Come vengono determinati i parametri del processo di taglio laser?

Il taglio laser è una tecnologia avanzata che utilizza un raggio laser ad alta densità di potenza invece dei tradizionali strumenti di taglio meccanici. Offre vantaggi significativi, come alta precisione, velocità di taglio elevate, flessibilità di progettazione, risparmio di materiale grazie al piazzamento automatico, bordi tagliati lisci e bassi costi di lavorazione, e sta progressivamente migliorando o sostituendo le tradizionali attrezzature per il taglio dei metalli. Poiché i componenti meccanici della testa di taglio laser non sono a diretto contatto con il pezzo in lavorazione, la superficie rimane esente da graffi durante il funzionamento.

Dal punto di vista della fisica e della lavorazione dei materiali, il taglio laser offre vantaggi distinti: velocità di taglio elevate, bordi lisci e uniformi (spesso eliminando la necessità di lavorazioni secondarie), una zona termicamente alterata (HAZ) minima e una deformazione del materiale trascurabile. Il processo produce un taglio stretto (tipicamente da 0,1 mm a 0,3 mm) e dà come risultato bordi esenti da stress meccanici o bave da taglio. Se combinato con la programmazione CNC, il processo garantisce elevata precisione e ripetibilità senza danneggiare la superficie del materiale; può eseguire modelli 2D complessi ed è particolarmente adatto per il taglio di lastre di grandi dimensioni, offrendo un'alternativa estremamente economica ed efficiente in termini di tempo che elimina la necessità di sviluppare stampi.

I sistemi di taglio laser sono composti principalmente da moduli principali, tra cui la sorgente laser, il sistema di erogazione del raggio, il sistema di controllo del movimento CNC, la testa di taglio con regolazione automatica dell'altezza, la piattaforma di lavoro e il sistema di assistenza del gas ad alta pressione. Durante la lavorazione vera e propria, molteplici parametri influenzano collettivamente la qualità e l'efficienza del taglio. Alcuni di questi parametri sono determinati dalle specifiche tecniche inerenti al laser e alla macchina utensile stessa, mentre altri sono variabili e richiedono una regolazione dinamica in base a specifiche condizioni di lavorazione. Di seguito sono riportati i sei parametri chiave del processo che determinano la qualità del taglio laser:

1. Modalità raggio

La modalità del raggio è un fattore chiave intrinseco che determina la qualità del taglio. La modalità fondamentale (nota anche come modalità gaussiana o TEM00) è la modalità ideale per il taglio; presenta una distribuzione dell'energia gaussiana e eccellenti capacità di focalizzazione, tipiche dei laser a bassa potenza (sotto 1 kW). Al contrario, i fasci multimodali consistono in una miscela di modalità di ordine superiore. Allo stesso livello di potenza, i raggi multimodali mostrano una focalizzabilità inferiore e una distribuzione dell’energia più dispersa, con conseguente capacità di taglio e qualità di taglio inferiori rispetto ai laser monomodali (modalità fondamentale).

2. Potenza del laser

La potenza del laser richiesta per il taglio dipende principalmente dalle proprietà fisiche del materiale (come riflettività e assorbimento), dal suo spessore e dalla velocità di taglio del target. La potenza del laser influenza in modo significativo lo spessore di taglio, la velocità di taglio e la larghezza del taglio. In generale, l’aumento della potenza del laser consente di tagliare materiali più spessi e di raggiungere velocità più elevate, ma tende anche ad aumentare la larghezza del taglio.

[Riflessione del processo]

Nella vostra produzione attuale, avete mai riscontrato problemi in cui, nel tentativo di raggiungere velocità più elevate, la potenza veniva aumentata, determinando un taglio eccessivamente ampio o una combustione eccessiva durante il taglio di lamiere sottili? Ti invitiamo a rivedere la tabella di corrispondenza potenza-spessore per la tua attuale attrezzatura per vedere se c'è spazio per l'ottimizzazione.

3. Posizione focale

Il controllo della posizione focale influisce direttamente sulla larghezza del taglio e sulla rugosità della superficie tagliata. Sulla base dell'esperienza di lavorazione professionale, il punto focale è generalmente posizionato a circa un terzo dello spessore del materiale sotto la superficie. In questa posizione, la profondità di taglio è solitamente massimizzata mentre la larghezza del taglio è ridotta al minimo, ottenendo una sezione trasversale perpendicolare ideale e un'elevata qualità di taglio.

4. Lunghezza focale

La scelta della lunghezza focale richiede un equilibrio in base allo spessore del materiale. Quando si tagliano piastre di acciaio più spesse, viene utilizzato un raggio con una lunghezza focale maggiore per ottenere una maggiore profondità di fuoco, garantendo così una buona perpendicolarità attraverso lo spessore del materiale. Tuttavia, una lunghezza focale elevata determina un diametro dello spot maggiore e una densità di potenza ridotta, con conseguente velocità di taglio più lenta; di conseguenza, è spesso necessaria una potenza laser maggiore per mantenere una velocità di taglio specifica. Viceversa, nel taglio di lamiere sottili, è preferibile un fascio con focale minore; ciò produce un diametro del punto più piccolo e una densità di potenza più elevata, consentendo velocità di taglio estremamente elevate.

5. Gas di assistenza

La scelta del gas ausiliario ed il controllo della sua pressione giocano un ruolo decisivo nella composizione del bordo tagliato e nella formazione della bava. Ad esempio, l'ossigeno (O2) viene comunemente utilizzato come gas ausiliario durante il taglio dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Questo utilizza l'intensa reazione di combustione esotermica tra ferro e ossigeno come fonte di calore ausiliaria per facilitare il processo di taglio, ottenendo velocità di taglio elevate e qualità eccellente dei bordi, in particolare un taglio di alta qualità privo di bava. La pressione del gas di assistenza deve essere determinata considerando in modo esaustivo fattori quali il tipo di materiale, lo spessore della lamiera, la velocità di taglio e la qualità della superficie del bordo richiesta. All'aumentare della pressione del gas, aumenta l'energia cinetica, migliorando così la capacità di rimozione delle scorie dell'apparecchiatura.

6. Struttura dell'ugello

La forma strutturale dell'ugello e la dimensione della sua apertura di uscita influenzano in modo significativo la qualità e l'efficienza del taglio laser. Le forme comuni degli ugelli nelle applicazioni industriali includono design cilindrici, conici e quadrati. Per garantire un flusso d'aria stabile, il taglio laser utilizza in genere un metodo di soffiaggio del gas coassiale (in cui il flusso del gas di assistenza è coassiale con il raggio laser). Se il flusso d'aria non è coassiale con l'asse ottico, è probabile che si verifichino spruzzi eccessivi durante il taglio, compromettendo gravemente la planarità del bordo tagliato. Per garantire la stabilità del processo, la distanza tra la punta dell'ugello e la superficie del pezzo deve essere rigorosamente controllata, solitamente mantenuta tra 0,5 mm e 2,0 mm, per facilitare le operazioni di taglio regolari.

Informazioni su KFLaser

KF Laser è un'impresa high-tech focalizzata sulla ricerca e sviluppo, produzione e vendita di apparecchiature laser e macchine utensili. Basandosi su innovazioni tecnologiche all'avanguardia, l'azienda si impegna a fornire ai clienti soluzioni di elaborazione laser efficienti e precise. I suoi prodotti principali includono macchine da taglio laser a fibra, saldatrici laser, macchine per marcatura laser, macchine utensili CNC e altre attrezzature.

KF Laser aderisce alla filosofia aziendale 'la qualità prima di tutto, il cliente prima di tutto'. Attraverso il continuo miglioramento tecnologico e l'innovazione dei prodotti, migliora continuamente le prestazioni e l'affidabilità delle apparecchiature, soddisfa le diverse esigenze di lavorazione dei clienti e fornisce ai clienti supporto tecnico e soluzioni completi.