Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie Sie beim Laserschneiden eine erstklassige Qualität sicherstellen können? In diesem Artikel werden neun wesentliche Standards für die Bewertung der Präzision und Effektivität von Laserschnitten vorgestellt. Sie lernen, Faktoren wie Rauheit, Rechtwinkligkeit, Schnittbreite und mehr zu bewerten. Wenn Sie diese Kriterien verstehen, können Sie die Leistung Ihrer Laserschneidmaschine beurteilen und verbessern, was zu besseren Ergebnissen und mehr Effizienz bei Ihren Metallbearbeitungsprojekten führt. Entdecken Sie die Schlüsselkriterien, die eine hervorragende Laserschneidqualität ausmachen.
Die Qualität einer Laserschneidmaschine wird in erster Linie durch ihre Schneidqualität bestimmt, die der direkteste Weg zur Beurteilung der Maschine ist. Beim Kauf einer Laserschneidmaschine verlangen neue Kunden in der Regel, dass sie einen Musterschneidprozess mit der Maschine sehen.
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Die Schnittgeschwindigkeit des Laserschneiden Ausrüstung ist für die Kunden wichtig zu beachten. Darüber hinaus sollten sie auch auf die Schnittqualität der Probe achten.
Wie können Sie also die Qualität des Laserschneidens beurteilen, und worauf sollten Sie achten? Ich möchte Ihnen einige weitere Details nennen.
Die folgenden neun Standards sind wichtig zu beachten.
Beim Laserschneiden entstehen charakteristische vertikale Streifen an der Schnittkante, deren Tiefe und Häufigkeit die Oberflächenrauheit bestimmen. Die Intensität und das Muster dieser Linien stehen in direktem Zusammenhang mit der Schnittqualität und der Oberflächengüte.
Leichtere, weniger ausgeprägte Rillen weisen auf eine glattere Schnittfläche hin, was zu niedrigeren Rauheitswerten (Ra) führt. Diese glattere Oberfläche ist im Allgemeinen für die meisten Anwendungen wünschenswert, da sie sowohl die Ästhetik als auch die funktionale Leistung verbessert.
Die Oberflächenrauheit hat nicht nur einen erheblichen Einfluss auf das optische Erscheinungsbild der Schnittkante, sondern auch auf die tribologischen Eigenschaften wie Reibungseigenschaften, Verschleißfestigkeit und das Potenzial für Materialhaftung. Eine glattere Oberfläche weist in der Regel niedrigere Reibungskoeffizienten und eine bessere Verschleißfestigkeit auf, was für Teile, die dynamischem Kontakt ausgesetzt sind oder präzise Passungen erfordern, entscheidend sein kann.
Bei den meisten Laserschneidanwendungen ist die Minimierung der Oberflächenrauhigkeit ein vorrangiges Ziel, um eine optimale Teilequalität zu erreichen. Folglich sind hellere, gleichmäßigere Streifen ein Hinweis auf eine bessere Schnittqualität. Zu den Faktoren, die die Bildung dieser Streifen beeinflussen, gehören Laserleistung, Schneidgeschwindigkeit, Hilfsgasdruck und Materialeigenschaften.
Um die Rauheit zu quantifizieren und zu kontrollieren, verwenden die Hersteller häufig Messungen der Oberflächenrauheit (z. B. Ra- und Rz-Werte) und können je nach den Anforderungen der Anwendung zulässige Bereiche festlegen. Moderne Laserschneidsysteme können die Parameter in Echtzeit optimieren, um eine gleichbleibende Oberflächenqualität bei unterschiedlichen Materialstärken und -zusammensetzungen zu gewährleisten.
Wenn die Blechdicke 10 mm übersteigt, wird die Rechtwinkligkeit der Schnittkante sowohl für die Maßgenauigkeit als auch für die nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge entscheidend. Die dem Laserstrahl innewohnende Divergenz bei der Ausbreitung von seinem Brennpunkt aus hat erhebliche Auswirkungen auf die Schnittqualität bei dicken Materialien.
Wenn der Strahl das Material durchquert, wird er divergent, wodurch sich die Schnittbreite ändert. Diese Divergenz kann zu einem sich verjüngenden Schnitt führen, bei dem die Breite am oberen oder unteren Ende des Schnitts breiter ist, je nach der Fokusposition im Verhältnis zur Materialoberfläche. Ist der Fokus beispielsweise auf die obere Oberfläche eingestellt, wird der Schnittfugenbereich in der Regel zum unteren Ende des Schnitts hin breiter.
Die Abweichung von der tatsächlichen Rechtwinkligkeit kann je nach Materialdicke und Laserparametern zwischen einem Bruchteil eines Millimeters und mehreren Millimetern liegen. Diese Abweichung wird als Rechtwinkligkeits- oder Rechtwinkligkeitstoleranz quantifiziert und oft als Prozentsatz der Materialdicke oder als absoluter Wert ausgedrückt.
Das Erreichen einer hohen Rechtwinkligkeit ist aus mehreren Gründen entscheidend:
Zur Optimierung der Rechtwinkligkeit beim Schneiden von dicken Profilen:
Durch die sorgfältige Kontrolle dieser Parameter ist es möglich, bei vielen Anwendungen mit dickem Querschnitt eine Rechtwinkligkeit der Schnittkanten innerhalb von ±0,05 mm zu erreichen, was die Gesamtqualität der Teile erheblich verbessert und den Bedarf an Nachbearbeitung reduziert.
Die Schnittfugenbreite, allgemein als Schnittbreite bezeichnet, spielt eine entscheidende Rolle für die Präzision des Laserschneidens und die Qualität der Teile. Während sie im Allgemeinen keinen wesentlichen Einfluss auf die Gesamtschnittqualität hat, wird sie zu einem kritischen Faktor bei der Herstellung von Teilen mit hochpräzisen Konturen oder komplizierten Merkmalen.
Die Schnittspaltbreite hat einen direkten Einfluss auf den minimalen Innendurchmesser, der bei den skizzierten Formen erreicht werden kann. Mit zunehmender Blechdicke vergrößert sich in der Regel die Schnittbreite aufgrund der Divergenz des Laserstrahls und der erhöhten Materialwechselwirkungszeit. Diese Beziehung zwischen Materialdicke und Schnittfugenbreite muss bei Präzisionsanwendungen sorgfältig berücksichtigt werden.
Um eine gleichbleibend hohe Präzision bei unterschiedlichen Materialstärken und Schnittbreiten zu gewährleisten, sollten mehrere Faktoren optimiert werden:
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Beim Schneiden dicker Bleche mit hohen Geschwindigkeiten sammelt sich das vom Laserstrahl erzeugte geschmolzene Metall nicht in der Schnittfuge unterhalb des vertikalen Strahls. Stattdessen wird es von der Unterseite des Schnitts herausgeschleudert und folgt so der Bewegung des Lasers. Dieses Phänomen wird durch das Hochdruck-Hilfsgas und den Schwung der sich schnell bewegenden Schmelze verursacht.
Infolgedessen bilden sich an der Schnittkante charakteristische, gekrümmte Streifen, die der Flugbahn des vorrückenden Laserstrahls folgen. Diese Streifen, die oft als Schlepplinien bezeichnet werden, können die Schnittqualität und die Maßhaltigkeit des Werkstücks beeinträchtigen.
Um dieses Problem zu entschärfen, ist die Implementierung einer dynamischen Vorschubsteuerungsstrategie entscheidend. Insbesondere die Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit gegen Ende des Schneidprozesses kann die Bildung dieser gekrümmten Linien deutlich minimieren. Diese Verlangsamung ermöglicht eine bessere Entleerung der Schmelze und verringert die Verzögerung zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Schnittes, was zu geraderen, paralleleren Streifen und einer besseren Kantenqualität führt.
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollten Sie die folgenden Techniken anwenden:
Die Gratbildung ist ein kritischer Faktor, der die Qualität und Effizienz von Laserschneidverfahren erheblich beeinträchtigt. Diese unerwünschten Materialüberstände entlang der Schnittkante beeinträchtigen nicht nur die Maßgenauigkeit und die Oberflächengüte des Werkstücks, sondern machen auch zusätzliche Nachbearbeitungsschritte erforderlich, was die Produktionszeit und die Kosten erhöhen kann.
Der Schweregrad und das Ausmaß der Gratbildung sind für die Beurteilung der Schnittqualität von größter Bedeutung. Grate werden in der Regel anhand ihrer Größe, Form und Lage klassifiziert:
Mehrere Faktoren beeinflussen die Gratbildung beim Laserschneiden:
Die Minimierung der Gratbildung ist entscheidend für die Qualität der Schnitte und die Reduzierung der Nachbearbeitungsanforderungen. Dies kann erreicht werden durch:
Bevor der Perforationsprozess eingeleitet wird, trägt die Laserschneidanlage eine spezielle Anti-Spritzer-Beschichtung auf die Werkstückoberfläche auf. Dieser dünne, ölige Film dient als Schutzbarriere gegen das Anhaften von geschmolzenem Material.
Während des Schneidens verdampft der hochenergetische Laserstrahl das Werkstückmaterial, wobei ein Gemisch aus gasförmigen und partikelförmigen Stoffen entsteht. Um die Schnittqualität aufrechtzuerhalten und Verunreinigungen zu vermeiden, wird ein Hochdruck-Hilfsgas (in der Regel Stickstoff oder Sauerstoff, je nach Material) koaxial zum Laserstrahl geleitet. Dieser Gasstrahl erfüllt einen doppelten Zweck: Er treibt geschmolzenes Material aus der Schnittfuge und sorgt für eine Oxidation oder eine inerte Abschirmung.
Der kräftige Ausstoß von verdampftem und geschmolzenem Material kann jedoch zu unerwünschten Ablagerungen auf der Werkstückoberfläche führen. Diese Ablagerungen können sowohl nach oben (auf der Oberseite) als auch nach unten (auf der Unterseite) erfolgen und die Oberflächengüte und Maßhaltigkeit beeinträchtigen. Das Muster und das Ausmaß der Ablagerungen hängen von Faktoren wie den Materialeigenschaften, den Schneidparametern und der Dynamik der Hilfsgasströmung ab.
Um diese Auswirkungen abzumildern, können optimierte Schneidparameter, eine angemessene Steuerung des Gasflusses und Reinigungsverfahren nach dem Prozess erforderlich sein, um die gewünschte Oberflächenqualität und Präzision bei lasergeschnittenen Komponenten zu erreichen.
Oberflächendepressionen und Korrosion können die Qualität und Integrität der Schneidkante erheblich beeinträchtigen und sowohl die funktionelle Leistung als auch das ästhetische Erscheinungsbild des Werkstücks beeinträchtigen.
Vertiefungen, die oft durch ungleichmäßige Druckverteilung oder Werkzeugverschleiß entstehen, können örtliche Spannungskonzentrationen und Maßungenauigkeiten hervorrufen. Diese Unzulänglichkeiten können zu einem vorzeitigen Ermüdungsversagen oder zu einem unsachgemäßen Sitz der Komponenten in Baugruppen führen. Korrosion, ob chemisch oder galvanisch, verschlechtert die Materialoberfläche, verringert ihre Festigkeit und kann die Ausbreitung von Rissen einleiten.
Um diese Probleme zu entschärfen, können verschiedene Präventivmaßnahmen ergriffen werden:
Beim Laserschneiden kommt es in dem an den Schnitt angrenzenden Bereich zu erheblichen thermischen Auswirkungen, die zu mikrostrukturellen Veränderungen im Metall führen. Dieser thermisch beeinflusste Bereich wird als Wärmeeinflusszone (WEZ) bezeichnet.
Die intensive, örtlich begrenzte Hitze des Laserstrahls verursacht schnelle Aufheiz- und Abkühlzyklen, die verschiedene metallurgische Umwandlungen hervorrufen können. Bei Stählen beispielsweise können diese thermischen Zyklen zur Bildung von Martensit führen, einer harten und spröden Phase, die das Material in der Nähe der Schnittkante effektiv härtet. Umgekehrt kann die Hitze in einigen Aluminiumlegierungen eine örtliche Erweichung aufgrund der Auflösung von verfestigenden Ausscheidungen verursachen.
Die Ausdehnung der WEZ, die oft in Mikrometern gemessen wird, hängt von mehreren Faktoren ab, darunter Laserleistung, Schneidgeschwindigkeit, Materialeigenschaften und Dicke. Die Minimierung der WEZ ist entscheidend für die Erhaltung der mechanischen Eigenschaften und der Maßhaltigkeit des geschnittenen Teils. Moderne Laserschneidsysteme verwenden eine präzise Steuerung der Laserparameter und Hilfsgase, um die Schnittqualität zu optimieren und gleichzeitig die thermischen Auswirkungen zu minimieren.
Das Verständnis und die Beherrschung der thermischen Zone sind von entscheidender Bedeutung, um qualitativ hochwertige Schnitte zu erzielen und die strukturelle Integrität von lasergeschnittenen Komponenten zu gewährleisten, insbesondere bei Anwendungen, die enge Toleranzen oder spezifische Materialeigenschaften erfordern.
Die schnelle lokale Erwärmung während des Laserschneidens kann thermische Spannungen hervorrufen, die zu einer Verformung der Teile führen können. Dieses Phänomen ist besonders kritisch in der Präzisionsfertigung, wo komplizierte Merkmale und dünne Verbindungsabschnitte nur wenige Millimeter breit sein können. Der durch den Laserstrahl erzeugte Wärmegradient kann eine unterschiedliche Ausdehnung und Kontraktion verursachen, was zu einer Verformung, Biegung oder Verzerrung des Werkstücks führt.
Um diese thermischen Effekte abzuschwächen und die Maßgenauigkeit zu erhalten, können verschiedene Strategien angewandt werden:
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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