Řezání laserem

Řezání kovů laserem si získalo širokou oblibu napříč průmyslovými odvětvími díky své ‌přesnosti‌, ‌efektivitě‌, ‌všestrannosti‌ a ‌nákladové-efektivitě‌. Jednou z velkých výhod je, že může výrazně snížit náklady na nástroje prostřednictvím ‌eliminace forem‌, ‌minimalizace plýtvání materiálem‌ a ‌zvýšení flexibility výroby‌, a níže je krátký seznam výhod:

 

 

Vlastnosti laserového řezání různých kovových materiálů

 

Hliník

Tloušťka: typicky až ‌20 mm‌ s vysoce-výkonnými vláknovými lasery (Větší nebo rovno 6 kW), tenké plechy (1–6 mm) dosahují nejlepší kvality

Šířka zářezu‌: ‌0,1–0,3 mm‌, ovlivněna odrazivostí materiálu a asistenčním plynem (přednostněn dusík, aby se zabránilo oxidaci) ‌Tolerance‌: ±‌0,05–0,1 mm‌ pro tenké plechy; silnější materiály (±0,15 mm) v důsledku tepelné deformace.

Kvalitní řez, hladké hrany s minimální struskou při použití dusíku.

Riziko ‌oxidace‌ s asistencí kyslíku, což vyžaduje následné{0}}zpracování.

Vláknové lasery nabízejí poměrně málo výhod, které z nich činí preferované možnosti řezání kovů pro hliník:

 

√Vysoká{0}}hustota výkonu, soustřeďuje jejich energii do velmi malého místa, což umožňuje efektivní řezání i s reflexními materiály, jako je hliník.

√Vysoká rychlost řezání, vysoký výkon a vynikající kvalita paprsku vláknových laserů umožňují rychlé řezání a zvyšují produktivitu.

√Zóna ovlivněná teplem-minimalizovaným (HAZ) může produkovat méně tepla než jiné typy laserů, což vede k čistším řezům s menším tepelným zkreslením.

√Všestrannost, může řezat širokou škálu tlouštěk hliníku a slitin.

 

Úvahy o řezání hliníku laserem

 

Při řezání zvukovým laserem na hliníkových materiálech existuje několik velmi kritických faktorů a obsluha musí vždy zvážit následující aspekty:

 

√Možnost asistenčního plynu, dusík je často upřednostňován pro řezání hliníku, protože vytváří řezy bez-oxidu, zatímco u silnějších materiálů se často používá kyslík, ale může mít za následek zoxidovanou hranu. Nevýhodou dusíku je cena.

√Zaostřovací bod, je moudré vyzkoušet polohu zaostření vzhledem k povrchu materiálu před zahájením hromadného řezání a zkušený operátor vždy zkusí nastavit kladné nebo záporné zaostření, které může někdy zlepšit kvalitu řezu.

√Řezná rychlost pro nalezení správné rovnováhy mezi řeznou rychlostí a výkonem je zásadní, protože nízká rychlost může generovat příliš mnoho nadměrného tepla, zatímco vysoká rychlost nemusí dosáhnout úplného proniknutí.

√Čistota, obsluha se musí vždy ujistit, že hliníkové plechy jsou čisté a bez olejů nebo nečistot, které by mohly ovlivnit kvalitu řezu.

√Tepelný management, pravidelné intervaly ochlazování-, aby se zabránilo hromadění tepla, které by mohlo způsobit deformaci materiálu.

√Kvalita hran, operátor musí upravit parametry, pokud zaznamená problémy, jako je tvorba strusky nebo nadměrné tání.

 

Problémy s kvalitou řezání hliníku laserem

 

 

Kolem laserového řezání hliníkových materiálů, které chřadnou trubky, plechy nebo desky, je jen málo starostí, a pokud rozumíte těmto překážkám, může vám to pomoci dosáhnout optimálních výsledků a zároveň minimalizovat náklady na řezání kovů.

 

√Odrazivost, to je téměř primární problém při řezání hliníku laserem, protože může také způsobit zpětné odrazy poškozující stroj. Hliník přirozeně odráží významnou část laserového paprsku, což může snížit efektivitu řezání a potenciálně poškodit laserový systém, pokud není správně spravováno. Tato odrazivost vyžaduje použití specifických typů laserů a úrovní výkonu, aby se zajistilo účinné řezání, a kvůli tomuto problému je vláknový laser velmi oblíbenou volbou.

√Tepelná vodivost, dobrá tepelná vodivost činí řezání laserem poměrně náročným, protože materiál rychle odvádí teplo, což může ztížit dosažení lokalizovaného tavení potřebného pro přesné řezy. Dobrá tepelná vodivost proto může vést k širší šířce zářezu a potenciálním tepelně{1}}ovlivněným zónám kolem řezných hran.

√Oxidová vrstva, tenká oxidová vrstva vytvořená na hliníkových površích, obvykle narušuje proces řezání laserem-a má vyšší bod tání než samotný hliník, což může způsobit nekonzistenci v kvalitě řezu nebo vyžadovat další energii k pronikání.

√Molekulární struktura, její tvárná molekulární struktura může někdy vést k méně požadované kvalitě ostří a hrana často obsahuje otřepy nebo vykazuje mírný tavný efekt podél řezaných hran. U některých náročných projektů je vyžadováno následné zpracování.

 

Nerez

 

 

√ Nastavení výkonu v závislosti na tloušťce a typu nerezového materiálu a je důležité, aby otvor řezaný laserem byl souosý se středem trysky. Populární možnost napájení je označena následovně:

1. Tenká deska (1-3mm), výkon 1000-2000W s ochranou dusíkem, aby se zabránilo tepelné deformaci

2‌. Střední deska (10-25 mm), doporučuje se výkon 4000-6000 W a ke snížení defektů strusky se používá kyslík

‌3. Extra thick plate (>50 mm): 12 000 W + výkon je vyžadován v kombinaci s technologií vícenásobné perforace při řízení stability tlaku plynu, aby se snížila situace zužování.

 

√ Velikost trysky, určuje tvar proudu plynu vstupujícího do řezu, oblast difúze plynu a rychlost proudění plynu, čímž ovlivňuje stabilitu odstraňování taveniny a řezání. Proud vzduchu vstupující do řezu je velký, rychlost je vysoká a poloha obrobku v proudu vzduchu je správná, tím silnější je schopnost rozprašování odstranit roztavený materiál. Čím silnější je nerezová ocel, tím větší by měla být použita tryska, tím větší je nastavení proporcionálního ventilu a tím větší je průtok, lze zajistit tlak a snížit efekt normální sekce. Doporučený průměr trysky pro řezání různé tloušťky nerezové oceli je následující:

1. 1 mm, φ1,0 mm

2. 2-3 mm, φ1,5 mm

3. 3-5 mm, φ2,0 mm

4. 5-10mm,φ 3,0 mm +

 

√ Typ pomocného plynu, kyslík, dusík a vzduch se běžně používají pro laserové řezání nerezové oceli a každý z nich má jiný vliv na kvalitu řezání. Kyslík podstoupí exotermickou reakci a přidá dodatečné teplo na řeznou plochu, což poskytuje hladší řeznou hranu, avšak vytváří žlutý nádech řezné hrany. Dusík může zachovat původní barvu nerezové oceli před oxidací a řezání dusíkem vede k úzké šířce zářezu kvůli absenci exotermické oxidační reakce, takže k vypuzení roztaveného kovu ze spodní zářezu je potřeba vyššího tlaku dusíku. Proto je dusík preferovaným pomocným plynem pro řezání nerezové oceli. Pomocný plyn je směrován koaxiálně na obrobek podél laserového paprsku a jeho hlavním účelem je vytlačit roztavený materiál ze zářezu a zabránit tvorbě strusky.

 

√ Ohnisková poloha, různá tloušťka desky a třídy nerezové oceli vyžadují jinou ohniskovou polohu. Před řezáním je změřeno skutečné nulové ohnisko a test a analýza parametrů řezného procesu může být provedena s nulovým ohniskem jako měřítkem. Negativní rozostření je hlavním směrem výběru procesu pro řezání nerezové oceli. Při řezání tlustých plechů by mělo být ohnisko nastaveno uvnitř desky (obvykle 1/3 až 1/4 tloušťky desky), aby se optimalizovala distribuce energie.

 

√ Nastavení frekvence, vysoko{0}}frekvenční řezání (400–500 Hz) může snížit zbytky strusky a zlepšit kvalitu řezu pro tenké plechy a pro obrobky s vysokými požadavky na přesnost. Při řezání středně silných plechů (6-10 mm) může snížení frekvence na 200-300 Hz zlepšit kvalitu řezání, pokud nastavení na 100 Hz způsobí selhání řezání.

 

√ Pracovní cyklus, pracovní cyklus 53% je kritická hodnota. Pokud budete pokračovat ve snižování pracovního cyklu, na spodním povrchu budou stopy neúplného řezání, pracovní cyklus se zvýší na 60 % a sekce bude drsná a vrstvená. Pracovní cyklus pulzu se týká podílu doby ozáření paprskem v každém pulzu.

 

Uhlíková ocel

 

 

Laserové řezání uhlíkové oceli normálně vyžaduje specifický rozsah výkonu, tloušťku oceli a také průměr trysky a níže je oblíbené nastavení pevných parametrů, které volí mnoho výrobců:

 

√Tloušťka oceli: 1,0-3,0 mm 1-2 Kw s tryskou 1,0-1,5 mm

√Tloušťka oceli: 3,0-6,0 mm 2-4 Kw s tryskou 1,5-2,0 mm

√Tloušťka oceli 6,0-10,0 mm, 4-6 Kw s tryskou 2,0-2,5 mm

√Tloušťka oceli výše vyžaduje výkon 6K+ Kw a velikost trysky je často větší než 2,5 mm.

 

Požadavky na laserové řezání uhlíkové oceli

 

8mm deska z uhlíkové oceli

Když diskutujeme o tom, jak určit nejlepší parametry procesu pro řezání laserem, obvykle musíme vzít v úvahu několik klíčových faktorů, včetně výkonu laseru, rychlosti řezání, typu plynu, velikosti trysky a tlaku. Správným nastavením těchto parametrů lze optimalizovat laserový řezný účinek desek z uhlíkové oceli a zlepšit efektivitu výroby a kvalitu řezání. Kromě toho různé řezné vzory ovlivní výběr a nastavení parametrů řezného procesu, což následně ovlivňuje rychlost řezu a kvalitu. Operátor musí pochopit, že experimenty a optimalizační parametry je třeba urovnat před hromadným řezáním. Neustálými pokusy a optimalizací přitom můžeme postupně sbírat zkušenosti a zlepšovat přesnost a efektivitu řezání. Po sérii experimentů můžeme získat optimální procesní parametry pro středně-výkonný vláknový laserový řezací stroj pro řezání uhlíkové oceli o tloušťce 8 mm. Dále podrobně prozkoumáme výběr a úpravy pro laserové řezání uhlíkové oceli 8 mm a 3 mm.

 

√Typ laseru: vláknový laser

√Řezná rychlost: 13 mm/s

√Výkon: 5kw

√Ohnisková poloha:+3.2 mm

√Velikost trysky: 2,3 mm

√Pomocný plyn: kyslík

√Tlak plynu při 0,04 MPa.

√Perforační frekvence: 80 Hz.

 

3mm deska z uhlíkové oceli

√Typ laseru: vláknový laser

√Řezná rychlost: 70 mm/s

√Výkon: 3Kw

√Ohnisková poloha:+2 mm

√Velikost trysky: 2,3 mm

√Pomocný plyn: kyslík

√Tlak plynu při 0,35 MPa.

√Perforační frekvence: 300 Hz.

 

V průmyslových aplikacích je šířka zářezu CO2 laserem obecně asi 0,2 až 0,3 mm, což je zvláště vhodné pro řezání středních a silných plechů a také závisí na typu řezání laserem a tloušťce ocelového materiálu. Kyslíkový asistent rozšiřuje šířku řezu, ale zvyšuje rychlost a řez dusíkovým laserem bude mít čisté okraje bez strusky, zatímco kyslíkový asistent vytváří otřepy vyžadující sekundární broušení.

Měď a mosaz

 

 

Vysoká odrazivost, vodivost a všestrannost mědi a mosazi představuje jedinečné výzvy pro laserové řezání a dva hlavní faktory jsou odrazivost a tepelná vodivost, které ovlivňují účinnost a přesnost laserového řezání. K překonání těchto problémů je široce používán vláknový laser a operátor musí při řezání laserem do reflexních kovů, jako je nerezová ocel, hliník, měď a mosaz, vzít v úvahu následující parametry:

 

√Pro vláknové lasery se běžně doporučuje vlnová délka, 1 μm, která může být dobře-pohlcena reflexními kovy, jako je měď, hliník a nerezová ocel.

√Výkon a pulz, je velmi rozumné upravit výkon laseru a trvání pulzu, aby se optimalizoval proces řezání, aby se zabránilo nadměrnému hromadění tepla a odrazům. U tenkých měděných plechů může být účinná technika pulzního propichování, která zahrnuje postupné zvyšování výkonu laseru v sérii krátkých pulzů, dokud není materiál propíchnut, čímž se zabrání neúplným řezům a tvorbě strusky.

√Pomocný plyn, dusík a kyslík jsou běžné u laserového řezání reflexních kovů a mohou pomoci odfouknout roztavený materiál a zabránit odrazům.

√Zaostřovací optika, je důležité zajistit, aby byla zaostřovací optika čistá a správně vyrovnána, aby se minimalizovaly odrazy a optimalizovala účinnost řezání.

√Doručování paprsku, vysoce{0}}kvalitní systémy dodávání paprsku s reflexními vrstvami mohou pomoci minimalizovat odrazy.

√Před zahájením sériové výroby se důrazně doporučuje kalibrace řezných parametrů, jako je rychlost, výkon a ohnisková vzdálenost pro dosažení požadované kvality řezu, aniž by došlo k nadměrnému odrazu nebo hromadění tepla, a zkušební řez v malém měřítku.