Технология резки металла лазером

Технология резки металла лазером

Лазерная резка металла представляет собой технологический процесс, при котором происходит нагрев и разрушение структуры металла с использованием луча лазера. По международным стандартам технология называется Laser Beam Cutting (LBC).

Резка металла лазерным лучом производится тремя методами:

  • Метод плавления. Самая распространенная технология, применяемая к большинству листовых металлов. Под воздействием энергии лазерного луча поверхность металла разогревается до температуры плавления. Правильно подобранный режим работы оборудования обеспечивает плавление материала только в области линии среза. При этом полностью обеспечивается сохранность кромок изделия. Расплавленный при помощи лазера металл выдувается за счет потока сжатого газа, который подается на линию реза. Такая технология позволяет избежать оплавления краев. Когда производится резка алюминия или нержавейки, то при взаимодействии этих металлов с кислородом происходит их окисление. Для предотвращения окислительного процесса в этом случае обдув производится при помощи азота. Алгоритм движения лазера составляется на основе информации о температуре плавления и толщине обрабатываемого материала. Работа лазера управляются при помощи заложенной программы. За счет этого достигается точность, экономичность и оптимальная скорость процесса.
  • Горение. Этот метод резки применяется для черных металлов и непригоден для цветных металлов, а также стали с большим содержанием легирующих элементов. За счет воздействия кислорода удается достичь более высокого температурного показателя, чем при использовании лазера. Метод характеризуется малой себестоимостью и временем, затрачиваемым на обработку детали. Следует отметить недостаток этого метода: у некоторых материалов обгорают кромки. Это влияет на увеличение расходов на последующую обработку. Причем эти расходы могут превысить экономию от метода резки.
  • Испарение. Метод используется крайне редко и применяется в основном для обработки материалов малой толщины. При методе испарения лазерный луч работает не сплошным потоком, а импульсами. За счет этого луч режет только заготовку, не затрагивая другие материалы, например подложку. Для технологии испарения характерен значительный нагрев места реза. Для алюминия температура плавления составляет 660 градусов, а испарения 2519 градусов. Соответственно и энергии требуется в 4 раза больше. Затратность метода предусматривает его использование только в исключительных ситуациях, когда для обработки нет другой технологии.

Лазерная резка металла — это оптимальное соотношение цены и качества обработки.

DSC06694.jpg

Какое оборудование применяется для лазерной резки

Классификация устройств производится по различным параметрам. За основу берется рабочая среда, которая определяет источника лазера.

Лазерная резка производится тремя видами приборов:

  • Твердотельные системы. В осветительный модуль вмонтировано твердое рабочее тело. Там же расположена газоразрядная высокомощная лампа. В качестве рабочего материала может использоваться рубиновый стержень или из неодимового стекла. По краям стержня расположены зеркала: одно полупрозрачное, а второе отражающее. Из-за множественных отражений лазерный луч, созданный рабочим телом, наращивает свою мощность и выходит наружу через полупрозрачное зеркало.
  • Газовые устройства. Работа этих агрегатов основана на использовании углекислого газа, который может применяться как вместе с азотом и гелием, так и отдельного. Углекислый газ способствует активизации электроразрядов, а для увеличения мощности также используются два зеркала.
  • Газодинамические приборы. Это самые высокомощные агрегаты. Их работа также основана на использовании углекислого газа, который нагревается до температуры от 726 до 2726 градусов. Для активизации используется луч лазера малой мощности. При прохождении через сопло состояние газа изменяется, и он становится источником излучения. Газодинамические станки являются самыми дорогостоящими.

Тип лазерной резки определяется типом обрабатываемого материала.

Оборудование, в работе которого применяется углекислый газ, может применяться для сварочных работ, раскроя и гравировки пластика, металла или стекла. Агрегаты с твердотельным типом работы успешно используется для резки алюминия, латуни, серебра и меди. Не применяются для обработки материалов не из металла.

От чего зависит качество резки лазером?

Понятие качества лазерной резки предполагает точность реза и отсутствие шероховатостей.

На результат работы оказывают влияние следующие факторы:

  • Материал детали и ее габариты;
  • Правильная настройка оборудования;
  • Техническая исправность станка;
  • Точность при разработке макета.

При соблюдении всех требований точность реза может составлять 0,1 мм.

На скорость резки оказывает влияние мощность оборудования, теплопроводность и толщина заготовки. Чем выше эти цифры, тем быстрее производится теплоотвод, и тем больше требуется энергозатрат на выполнение задачи.

На скорость резки оказывает влияние мощность оборудования, теплопроводность и толщина заготовки. Чем выше эти цифры, тем быстрее производится теплоотвод, и тем больше требуется энергозатрат на выполнение задачи.

Особенности лазерной резки некоторых металлов

Выбор технологии лазерной резки зависит от свойств обрабатываемого материала. Для обработки цветных металлов или их сплавов необходимо оборудование мощностью от 1 кВт. Для черных металлов будет достаточно 0,5 кВт.

В большинстве случаев для раскроя высокоуглеродистых сталей применяется лазерная резка с использованием кислорода.

Применение такого метода обеспечивает приемлемое качество реза.

Заготовки из нержавеющей стали обрабатываются с использованием азота. Он подается к точке обработки под давлением до 15-20 атмосфер. Для нержавеющей и оцинкованной стали, учитывая их прочность, резка при помощи лазерного луча является оптимальным методом обработки с сохранением качества.

Обработка алюминия, латуни и их сплавов производится с применением азота, поступающего в точку обработки под давлением до 15-20 атмосфер.

Для меди характерна высокая теплопроводность. Учитывая это для раскроя используются листы не толще 6 мм.

Хороший результат был показан при использовании лазерного оборудования для резки труб толщиной до 30 мм. Линия реза может быть произведена под любым углом. В результате получается ровная поверхность, полностью пригодная для монтажа или сварочных работ.

DSC06716.jpg

Альтернативные способы резки

Помимо лазерной резки в современной металлообрабатывающей промышленности используются 4 технологии резки:

  1. Лазерная;
  2. Плазменная;
  3. Газовая;
  4. Гидроабразивная.

Каждая из этих технологий показывает различные по качеству результаты, которые во многом зависят от свойств обрабатываемого материала.

Особенности плазменной резки

Данная технология предусматривает использование плазменной струи в качестве режущего инструмента. Преимущества метода заключаются в возможности обработки тугоплавких и цветных металлов. При этом удается достичь самой сложной формы реза.

По качеству образуемых кромок лазерная резка показывает лучший результат, чем плазменная. После лазера кромки получаются абсолютно перпендикулярными.

Если толщина обрабатываемой заготовки имеет размер более 16 мм, то процесс реза при помощи плазмы происходит быстрее и менее энергозатратно, чем лазером. Что касается тонких заготовок, то лазер показывает более высокую эффективность. С его помощью удается произвести рез самых сложных геометрических форм и с максимальным соответствием техзаданию.

Особенности газовой резки

Процесс газовой резки осуществляется следующим способом. При помощи пропана или ацетилена обрабатываемая деталь разогревается до 1000-1200 градусов. Затем кислород, подаваемый на разогретую поверхность, загорается и режет металл. Метод применим для обработки деталей, температура горения у которых меньше, чем температура плавления. Это может быть сталь, в составе которой малое и среднее содержание легирующих компонентов.

Метод газовой резки обладает малой стоимостью, а применяемое оборудование отличается мобильностью и простой в использовании.

Точность газовой резки значительно меньше, чем у плазменной или лазерной.

Особенности гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка осуществляется при помощи смеси воды с добавлением абразивных частиц. В качестве абразива может использоваться карбид кремния, электрокорунд или гранатовый песок. В режущую головку под давлением около 6000 атмосфер подается вода. Затем со скоростью 1000 метров секунду она подается в камеру с абразивом, смешивается с ним, и уже готовая абразивная смесь режет металл и одновременно смывает отходы процесса резки.

Отличительной особенностью гидроабразивного процесса является отсутствие нагрева обрабатываемой поверхности.

В этом заключается целый ряд преимуществ:

  • Использование гидроабразивной резки подходит для обработки любых материалов;
  • Благодаря отсутствию процесса оплавления и пригорания обрабатываемой поверхности срез получается идеальным;
  • Может использоваться для термочувствительных материалов;
  • В процессе работы нет вредных выделений;
  • Полная пожаробезопасность производимых работ.

К недостаткам метода можно отнести низкую скорость обработки, в сравнении с лазерной технологией или плазменной. Также здесь используется дорогостоящее оборудование в связи с чем получается высокая себестоимость процесса.

Среди всех представленных вариантов лазерный метод резки является самым оптимальным. Этот метод, кроме раскроя, может применяться для разметки, гравировки и маркировки металлоизделий.

Практическое применение лазерной резки

Этапы производства изделий с применением лазерного оборудования:

  • Замысел исходного продукта;
  • Формирование эскиза;
  • Построение макета;
  • Изготовление образца на станке с ЧПУ;
  • Контроль полученных результатов и внесение, при необходимости, доработок;
  • Запуск серийного выпуска.

Особое внимание должно уделяться макету. Точность его изготовления в полной мере окажет влияние на качество готового изделия.

Работа станков базируется на основе данных, создаваемых программным обеспечением AutoCAD. Соответственно и чертежи должны быть созданы с использованием этой программы.

Технические требования к макетам, применяемым в процессе лазерной резки:

  • Контуры должны быть выполнены в масштабе 1:1;
  • Замкнутость внутренних и внешних контуров;
  • Отсутствие графических объектов SPLINE и ELLIPSE;
  • Необходимо учитывать, что при наложении линий одну на другую лазерный луч пройдет по этой траектории несколько раз;
  • В чертеже должен быть обозначен используемый материал и число изготавливаемых деталей.

Процесс ценообразования при оказании услуг лазерной резки

Формирование цены происходит с учетом нескольких составляющих и может меняться в зависимости от степени сложности задачи.

Что может повлиять на стоимость:

  • Вид металла. Резка таких металлов как нержавеющая сталь, алюминий и его сплавы, латунь, медь, титан обойдется дороже, чем резка черных металлов;
  • Толщина листа. Чем больше толщина обрабатываемого листа металла, тем выше будет цена. В случае работы над индивидуальным техзаданием стоимость проекта рассчитывается в индивидуальном порядке;
  • Степень сложности форм готового изделия. При необходимости резки большого количества внутренних или сложных контуров цена будет увеличена.

Окончательная стоимость услуги по лазерной резке и гравировки с учетом технических требований и индивидуальных параметров окончательно оговаривается с заказчиком.