Технологията за лазерно рязане трябва да е позната на всички. Лазерната технология за рязане е метод за обработка, който използва лазерен лъч с висока енергийна плътност за точно изрязване на материали. Той се използва широко при обработката на метални и неметални материали. Най -честото оборудване за лазерно рязане са лазерните машини за рязане.
Лазерните машини за рязане използват принципа на рязане на лазерите. Ядрото на лазерното рязане е лазерният лъч, генериран от лазер с висока мощност. Чрез рефлекторна и леща система, особено фокусираща се леща, лъчът е фокусиран на много малко място, обикновено с диаметър само десетки микрони до стотици микрона, като по този начин образува много висока енергийна плътност върху повърхността на обработения материал.
При облъчването на лазери с висока енергийна плътност повърхността на материала бързо се загрява до хиляди до десетки хиляди градуси по Целзий, причинявайки материала да се стопи, изпарява или изгаря незабавно. За металните материали може да има и реакция на окисляване.
В процеса на рязане на лазер се използват спомагателни газове с високо налягане (като кислород, азот, аргон или сгъстен въздух и др.) Често се използват в комбинация. От една страна, те помагат да издухат разтопените или изпарени материали, а от друга, те защитават зоната на рязане, намаляват засегнатата от топлина зона и подобряват качеството и скоростта на рязане.
Основните параметри на процеса на рязане на лазер са рязане на лазерна мощност, ширина на разреза, скорост на рязане и дебит на газ. Други фактори, като качеството на лазерния лъч, фокусното разстояние, дефокусът и дюзата на обектива, също имат голямо влияние върху лазерното рязане.
(1) Лазерна мощност
За свойствата на материала, ако повърхностната отразяваща способност на материала е висока, тогава, когато лазерът облъчва повърхността на материала, повече енергия ще бъде отразена назад, вместо да се абсорбира от материала за рязане. Следователно, за да се осигури достатъчно енергия за рязане, лазерната мощност трябва да се увеличи. По същия начин, ако топлинната проводимост на материала е добра, топлината, генерирана от лазерното облъчване, бързо ще се провежда вътре в материала, което затруднява температурата на зоната на рязане да се повиши до ниво, достатъчно за рязане. В този случай лазерната мощност също трябва да бъде увеличена, за да се подобри ефективността на рязане. В допълнение, рязането на материали с високи точки на топене също изисква по -голяма лазерна мощност и плътност на мощността. Това е така, защото материалите с високи точки на топене изискват повече енергия, за да ги разтопят или изпарят, като по този начин се постигат целта на рязането.
(2) Скорост на рязане
При определени условия на мощност, когато дебелината на плочата се увеличи, лазерният лъч трябва да проникне в по -дълбоки материални слоеве, за да завърши рязането. Проучванията показват, че връзката между скоростта на рязане и грапавостта на нарязаната повърхност не е проста линейна връзка, но показва U-образна тенденция на промяна. Това означава, че за материалите с различна дебелина на плочата и различни условия на налягане на газовия налягане има оптимална точка на скорост на рязане. При рязане на тази скорост стойността на грапавостта на рязаната повърхност може да бъде сведена до минимум, тоест рязането е най -гладко. Най -общо казано, колкото по -бърза е скоростта на рязане, толкова по -голяма е необходима мощност.
(3) Налягане на газ (поток на газ)
По време на процеса на рязане на топене лазерният лъч загрява материала до температурата на топене. По това време газът издуха течния метал, за да образува разрез. Налягането на газ трябва да е достатъчно голямо, за да се отстрани ефективно разтопеният метал и да гарантира непрекъснатостта на рязането и яснотата на разреза. Дебитът на газ също е свързан с формата на дюзата. Различните форми на дюзите имат различни ефекти върху характеристиките на разпределението и потока на газа, така че приложимият дебит на газ също ще бъде различен. Когато избирате дюзата и задавате дебита на газа, е необходимо да се съпоставят и оптимизирате според специфичните изисквания за рязане и свойствата на материала.
(4) Качество на лъча, фокусно разстояние и дефокус на обектива и дефокус
Изходът на режима на лъча от лазера е от решаващо значение за ефекта на рязане. Основният напречен режим (режим TEM 00) се счита за най -идеалния режим на лъча при лазерно рязане поради диаметъра на малкия си лъч и концентрираната енергия. Експерименталните проучвания показват, че ширината на разреза е почти равна на диаметъра на лазерното петно при рязане, асоциирано с не-кислород. Размерът на петното е пропорционален на фокусното разстояние на фокусиращата се леща, тоест, колкото по -дълго е фокусното разстояние, толкова по -голямо е петното; Колкото по -кратко е фокусното разстояние, толкова по -малко е мястото. Въпреки това, въпреки че късата фокусна дължина на обектива може да получи по -малко място, неговата фокусна дълбочина също се намалява съответно. Колкото по -малка е фокусната дълбочина, толкова по -строго е изискването за разстояние от повърхността на детайла до обектива. Стойността на дефокус има голямо влияние върху скоростта на рязане и дълбочината на рязане и трябва да остане непроменена по време на процеса на рязане. Като цяло стойността на дефокуса е отрицателна стойност, тоест позицията на фокуса е поставена в определена точка под повърхността на режещата плоча.
(5) дюза
Накрайникът е важен компонент, който влияе върху качеството и ефективността на лазерното рязане. Лазерното рязане обикновено използва коаксиален (въздушен поток и оптична ос на концентрична) дюза, а диаметърът на изхода на дюзата трябва да бъде избран според дебелината на плочата. В допълнение, разстоянието от дюзата до повърхността на детайла също има голямо влияние върху качеството на рязане. За да се гарантира стабилността на процеса на рязане, това разстояние трябва да се поддържа постоянно.
Лазерно рязане на индустриални материали
(1) Лазерно рязане на метални материали
Почти всички метални материали имат висока отразяваща способност за инфрачервена светлина при стайна температура. Например, скоростта на абсорбция от 1 0. 6 μm въглероден диоксид лазер е само 0,5%~ 10%. Въпреки това, когато плътността на мощността надвишава фокусирания лъч, повърхността може да започне да се стопява в микросекунди. Скоростта на абсорбция на повечето разтопени метали ще се повиши рязко, като цяло до 60%~ 80%. Следователно лазерите от въглероден диоксид успешно се използват в много практики за рязане на метали.
Максималната дебелина на въглеродните стомани, които могат да бъдат отрязани от съвременните системи за рязане на лазер, надвишава 2 0 mm. Режещият шев от въглеродни стомани могат да бъдат контролирани в рамките на задоволителен диапазон на ширината чрез метод за рязане, подпомаган от кислород, и режещият шев на тънки стоманени плочи може да бъде толкова тесен, колкото около 0,1 мм. Лазерното рязане е ефективен метод за обработка на плочи от неръждаема стомана. Той може да контролира зоната, засегната от топлина в много малък диапазон, като по този начин поддържа своята корозионна устойчивост. Повечето структурни стомани и сплав на сплав могат да получат добро качество на ръба чрез лазерно рязане.
Алуминиевите и алуминиевите сплави не могат да бъдат нарязани с топене, подпомагани от кислород. Трябва да се използва механизъм за рязане на топене. Алуминиевото лазерно рязане изисква много висока плътност на мощността, за да се преодолее високата му отразяваща способност до 10,6 µm лазери с дължина на вълната. 1. 06 мкм дължина на вълната YAG лазерни лъчи могат значително да подобрят качеството на рязане и скоростта на алуминиево лазерно рязане поради високата им скорост на абсорбция.
Титановите и титанните сплави, които обикновено се използват в производството на въздухоплавателни средства, имат интензивни химични реакции, когато кислородът се използва като спомагателен газ, а скоростта на рязане е бърза, но е лесно да се образува оксиден слой на режещия ръб и дори да се причини преобладаващ.
По -безопасно е да се използва инертен газ като спомагателен газ, за да се гарантира качеството на рязане. Повечето сплави на базата на никел също могат да бъдат нарязани с топене, подпомагано от кислород. Медните и медните сплави имат твърде висока отражателна способност и по принцип не могат да бъдат нарязани с 10,6 µm въглероден диоксид лазери.
(2) Лазерно рязане на неметални материали
Лазерният лъч на 10,6 μm CO2 лесно се абсорбира от неметални материали. Ниската му отражателна способност и температура на изпаряване позволяват на почти цялата абсорбирана светлинна енергия да влезе в материала и незабавно причинява изпаряването да образува дупки, влизайки в добродетелен цикъл на процеса на рязане. Пластмасите, гумата, дървото, хартиените продукти, кожата, естествените материи и други органични материали могат да бъдат отрязани от лазер. Дебелината на дървесината обаче трябва да бъде ограничена. Дебелината на дървесните дъски е в рамките на 75 мм, а дебелината на ламинатите и дъските за дървен чип е около 25 мм. Сред неорганичните материали кварцът и керамиката могат да бъдат отрязани от лазер. Последното трябва да се нарязва с контролирана фрактура и не трябва да се използва висока мощност. Стъклото и камъкът обикновено не са подходящи за лазерно рязане.
Други материали, които са трудни за обработка чрез конвенционални методи, като композитни материали и циментирани карбиди, могат да бъдат отрязани чрез лазер, но разумните механизми за рязане и параметрите на процеса трябва да бъдат избрани чрез експерименти.
В действителното прилагане на технологията за лазерно рязане, подобряването на ефективността на рязане, подобряването на качеството на рязане и намаляването на разходите за рязане са едно от нещата, които често трябва да вземем предвид.
Подобряване на технологията за лазерно рязане за подобряване на ефективността на производството, качеството на намаляване и намаляване на разходите може да се направи от следните аспекти:
1. С развитието на лазерната технология използването на лазери с по-висока мощност (като 10, 000- ват лазери) може значително да увеличи скоростта на рязане, като същевременно намалява зоните, засегнати от топлина и деформацията на материала, което прави рязането по-ефективно и по-добро качество, особено за намаляване на по-плътните материали.
2. Разумно регулирайте параметрите като лазерна мощност, скоростта на рязане, спомагателния тип газ и налягането и разстоянието между дюзата и материала и направете подробни настройки въз основа на специфични материали и изисквания за рязане. Намерете оптималната комбинация от параметри чрез множество тестове, за да подобрите ефективността и качеството на рязане.
3. Чрез автоматичната система за фокусиране, позицията на лазерния фокус се регулира автоматично според дебелината и типа на материала, за да се гарантира точността на рязане.
4. Намалете времето за не рязане и подобрете общата ефективност на работа, като бързо премествате режещата глава към следващата начална точка на рязане.
5. Автоматично открийте ръбовете на материала и ъглите на наклона, автоматично регулирайте пътя на рязане и намалете материалите и времето за предварителна обработка.
6. Използвайте софтуера на CNC, за да симулирате рязането, планирайте най -простия път за рязане, намалете празни удари и подобряване на използването на материали и скоростта на рязане.
7. Редовно поддържайте и обслужвайте лазерната машина за рязане, като подмяна на носещи части, почистване на оптични компоненти, калибриращо оборудване и др., За да се осигури дългосрочна стабилна работа на оборудването и да поддържа оптимални характеристики на рязане.
8. Поддържайте работната среда на машината за лазерно рязане чиста, с подходяща температура и умерена влажност, за да избегнете въздействието на праха и прекомерната влажност върху оборудването и ефекта на рязане.
9. Използвайте по -усъвършенствани системи и софтуер за управление на ЦПУ, за да подобрите точността на контрола и скоростта на реакция и поддържайте по -сложни задачи за рязане.
10. Продължете да обръщате внимание на новите разработки в лазерната технология, като по -ефективни лазерни източници, по -напреднали оптични системи, интелигентни софтуерни алгоритми и т.н., за непрекъснато подобряване на възможностите за рязане.