Как определяются параметры процесса лазерной резки?

Лазерная резка — это передовая технология, в которой вместо традиционных механических режущих инструментов используется лазерный луч высокой плотности. Оно предлагает значительные преимущества, такие как высокая точность, высокая скорость резки, гибкость конструкции, экономия материала за счет автоматического раскроя, гладкие кромки реза и низкие затраты на обработку, а также постепенно совершенствует или заменяет традиционное металлорежущее оборудование. Поскольку механические компоненты лазерной режущей головки не контактируют напрямую с заготовкой, поверхность не царапается во время работы.

С точки зрения физики и обработки материалов лазерная резка имеет явные преимущества: высокие скорости резания, гладкие и ровные кромки (часто исключающие необходимость вторичной обработки), минимальную зону термического влияния (ЗТВ) и незначительную деформацию материала. В результате этого процесса получается узкий пропил (обычно от 0,1 до 0,3 мм), а кромки не имеют механических напряжений или заусенцев. В сочетании с программированием ЧПУ этот процесс обеспечивает высокую точность и повторяемость без повреждения поверхности материала; он может создавать сложные 2D-модели и особенно хорошо подходит для резки больших листов, предлагая чрезвычайно экономичную и экономящую время альтернативу, которая устраняет необходимость разработки пресс-форм.

Системы лазерной резки в основном состоят из основных модулей, включая источник лазера, систему подачи луча, систему управления движением с ЧПУ, режущую головку с автоматической регулировкой высоты, рабочую платформу и систему подачи газа под высоким давлением. Во время фактической обработки множество параметров в совокупности влияют на качество и эффективность резки. Некоторые из этих параметров определяются собственными техническими характеристиками лазера и самого станка, тогда как другие являются переменными и требуют динамической регулировки в зависимости от конкретных условий обработки. Ниже приведены шесть ключевых параметров процесса, определяющих качество лазерной резки:

1. Режим луча

Режим луча является ключевым фактором, определяющим качество резки. Основной режим (также известный как режим Гаусса или TEM00) является идеальным режимом для резки; он имеет гауссово распределение энергии и превосходные возможности фокусировки, которые обычно встречаются в лазерах малой мощности (менее 1 кВт). Напротив, многомодовые пучки состоят из смеси мод более высокого порядка. При том же уровне мощности многомодовые лучи демонстрируют плохую фокусируемость и более дисперсное распределение энергии, что приводит к худшей режущей способности и качеству резки по сравнению с одномодовыми (основными) лазерами.

2. Мощность лазера

Мощность лазера, необходимая для резки, зависит в первую очередь от физических свойств материала (таких как отражательная и поглощающая способность), его толщины и целевой скорости резки. Мощность лазера существенно влияет на толщину резки, скорость резки и ширину пропила. Как правило, увеличение мощности лазера позволяет резать более толстые материалы и достигать более высоких скоростей, хотя это также приводит к увеличению ширины пропила.

[Отражение процесса]

Сталкивались ли вы когда-нибудь на вашем реальном производстве с проблемами, когда в погоне за более высокими скоростями увеличивалась мощность, что приводило к чрезмерно широкому пропилу или пережогу при резке тонких листов? Мы рекомендуем вам просмотреть таблицу соответствия мощности и толщины вашего текущего оборудования, чтобы увидеть, есть ли возможности для оптимизации.

3. Фокусное положение

Управление положением фокуса напрямую влияет на ширину пропила и шероховатость поверхности среза. Исходя из опыта профессиональной обработки, фокус обычно располагается примерно на трети толщины материала под поверхностью. В этом положении глубина резания обычно максимальна, а ширина пропила минимальна, что обеспечивает идеальное перпендикулярное сечение и высокое качество резки.

4. Фокусное расстояние

Выбор фокусного расстояния требует баланса с учетом толщины материала. При резке более толстых стальных листов используется луч с большим фокусным расстоянием для достижения большей глубины резкости, тем самым обеспечивая хорошую перпендикулярность по толщине материала. Однако большое фокусное расстояние приводит к увеличению диаметра пятна и снижению удельной мощности, что приводит к снижению скорости резания; следовательно, для поддержания определенной скорости резки часто требуется более высокая мощность лазера. И наоборот, при резке тонких листов предпочтителен луч с меньшим фокусным расстоянием; это обеспечивает меньший диаметр пятна и более высокую плотность мощности, что обеспечивает чрезвычайно высокую скорость резки.

5. Вспомогательный газ

Выбор вспомогательного газа и контроль его давления играют решающую роль в составе кромки реза и образовании окалины. Например, кислород (O2) обычно используется в качестве вспомогательного газа при резке низкоуглеродистой стали. При этом используется интенсивная экзотермическая реакция сгорания между железом и кислородом в качестве вспомогательного источника тепла для облегчения процесса резки, что приводит к высоким скоростям резания и превосходному качеству кромок, в частности, к высококачественному резу без окалины. Давление вспомогательного газа должно определяться путем всестороннего учета таких факторов, как тип материала, толщина листа, скорость резания и требуемое качество поверхности кромки. По мере увеличения давления газа увеличивается кинетическая энергия, тем самым увеличивая способность оборудования удалять окалину.

6. Конструкция сопла

Конструктивная форма сопла и размер его выходного отверстия существенно влияют на качество и эффективность лазерной резки. Распространенные формы сопел в промышленном применении включают цилиндрическую, коническую и квадратную конструкции. Чтобы обеспечить стабильный поток воздуха, при лазерной резке обычно используется метод коаксиальной продувки газом (при котором поток вспомогательного газа соосен лазерному лучу). Если поток воздуха не соосен оптической оси, во время резки может возникнуть чрезмерное разбрызгивание, что серьезно нарушит плоскостность кромки среза. Чтобы обеспечить стабильность процесса, расстояние между кончиком сопла и поверхностью заготовки должно строго контролироваться — обычно поддерживается в пределах от 0,5 до 2,0 мм — чтобы обеспечить плавность операций резки.

О лазере KF

KF Laser — высокотехнологичное предприятие, занимающееся исследованиями, разработками, производством и продажей лазерного и станочного оборудования. Опираясь на передовые технологические инновации, компания стремится предоставлять клиентам эффективные и точные решения для лазерной обработки. Ее основная продукция включает в себя станки для волоконной лазерной резки, станки для лазерной сварки, станки для лазерной маркировки, станки с ЧПУ и другое оборудование.

KF Laser придерживается философии бизнеса «качество прежде всего, клиент прежде всего». Благодаря постоянному технологическому совершенствованию и инновациям продукции компания постоянно повышает производительность и надежность оборудования, удовлетворяет разнообразные потребности клиентов в обработке и предоставляет клиентам комплексную техническую поддержку и решения.