Laser lõikamine

Metalli laserlõikamine on saavutanud oma täpsuse, tõhususe, mitmekülgsuse ja kulutasuvuse{0} tõttu laialdase populaarsuse kõigis tööstusharudes. Üks suuri eeliseid on see, et see võib märkimisväärselt vähendada tööriistakulusid, kõrvaldades hallitusseened, minimeerides materjali raiskamist ja suurendades tootmise paindlikkust. Allpool on lühike loetelu eelistest:

 

 

Erinevate metallmaterjalide laserlõikamise omadused

 

Alumiinium

Paksus: tavaliselt kuni ‌20 mm‌ suure-võimsusega kiudlaseritega (suurem kui 6 kW või sellega võrdne), õhukesed lehed (1–6 mm) saavutavad parima kvaliteedi

Kere laius‌: ‌0,1–0,3 mm‌, mõjutavad materjali peegelduvus ja abigaas (oksüdatsiooni vältimiseks eelistatakse lämmastikku) ‌Tolerants‌: ±‌0,05–0,1 mm‌ õhukeste lehtede puhul; paksemad materjalid (±0,15 mm) termilise moonutuse tõttu.

Lõikekvaliteediga‌, lämmastiku kasutamisel siledad servad minimaalse räbuga.

Oksüdatsioonioht hapnikuabiga, mis nõuab järel{0}}töötlemist.

Kiudlaserid pakuvad üsna vähe eeliseid, mis muudavad need alumiiniumi jaoks eelistatud metallilõikamisvõimalusteks:

 

√Suur-võimsustihedus koondab nende energia väga väikesesse kohta, võimaldades tõhusat lõikamist isegi peegeldavate materjalidega nagu alumiinium.

√Kiudlaserite kiire lõikekiirus, suur võimsus ja suurepärane kiire kvaliteet võimaldavad kiiret lõikamist, suurendades tootlikkust.

√Minimeeritud (HAZ) kuumusega{0}}mõjutatud tsoon võib toota vähem soojust kui muud laseritüübid, mille tulemuseks on puhtamad lõiked ja väiksema termilise moonutusega.

√Mitmekülgsus, see võib lõigata laias valikus alumiiniumi paksuseid ja sulameid.

 

Kaalutlused alumiiniumi laserlõikamisel

 

Alumiiniummaterjalide heli laserlõikamisega on seotud vähe väga kriitilisi tegureid ja operaatorid peavad alati arvestama järgmiste aspektidega:

 

√Abigaasi valik, alumiiniumi lõikamisel eelistatakse sageli lämmastikku, kuna see tekitab oksiidivabasid lõikeid, samas kui hapnikku kasutatakse sageli paksemate materjalide jaoks, kuid see võib põhjustada oksüdeerunud serva. Lämmastiku negatiivne külg on hind.

√Fookuspunkt, enne masslõikamise algust on mõistlik proovida fookuse asendit materjali pinna suhtes ja kogenud operaator proovib alati positiivse või negatiivse fookuse reguleerimist, võib mõnikord lõikekvaliteeti parandada.

√Lõikekiirus, et leida õige tasakaal lõikekiiruse ja võimsuse vahel, on ülioluline, sest madal kiirus võib tekitada liiga palju liigset soojussisendit, samas kui suur kiirus ei pruugi saavutada täielikku läbitungimist.

√Puhtus, peab kasutaja alati veenduma, et alumiiniumlehed on puhtad ega sisalda õlisid ega saasteaineid, mis võivad mõjutada lõikekvaliteeti.

√Soojusjuhtimine, perioodilised jahtumis{0}}intervallid, et vältida materjali deformeerumist põhjustavat kuumuse kogunemist.

√Serva kvaliteet, peab operaator parameetreid kohandama, kui ta märkab selliseid probleeme nagu räbu teke või liigne sulamine.

 

Alumiiniumi laserlõikamise kvaliteediprobleemid

 

 

Alumiiniummaterjalide laserlõikamisel on torude, lehtede või plaatide närtsimise tõttu vähe peavalu ja kui mõistate neid takistusi, võib see aidata teil saavutada optimaalseid tulemusi, vähendades samal ajal metalli lõikamise kulusid.

 

√Peegeldusvõime on alumiiniumi laserlõikamisel peaaegu peamine väljakutse, kuna see võib põhjustada ka tagasipeegeldust, mis kahjustab masinat. Alumiinium peegeldab loomulikult olulist osa laserkiirest, mis võib vähendada lõikamise efektiivsust ja potentsiaalselt kahjustada lasersüsteemi, kui seda õigesti ei hallata. See peegeldusvõime nõuab konkreetsete lasertüüpide ja võimsustasemete kasutamist, et tagada tõhus lõikamine, ning selle probleemi tõttu on kiudlaser väga populaarne valik.

√Soojusjuhtivus, hea soojusjuhtivus muudab laserlõikamise üsna keeruliseks, kuna materjal hajutab kiiresti soojust, mis võib raskendada täpsete lõigete jaoks vajaliku lokaalse sulamise saavutamist. Seetõttu võib hea soojusjuhtivus kaasa tuua laiemad lõikelaiused ja võimalikud kuumus{1}}mõjutatud tsoonid lõigatud servade ümber.

√Oksiidkiht, alumiiniumpindadele moodustunud õhuke oksiidikiht häirib tavaliselt laser{0}}lõikamise protsessi ja sellel on kõrgem sulamistemperatuur kui alumiiniumil endal, mis võib põhjustada ebaühtlust lõikekvaliteedis või nõuda läbitungimiseks lisavõimsust.

√Molekulaarstruktuur ja selle tempermalmist molekulaarstruktuur võivad mõnikord põhjustada vähem soovitud serva kvaliteeti ja sageli on serval jämedad või lõikeservadel kerge sulamisefekt. Mõne nõudliku projekti puhul on vaja järeltöötlust{0}.

 

Roostevaba teras

 

 

√ Võimsuse seadistus olenevalt roostevabast terasest materjali paksusest ja tüübist ning on oluline, et laseriga lõigatud auk oleks düüsi keskpunktiga koaksiaalne. Populaarne toitevalik on näidatud järgmiselt:

1. Õhuke plaat (1-3mm), võimsus 1000-2000W koos lämmastikukaitsega termilise deformatsiooni vältimiseks

2‌. Keskmine plaat (10-25 mm), soovitatav võimsus 4000-6000 W ja räbu defektide vähendamiseks kasutatakse hapnikku

‌3. Extra thick plate (>50 mm): 12000 W + võimsus on vajalik kombineerituna mitme perforatsioonitehnoloogiaga, kontrollides samal ajal gaasirõhu stabiilsust, et vähendada kitsenemist.

 

√ Düüsi suurus, see määrab sisselõikesse siseneva gaasivoolu kuju, gaasi difusiooniala ja gaasi voolukiiruse, mõjutades seeläbi sulandi eemaldamise ja lõikamise stabiilsust. Sisselõikesse sisenev õhuvool on suur, kiirus kiire ja töödeldava detaili asend õhuvoolus on õige, seda tugevam on pihustusvõime sula materjali eemaldamiseks. Mida paksem on roostevaba teras, seda suuremat düüsi tuleks kasutada, seda suurem on proportsionaalne klapi seadistus ja suurem voolukiirus, kas rõhku saab tagada ja normaalset sektsiooniefekti vähendada. Soovitatav düüsi läbimõõt erineva paksusega roostevaba terase lõikamiseks on järgmine:

1. 1mm, φ1,0 mm

2. 2-3mm, φ1,5 mm

3. 3-5mm, φ2,0 mm

4. 5-10mm,φ 3,0 mm +

 

√ Roostevabast terasest laserlõikamisel kasutatakse tavaliselt abigaasi tüüpi, hapnikku, lämmastikku ja õhku ning neil on erinev mõju lõikekvaliteedile. Hapnik läbib eksotermilise reaktsiooni, lisades lõikepinnale täiendavat soojust, mis tagab siledama lõikeserva, kuid tekitab kollase varjundi lõikeserva. Lämmastik võib hoida roostevaba terase algset värvi oksüdeerumise eest ning lämmastikuga lõikamisel tekib eksotermilise oksüdatsioonireaktsiooni puudumise tõttu kitsas lõikelaius, mistõttu on sulametalli alumisest lõhest väljutamiseks vaja kõrgemat lämmastiku rõhku. Seetõttu on roostevaba terase lõikamisel eelistatud abigaas lämmastik. Abigaas suunatakse koos laserkiirega töödeldavale detailile koaksiaalselt ja selle põhieesmärk on eemaldada sulamaterjal soonest ja vältida põrutuse teket.

 

√ Fookusasend, erinev plaadi paksus ja roostevaba teras nõuavad erinevat fookusasendit. Enne lõikamist mõõdetakse tegelik nullfookus ning lõikeprotsessi parameetrite testimist ja analüüsi saab läbi viia nullfookusega kui võrdlusaluseks. Negatiivne defookus on roostevaba terase lõikamise peamine protsessi valiku suund. Paksude plaatide lõikamisel tuleks fookus seada plaadi sees (tavaliselt 1/3 kuni 1/4 plaadi paksusest), et optimeerida energiajaotust.

 

√ Sagedusseadistus, kõrgsageduslik{0}}lõikamine (400–500 Hz) võib vähendada räbu jääke ja parandada lõikekvaliteeti õhukese plaadi ja kõrgete täpsusnõuetega toorikute puhul. Keskmise paksusega plaatide (6–10 mm) lõikamisel võib sageduse vähendamine 200–300 Hz-ni parandada lõikekvaliteeti, kui 100 Hz seadmine põhjustab lõiketõrkeid.

 

√ Töötsükkel, töötsükkel 53% on kriitiline väärtus. Kui jätkate töötsükli vähendamist, jäävad alumisele pinnale jäljed mittetäielikust lõikamisest, töötsükkel suureneb 60% -ni ning lõik muutub karedaks ja kihiliseks. Impulsi töötsükkel viitab kiire kiiritusaja osakaalule igas impulsis.

 

Süsinikteras

 

 

Süsinikterase laserlõikamiseks on tavaliselt vaja kindlat võimsusvahemikku, terase paksust ja düüsi läbimõõtu ning allpool on populaarne fikseeritud parameetri seadistus, mille on valinud paljud tootjad:

 

√Terase paksus: 1,0-3,0 mm 1-2 Kw koos otsikuga 1,0-1,5 mm

√Terase paksus: 3,0-6,0 mm 2-4 Kw koos otsikuga 1,5-2,0 mm

√Terase paksus 6,0-10,0 mm,4-6 Kw koos otsikuga 2,0-2,5mm

√Eespool nimetatud terase paksus nõuab 6K+ Kw võimsust ja düüsi suurus on sageli suurem kui 2,5 mm.

 

Süsinikterase laserlõikamise kaalutlused

 

8 mm süsinikterasest plaat

Arutades, kuidas määrata laserlõikamiseks parimaid protsessiparameetreid, peame tavaliselt arvestama mitmete võtmeteguritega, sealhulgas laseri võimsus, lõikekiirus, gaasi tüüp, düüsi suurus ja rõhk. Neid parameetreid õigesti reguleerides saab optimeerida süsinikterasest plaatide laserlõikamise efekti ning parandada tootmise efektiivsust ja lõikekvaliteeti. Lisaks mõjutavad erinevad lõikemustrid lõikeprotsessi parameetrite valikut ja reguleerimist, mis omakorda mõjutab lõikekiirust ja -kvaliteeti. Operaator peab mõistma, et katsed ja parameetrite optimeerimine tuleb enne massilõikamist paika panna. Samal ajal saame pidevate katsete ja optimeerimise abil järk-järgult koguda kogemusi ning parandada lõikamise täpsust ja efektiivsust. Pärast mitmeid katseid saame optimaalsed protsessiparameetrid keskmise võimsusega{5}}kiudlaserlõikusmasina jaoks, et lõigata 8 mm paksust süsinikterast. Järgmisena uurime põhjalikult 8 mm ja 3 mm süsinikterase laserlõikamise valikut ja seadistusi.

 

√Laseri tüüp: kiudlaser

√Lõikekiirus: 13mm/s

√Võimsus: 5Kw

√Fookusasend: +3.2mm

√Düüsi suurus: 2,3 mm

√Abigaas: hapnik

√Gaasi rõhk 0,04 MPa.

√Perforatsiooni sagedus: 80HZ.

 

3 mm süsinikterasest plaat

√Laseri tüüp: kiudlaser

√Lõikekiirus: 70mm/s

√Võimsus: 3Kw

√Fookusasend: +2mm

√Düüsi suurus: 2,3 mm

√Abigaas: hapnik

√Gaasi rõhk 0,35 MPa.

√Perforatsiooni sagedus: 300HZ.

 

Tööstuslikes rakendustes on CO2-laseri lõikelaius üldiselt umbes 0,2–0,3 mm, mis sobib eriti hästi keskmiste ja paksude plaatide lõikamiseks ning sõltub ka laserlõikamise tüübist ja terase materjali paksusest. Hapnikuabi laiendab lõikelaiust, kuid suurendab kiirust ja lämmastiklaserlõike servad on puhtad, räbuvabad, -hapnikuabi aga tekitab sekundaarset lihvimist vajavaid räbu.

Vask ja messing

 

 

Vase ja messingi kõrge peegelduvus, juhtivus ja mitmekülgsus on seadnud laserlõikamisele ainulaadsed väljakutsed ning kaks peamist tegurit on peegelduvus ja soojusjuhtivus, mis mõjutavad laserlõikamise tõhusust ja täpsust. Kiudlaserit kasutatakse laialdaselt nende väljakutsete ületamiseks ja operaator peab peegeldavate metallide, nagu roostevaba teras, alumiinium vask ja messing, laserlõikamisel arvestama järgmiste parameetritega:

 

√Tavaliselt on kiudlaseri jaoks soovitatav lainepikkus, 1 μm lainepikkus, mida peegeldavad metallid, nagu vask, alumiinium ja roostevaba teras, hästi-neelavad.

√Võimsus ja impulss, on väga mõistlik reguleerida laseri võimsust ja impulsi kestust, et optimeerida lõikeprotsessi, et vältida liigset kuumuse kogunemist ja peegeldusi. Õhukeste vasklehtede puhul võib impulssaugustamise tehnika olla tõhus ja see hõlmab laseri võimsuse järkjärgulist suurendamist lühikeste impulsside seeria jooksul, kuni materjal läbistatakse, vältides mittetäielikke lõikeid ja räbu teket.

√Abigaas, lämmastik ja hapnik on peegeldavate metallide laserlõikamisel tavalised ning võivad aidata sulamaterjali ära puhuda ja peegeldust vältida.

√Teravustamisoptika on ülioluline tagada, et teravustamisoptika oleks puhas ja õigesti joondatud, et minimeerida peegeldust ja optimeerida lõiketõhusust.

√Kiirte edastamine, kvaliteetsed{0}}kiiredastussüsteemid koos peegeldavate katetega aitavad peegeldusi minimeerida.

√Enne masstootmise alustamist on väga soovitatav kalibreerida lõikeparameetrid, nagu kiirus, võimsus ja fookuskaugus, et saavutada soovitud lõikekvaliteet ilma liigset peegeldust või kuumuse kogunemist, ning väikesemahuline katselõikus.