоматическом режиме, посредством датчиков, производит контроль работы станка, корректирует процессы.
При разделке толстостенной стали, дополнительно используется подача газовой среды высокого давления. Дело в том, что толстостенная сталь обрабатывается методом плавления, и для быстрого удаления расплава по линии реза подается инертный газ (азот, аргон).
Виды лазерной резки
Для разделки металлов разных видов применяют несколько технологий. Дело в том, что химический состав сплавов, добавление легирующих примесей и их индивидуальные свойства по-разному проявляют себя при воздействии светового потока.
Для обеспечения качественного реза и точных параметров заготовок, применяются следующее методы:
резание плавлением световой поток нагревает поверхность металла до его температуры плавления, а поступающий через сопло инертный газ выдувает расплав;
резка испарением область реза нагревается до температуры испарения сплава, для сохранения качества шва также применяется газ, поступающий в рабочую область под давлением;
окисление под воздействием реактивного газа – металл нагревается лазером не до температуры плавления, а до момента начала его горения в кислородной среде и начала экзотермической реакции;
прожиг применяется для изготовления технологических отверстий;
микрорезка обработка заготовки производится не на полную глубину, применяется для создания изображений и надписей.
Разделка металла при помощи метода плавления выполняется для толстостенных заготовок, толщиной до 20 мм. Данный способ применяется при работе с легированной и нержавеющей сталью. А вот для резки твердых металлов, а также сплавов с высокой теплопроводность и коэффициентом рассеивания, применяется метод испарения.
Разделка окислительным способом применяется для черных металлов, где не предъявляются высокие требования к качеству реза. Такой метод позволяет ускорить процесс.
Микрорезка применяется для изготовления мелких деталей высокой точности. Например, для выпуска элементов микроэлектроники, а также медицинских изделий.
Что влияет на качество реза
Результат работы, будь то изготовление детали механизма или точная разделка заготовки, зависит от оборудования и качества исходного материала. Поверхность металла должна быть подготовлена, очищена от окалины, лакокрасочного слоя, а также от песка, масел и других посторонних загрязнений.
Кроме этого, в заготовке должны отсутствовать излишние внутренние напряжения, деформации кручения, усталость, а также изменения кристаллической решетки (рекристаллизация, полиморфное превращение).
На качество резки сплавов лазерным станком влияют следующие факторы:
исходные параметры станка – мощность светового потока, скорость проходки, фокусное расстояние, а также вид и параметры давления газа должны задаваться для каждой конкретной марки сплава и его толщины;
качество и параметры исходного материала – кроме внутренних деформаций, на качество реза влияет теплопроводность металла и его химический состав;
настройка программы – задание параметров реза в соответствии со свойствами обрабатываемого сплава, является определяющим фактором качества раскроя;
подготовка чертежа – процесс составления рабочего чертежа для лазерного станка имеет свои особенности и правила, программа будет выполнена только при корректном нанесении линий и соблюдении их типов;
загрузка чертежа – программное обеспечение станков воспринимает только определенные форматы файлов и если чертеж предварительно конвертируется из другого формата, итоговый результат может содержать ошибки;
обслуживание оборудования – проверка состояния линз и зеркал, их своевременная очистка, ревизия сервоприводов, головки лазера, проверка давления газа, а также очистка и смазка движущихся деталей.
Рабочие параметры светового потока оптического квантового генератора имеют большой набор настроек. На компьютере лазерного станка можно регулировать геометрические параметры реза, точность, погрешность, отступы по размерам верхней и нижней кромок. Для изготовления деталей высокой точности до «01» и «0» квалитетов, все узла станка должны быть проверены и технически обслужены.
Ограничения лазерной резки металла
С использованием технологии лазерной резки металла удается достигать точной обработки заготовок. Конструкция станка выполнена по принципу концентрации высокоэнергетического потока света в малой области. Ограниченное пятно воздействия моментально нагревает металл, который выдувается потоком газа. Благодаря высокой скорости работы, поверхность заготовки не перегревается, а кромки реза остаются чистыми, ровными, без заусенцев. Тем не менее, разделка металла на лазерных станках имеет ограничения, которые касаются как экономической, так и технической составляющей.
Работа оборудования должна быть полностью синхронизирована. Мощность лазера и скорость проходки должны соответствовать скорости подачи лазерной головки, а также перемещениям сервоприводов. Если контролеры последнего работают с погрешностью, кромка заготовки не будет соответствовать заданным параметрам.
Чертеж должен определять точки врезки лазера и последовательность проходки. Для понимания очередности действий, программе необходимо различать линии чертежа, которые должны иметь соответствующие типы. Также станок учитывает компенсации керфа (ширины пропила) только при корректном задании параметров.
Параметры лазерной резки различных металлов
Режимы лазерной резки углеродистой стали
Толщина, мм
Мощность лазера, Вт
Скорость резки, м/мин
Тип газа
Давление газа, бар
Диаметр сопла, мм
Качество реза
1
1000
8-12
O₂
0.8-1.2
1.0
Класс 1
2
1000
6-9
O₂
1.0-1.5
1.2
Класс 1
3
1500
4-6
O₂
1.2-2.0
1.4
Класс 2
5
1500
2.5-4
O₂
1.5-2.5
1.6
Класс 2
8
2000
1.5-2.5
O₂
2.0-3.0
1.8
Класс 3
10
3000
1.0-1.8
O₂
2.5-3.5
2.0
Класс 3
15
4000
0.6-1.2
O₂
3.0-4.0
2.2
Класс 4
20
6000
0.4-0.8
O₂
3.5-4.5
2.5
Класс 4
25
8000
0.2-0.5
O₂
4.0-5.0
2.8
Класс 5
30
12000
0.1-0.3
O₂
4.5-5.5
3.0
Класс 5
Режимы лазерной резки нержавеющей стали
Толщина, мм
Мощность лазера, Вт
Скорость резки, м/мин
Тип газа
Давление газа, бар
Диаметр сопла, мм
Качество реза
1
1000
7-10
N₂
8-12
1.0
Класс 1
2
1500
5-7
N₂
10-14
1.2
Класс 1
3
2000
3.5-5
N₂
12-16
1.4
Класс 2
5
3000
2.0-3.5
N₂
14-18
1.6
Класс 2
8
4000
1.2-2.0
N₂
16-20
1.8
Класс 3
10
6000
0.8-1.5
N₂
18-22
2.0
Класс 3
12
8000
0.5-1.0
N₂
20-24
2.2
Класс 4
15
10000
0.3-0.7
N₂
22-26
2.5
Класс 4
20
15000
0.2-0.5
N₂
24-28
2.8
Класс 5
Режимы лазерной резки алюминиевых сплавов
Толщина, мм
Мощность лазера, Вт
Скорость резки, м/мин
Тип газа
Давление газа, бар
Диаметр сопла, мм
Качество реза
1
1500
6-9
N₂
10-15
1.2
Класс 2
2
2000
4-6
N₂
12-18
1.4
Класс 2
3
3000
2.5-4
N₂
15-20
1.6
Класс 3
5
4000
1.5-2.5
N₂
18-22
1.8
Класс 3
8
6000
0.8-1.5
N₂
20-25
2.0
Класс 4
10
8000
0.5-1.0
N₂
22-26
2.2
Класс 4
12
10000
0.3-0.7
N₂
24-28
2.5
Класс 5
15
12000
0.2-0.5
N₂
26-30
2.8
Класс 5
20
18000
0.1-0.3
N₂
28-32
3.0
Класс 5
Ключевые преимущества лазерной резки
Обработка металлических заготовок при помощи высокоэнергетического светового излучения обладает рядом преимуществ перед другими способами (механическим, гидроабразивным).
Достоинства применения лазерной резки:
получаемые детали обладают высокой точностью, их можно использовать для сборки прецизионных узлов и элементов оборудования различного назначения;
разделанные лазером детали не нуждаются в дополнительной (чистовой) обработке, так как поверхность реза не имеет дефектов;
минимальный расход исходного материала, который достигается благодаря узконаправленному воздействию светового потока;
станки с ЧПУ позволяют изготавливать детали сложных форм с минимальными радиусами сопряжения и отверстиями (от 0,5 мм), что невозможно другими методами;
возможность работы с листами тонкого металла без их перегрева и нарушения кристаллической решетки;
скорость обработки и малая ширина реза (0,2-0,4 мм) не дают заготовке перегреваться, тем самым сохраняется высокое качество.
Применение лазерных станков в обработке металла позволяет достигать прецизионной точности в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002г. В зависимости от толщины исходного материала, отклонение от чертежных параметров составляет не более 0,01-0,05 мм.
Какие металлы и сплавы можно обрабатывать лазером
Возможность разделки того или иного металла на лазерном станке зависит от индивидуальных свойств заготовок, их химического состава, а также исходного качества.
Следующие металлы можно резать лазером:
сталь углеродистая и нержавеющая, толщина стенки от 0,8 до 20 мм;
медь стенка до 3 мм, требуется применение лазерных установок без СО2;
алюминий толщина от 1 до 20 мм, из-за высокой отражающей способности и теплопроводности обрабатывается на мощных установках;
латунь толщина листа до 6 мм;
титан обработка в среде защитного газа (аргон, азот).
Медь и алюминий обладают схожими свойствами по теплопроводности и отражающей способности. Поэтому их разделка выполняется на станках, оборудованных волоконными лазерами высокой мощности. Разделка медных, алюминиевых материалов на лазерах СО2 невозможна из-за высокого коэффициента отражаемости (некачественный рез, повреждение линз лазера).
Услуга лазерной резки металла
Компания «Аурис 3D» оказывает услуги по лазерной резке металлов и сплавов на основе стали (черная, нержавеющая, оцинковка), меди, алюминия, а также латуни. Работаем с листовым материалом и трубами (от 10 до 225 мм). Применяемое оборудование: станок Oree Laser FM3015AT6 и Optiplex 3015 Fiber. Благодаря лазерной головке Raytools BM 110 с автоматической фокусировкой на поверхности заготовки, качество реза позволяет относить детали к высоким квалитетам «01 и «0». Точность позиционирования составляет 0,03 мм.
Качество получаемой детали напрямую зависит от подготовки чертежа. Важно правильно выбрать графический редактор или программы трехмерного моделирования, а также указать типы линий, разметку очередности проходки и масштаб. При моделировании чертежа должны учитываться припуски на грат, керф, а также конусность реза. Компания «Аурис 3D» поможет подготовить чертеж для лазерной резки металла по вашему проекту.
Какие металлы подходят для лазерной резки
Для разделки металлов, производства деталей машин и механизмов применяются технологии лазерной резки. Это энергоэффективная методика раскроя материалов, воздействие которой на заготовку осуществляется с помощью концентрированного в малой области светового потока. Особенность лазерной резки – отсутствие контакта луча с металлом и высоким качеством линии реза. Процесс разделки полностью автоматизирован, а управление станком выполняет компьютер по заданной программе.
Для выполнения лазерной резки металла, а также изготовления деталей, разрабатывается чертеж. Мало начертить изделие на бумаге или компьютере, так как лазерные станки могут считывать файлы только определенного формата. Кроме этого, порядок составления такого чертежа, типы линий и масштаб имеют свои особенности. Если из одной целой заготовки планируется изготовить несколько деталей, нужно учитывать схему раскроя.
