레이저 커팅 노즐 선택: 최첨단 팁
프로젝트에 적합한 레이저 커팅 노즐을 선택하는 데 어려움을 겪은 적이 있으신가요? 최적의 노즐을 선택하는 것은 깨끗하고 정밀한 절단을 달성하고 효율성을 극대화하는 데 매우 중요합니다. 이 글에서는...
레이저로 커팅한 금속 조각이 예전만큼 정밀하지 않은 이유가 궁금한 적이 있나요? 이 글에서는 빔 품질, 재료 두께, 절단 속도와 같은 요소가 결과에 어떤 영향을 미치는지 살펴보고 레이저 커프에 숨겨진 비밀을 밝힙니다. 최고의 성능을 유지하고 매번 완벽한 커팅을 달성하는 방법을 알아보세요!
판금 가공에 흔히 사용되는 장비인 레이저 절단기는 중요한 역할을 합니다.
효율적이고 고정밀하게 절단하는 것은 사람들의 마음속에 깊이 뿌리내리고 있습니다.
그러나 장기간 사용하면 장비의 성능이 저하되고 커팅 플레이트에도 큰 커프가 생겨 커팅 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
이 문제는 즉시 해결해야 합니다. 아래에서 자세히 살펴보겠습니다.
광학 커팅 성능 파이버 레이저 절단 장기간 사용으로 인한 기계 마모와 기계 작동 중 유지보수 부족으로 인해 기계 성능이 저하됩니다.
레이저 커팅의 커프 폭은 재료 유형, 두께, 레이저 출력, 커팅 매개변수 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 절단 방법과 장비에 따라 커프 폭과 정확도가 달라집니다.
예를 들어 10mm 두께의 판재를 절단할 때입니다:
(1) 파이버 레이저 절단은 일반적으로 ±0.025mm의 절단 정확도와 0.2~1mm 범위의 커프 폭을 달성합니다. 정확한 커프는 레이저 출력, 절단 속도 및 사용되는 보조 가스에 따라 달라집니다.
(2) 플라즈마 절단은 정밀도는 떨어지지만 약 ±0.3mm의 절단 정확도와 0.5~1.2mm의 커프 폭을 생성합니다. 이 방법은 두꺼운 재료나 정밀도보다 속도가 우선시되는 경우에 선호되는 경우가 많습니다.
(3) 수동 산소 연료(아세틸렌) 절단은 현대 제조에서는 덜 일반적이지만 약 ±1mm의 절단 정확도와 1.0~1.5mm의 커프 폭을 제공합니다. 이 방법은 주로 매우 두꺼운 판재나 현장 작업에 사용됩니다.
얇은 재료(3.0mm 미만)의 경우 레이저 커팅은 일반적으로 0.3~0.5mm 범위 내에서 커프를 생성합니다. 고정밀 파이버 레이저는 더 좁은 커프, 때로는 매우 얇은 시트의 경우 0.1mm까지 만들 수 있습니다.
커프 폭은 일반적으로 더 높은 레이저 출력과 더 긴 체류 시간이 필요하기 때문에 재료 두께에 따라 증가합니다. 또한 커팅 노즐, 보조 가스 압력 및 초점 위치의 선택도 커프 폭에 큰 영향을 미칩니다. 최신 CNC 레이저 절단 시스템을 사용하면 이러한 파라미터를 정밀하게 제어하여 특정 용도에 맞게 커프 폭과 절단 품질을 최적화할 수 있습니다.
빔 쉐이핑 및 초단 펄스 레이저 구현과 같은 레이저 기술의 발전으로 다양한 재료와 두께에서 달성 가능한 커프 폭과 절단 품질의 한계가 지속적으로 확장되고 있다는 점에 주목할 필요가 있습니다.
레이저 커팅 기계는 수년 동안 개발되어 왔으며 점차 금속 가공의 주류 가공 장비로 자리 잡았습니다.
그러나 커팅 커프가 너무 넓어지는 등 커팅에는 항상 몇 가지 문제가 있습니다.
그렇다면 커프 폭에 영향을 미치는 요인은 무엇일까요? 레이저 커팅 기계?
크게 네 가지 요인이 있습니다:
레이저에서 생성된 레이저 빔은 수직으로 방출되지 않고 산란 각도로 방출됩니다.
따라서 레이저 절단기를 사용하여 공작물을 절단할 때 일정한 테이퍼가 형성됩니다. 따라서 레이저 빔의 품질도 절단에 매우 중요합니다.
일반적으로 초점은 조정 후 임의로 조정해서는 안 됩니다. 자르기 효과에 눈에 띄는 문제가 있는 경우에만 조정해야 합니다.
실제 절단 효과는 절단하는 재료에 따라 달라집니다.
레이저 커팅에서는 레이저 빔의 스폿이 작을수록 더 나은 커팅 효과를 얻을 수 있습니다.
스폿에 영향을 미치는 레이저 빔의 품질 외에도 공작물 재질도 스폿의 크기에 영향을 미칩니다.
예를 들어 구리는 반사율이 높기 때문에 광점을 형성하기가 어렵습니다. 따라서 구리 레이저 절단기의 요구 사항은 일반 금속에 비해 더 높습니다.
동일한 재료와 전력 절단 조건에서 재료가 두꺼울수록 단면에 버와 요철이 생길 가능성이 높습니다.
시트 재료와 정확히 동일한 섹션을 얻으려면 레이저 출력을 높여야 합니다.
레이저 절단기가 널리 사용되는 이유는 빠른 절단 속도 때문입니다.
다른 조건이 일정할 경우 레이저 절단기의 절단 속도를 적절히 조정해야 최상의 절단 효과를 얻을 수 있습니다.
속도가 너무 느리면 커프의 거칠기가 매우 커질 수 있습니다. 속도가 너무 빠르면 커프의 거칠기가 줄어들 수 있습니다.
그러나 속도가 너무 빠르면 재료를 관통하지 못할 수 있으므로 무턱대고 고속 절단을 추구하지 말고 속도를 조절하는 것이 중요합니다.
레이저 절단 공정에서 절단 속도와 커프 폭의 관계는 복잡하고 여러 요인에 의해 영향을 받습니다. 레이저 출력과 보조 가스 압력이 일정하게 유지되면 절단 속도는 커프 폭과 비선형 반비례 관계를 보입니다.
절단 속도가 증가하면 일반적으로 커프 폭이 감소합니다. 이는 레이저 빔이 재료와 더 짧은 시간 동안 상호 작용하여 열 영향 영역(HAZ)이 줄어들고 절단이 더 좁아지기 때문에 발생합니다. 반대로 절단 속도가 감소하면 레이저와 재료의 상호작용이 길어지고 열 입력이 증가하기 때문에 커프 폭이 증가하는 경향이 있습니다.
절단면의 표면 거칠기는 절단 속도와 포물선 관계를 보입니다. 낮은 속도에서는 과도한 열 입력으로 인해 불규칙한 용융과 드로스 형성이 증가하여 표면 거칠기가 높아질 수 있습니다. 절삭 속도가 증가하면 일반적으로 재료 제거가 더 잘 제어되기 때문에 표면 거칠기가 개선됩니다. 그러나 표면 거칠기가 최소값에 도달하는 최적의 절단 속도가 존재합니다.
절단 속도가 임계값을 초과하면 레이저 에너지 밀도가 재료를 완전히 관통하기에 불충분해져 불완전 절단이 되거나 절단이 전혀 이루어지지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 현상을 레이저 커팅의 '속도 제한'이라고도 합니다.
절단 속도, 커프 폭 및 표면 품질 간의 상호 작용은 재료 특성, 두께, 레이저 파장 및 빔 특성과 같은 요소에 의해 더욱 영향을 받습니다. 예를 들어 알루미늄이나 구리와 같이 반사율이 높은 재료는 강철에 비해 다른 속도-출력 관계가 필요할 수 있습니다.
실제로 제조업체는 절단 속도 차트를 개발하거나 고급 공정 모니터링 시스템을 활용하여 특정 재료와 두께에 맞게 이러한 파라미터를 최적화함으로써 생산성을 극대화하면서 고품질 절단을 보장하는 경우가 많습니다.
레이저 절단기의 가공 품질과 용량에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 초점 위치이며, 초점 위치와 가공과의 구체적인 관계는 다음과 같습니다.
초점 위치는 가공된 재료의 표면을 기준으로 레이저 빔이 초점을 맞춘 후의 위치로 정의됩니다.
초점 위치는 폭, 경사, 절단 표면의 거칠기, 슬래그의 접착 상태, 절단 속도 등 거의 모든 가공 파라미터에 영향을 미칩니다.
초점 위치를 변경하면 가공 재료 표면의 빔 직경과 가공 재료에 대한 입사각이 변경되기 때문입니다.
결과적으로 커프의 형성 상태와 커프 내 빔의 다중 반사에 영향을 미치며, 이는 커프 내 보조 가스 및 용융 금속의 흐름 상태에 영향을 미칩니다.
그림은 레이저 커팅기의 초점 위치 Z와 가공된 재료 표면의 커프 폭 W 사이의 관계를 보여줍니다.
가공된 재질 표면의 초점 상태는 Z = 0 "0"으로 설정되며, 초점 위치는 위쪽으로 이동하면 "+", 아래로 이동하면 "-"로 표시되고 이동량은 mm 단위로 표시됩니다.
초점이 초점 위치 Z = 0에 있을 때 상단 커프 너비 W는 최소값입니다.
초점 위치가 위 또는 아래로 이동하면 상단 커프 폭 W가 넓어집니다.
이러한 경향은 초점 거리가 다른 렌즈를 처리할 때도 마찬가지입니다.
초점 위치의 빔 직경이 작고 렌즈의 초점 깊이가 짧을수록 초점 위치의 변화에 따른 상단 커프 폭의 변화가 커집니다.
| 초점 위치 | 특징 | 애플리케이션 |
 | 커프가 가장 좁고 고정밀 가공이 가능합니다. | 기울기 감소가 필요한 처리; 표면 거칠기에 대한 요구 사항이 높은 가공; 고속 커팅; 처리 감소 열 영향 구역; 마이크로 가공 |
| 커프 아래를 넓히면 가스의 흐름과 용융물의 유동성을 향상시킬 수 있습니다. | 두꺼운 판의 CW 및 고주파 펄스 처리; 아크릴 플레이트 가공; 툴 다이 처리; 세라믹 타일 가공 |
 | 커프 위를 넓히면 가스의 흐름과 용융물의 유동성을 향상시킬 수 있습니다. | 알루미늄의 공기 절단; 알루미늄의 질소 절단; 에어 커팅 스테인리스 스틸로 제작되었습니다; 스테인리스 스틸의 질소 절단; 아연 도금 강판의 공기 절단 |
위의 그림은 최적의 초점 위치를 보여줍니다. 금속 레이저 절단기 다양한 가공 재료를 처리할 때
(1) 재료 표면에서 최소 빔 직경 Z = 0을 얻을 수 있습니다.
이 시점에서 가공된 재료 표면에서 최대 에너지 밀도를 얻을 수 있으며, 용융 범위가 상대적으로 좁아 가공 특성을 결정합니다.
(2) 초점 위치가 "+" 쪽에 있습니다(Z > 0).
이 시점에서 가공된 재료 표면에 대한 레이저 빔의 조사 범위가 넓어지고 커프의 빔이 확산 각도를 가지게 되어 커프 폭이 증가합니다.
(3) 초점 위치가 "-" 쪽(Z <0)에 있습니다.
이 시점에서 가공된 재료 표면에 조사되는 레이저 빔의 범위가 더 넓어집니다.
초점 위치가 판 두께 방향에 가까울수록 용융 용량이 높아지고 역경사가 발생합니다.
일반적으로 레이저 절단기 가공 중에 큰 절단 커프가 발생하는 경우가 있습니다. 이러한 상황은 절단 정확도가 낮아져 당사의 요구 사항을 충족하지 못합니다.
이 상황의 원인은 무엇인가요? 해결할 수 있는 방법이 있나요?
지속적인 관찰과 분석 끝에 기술 엔지니어는 세 가지 솔루션을 고안해냈습니다:
광섬유 초점 거리 조정은 수동 또는 자동 형태로 이루어질 수 있습니다.
수동 초점은 특히 렌즈 교체나 청소 후 기술자가 잊어버리기 쉬우므로 초점 거리를 다시 조정해야 합니다.
렌즈가 손상되었거나 더러워지면 레이저 산란과 빔이 두꺼워질 수 있으므로 렌즈가 손상되었는지 확인하세요. 렌즈를 교체하거나 청소하는 것이 유일한 해결책입니다.
레이저 스팟의 품질을 확인합니다.
두 지점이 있거나 광점이 둥글지 않은 경우 레이저 튜브의 지지점을 조정해야 할 수 있습니다.
이러한 이유는 종종 무시되지만 여전히 주의가 필요합니다.
큰 레이저 절단 이음새는 큰 문제가 되지 않지만, 장비는 생산 및 가공 후 일정 기간 동안 유지보수를 받아야 합니다.
실제로 사용 중 사소한 불규칙성이 발생할 수 있으므로 효율적이고 장기적인 레이저 절단을 보장하기 위해 적절한 유지 관리가 필요합니다. 기계 작동를 클릭하고 사용자를 위한 최대 가치를 창출합니다.
레이저 절단 커프 품질에 영향을 미치는 요소는 다양하고 복잡합니다. 앞서 설명한 것처럼, 공작물 재료 특성 외에도 수많은 매개변수가 커프 폭과 전반적인 절단 품질에 큰 영향을 미칩니다. 여기에는 레이저 빔 특성(파장, 모드, 편광), 출력, 절단 속도, 노즐 형상 및 스탠드오프 거리, 초점 위치, 보조 가스 유형 및 압력 등이 포함됩니다.
레이저 커팅기를 작동할 때 절단 품질을 최적화하려면 다음 모범 사례를 고려하세요:
1. 초점 최적화: 고품질 커프를 얻으려면 정확한 초점 위치를 유지하는 것이 중요합니다. 적절한 초점은 버 형성을 최소화하고 가장자리 연소를 줄이며 플레이트 폭발을 방지합니다. 초점은 일반적으로 한 번 설정하면 안정적으로 유지되지만, 경우에 따라 조정이 필요할 수 있습니다:
2. 정기적인 유지보수: 매일 육안 검사 및 매주 렌즈 청소/유지보수를 포함한 사전 예방적 유지보수 일정을 실행합니다. 이를 통해 최적의 빔 품질을 유지하고 시간이 지남에 따라 절단 성능의 저하를 방지할 수 있습니다.
3. 시험 절단: 생산 부품을 가공하기 전에 항상 동일한 유형과 두께의 스크랩 소재에 대해 테스트 절단을 수행합니다. 이를 통해 파라미터를 미세 조정할 수 있고 생산 실행 내내 일관된 품질을 보장할 수 있습니다.
4. 파라미터 최적화: 다양한 재료와 두께에 최적화된 절단 매개변수 데이터베이스를 개발하고 유지합니다. 다음과 같은 요소를 고려하세요:
5. 재료 고려사항: 절단 성능의 변화를 최소화하기 위해 일관된 재료 품질과 적절한 보관/취급을 보장합니다. 표면 상태, 평탄도, 잠재적 오염 물질과 같은 요소를 고려합니다.
6. 빔 전달 시스템 유지 관리: 미러, 렌즈, 보호창 등 빔 경로에 있는 모든 광학 부품을 정기적으로 점검하고 청소합니다. 정렬 불량이나 오염은 커프 품질에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
7. 커팅 헤드 정렬: 특히 경사에 민감한 작업의 경우, 커팅 헤드가 공작물 표면에 수직인지 주기적으로 확인하고 조정합니다.
8. 공정 모니터링: 실시간 모니터링 시스템을 구현하여 절단 품질 변화를 감지하여 신속하게 조정하고 불량률을 최소화할 수 있습니다.
9. 작업자 교육: 기계 작업자가 절단 품질 문제를 인식하고 최적의 성능을 유지하기 위해 적절히 조정하는 방법을 잘 교육받도록 합니다.
참조하세요:
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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