7 решений проблем лазерной резки листового металла

Технология режущей перфорации

Как правило, бурение Небольшое отверстие в листе металла необходимо для любого процесса горячей резки, за редким исключением, когда резка может начинаться с края листа.

В прошлом отверстие пробивалось с помощью пресс-формы для пуансона в лазерная машина для тиснения перед началом процесса лазерной резки.

Существует два основных метода лазерная резка без использования штамповочного устройства:

Взрывная перфорация

Во время непрерывного лазерного облучения в центре материала образуется локализованный бассейн расплава. Этот расплавленный материал быстро выбрасывается кислородным вспомогательным газом высокого давления, сопровождающим лазерный луч, в результате чего образуется сквозное отверстие.

Размеры перфорации в первую очередь зависят от толщины пластины, мощности лазера и параметров вспомогательного газа. Как правило, средний диаметр перфорации составляет примерно 50-60% от толщины листа. При увеличении толщины листа перфорация становится больше и может отклоняться от круглой формы из-за расширения зоны термического влияния и гравитационного воздействия на расплавленный материал.

Этот метод, как правило, не рекомендуется использовать для деталей, требующих высокой точности или жестких допусков. Он наиболее подходит для быстрого создания отверстий в некритичных областях или в отбракованном материале. Процесс можно оптимизировать для конкретных задач путем настройки параметров лазера и потока газа.

Важно отметить, что давление кислорода, используемое в процессе перфорации, часто аналогично давлению, используемому в операциях резки. Такое высокое давление, хотя и эффективно для удаления материала, может привести к чрезмерному разбрызгиванию и потенциальному загрязнению поверхности вокруг места перфорации. В случаях, когда требуется более чистая перфорация, можно использовать альтернативные вспомогательные газы, такие как азот или аргон, хотя и ценой снижения скорости резки.

Перфорация пульса

Импульсный лазер с высокой пиковой мощностью используется для быстрого расплавления или испарения локализованного материала. Инертные газы, такие как азот или чистый сжатый воздух, используются в качестве вспомогательных газов для уменьшения расширения отверстий, вызванного экзотермическим окислением. Давление газа поддерживается ниже, чем при кислородной резке. Каждый лазерный импульс генерирует микрокапли, которые выбрасываются, постепенно проникая в материал. Поэтому для перфорации толстых листов может потребоваться несколько секунд.

После завершения перфорации вспомогательный газ быстро переключается на кислород для начала резки. Эта технология позволяет получить меньший диаметр перфорации и более высокое качество отверстия по сравнению с традиционными методами дробеструйной перфорации. Чтобы достичь этого, лазерная система должна не только обладать более высокой выходной мощностью, но и демонстрировать точные пространственные и временные характеристики луча. Стандартные проточные CO2-лазеры обычно не отвечают этим жестким требованиям.

Кроме того, импульсная перфорация требует наличия сложной системы управления подачей газа, способной точно регулировать тип газа, давление и продолжительность перфорации. Чтобы обеспечить высокое качество реза при импульсной перфорации, необходимо тщательно управлять переходом от импульсной перфорации к непрерывной резке.

Теоретически в период ускорения можно регулировать такие параметры резки, как фокусное расстояние, расстояние между соплами и давление газа. Однако в промышленных применениях модуляция средней мощности лазера оказывается более практичной и эффективной. Этого можно добиться, изменяя ширину импульса, частоту или их комбинацию. Обширные исследования показали, что последний подход, при котором одновременно регулируются и ширина, и частота импульсов, дает оптимальные результаты с точки зрения качества резки и стабильности процесса.

Анализ деформации при вырезании небольших отверстий (малого диаметра и толщины)

При резке небольших отверстий с помощью мощных лазерных систем могут возникнуть проблемы с деформацией и качеством из-за концентрации энергии в ограниченной области. Традиционные методы импульсной перфорации (мягкого прокола), хотя и эффективны для менее мощных систем, могут приводить к обугливанию и искажению отверстий в мощных системах.

Основной причиной этого явления является интенсивная локализация лазерной энергии во время импульсной перфорации. Такая концентрация тепла может привести к чрезмерному плавлению, испарению материала и термическому напряжению в окружающей необработанной зоне. Как следствие, геометрия отверстия нарушается, а общее качество обработки ухудшается.

Чтобы уменьшить эти проблемы в мощных системах лазерной резки, рекомендуется перейти от импульсной перфорации к взрывной перфорации (также известной как одноимпульсная перфорация или обычная перфорация). В этом методе используется один высокоэнергетический импульс для быстрого создания начального отверстия, что позволяет уменьшить зону теплового воздействия и свести к минимуму деформацию материала.

Основные преимущества дробеструйной перфорации для резки небольших отверстий с помощью мощных лазеров включают:

1. Снижение теплового воздействия на окружающий материал
2. Ускоренное время обработки
3. Улучшенная геометрия отверстий и качество кромок
4. Минимальный риск обугливания и деформации материала

И наоборот, для маломощных станков лазерной резки импульсная перфорация остается предпочтительным методом вырезания небольших отверстий. Эта техника имеет ряд преимуществ в менее мощных системах:

1. Улучшенный контроль над процессом резки
2. Улучшенное качество обработки поверхности
3. Снижение риска термического повреждения хрупких материалов
4. Повышенная точность для сложных конструкций

Решение проблемы образования заусенцев при лазерной резке низкоуглеродистой стали

При резке низкоуглеродистой стали с помощью лазерной технологии CO2 образование заусенцев может стать серьезной проблемой. Понимание основных причин и применение соответствующих решений имеет решающее значение для получения чистых и точных резов. Ниже перечислены основные факторы, способствующие образованию заусенцев, и соответствующие способы их устранения:

1. Неправильное фокусное положение: Проведите проверку фокусного положения и отрегулируйте смещение соответствующим образом. Правильная фокусировка обеспечивает оптимальную концентрацию энергии в точке реза.
2. Недостаточная мощность лазера: Убедитесь в работоспособности лазерного генератора и проверьте настройки мощности на панели управления. Отрегулируйте мощность в соответствии с толщиной материала и требованиями к резке.
3. Неоптимальная скорость резки: увеличьте скорость резки с помощью системы управления машины. Нахождение правильного баланса между скоростью и мощностью очень важно для чистого реза.
4. Нарушение качества вспомогательного газа: Убедитесь, что используется вспомогательный газ высокой чистоты (обычно азот или кислород). Чистота газа напрямую влияет на качество резки и образование заусенцев.
5. Дрейф фокусной точки: Периодически проводите проверку фокусной точки, особенно при длительной резке. Отрегулируйте смещение, чтобы компенсировать любое смещение, вызванное тепловым эффектом или механическим износом.
6. Нестабильность системы при длительной работе: Если после длительной работы возникают постоянные проблемы, подумайте о полной перезагрузке системы. Это поможет устранить программные сбои или нестабильность, связанную с тепловым режимом.

Анализ заусенцев на заготовке при резке нержавеющей стали и алюминиево-цинковой пластины лазерным резаком.

При резке низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали или алюминиево-цинковых листов лазерным резаком образование заусенцев является распространенной проблемой, требующей тщательного учета множества факторов. Основные причины образования заусенцев могут варьироваться в зависимости от свойств материала и параметров резки.

Для низкоуглеродистой стали первоначальное исследование должно быть сосредоточено на ключевых факторах, влияющих на образование заусенцев, таких как мощность лазера, скорость резки, положение фокусной точки и давление вспомогательного газа. Однако простое увеличение скорости резки не всегда является эффективным решением, поскольку это может снизить способность лазера полностью проникать в материал, особенно при обработке толстых листов или материалов с высокой отражающей способностью, например алюминиево-цинковых сплавов.

В случае с алюминиево-цинковыми пластинами, которые известны своей высокой теплопроводностью и отражательной способностью, необходимы дополнительные соображения. Взаимодействие лазера с этими материалами может быть более сложным, часто требующим тонкого баланса между мощностью, скоростью и настройкой фокусной точки для получения чистых резов с минимальными заусенцами.

Чтобы оптимизировать производительность резки и уменьшить образование заусенцев, учитывайте следующие факторы:

1. Состояние сопла: Изношенное или поврежденное сопло может нарушить поток газа, что приведет к неравномерному резу и увеличению заусенцев. Регулярный осмотр и замена сопел имеют решающее значение для поддержания качества резки.
2. Стабильность системы перемещения: Вибрации или нестабильность движения направляющих могут вызвать колебания положения фокусной точки, что приведет к неравномерному резу и образованию заусенцев. Убедитесь, что система перемещения станка правильно обслуживается и калибруется.
3. Выбор вспомогательного газа и его давление: Для пластин из нержавеющей стали и алюминия с цинком в качестве вспомогательного газа часто используется азот для предотвращения окисления. Оптимизируйте давление газа, чтобы эффективно удалять расплавленный материал, не вызывая чрезмерной турбулентности.
4. Фокусное расстояние и положение: Отрегулируйте положение фокуса относительно поверхности материала, чтобы добиться оптимальной плотности мощности для чистого реза. Это может зависеть от толщины и состава материала.
5. Оптимизация параметров резки: Тонкая настройка мощности лазера, скорости резки и частоты импульсов (если применимо) в соответствии с требованиями конкретного материала. Используйте базы данных параметров или проведите испытания резки, чтобы определить оптимальные настройки для каждого типа и толщины материала.
6. Качество луча и состояние оптики: Убедитесь, что лазерный луч правильно выровнен и сфокусирован, а все оптические компоненты чисты и находятся в хорошем состоянии, чтобы поддерживать стабильную производительность резки.

Анализ состояния неполной резки лазера.

После всестороннего анализа были выявлены следующие факторы, которые в первую очередь способствуют нестабильности процессов лазерной резки:

1. Неправильный выбор сопла в зависимости от толщины листа:
   Геометрия и диаметр сопла существенно влияют на динамику газового потока и эффективность резки. Несоответствующие сопла могут привести к недостаточному давлению вспомогательного газа или неправильной фокусировке луча, что приведет к неполноценному резу.
2. Чрезмерная скорость резки:
   Если скорость траверсы превышает оптимальную для данного материала и толщины, это может привести к недостаточной плотности энергии на фронте резания. Это часто приводит к образованию окалины, неполному проникновению или неравномерной ширине пропила.
3. Неправильное фокусное расстояние для толстых материалов:
   Для резки листов углеродистой стали толщиной 5 мм очень важно заменить стандартную линзу на лазерную линзу с фокусным расстоянием 7,5″. Эта регулировка оптимизирует глубину фокусировки луча, обеспечивая надлежащую концентрацию энергии по всей толщине материала.

Дополнительные факторы, которые могут способствовать нестабильной обработке, включают:

• Несоответствие давления и типа вспомогательного газа
• Загрязненная или поврежденная фокусирующая оптика
• Колебания выходной мощности лазера
• Неправильное расстояние между соплом и заготовкой
• Несоответствие материалов или поверхностные загрязнения

Решение проблемы нестандартной формы искры при резке низкоуглеродистой стали

Ненормальные искры при лазерной резке низкоуглеродистой стали могут существенно повлиять на качество кромок и общую точность детали. Если другие параметры резки находятся в пределах нормы, рассмотрите следующие возможные причины и способы их устранения:

1. Деградация сопла:
   Лазерное сопло могло испортиться или повредиться. Незамедлительно замените сопло на новое, чтобы восстановить оптимальную производительность резки. Регулярный осмотр и замена сопла должны входить в график профилактического обслуживания.
2. Регулировка давления режущего газа:
   Если немедленная замена сопла невозможна, временным решением может быть увеличение давления режущего газа. Это поможет компенсировать снижение расхода газа из-за износа сопла или его частичного засорения. Однако внимательно следите за качеством резки, поскольку чрезмерное давление может привести к другим проблемам, например, к повышенному образованию окалины.
3. Ослабленное соединение форсунки:
   Возможно, ослабло резьбовое соединение между соплом и головкой лазерной резки. В этом случае:

• Немедленно остановите операцию резки, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение.
• Внимательно осмотрите узел лазерной головки, обращая особое внимание на соединение сопла.
• В случае ослабления надежно затяните резьбовое соединение, обеспечив его правильное выравнивание.
• Выполните тестовый разрез, чтобы убедиться, что проблема устранена.

1. Дополнительные соображения:

• Проверьте чистоту отверстия форсунки и устраните любые препятствия.
• Проверьте правильность центрирования лазерного луча в сопле.
• Убедитесь, что фокусная точка лазера правильно настроена на толщину материала.
• Проверьте состояние защитной линзы и при необходимости замените ее.

Выбор точек прокола при лазерной резке

Принцип работы резки лазерным лучом:

В процессе лазерной резки сфокусированный лазерный луч создает на поверхности материала локализованную лужу расплава. По мере облучения луч образует углубление в центре. Вспомогательный газ высокого давления, коаксиальный с лазерным лучом, быстро выводит расплавленный материал, создавая замочную скважину. Это отверстие служит начальной точкой проникновения для контурной резки, аналогично пилотному отверстию при обычной обработке.

Лазерный луч обычно движется перпендикулярно касательной к контуру реза. Следовательно, когда луч переходит от начального проникновения к резке контура, происходит значительное изменение вектора резки. В частности, вектор поворачивается примерно на 90°, выравнивая направление резания с касательной к контуру.

Такое быстрое смещение вектора может привести к проблемам с качеством поверхности в точке перехода, что может привести к увеличению шероховатости или изменению ширины пропила.

В стандартных операциях, где требования к качеству поверхности не являются жесткими, точки прокола обычно определяются автоматизированным программным обеспечением с ЧПУ. Однако при выполнении операций, требующих высокого качества поверхности или жестких допусков, ручное вмешательство становится решающим.

Ручная регулировка точки прокола заключается в стратегической перестановке места первоначального прокола. Эта оптимизация направлена на минимизацию влияния изменения вектора на качество разреза. Необходимо учитывать следующие факторы:

1. Свойства материала (толщина, теплопроводность)
2. Параметры лазера (мощность, частота, длительность импульса)
3. Тип и давление вспомогательного газа
4. Геометрия желаемого контура

Тщательно выбирая точку прокола, инженеры могут значительно улучшить общее качество реза, снизить требования к последующей обработке и повысить точность детали. Для дальнейшей оптимизации процесса пробивки можно также использовать такие передовые технологии, как наращивание или углубление.

Важно отметить, что хотя ручной выбор точек прокола может дать превосходные результаты, он требует опыта и может увеличить время программирования. Поэтому следует провести анализ затрат и выгод, чтобы определить, когда такой уровень оптимизации оправдан.