Руководство по основам лазерной резки

Определение

Лазерная резка заключается в использовании лазерного луча высокой плотности мощности для облучения разрезаемого материала, так что материал быстро нагревается до температуры испарения и испаряется, образуя отверстие. По мере того как луч перемещает материал, отверстие непрерывно образует щель с узкой шириной для завершения резки материала.

Принцип

Лазер использует возбуждение вещества для генерации света. Этот свет имеет высокую температуру. При контакте с материалом он может быстро расплавиться на поверхности материала, образуя отверстие. По движению точки регистрации формируется нарезка. По сравнению с традиционным методом резки, метод резки имеет меньший зазор и позволяет сэкономить большую часть материала. Однако анализ определяется по эффекту резания. Материал, который разрезается лазером, имеет удовлетворительный режущий эффект и высокую точность. Это унаследовано. Помимо преимуществ лазера, ему не имеют себе равных и обычные методы резки.

Лазерная резка заключается в использовании сфокусированного лазерного луча высокой плотности мощности для облучения заготовки, так что облучаемый материал быстро плавится, испаряется, аблируется или достигает точки воспламенения, и в то же время расплавленный материал выдувается мощным потоком. Скорость воздушного потока коаксиальна с балкой, тем самым разрезая заготовку. Лазерная резка - один из методов термической резки.

Типы

Лазерную резку можно разделить на четыре категории:лазерная резка с испарением, лазерная резка плавлением, лазерная кислородная резка, лазерная разметка и контролируемое разрушение.

1. Лазерная резка с испарением

При использовании лазерного луча с высокой плотностью энергии для нагрева заготовки температура быстро повышается, за очень короткое время достигает точки кипения материала, и материал начинает испаряться с образованием пара. Скорость выброса этих паров очень велика, и в то же время, когда пары выбрасываются, в материале образуется надрез. Теплота испарения материалов обычно очень велика, поэтому лазерное испарение и резка требует большой мощности и удельной мощности.

Резка с лазерным испарением в основном используется для резки очень тонких металлических материалов и неметаллических материалов (таких как бумага, ткань, дерево, пластик, резина и т. Д.).

2. Лазерная резка плавлением

При лазерной резке плавлением металлический материал плавится путем лазерного нагрева, а затем неокисляющий газ (Ar, He, N и т. Д.) Распыляется через сопло, соосное с лучом, и жидкий металл выпускается сильным давление газа для образования разреза. Лазерная резка плавлением не требует полного испарения металла, а необходимая энергия составляет лишь 1/10 от испарения резания.

Лазерная резка плавлением в основном используется для резки трудноокисляемых материалов или активных металлов, таких как нержавеющая сталь, титан, алюминий и их сплавы.

3. Лазерная кислородная резка

Принцип лазерной кислородной резки аналогичен кислородно-ацетиленовой резке. Он использует лазер в качестве источника тепла для предварительного нагрева и активный газ, такой как кислород, в качестве режущего газа. С одной стороны, продуваемый газ взаимодействует с режущим металлом, вызывая реакцию окисления и выделяя большое количество тепла окисления; с другой стороны, расплавленный оксид и расплав выдуваются из зоны реакции, образуя надрез в металле. Поскольку реакция окисления в процессе резки выделяет много тепла, энергия, необходимая для лазерной кислородной резки, составляет только 1/2 от резки с плавлением, а скорость резки намного выше, чем при лазерной резке с испарением и резке с плавлением. Лазерная кислородная резка в основном используется для легкоокисляемых металлических материалов, таких как углеродистая сталь, титановая сталь и термообработанная сталь.

4. Лазерное скрайбирование и контролируемый перелом

При лазерной разметке используется лазер с высокой плотностью энергии для сканирования поверхности хрупкого материала, так что материал нагревается, чтобы испарить небольшую канавку, а затем прикладывать определенное давление, хрупкий материал будет трескаться вдоль небольшой канавки. Лазеры для лазерного скрайбирования обычно представляют собой лазеры с модуляцией добротности и CO2-лазеры.

Контроль разрушения - это использование крутого распределения температуры, создаваемого лазерным нарезанием канавок, которое создает локальное тепловое напряжение в хрупком материале и разрушает материал вдоль небольшой канавки.

Возможности

По сравнению с другими методами термической резки, лазерная резка отличается высокой скоростью и высоким качеством. Конкретно резюмируются следующие аспекты.

1. Хорошее качество резки

Благодаря небольшому лазерному пятну, высокой плотности энергии и высокой скорости резки лазерная резка обеспечивает хорошее качество резки.

а. Разрез для лазерной резки узкий, обе стороны прорези параллельны и перпендикулярны поверхности, а точность размеров вырезанных деталей может достигать ± 0,05 мм.

б. Поверхность резки гладкая и красивая, шероховатость поверхности составляет всего несколько десятков микрон, и даже лазерная резка может использоваться в качестве последнего процесса без механической обработки, и детали можно использовать напрямую.

c. После лазерной резки материала ширина зоны термического влияния очень мала, характеристики материала вблизи прорези почти не затрагиваются, деформация заготовки мала, точность резки высокая, геометрия прорези хорошо, а форма поперечного сечения щели больше правильного прямоугольника.

2. Высокая эффективность резки

Благодаря характеристикам передачи лазера, станок для лазерной резки обычно оснащен несколькими рабочими столами с ЧПУ, и весь процесс резки может полностью контролироваться ЧПУ. Во время работы нужно всего лишь изменить программу числового программного управления, ее можно применять для резки деталей разной формы, как двухмерной резки, так и трехмерной резки.

3. Высокая скорость резки

При использовании лазера мощностью 1200 Вт для резки листа из низкоуглеродистой стали толщиной 2 мм скорость резки может достигать 600 см / мин; при резке плиты из полипропиленовой смолы толщиной 5 мм скорость резки может достигать 1200 см / мин. Материал не нужно зажимать и фиксировать во время лазерной резки, что может не только сэкономить инструментальную оснастку, но и сэкономить дополнительное время на загрузку и разгрузку.

4. Бесконтактная резка

Во время лазерной резки резак не контактирует с заготовкой, и инструмент не изнашивается. Для обработки деталей разной формы нет необходимости менять «инструмент», достаточно изменить выходные параметры лазера. Процесс лазерной резки отличается низким уровнем шума, небольшой вибрацией и отсутствием загрязнения.

5. Есть много видов режущих материалов

По сравнению с кислородно-ацетиленовой и плазменной резкой существует множество типов материалов для лазерной резки, включая металл, неметаллы, композитные материалы на металлической и неметаллической основе, кожу, дерево и волокна. Но для разных материалов из-за их разных теплофизических свойств и разных коэффициентов поглощения для лазеров они демонстрируют разную приспособляемость для лазерной резки.

Приложения

Большинство лазерных резаков управляются программами ЧПУ или превращаются в роботов для резки. В качестве точного метода обработки лазерная резка позволяет резать практически все материалы, включая двухмерную резку или трехмерную резку тонких металлических пластин.

В области автомобилестроения широко используется технология вырезания изгибов пространства, таких как верхние окна автомобилей. Немецкая компания Volkswagen использует лазер мощностью 500 Вт для резки листов кузова сложной формы и различных изогнутых деталей. В аэрокосмической области технология лазерной резки в основном используется для резки специальных авиационных материалов, таких как титановые сплавы, алюминиевые сплавы, никелевые сплавы, хромовые сплавы, нержавеющая сталь, оксид бериллия, композитные материалы, пластмассы, керамика и кварц. Детали аэрокосмической отрасли, обработанные лазерной резкой, включают жаровую трубу двигателя, тонкостенный корпус из титанового сплава, раму самолета, обшивку из титанового сплава, ферму крыла, панель хвостового крыла, несущий винт вертолета, керамическую теплоизоляционную плитку космического челнока и т. Д.

Технология лазерной резки также широко используется в области неметаллических материалов. Может не только резать материалы с высокой твердостью и хрупкостью, такие как нитрид кремния, керамику, кварц и т. Д .; но также может резать и обрабатывать гибкие материалы, такие как ткань, бумага, пластиковые пластины, резина и т. д., например, резка одежды с помощью лазера, может сэкономить 10% ～ 12% одежды, повысить эффективность более чем в 3 раза.

Тенденции

1. Станок для лазерной резки продолжит эпохальную революцию в производстве продуктов.

Источник лазерного света является основным компонентом лазерного резака, а также важным индикатором, определяющим тип и режущую способность лазерного резака. Излишне говорить, что будущие изменения в лазерных резаках произойдут также и в источниках лазерного света. Как упоминалось выше, замена станка для лазерной резки с CO2 станком для лазерной резки с волоконным лазером является важнейшей технологической революцией за 40 лет, прошедших с момента появления станков лазерной резки, которая принесла эпохальные экономические выгоды производителям, а также новым и старым пользователям. поле. Итак, будет ли в будущем новый источник света, который будет дешевле волоконных лазеров, с лучшими характеристиками, более совершенным режимом луча, более высокой степенью электрооптического преобразования или более низкой общей стоимостью? Конечно, да. Тогда спросите, что это за лазер? Конечно, сейчас дать точный ответ невозможно. Наука и технологии иногда дают сбой, иногда тысячи миль в день.

2. Мощный волоконный лазер станет основной силой на рынке станков для лазерной резки.

В настоящее время машины для резки оптического волокна в различных диапазонах мощности достигли большого развития. Однако где же в будущем основная мощность лазеров для станков лазерной резки? Хотя станки для лазерной резки в каждом диапазоне мощности имеют свое собственное применение, но семейство лазеров, начавшее с мощных волоконных лазеров и вызвавшее глобальную революцию в технологии станков для лазерной резки, рассматривает более высокую мощность, более высокую точность и большую режущую способность как единое целое. из важных направлений развития станков для лазерной резки волокна. Компания STYLECNC недавно выпустила сверхвысокоскоростной станок для резки волоконным лазером мощностью 15 кВт, который достиг беспрецедентного прорыва в скорости резки и толщине резки, что привлекло внимание отрасли. Содержит ли это будущую тенденцию развития станков для лазерной резки? Стоит ожидать появления отраслевых экспертов, ученых и друзей-пользователей. Кроме того, мы можем быть уверены, что в ближайшем будущем многие отечественные и зарубежные производители станков для резки волоконным лазером вступят в ожесточенную рыночную конкуренцию. Только компании с превосходным качеством продукции, постоянное внимание к инвестициям в НИОКР и освоение основных конкурентоспособных технологий могут сделать это и быть непобедимыми.

3. Приближается эра интеллекта.

Будь то Индустрия 4.0 в Германии или интеллектуальное производство в Китае, грядет четвертая промышленная революция в промышленной сфере. Как высокоточный станок для лазерной резки с ЧПУ, этот станок для лазерной резки, несомненно, будет идти в ногу со временем и летать вместе с технологиями. Благодаря автоматизации станков для лазерной резки значительно повысились производственные мощности и уровень автоматизации цеха по производству листового металла.

В будущем на этой основе назревает эра интеллектуального производства станков для лазерной резки в области сетевых технологий, технологий связи, технологии компьютерного программного обеспечения и других областях. Можно предвидеть, что в качестве средства точной вырубки листового металла он неизбежно будет использовать свои собственные возможности сетевой связи для связи с заводской линией разматывания листа, гибочным станком, штамповочным станком с ЧПУ, сварочным (клепальным) соединительным узлом, линией дробеструйной обработки и нанесения покрытий. . Другое оборудование, встроенное в единый производственный план, систему управления задачами и оценкой, стало важной частью системы управления цехом по производству листового металла. В результате производители станков для лазерной резки постепенно превратятся в подрядчиков по изготовлению листового металла.