Jak określane są parametry procesu cięcia laserowego?

Cięcie laserowe to zaawansowana technologia, która zamiast tradycyjnych mechanicznych narzędzi tnących wykorzystuje wiązkę lasera o dużej gęstości. Oferuje znaczące korzyści — takie jak wysoka precyzja, duże prędkości cięcia, elastyczność projektowania, oszczędność materiału dzięki automatycznemu układaniu, gładkie krawędzie cięcia i niskie koszty przetwarzania — i stopniowo udoskonala lub zastępuje tradycyjny sprzęt do cięcia metalu. Ponieważ elementy mechaniczne głowicy wycinającej laserem nie mają bezpośredniego kontaktu z obrabianym przedmiotem, powierzchnia podczas pracy pozostaje wolna od zarysowań.

Z punktu widzenia fizyki i obróbki materiałów cięcie laserowe oferuje wyraźne zalety: duże prędkości cięcia, gładkie i równe krawędzie (często eliminujące potrzebę wtórnej obróbki), minimalną strefę wpływu ciepła (HAZ) i znikome odkształcenie materiału. W wyniku tego procesu powstaje wąska szczelina (zwykle od 0,1 mm do 0,3 mm) i krawędzie są wolne od naprężeń mechanicznych lub zadziorów ścinających. W połączeniu z programowaniem CNC proces zapewnia wysoką precyzję i powtarzalność bez uszkodzenia powierzchni materiału; może wykonywać złożone wzory 2D i szczególnie dobrze nadaje się do cięcia dużych arkuszy, oferując niezwykle ekonomiczną i oszczędzającą czas alternatywę, która eliminuje potrzebę opracowywania form.

Systemy cięcia laserowego składają się głównie z modułów podstawowych, w tym źródła lasera, systemu dostarczania wiązki, systemu sterowania ruchem CNC, głowicy tnącej z automatyczną regulacją wysokości, platformy roboczej i układu wspomagania gazem pod wysokim ciśnieniem. Podczas rzeczywistego przetwarzania wiele parametrów łącznie wpływa na jakość i wydajność cięcia. Niektóre z tych parametrów są zdeterminowane nieodłącznymi specyfikacjami technicznymi lasera i samej obrabiarki, inne natomiast są zmienne i wymagają dynamicznej regulacji w oparciu o specyficzne warunki przetwarzania. Poniżej przedstawiono sześć kluczowych parametrów procesu, które decydują o jakości cięcia laserowego:

1. Tryb wiązki

Tryb wiązki jest kluczowym, nieodłącznym czynnikiem decydującym o jakości cięcia. Tryb podstawowy (znany również jako tryb Gaussa lub TEM00) jest idealnym trybem do cięcia; charakteryzuje się rozkładem energii Gaussa i doskonałymi możliwościami ogniskowania, typowo spotykanymi w laserach małej mocy (poniżej 1 kW). Natomiast wiązki wielomodowe składają się z mieszaniny modów wyższego rzędu. Przy tym samym poziomie mocy wiązki wielomodowe wykazują gorszą zdolność ogniskowania i bardziej rozproszony rozkład energii, co skutkuje gorszą wydajnością i jakością cięcia w porównaniu z laserami jednomodowymi (tryb podstawowy).

2. Moc lasera

Moc lasera wymagana do cięcia zależy przede wszystkim od właściwości fizycznych materiału (takich jak współczynnik odbicia światła i nasiąkliwość), jego grubości oraz docelowej prędkości cięcia. Moc lasera znacząco wpływa na grubość cięcia, prędkość cięcia i szerokość nacięcia. Ogólnie rzecz biorąc, zwiększenie mocy lasera pozwala na cięcie grubszych materiałów i osiąganie wyższych prędkości, chociaż ma również tendencję do zwiększania szerokości nacięcia.

[Odbicie procesu]

Czy kiedykolwiek podczas swojej produkcji napotkałeś problemy polegające na tym, że w pogoni za wyższymi prędkościami zwiększano moc, co skutkowało zbyt szerokim rzazem lub nadmiernym przypalaniem podczas cięcia cienkich arkuszy? Zachęcamy do przejrzenia wykresu dopasowania mocy do grubości dla obecnego sprzętu, aby sprawdzić, czy jest miejsce na optymalizację.

3. Pozycja ogniskowa

Kontrolowanie położenia ogniska wpływa bezpośrednio na szerokość nacięcia i chropowatość powierzchni cięcia. Bazując na profesjonalnym doświadczeniu w obróbce, punkt ogniskowy jest zwykle umiejscowiony w przybliżeniu w odległości około jednej trzeciej grubości materiału pod powierzchnią. W tej pozycji głębokość cięcia jest zwykle maksymalizowana, a szerokość szczeliny minimalizowana, co pozwala uzyskać idealny prostopadły przekrój poprzeczny i wysoką jakość cięcia.

4. Ogniskowa

Wybór ogniskowej wymaga równowagi opartej na grubości materiału. Podczas cięcia grubszych blach stalowych stosuje się wiązkę o dłuższej ogniskowej, aby uzyskać większą głębię ostrości, zapewniając w ten sposób dobrą prostopadłość na całej grubości materiału. Jednakże długa ogniskowa skutkuje większą średnicą plamki i zmniejszoną gęstością mocy, co prowadzi do niższych prędkości skrawania; w rezultacie do utrzymania określonej prędkości cięcia często wymagana jest większa moc lasera. I odwrotnie, przy cięciu cienkich blach preferowana jest wiązka o krótszej ogniskowej; zapewnia to mniejszą średnicę plamki i większą gęstość mocy, umożliwiając wyjątkowo duże prędkości skrawania.

5. Gaz wspomagający

Wybór gazu wspomagającego i kontrola jego ciśnienia odgrywają decydującą rolę w składzie krawędzi cięcia i tworzeniu się żużlu. Na przykład tlen (O2) jest powszechnie stosowany jako gaz pomocniczy podczas cięcia stali niskowęglowej. Wykorzystuje to intensywną egzotermiczną reakcję spalania pomiędzy żelazem i tlenem jako pomocnicze źródło ciepła, aby ułatwić proces cięcia, co skutkuje dużymi prędkościami skrawania i doskonałą jakością krawędzi – w szczególności wysokiej jakości cięciem pozbawionym żużlu. Ciśnienie gazu wspomagającego należy określić, kompleksowo biorąc pod uwagę takie czynniki, jak rodzaj materiału, grubość płyty, prędkość skrawania i wymagana jakość powierzchni krawędzi. Wraz ze wzrostem ciśnienia gazu wzrasta energia kinetyczna, zwiększając w ten sposób zdolność sprzętu do usuwania żużlu.

6. Struktura dyszy

Kształt konstrukcyjny dyszy oraz wielkość jej otworu wylotowego znacząco wpływają na jakość i wydajność cięcia laserowego. Typowe kształty dysz w zastosowaniach przemysłowych obejmują konstrukcje cylindryczne, stożkowe i kwadratowe. Aby zapewnić stabilny przepływ powietrza, w cięciu laserowym zazwyczaj wykorzystuje się metodę współosiowego przedmuchu gazu (gdzie przepływ gazu wspomagającego jest współosiowy z wiązką lasera). Jeśli przepływ powietrza nie jest współosiowy z osią optyczną, podczas cięcia może wystąpić nadmierny odprysk, poważnie pogarszający płaskość ciętej krawędzi. Aby zapewnić stabilność procesu, należy ściśle kontrolować odległość pomiędzy końcówką dyszy a powierzchnią przedmiotu obrabianego – zwykle utrzymywaną w zakresie od 0,5 mm do 2,0 mm – aby ułatwić płynne cięcie.

O KF Laserze

KF Laser to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo skupiające się na badaniach i rozwoju, produkcji i sprzedaży sprzętu laserowego i obrabiarek. Opierając się na najnowocześniejszych innowacjach technologicznych, firma stara się dostarczać klientom wydajne i precyzyjne rozwiązania w zakresie obróbki laserowej. Jej głównymi produktami są maszyny do cięcia laserem światłowodowym, spawarki laserowe, maszyny do znakowania laserowego, obrabiarki CNC i inny sprzęt.

KF Laser wyznaje filozofię biznesową „najpierw jakość, najpierw klient”. Poprzez ciągłe doskonalenie technologiczne i innowacje produktowe stale poprawia wydajność i niezawodność sprzętu, spełnia różnorodne potrzeby klientów w zakresie przetwarzania oraz zapewnia klientom kompleksowe wsparcie techniczne i rozwiązania.