Лазерная резка металлов: описание процесса, преимущества

Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео

Лазерная резка металлов: описание процесса, преимущества

Лазерная резка, или LBC (Laser Beam Cutting), как она обозначается во всем мире, – это процесс, при котором материал в зоне реза нагревается, а затем разрушается при помощи лазера.

Промышленная резка металла с помощью лазера

Сущность лазерной резки металла

Лазерная резка металла, как понятно из ее названия, выполняется при помощи луча лазера, получаемого при помощи специальной установки.

Свойства такого луча позволяют фокусировать его на поверхности небольшой площади, создавая при этом энергию, характеризующуюся высокой плотностью.

Это приводит к тому, что любой материал начинает активно разрушаться (плавиться, сгорать, испаряться и т.д.).

Станок лазерной резки металла, к примеру, позволяет концентрировать на поверхности обрабатываемого изделия энергию, плотность которой составляет 108 Ватт на один квадратный сантиметр. Для того чтобы понять, как удается добиться такого эффекта, необходимо разобраться, какими свойствами обладает лазерный луч:

  • Лазерный луч, в отличие от световых волн, характеризуется постоянством длины и частоты волны (монохроматичность), что и позволяет легко фокусировать его на любой поверхности при помощи обычных оптических линз.
  • Исключительно высокая направленность лазерного луча и небольшой угол его расходимости. Благодаря такому свойству на оборудовании для лазерной резки можно получить луч, отличающийся высокой фокусировкой.
  • Лазерный луч обладает еще одним очень важным свойством – когерентностью. Это значит, что множество волновых процессов, протекающих в таком луче, полностью согласованы и находятся в резонансе друг с другом, что в разы увеличивает суммарную мощность излучения.

Процессы, происходящие при резке металла с использованием лазера, хорошо заметны на приведенных в статье видео. При воздействии луча на поверхность металла происходит быстрое нагревание и последующее расплавление подвергаемой обработке площади.

Быстрому распространению зоны плавления вглубь обрабатываемого изделия способствуют несколько факторов, в том числе и теплопроводность самого материала. Дальнейшее воздействие лазерного луча на поверхность изделия приводит к тому, что температура в зоне контакта доходит до точки кипения и обрабатываемый материал начинает испаряться.

Процесс лазерной резки в схематичной форме

Лазерную резку металла может выполняться двумя способами:

  • плавлением металла;
  • испарением обрабатываемого металла.

Для того чтобы выполнить резку металла методом испарения, требуется большая мощность оборудования и, как следствие, значительные энергозатраты, что не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Ограничивают использование такого метода и строгие требования к толщине обрабатываемых изделий. Именно поэтому данный метод используют только для резки тонкостенных деталей.

Значительно большее распространение получила лазерная резка металла методом плавления. В последнее время лазерную резку методом плавления все чаще проводят с использованием газов (кислород, азот, воздух, инертные газы), которые с помощью специальных установок вдувают в зону реза (видео этого процесса можно легко найти в Сети).

Такая технология позволяет снизить энергозатраты, повысить скорость работы, использовать оборудование небольшой мощности для резки металла большой толщины. Конечно, это нельзя считать лазерной резкой в чистом виде, правильнее будет называть его газолазерной технологией.

Лазерная резка стали 10мм

Использование кислорода в качестве вспомогательного газа при выполнении лазерной резки позволяет одновременно решить такие важные задачи, как:

  • активизация процесса окисления металла (это позволяет снизить его отражающую способность);
  • повышение тепловой мощности в зоне реза (поскольку металл в среде кислорода горит более активно);
  • выдувание из зоны реза мелких частиц металла и продуктов сгорания кислородом, подаваемым под определенным давлением (это облегчает приток газа в зону обработки).

Преимущества и недостатки лазерной резки

Лазерная резка металлических изделий имеет целый ряд весомых преимуществ по сравнению с другими способами резки. Из многочисленных достоинств данной технологии стоит обязательно отметить следующие.

  • Диапазон толщины изделий, которые можно успешно подвергать резке, достаточно широк: сталь – от 0,2 до 20 мм, медь и латунь – от 0,2 до 15 мм, сплавы на основе алюминия – от 0,2 до 20 мм, нержавеющая сталь – до 50 мм.
  • При использовании лазерных аппаратов исключается необходимость механического контакта с обрабатываемой деталью. Это позволяет обрабатывать таким методом резки легко деформирующиеся и хрупкие детали, не переживая за то, что они будут повреждены.
  • Получить при помощи лазерной резки изделие требуемой конфигурации просто, для этого достаточно загрузить в блок управления лазерного аппарата чертеж, выполненный в специальной программе. Все остальное с минимальной степенью погрешности (точность до 0,1 мм) выполнит оборудование, оснащенное компьютерной системой управления.
  • Аппараты для выполнения лазерной резки способны с большой скоростью обрабатывать тонкие листы из стали, а также изделия из твердых сплавов.
  • Лазерная резка металла способна полностью заменить дорогостоящие технологические операции литья и штамповки, что целесообразно в тех случаях, когда необходимо изготовить небольшие партии продукции.
  • Можно значительно снизить себестоимость продукции, что обеспечивается за счет более высокой скорости и производительности процесса резки, снижения объема отходов, отсутствия необходимости в дальнейшей механической обработке.

Наряду с высокой мощностью устройства для лазерной резки обладают исключительной универсальностью, что дает возможность решать с их помощью задачи любой степени сложности. В то же время для лазерной резки металла характерны и некоторые недостатки.

  • Из-за высокой мощности и значительного энергопотребления оборудования для лазерной резки себестоимость изделий, изготовленных с его применением, выше, чем при их производстве методом штамповки. Однако это можно отнести лишь к тем ситуациям, когда в себестоимость штампованной детали не включена стоимость изготовления технологической оснастки.
  • Существуют определенные ограничения по толщине детали, подвергаемой резке.

Виды оборудования для лазерной резки

Оборудование для лазерной резки металла делится на три основных типа.

Газовые установки для лазерной резки

Газы в таких установках, использующиеся в качестве рабочего тела, могут прокачиваться по продольной или поперечной схеме.

Принцип работы таких лазеров заключается в возбуждении атомов газа под действием электрического разряда, вследствие чего частицы начинают излучать монохроматический свет. Большое распространение в современной промышленности нашли щелевидные установки, работающие на углекислом газе.

Они достаточно компактные, при этом мощные и отличаются простотой в эксплуатации (в Интернете достаточно много видео, на которых показана работа таких установок).

Принцип действия газового лазера

Установки твердотельного типа

Конструкция такого оборудования состоит из двух основных элементов: лампы накачки и рабочего тела, в качестве которого чаще всего используется стержень из искусственного рубина.

В состав последнего также включен неодим иттриевого граната. Лампа накачки в таких аппаратах необходима для того, чтобы передать на рабочее тело требуемое излучение.

Чаще всего такие установки для лазерной резки работают в импульсном режиме, но есть и модели, функционирующие непрерывно.

Принцип действия рубинового лазера

Газодинамическое оборудование

В газодинамических установках рабочий газ предварительно нагревается до 2–3 тысяч градусов, затем на высокой скорости (выше скорости звука) пропускается через специальное сопло, а после этого охлаждается. Такое оборудование является очень дорогостоящим, как и сам процесс формирования лазерного луча, поэтому его использование очень ограничено.

Если посмотреть видео работы лазерной установки, то очень сложно определить, к какой группе она относится. Для этого необходимо получить представление об устройстве такого оборудования.

Любое оборудование для выполнения лазерной резки, к какой бы группе оно ни принадлежало, содержит следующие элементы:

  • систему, отвечающую за передачу и образование газа и излучения (в состав такой системы входят сопло, устройство для подачи газа, юстировочный лазер, поворотные зеркала, оптические элементы и др.);
  • излучатель, оснащенный зеркалами резонатора, содержащий активную среду, устройства для накачки и обеспечения модуляции, если она необходима;
  • систему управления всеми параметрами работы оборудования и осуществления контроля за их соблюдением;
  • узел, обеспечивающий перемещение обрабатываемого изделия и лазерного луча.

Лазерная резка: специфика процесса, оборудование, материалы

Лазерная резка металлов: описание процесса, преимущества

В строительной  и производственной сферах большой популярностью пользуется нарезка деталей при помощи лазерных установок.

Механическое воздействие на материал при таком процессе сводится к нулю, и это гарантирует отсутствие деформаций рабочей поверхности.

Эксплуатация лазеров позволяет получить высококачественные детали, избежав при этом производственных затрат, связанных с человеческим фактором. Однако лазерная резка металла от 1 детали имеет ряд нюансов. Предлагаем с ними ознакомиться.

Как работает лазерная резка

Лазерная резка металла от 1 детали может производиться разными способами: при помощи кислорода,  с использованием смеси газов (аргона или азота), с помощью сжатого воздуха.

Выбор газа для резки лучом зависит от того, из какого материала состоит деталь, какую  толщину имеет заготовка, предстоит ли дальнейшая обработка.

Например, использование кислорода позволяет добиться максимально высоких температур при резке, а аргон будет незаменим при нарезании титана и циркония.

лазерная резка металла
Современные лазеры предназначены для раскраивания металла толщиной от 0,2 мм до 40 мм. Принцип лазерной резки состоит в том, что луч обеспечивает возгорание, плавление, испарение, выдувание газовой струей материала того участка, на который он направлен.

В зависимости от тела, которое генерирует луч, можно выделить три типа оборудования для листовой лазерной порезки:

  • Твердотельные лазерные станки. Снабжены диодом и стержнем, состоящим из рубина, граната либо неодимового стекла. Мощные лампы направляют заряд энергии на оптический стержень, который осуществляет ее проекцию на рабочую поверхность. Фокусировка осуществляется в том числе благодаря зеркалам и призме. Твердотельное оборудование предназначено для разрезания меди, алюминия, алюминиевых сплавов, латуни.
  • Волоконные. Генератором луча служит оптоволокно. Современные станки оснащены опцией быстрой настройки размера фокального пятна, благодаря чему значительно повысилась производительность нарезки деталей из меди, стали, алюминия.
  • Газовые. В качестве генератора выступают газы – обычно гелий, углекислый газ и азот. Они под давлением поступают в газоразрядную трубку, активируясь при этом электрическими импульсами. Преимущество лазерной резки газовыми станками в том, что ей подлежат даже высокопрочные сплавы.

Управление станком для лазерной резки деталей

Автоматизированный станок для нарезания металла лазером состоит из непосредственно лазера, снабженного источником питания, системы управления, а также контура, обеспечивающего передачу излучения в зону резки. По принципу действия это излучение напоминает плазменную дугу или газовое пламя, однако имеет гораздо большую концентрацию мощности – до 5 000 Вт.

станок для лазерной резки металла

Управление лазерным станком довольно несложное. Для осуществления лазерной резки деталей расходный материал фиксируется на рабочем столе. Затем в блок управления задаются параметры будущей детали (длина, ширина), указываются тип и толщина листового металла.

Откалибровка  фокуса и выбор расстояния от резака до разрезаемой поверхности происходит автоматически. В автоматическом режиме происходит и температурный контроль.  Если технический процесс требует подачи вспомогательных газов, то к аппаратуре необходимо подключить баллоны с необходимым веществом. Для этого предусмотрены патрубки, снабженные клапанами.

Защитный кожух ограждает оператора и прочий персонал от мелких частиц металла.

Лазерная резка каких материалов возможна

Резка лазерным лучом возможна, если основной материал – это:

  • Сталь обычная. Максимальная толщина стального листа должна не превышать 20 мм, в противном случае нужно обратиться к другому методу.
  • Сталь нержавеющая. Ограничение по толщине составляет 16 мм. Именно при таких показателях удастся избежать возникновения облоя или же его можно будет удалить без последствий. Лазерная резка нержавеющей стали толщиной более 16 мм возможна только в расплавном режиме, и зона резки будет шершавой и с трудноудаляемыми излишками материала.
  • Латунь. Для лазерной резки этого металла подойдут листы толщиной не более 12 мм, поскольку сопротивление материала довольно велико. Накопления облоя не избежать, однако он ликвидируется легко.
  • Сплав алюминия. Можно резать лист металла толщиной не более 10 мм. Также образуется облой в зоне резки.

лазерная резка алюминия

Каждому типу металла соответствует своя разновидность лазера.

Внимание! Принцип лазерной резки неприменим для следующих металлов: вольфрам, титан, латунь, молибден, оксидированный алюминий. Все они обладают высокой прочностью, которая приводит к выходу лазерного оборудования из строя.

Лазерная резка деталей: примеры

Прибегнув к лазерной резке, вы за относительно короткий промежуток времени можете получить детали, применяемые в машиностроении; комплектующие для торгового оборудования (в том числе стеллажей, шкафов, поддерживающих установок, полок и т.д.

); декоративные элементы для дизайна помещений; детали для вывесок, бигбордов и прочих рекламных носителей; трафареты, шаблоны и многое другое. Пользуются популярностью и резаные лазером элементы отопительного оборудования — печей, дымоходов, котлов, и детали ограждений, ворот.

Принцип лазерной резки применяется при изготовлении многих деталей лифтового оборудования и вендинговых аппаратов.

детали, нарезанные лазером

Как можно заметить, лазерной резкой пользуются в тех случаях, когда необходимо получить высококачественные детали с минимальной шириной реза, гладкими и ровными краями, и при этом есть возможность пренебречь некоторым изменением цвета изделия в месте раскройки.

Что лучше — резка металла лазером или плазмой

Плазменная резка отличается от лазерной тем, что проплавление металла производится при помощи плазменной дуги, в то время как плазменная струя удаляет расплав.

Резку плазмой применяют  для обработки тонколистового металла, однако экономически целесообразно использовать для толстых поверхностей: меди (до 80 мм), чугуна (до 90 мм), алюминия (до 120 мм), сталей (до 150 мм).

Хорошее качество отверстий гарантировано в случае, если их диаметр будет не меньше диаметра поверхности, разрезаемого плазмой. Нижние кромки отверстий, как правило, меньше верхних. Поверхность реза конусная и составляет от 3 до 10 градусов.

Про особенности плазменной сварки можно прочитать здесь.

Эксплуатация лазера имеет наибольшую эффективность при нарезке стали толщиной до 6 мм. Сфокусированное лазерное излучение производит качественные узкие резы, диаметр произведенных отверстий в нижней части имеют несколько больший размер, чем в верхней. Отклонение кромки реза от заданных параметров – около 0,5 градуса.

Выбирая между плазмой и лазером, стоит ориентироваться прежде всего на тип и толщину материала, подлежащего обработке. Кроме этого, стоит учесть, что лазерное оборудование имеет  большую цену, однако при необходимости  вырезания большого количества отверстий в детали часовая стоимость использования плазменного станка выше.

В заключение

Принцип лазерной резки может быть применим во всех случаях, когда требуется высокоточная нарезка деталей, фрезеровка или гравировка. Оборудование вне зависимости от его типа (твердотельное, газовое, волоконное) позволяет осуществить разрезание листов металла  практически в автоматическом режиме.

При этом гарантированы аккуратная поверхность реза, минимальное количество облоя или его полное отсутствие, минимальная погрешность нарезки, высокая производительность. Преимущества лазерной резки численно превышают ее недостатки, наиболее существенным из которых представляется стоимость.

При выборе между лазерной и плазменной резкой стоит обратить внимание на цену оборудования и часовую стоимость  его эксплуатации, а также на толщину рабочего материала.

[Всего : 0    Средний: 0/5]

Лазерная резка металлов: описание процесса, преимущества – Токарь Мастер

Лазерная резка металлов: описание процесса, преимущества

Лазерная резка, или LBC (Laser Beam Cutting), как она обозначается во всем мире, – это процесс, при котором материал в зоне реза нагревается, а затем разрушается при помощи лазера.

Промышленная резка металла с помощью лазера

Лазерная резка: преимущества и недостатки

Подробности 01.11.2016 11:36 3240

Лазерная резка предполагает использование лазерного луча для резки материалов, таких как дерево, пластик, металл, резина, и т.д. Эта технология стала важной частью процесса производства. И как любое изобретение этот метод имеет свою долю преимуществ и недостатков.

Лазерная резка

Резка материала является одним из важнейших шагов, вовлеченных в производственный процесс. Этот шаг должен быть выполнен аккуратно и качественно, так что бы последующие этапы производственного процесса могли осуществляться должным образом. Современные производственные подразделения используют лазеры для выполнения этой задачи.

Автоматы для лазерной резки, интегрированные с программированной компьютерной системой управления, определяют где и как должен быть сделан срез на материале. Хотя лазерные лучи имеют большую полезность, они также имеют некоторые ограничения.

Преимущества лазерной резки

~ Удерживать обрабатываемую деталь в нужном положении легче в случае лазерной резки по сравнению с механической резкой.

~ Прорезы, полученные с помощью лазера чрезвычайно точны и не требуют много времени. Весь процесс резки материала достаточно легок и происходит за меньшее время, чем это требуется при обычной резке.

~ При резке с помощью лазерного луча, нет прямого контакта заготовки с режущим инструментом, тем самым устраняется риск загрязнения материала.

~ В традиционных процессах резки металла выделяется большое количество тепла, образующегося при резке. В лазерной резке воздействие тепла минимальное, это снижает вероятность коробления материала.

~ Лазерная резка использует меньше энергии для раскроя металлических листов по сравнению с плазменной резкой.

~ Технология вырезывания лазером может быть использована, для таких материалов как керамика, древесина, резина, пластик и некоторых других материалов.

~ Лазерная резка является предельно универсальной и может быть использована, чтобы отрезать или выгравировать от простых до сложных конструкций.

~ Производственным подразделениям с ограничениями рабочего места много эффективнее использовать установку лазерной резки, потому что один или два лазерных резака способны выполнять работу нескольких других машин, использующихся для резки.

~ Лазерная резка осуществляется с помощью компьютерных программ, тем самым экономя значительное количество живой силы.

~ Автомат для лазерной резки не требует участия человека, за исключением ремонтных работ и тестов, частота несчастных случаев и травм тоже уменьшается.

~ Эффективность машины очень высока, и полученные конструкции являются точными копиями друг друга.

Недостатки лазерной резки

~ В целом, лазерная резка предполагает высокое потребление электроэнергии по сравнению с другими технологиями, используемыми для резки. Потребление энергии и эффективность зависит от типа используемого лазера для резки и типа разреза, который должен быть сделан.

~ Резка пластика с помощью этих машин может стоить много денег, потому что пластик выделяет испарения при воздействии тепла. Благодаря этому, вся настройка производится в хорошо проветриваемом помещении, которое может быть довольно дорогим. Кроме того, пары, выделяемые во время процесса, могут быть токсичными и могут оказаться фатальными для человека.

~ Небрежность в регулировка лазера, расстояния и температуры может привести к сжиганию некоторых материалов. Некоторые металлы, как правило, обесцвечиваются, если интенсивность лазерного луча не соответствует требованию.

~ Участие человека требуется только в случае выполнения тестов и ремонтов. Во время этих заданий, если по ошибке, работник вступает в контакт с лазерным лучом, он может пострадать от серьезных ожогов.

Традиционные методы резки, также хороши и недороги, но, несмотря на недостатки, связанные с процессом лазерной резки, применение данной технологии завоевало большую популярность. Это потому, что качество заготовки, полученной после услуг лазерной резки гораздо лучше, чем полученные другими методами.

Источник:

Описание и применение лазерной резки металла

Лазерная резка приобретает все большую популярность ввиду того, что позволяет автоматизировать весь цикл обработки и получить изделие высокого качества. Технология разделки металла с помощью лазера делает возможным производство высокоточных деталей в полностью автономном режиме, исключающем ручной труд.

Технология лазерной резки металла

Лазерная резка и гравировка относятся к немеханическим способам обработки, равно как и плазменный метод. Они используют термическое воздействие, при котором сильно нагревается линия разреза, а металл плавится в нужном месте.

Традиционным механическим способом обработки, в основе которого лежит разница твердости режущего инструмента и заготовки, считается алмазная резка металла. Нагрева в месте разреза не происходит.

Хорошей точности и чистоты реза этот способ не дает.

Режущим инструментом в лазерной технологии является луч, который испускается с помощью специальной установки. Он фокусируется на участке с крайне небольшой площадью (не более 0,5 мм), создавая сгусток энергии высокой плотности. В точке фокусировки металл начинает достаточно быстро разрушаться (испаряться, гореть, плавиться).

Лазерная резка: принципы работы, виды и особенности

Лазерная резка металлов: описание процесса, преимущества

Лазерную резку используют для раскроя листовых материалов, чаще всего – металлов. Одно из ее главных отличий – возможность изготовления деталей со сложным контуром.

Принципы работы лазерной резки

Использование этого метода основано на тепловом воздействии лазерного излучения на материалы. При этом разрезаемый металл нагревается сначала до температуры плавления, а потом до температуры кипения, при которой он начинает испаряться. Лазерная резка испарением требует высоких энергозатрат, поэтому ее используют для работы с тонкими металлами.

Относительно толстые листы разрезают при температуре плавления. Чтобы облегчить этот процесс, в зону резки подается газ: азот, гелий, аргон, кислород или воздух. Его задача – удалять из зоны резки расплавленный металл и продукты его сгорания, поддерживать горение металла и охлаждать прилегающие зоны. Наиболее эффективен для этого кислород. Он заметно увеличивает скорость и глубину резки.

Подробнее о процессе лазерной резки можно узнать из видео ниже:

Параметры резки разных металлов

Скорость резки зависит не только от мощности лазера и толщины металла, но и от его теплопроводности. Чем она выше, тем интенсивнее отводится тепло из зоны резки и тем более энергозатратным будет весь процесс.

Так, если лазером мощностью 600 Вт можно легко разреза́ть черные металлы или титан, то алюминий или медь, обладающие высокой теплопроводностью, обрабатывать значительно сложнее.

Средние параметры для работы с разными металлами выглядят следующим образом:

Малоуглеродистая стальИнструментальная стальНержавеющаястальТитан
Толщина, мм1,01,22,23,01,01,32,53,20,61,0
Мощность лазера, Вт100400850400100400400400250600
Скорость резания, м/мин1,64,61,81,70,944,61,271,150,21,5

Виды лазерной резки

Лазерные установки состоят из трех основных частей:

  1. Рабочей (активной) среды. Она является источником лазерного излучения.
  2. Источника энергии (системы накачки). Он создает условия, при которых начинается электромагнитное излучение.
  3. Оптического резонатора. Система зеркал, усиливающих лазерное излучение.

По типу рабочей среды лазеры для резки делят на три вида:

  1. Твердотельные. Их основным узлом является осветительная камера. В ней находятся источник энергии и твердое рабочее тело. Источником энергии служит мощная газоразрядная лампа-вспышка. В качестве рабочего тела используют стержень из неодимового стекла, рубина или алюмо-иттриевого граната, легированного неодимом или иттербием. По торцам стержня устанавливают два зеркала: отражающее и полупрозрачное. Лазерный луч, излучаемый рабочим телом, многократно отражается внутри него, усиливается в ходе отражений и выходит через полупрозрачное зеркало.

К твердотельному виду относятся и волоконные лазеры. В них излучение усиливается в стекловолокне, а источником энергии служит полупроводниковый лазер.

Так устроен твердотельный лазер

Для понимания механизма работы лазера можно рассмотреть установку с рабочим телом в виде стержня из граната, легированным неодимом. Ионы последнего и служат активными центрами. Поглощая излучение газоразрядной лампы, ионы переходят в возбужденное состояние, то есть у них появляется излишек энергии.

Ионы возвращаются в исходное состояние и отдают энергию в виде фотона – электромагнитного излучения или по-другому света. Фотон вызывает переход в обычное состояние других возбужденных ионов. В итоге процесс нарастает лавинообразно.

Зеркала способствуют движению луча в определенном направлении. Многократно возвращая фотоны в рабочее тело при отражении, они способствуют образованию новых фотонов и усилению излучения.

Его основные характеристики – малая расходимость луча и высокая концентрация энергии.
  1. Газовые. В них рабочим телом является углекислый газ или его смесь с азотом и гелием. Газ прокачивается насосом через газоразрядную трубку. Он возбуждается с помощью электрических разрядов. Для усиления излучения устанавливают отражающее и полупрозрачное зеркало. В зависимости от особенностей конструкции такие лазеры бывают с продольной и поперечной прокачкой, а также щелевые.

Так устроен газовый лазер с продольной прокачкой

  1. Газодинамические. Эти лазеры самые мощные. В них рабочим телом является углекислый газ, нагретый до 1 000–3 000 °К (726–2726 °С). Он возбуждается с помощью вспомогательного маломощного лазера. Газ со сверхзвуковой скоростью прокачивается через суженный посередине канал (сопло Лаваля), резко расширяется и охлаждается. В результате его атомы переходят из возбужденного в обычное состояние и газ становится источником излучения.

Схема работы газодинамического лазера

Назначение и критерии выбора лазерной резки

Лазерную резку используют для обработки не только металлов, но и резины, линолеума, фанеры, полипропилена, искусственного камня и даже стекла.

Она востребована при изготовлении деталей для различных приборов, электротехнических устройств, сельскохозяйственных машин, судов и автомобилей.

Такой способ раскроя материала используют для получения жетонов, трафаретов, указателей, табличек, декоративных элементов интерьера и многого другого.

Основной критерий выбора вида лазерной резки – тип обрабатываемого материала. Так, углекислотные лазеры подходят для резки, гравировки, сварки разных материалов – металла, резины, пластика, стекла.

Твердотельные волоконные установки оптимальны при раскрое латунных, медных, серебряных или алюминиевых листов, но не подходят для неметаллов.

Резка металла лазером и особенности применения лазерного метода, преимущества, сфера применения

Лазерная резка металлов: описание процесса, преимущества

Резка металла лазером — относительно новый метод его обработки, в настоящее время он является одним из наиболее актуальных и оптимальных. Этот процесс невероятно точный и отличается высокой технологичностью. Он гибкий и быстрый, позволяет значительно сократить затраты на материал, увеличить гибкость производства, а также получить в итоге продукцию высокого качества.

Под лазерной резкой понимается технологии раскроя и резки материалов с применением высокомощных лазеров. Чаще всего она задействуется на промышленных крупных производствах.

Лазерный луч сфокусирован, управляется чаще всего посредством компьютера. С его помощью можно обеспечить высокую концентрацию энергии и, вне зависимости от теплофизических свойств материала, разрезать практически любой материал.

Во время процесса резки металл, участок которого подвергается порезке, под воздействием лазерных лучей, начинает плавиться, возгорается, испаряется или же выдувается газовой струей. В итоге мы получаем узкие резы, причем зона термического влияния будет минимальной.

Особенности лазерной резки таковы:

  • она не оказывает механического воздействия на металл при обработке.
  • деформации, если и присутствуют, то минимальные. Они могут быть временными и возникать во время процесса, или же остаточными, появляясь при этом после полного остывания материала.

Именно по этой причине с применением этого метода резки можно выполнить обработку даже не жестких и легкодеформируемых деталей или заготовок из металла, и все будет выполнено с высокой точностью.

Лазерное излучение имеет высокую мощность, что позволяет обеспечить хорошую производительность работы, а качество поверхностей реза будет отменным.

Управление лазерным излучением относительно простое и легкое, благодаря чему можно будет выполнить резку по сложному контуру на объемных или плоских деталях или заготовках, процесс при этом будет иметь высокую степень автоматизации.

Эта методика возможна с применением технологических установок на основе таких видов лазеров:

  • волоконных;
  • газовых;
  • твердотельных.

Все они могут работать в импульсно-периодическом или непрерывном режиме излучения.

Использование метода лазерной резки в промышленном производстве регулярно растет, но он все равно может полноценно заменить другие традиционные способы резки металлов.

По сравнению с другими промышленными установками, лазерное оборудование все еще очень дорогое, несмотря на то, что в последнее время их стоимость начала снижаться.

По этой причине лазерная резка металлов эффективна лишь тогда, когда другие, более доступные традиционные методы обработки материалов, не могут обеспечить ожидаемого результата.

Преимущества лазерной методики

Эта методика выполняется посредством сквозного прожига листов металла с применением лазерных лучей. По сравнению с другими способами раскроя металлических изделий она обладает рядом таких преимуществ, некоторые из которых уже упоминались выше:

  • благодаря отсутствию механического контакта таким методом можно обрабатывать даже хрупкие виды металла, а также те, что легко деформируются.
  • можно обрабатывать изделия на основе твердых металлических сплавов.
  • есть возможность высокоскоростной обработки тонколистной стали.
  • когда речь идет о производстве ограниченных партий металлической продукции, то лазерный раскрой в этом случае — более предпочтительный вариант, чем изготавливать дорогие формы для литья или пресс-формы.
  • чтобы обеспечить автоматизацию процесса, воспользуйтесь доступной чертежной программой для создания файла с рисунком. Затем файл перенесите на компьютер установки, способной выдержать погрешности даже при маленьких размерах.
  • методика универсальна. С помощью лазера можно обрабатывать изделия из стали и других металлов разной степени сложности. Максимально допустимая погрешность составлять при этом будет не более 0,5 мм.
  • термическая нагрузка на металл минимальная, что позволяет работать с материалами любого вида начиная от нержавейки и заканчивая цветными металлами.
  • такой способ раскроя материалов исключает необходимость их дополнительной обработки, благодаря чему вы сэкономите и свое время и деньги.
  • технология отличается высокой производительностью за счет высокой скорости обработки, а также грамотного расхода материала. Отходов получите минимум благодаря точной выкладке элементов на листовой заготовке.
  • высокая точность работы — оборудование для лазерной резки оснащено рабочими головками с диаметром около одного миллиметра, что обеспечивает высокую точность размеров. Резка возможна даже тогда, когда речь идет даже о самых маленьких деталях.
  • лазерная резка может быть выполнена в максимально сжатые сроки, высокое качество работы остается при этом неизменным. Мощность лазера настраивается каждый раз по-разному и учитывает особенности работы и тип материала.

Для обработки с применением лазера подойдет сталь в любом состоянии, алюминий или его сплавы, а также прочие цветные металлы. Чаще всего применяются следующие типы металлических листов:

  • сталь (диаметр 0,2 — 20 мм);
  • нержавеющая сталь диаметром 0,2 — 12 мм;
  • сплавы алюминия от 0,2 и до 20 мм;
  • латунь (0,2 — 12 мм);
  • листы меди от 0,2 до 15 мм.

В зависимости от используемого материала в работе применяется тот или иной тип лазера.

Лучше всего обработке поддаются материалы, обладающие низкой теплопроводностью, поскольку в них лазерная энергия сосредотачивается в меньшем объеме материала, и наоборот.

Если металл имеет высокую теплопроводность, то может появиться грат. А еще этим методом могут обрабатываться не только металлы, но и другие материалы, в частности, дерево.

Охлаждение и потребление энергии

Сам лазер, а также его оптика, включая фокусирующие линзы, требуют охлаждения. В зависимости от модели установки и ее размера, избыточное тепло может отводиться посредством воздушного обдува или теплоносителей. Часто в роли теплоносителя выступает вода, которая проходит через холодильную установку или теплообменник.

Что же касается потребления энергии, то эффективность лазеров, используемых в производстве, составляет 5−15 процентов. Эффективность и энергопотребление зависят от следующих факторов:

  • выходной мощности установки;
  • рабочих параметров лазера;
  • соответствия лазеру тому или иному типу работы.

Когда определяется целесообразность применения того или иного оборудования, нужно учитывать и его стоимость, а также стоимость его обслуживания и содержания. В настоящее время эксплуатационные издержки оптоволоконного оборудования составляют половину стоимости издержек углекислотного лазера.

А вот затрачиваемая мощность для осуществления резки зависит от следующих факторов:

  • скорости работы;
  • среды обработки;
  • толщины материала;
  • его типа.

Обработка металлов лазерным способом применяется в разных отраслях. Благодаря такому способу можно быстро и качественно изготовить крепежные элементы, кронштейны, корпуса разных приборов и многое другое.

Заказчиками изделий, изготовленных таким способом, являются:

  • производители складского и торгового оборудования;
  • дизайнеры интерьеров;
  • рекламные кампании и т. д.

Из металлических листов можно выкраивать даже очень сложные детали, выполнять фрезеровку, делать пазы, а также придавать срезам максимально привлекательный внешний вид.

Благодаря методу лазерной резки можно достичь идеального качества среза, производственный процесс максимально оперативен, количество расходных материалов сведено к минимуму. А еще крой деталей лазерным методом осуществляется крайне точно.

Методика практически незаменима при обработке быстро деформирующихся металлов, материалы не потребуется в дальнейшем обрабатывать, а готовые изделия можно сразу же использовать по назначению, что в некоторых отраслях имеет особое значение.

Лазерная резка металла. Описание технологии и суть метода

Лазерная резка металлов: описание процесса, преимущества

> Статьи > Лазерная резка металла. Описание технологии и суть метода

Среда, 15 Май, 2019

Одним из передовых направлений в сфере металлообработки является сегодня лазерная резка металла.

С ее помощью можно производить изделия со сложными геометрическими контурами, обеспечивая высокую точность размеров и качество исполнения кромок.

Сегодня лазерная резка металла относится к наиболее передовым направлениям металлообработки. Это способ раскроя или резки различных материалов с использованием мощного лазера.

Технология состоит в фокусированном воздействии лазерного луча на обрабатываемую поверхность. (обычно оператор управляет процессом с помощью компьютера).

При этом происходит нагревание участка поверхности до высокой температуры, в результате чего лист материала прожигается лучом лазера и таким образом разрезается или раскраивается.

Материал разрезаемого участка удаляется за счет плавления, возгорания, испарения или выдувания струей газа. Наибольшее распространение в промышленности получала лазерная резка металла, хотя технология позволяет использовать лазер и для резки многих других материалов, например, дерева.

Преимущества лазерной резки

Важным преимуществом лазерной резки является отсутствие механического воздействия на разрезаемый материал. Поэтому данная технология успешно применяется для разрезания и раскроя даже наиболее легкодеформируемых заготовок.

Благодаря большой мощности излучения лазера получается разрез высокого качества. Также благодаря большой мощности обеспечивается и высокая производительность процесса.

Управление процессом лазерной резки достаточно простое, что обеспечивает высокую точность резки и раскроя. Кроме того, это позволяет производить резку по сложным контурам плоских и объемных заготовок, а также достигать высокой степени автоматизации процесса.

Возможности лазерной резки

В целом можно сформулировать список возможностей, которые дает лазерная резка:

  1. Возможность резки легко деформируемых и хрупких материалов – благодаря отсутствию механического контакта.
  2. Возможность резки заготовок из твердых сплавов.
  3. Возможность высокоскоростной резки – благодаря мощности лазера.
  4. Возможность выгодного использования при выпуске ограниченных партий изделий (здесь лазерная резка более экономична, чем изготовление деталей литьем или прессованием).
  5. Возможность автоматического раскроя материала по чертежу.

Такие возможности технологии лазерной резки (вместе с такими преимуществами как отсутствие деформаций и точность обработки) обеспечили данному методу металлообработки широкое промышленное применение.

Оборудование для лазерной резки металла

Для лазерной резки использует разное оборудование. Наиболее распространены станки на основе волоконных или твердотельных лазеров, а также газовых CO2-лазеров. Эти установки работают и в непрерывном, и в импульсно-периодическом режимах излучения.

Следует отметить, что, хотя процент резки с использованием газолазерной резки постоянно повышается, полностью заменить традиционные способы резки металлов он в настоящее время не может.

Причина в том, что, хотя в стоимости лазерного оборудования наметилась определенная тенденция к снижению, она все еще достаточно высока. Поэтому производить сходные операции часто оказывается более выгодно на традиционном оборудовании.

А процесс лазерной резки часто становится целесообразным только тогда, становится эффективным только тогда, когда использование традиционных способов признается неприемлемо трудоемким или вообще невозможным.

Для оценки целесообразности использования для выполнения конкретной операции того или иного оборудования, необходимо учитывать его цену, а также цену обслуживающего оборудования, затраты на содержание устройств и т.д.

Материалы заготовок для лазерной резки

Технология лазерной резки позволяет обрабатывать такие заготовки из следующих материалов:

  • стали (обыкновенную и нержавеющую);
  • алюминия и его сплавов;
  • меди;
  • латуни;
  • некоторых неметаллических материалов (например, из древесины).

Особенности применения оборудования

Следует учитывать, лучше режутся лазерным способом металлы с низкой теплопроводностью, так как в этом случае энергия лазера концентрируется в меньшем объеме материала. Что касается типа лазера, то его следует выбирать специально для каждого случая.

Следует также отметить, что промышленные лазеры нуждаются в качественном охлаждении.

В зависимости от размеров, мощности и назначения лазерного устройства, охлаждение производится или методом воздушного обдува, или с использованием теплоносителя в системе теплообменника. Возможен также вариант использования промышленной холодильной установки. По каждой единице оборудования следует выбрать свой вариант, который позволяет использовать его с максимальной выгодой.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.