Технология резки металла лазером

Технология лазерной резки металла подразумевает воздействие на поверхность заготовки или листа направленным пучком лазерных лучей. Интенсивное нагревание области резания запускает в структуре материала один из следующих процессов:

• Плавление. Так называют разогрев материала до температуры его плавления – перехода из твердого в жидкое состояние. При условии правильно подобранного режима воздействия и температуры лазерного луча плавление осуществляется только в зоне воздействия лазера без влияния на соседние области возле линии реза. Одновременно удается получить ровные срезы листа или заготовки, которые не требуют дополнительной зачистки или шлифовки. Одновременно с термическим воздействием на сплав осуществляется подача на поверхность металла сжатого газа, который выдувает расплавленные фрагменты из области воздействия, исключая образование оплавленных срезов. Если речь идет об обработке алюминия или нержавеющей стали, вместо кислорода на поверхность материала подается химически нейтральный азот. Его применение позволяет избежать окисления металла в области теплового воздействия и изменения его структуры. Работа лазерного луча управляется с помощью специального программного обеспечения, в котором учтены физико-химические свойства сплава и толщина заготовки. Результат – высокая производительность, точность раскроя и его экономичность.
• Горение. Такая технология резки металла лазером применяется только для черных сплавов и подразумевает воздействие на поверхность листа кислорода, обеспечивающего интенсивный процесс сгорания излишков материала. В числе преимуществ данной методики – высокая скорость обработки и низкая себестоимость, а в числе недостатков стоит отметить риск обгорания кромок детали вследствие термического воздействия. Из-за необходимости дополнительной обработки такой заготовки говорить об экономической целесообразности метода не приходится.
• Испарение. Эта технология резки металла целесообразна при работе с деталями небольшой толщины. Импульсное воздействие лазерного луча позволяет бережно воздействовать на линию реза, исключая разрушение соседних участков заготовки. Нагрев линии раскроя может составлять до 2500 градусов, что требует применения оборудования высокой мощности и обуславливает значительные энергетические затраты. Сравнительно высокая себестоимость метода испарения существенно ограничивает область его применения.

Все перечисленные методы лазерной резки металла сегодня выполняются на высокоточном фирменном оборудовании с применением лучших образцов расходных материалов. Такой подход позволяет устранить часть ограничений по применению того или иного способа, а также добиться неизменно высокого качества готовых деталей и элементов конструкций.

Какое оборудование применяется для лазерной резки

Многообразие современного оборудования для лазерной резки предусматривает введение особой классификации, упрощающей выбор станка или механизма для раскроя конкретного вида сплава. В зависимости от источника лазерного луча различают:

• Твердотельное оборудование, в осветительный модуль которого вмонтировано твердое рабочее тело и газоразрядная лампа повышенной мощности. В роли расходного материала выступает стержень из рубина или неодима, а аккумулирование лазерного потока осуществляется с применением системы зеркал. Благодаря многократным отражениям удается точно сфокусировать лазерный луч на линии резания, добиваясь высокой точности раскроя и снижая вероятность образования брака. Область применения оборудования данного типа – резка деталей – лазерная резка заготовок из меди, серебра, латуни или алюминия.
• Газовое оборудование. Углекислый газ в смеси с азотом и гелием обеспечивает активизацию электрических разрядов и их концентрацию, а мощность луча усиливает несложная зеркальная конструкция.
• Газодинамические устройства. Оборудование высокой мощности, позволяющее получить на выходе до 2700 градусов. Прохождение газа через сопло активизирует слабый лазерный луч и в разы увеличивает уровень его мощности, позволяя с легкостью раскраивать самые тугоплавкие виды металла. Вместе с газовым оборудованием такие устройства используются в раскрое пластика, металла или стекла.

От чего зависит качество резки лазером

Говорить о качестве лазерной резки металла позволяют:

• высокая точность резания;
• отсутствие шероховатостей на срезе;
• идеально ровный край, не имеющий признаков дефектов и не нуждающийся в дополнительной обработке, что увеличивает себестоимость раскроя заготовки.

Чтобы добиться требуемых результатов, при выборе оборудования и технологии резания следует учитывать рабочие характеристики используемого оборудования, материал и габариты детали, точность разработки макета и особенности гибкой настройки станка с учетом типа сплава и толщины заготовки. При условии выполнения данных требований точность раскроя будет составлять не более 0,1 мм без ущерба для высокого уровня производительности. Что касается скорости лазерной резки, на нее оказывают влияние толщина металла, его уровень теплопроводности и рабочая мощность используемого оборудования. Чем эффективнее сплав отводит тепло, тем больше энергии требуется для резания, и тем выше будет себестоимость услуги.

Особенности лазерной резки некоторых металлов

Методы лазерного раскроя металлических сплавов имеют свои особенности для каждого конкретного вида сплава.

Углеродистые и стальные сплавы конструкционного типа

Раскрой заготовок из указанных сплавов осуществляется с применением твердотельных или газовых видов лазерного оборудования с длиной волны от 1,07 до 10,6 мкм. В качестве дополнительного газового состава применяется кислород. Существует вероятность образования на торце следов оплавленного металла. Благодаря оптимальной прочности металла удается получить при раскрое аккуратный и ровный срез заготовки. Метод применяется для листов или деталей толщиной не более 25 мм, при превышении данного показателя качество работы ухудшается, и лазерный раскрой становится менее выгодным.

Нержавеющие стали

Для лазерной резки данного вида сплавов применяется лазер волоконного типа или газовое оборудование. При попытке лазерной резки данного типа сталей существует высокий риск образования шлаков в канале резания из-за присутствия в сплаве значительного объема легирующих элементов. Кроме того, при интенсивном тепловом воздействии нередко образуются тугоплавкие оксиды, замедляющие процесс резки из-за образования препятствия на пути лазерного потока. Поэтому перед началом работ рекомендуется точно отрегулировать поток газа. Толщина металла для получения ровного торца – до 15 мм.

Алюминиевые сплавы

Алюминий считается достаточно сложным металлом для лазерной резки, что обусловлено повышенной теплопроводностью, увеличенными оптическими параметрами и быстрым окислением. Для точного и ровного среза необходимо использовать оборудование повышенной мощности, что обеспечит высокую производительность и бережное воздействие на чувствительный металл. Структура на поверхности реза имеет характерную пористость, на нижней кромке присутствуют следы грата. Исключить интенсивное окисление позволяет использование вместо кислородной смеси азота. К обработке допускаются детали толщиной до 10 мм, раскрой которых выполняют на твердотельном оборудовании, реже – на станках газового типа.

Медные сплавы

Лазерная резка медных сплавов немало осложнена повышенной теплоемкостью этого металла, быстрым плавлением и увеличенным коэффициентом отражения энергии. Поэтому для раскроя используется твердотельное оборудование с импульсным режимом воздействия. Максимально допустимая толщина заготовки составляет не более 6 мм, а при использовании оборудования с углекислым газом – не более 2 мм. Волоконные лазеры при раскрое меди не используют из-за высокого риска обратного отражения с последующим разрушением рабочего узла вследствие интенсивного термического воздействия.

Практическое применение лазерной резки

Добиться высокой точности и качества лазерного раскроя материалов позволяет соблюдение последовательности работ:

• формирование эскиза с отражением основной концепции будущей детали;
• построение макета на основе выбранного материала;
• изготовление пробного образца на станке с ЧПУ;
• проверка качества готового изделия с внесением необходимых корректировок;
• запуск детали в массовое производство.

При создании пробного образца особое внимание уделяется качеству макета, а также выбору точных параметров воздействия на заготовку с учетом толщины листа и физико-химических параметров используемого сплава. Чтобы снизить вероятность брака при массовом производстве продукции, необходимо соблюсти ряд требований:

• все контуры выполняются в натуральном масштабе;
• внутренние и внешние контуры имеют замкнутую линию;
• наложение одной линии на другую вызовет многократное прохождение лазера по одной и той же линии, поэтому данный момент следует исключить;
• в используемую программу следует внести данные о типе сплава и количестве изготавливаемых деталей.

Использование специального программного обеспечения позволяет добиться высокой точности раскроя и исключить неблагоприятное воздействие на материал вследствие интенсивного нагрева структуры.

Процесс ценообразования при оказании услуг лазерной резки

Расчет стоимости услуги лазерной резки осуществляется на основании целого набора факторов:

• Вид сплава. Резка черных металлов обычно дешевле, тогда как раскрой стальных и алюминиевых сплавов, титана, меди и латуни имеет более высокую себестоимость.
• Толщина листа. Чем толще заготовка, тем дороже обойдется ее раскрой. Стоимость услуги в данном случае рассчитывается на основании точного расчета в зависимости от указанных заказчиком параметров.
• Сложность профиля, который необходимо получить с применением метода лазерной резки. Чем сложнее линия реза, тем выше цена выполненной услуги.

Важно: стоимость резки может меняться в зависимости от сложности поставленной задачи и дополнительных требований заказчика. Окончательная цена обсуждается до момента подписания договора. Уточнить прочие условия сотрудничества и обсудить возможность раскроя детали из заготовок определенной толщины можно, позвонив сотрудникам компании ООО «Премьер Лазер» по указанному телефону.