Termokings.ru

Домашний Мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Лазерная резка металла: технологии и принципы работы

Лазерная резка металла: технологии и принципы работы

Лазерная резка металла признана одной из самых перспективных технологий раскроя листовых материалов, разрезания корпусных заготовок. Преимущества бесконтактного метода в высокой скорости, исключительной точности и образцовом качестве получаемого реза. По окончании кроя детали, полученные из заготовок, не требуют дальнейшей доработки, готовы для последующих операций. Гибкость настроек лазерной резки обуславливает возможность изготовления деталей сложной формы. С помощью этой прогрессивной технологии, в частности, получают:

  • комплектующие для сборки узлов машин, механизмов, летательных аппаратов, водных судов;
  • детали печных дымоходов, отопительных котлов, емкостей, резервуаров;
  • кованые изделия для ворот, калиток, ограждений, в том числе декоративные элементы;
  • торговое и промышленное оборудование;
  • комплектующие для монтажа стеллажей, изготовления эксклюзивной дизайнерской мебели;
  • трафареты, сувенирную продукцию, игрушки;
  • вывески, буквы;
  • ювелирные изделия, элементы для электроники;
  • посуду;
  • комплектующие для роботизированной техники.

Из наименования метода понятно, что лазерная резка реализуется посредством применения лазерного луча, получаемого с помощью специального оборудования. Луч фокусируют в определенном месте, где высокоплотная энергия активно разрушает материал. Линия реза плавится, металл при этом сгорает или удаляется газовой струей.

По сути при резке лазером металлический лист (стенка корпусной детали) прожигается насквозь. При этом режущая головка не касается поверхности заготовки, процесс ведется бесконтактно. Технология резки металла лазером одинаково хороша для работы с тонкими стальными листами и тугоплавкими сплавами. Направленным мощным лучом разрезают мягкие и твердые металлы: сталь, медь, алюминий, алюминиевую фольгу, серебро, сплавы, а также и другие материалы, например, стекло, пластик. Мощный поток имеет стабильные задаваемые рабочие параметры, поддерживаемые автоматически. Он не изнашивается, поэтому и рез получается идеально ровным, без сколов, зазубрин и окалины. Кромка не нуждается в шлифовании или другой механической обработке.

Крой с помощью лазерного луча демонстрирует наибольшую эффективность при штучном производстве и выпуске ограниченных партий продукции. Технология не требует предварительной подготовки форм, за счет этого экономична. Способ предпочтителен при работе с металлами с низким показателем теплопроводности. При крое материалов, легко проводящих тепло, может образовывать грат (заусенцы).

Техническое объяснение процесса лазерной резки

Лазерная резка — это процесс термического разделения. Лазерный луч попадает на поверхность материала и нагревает ее настолько сильно, что она плавится и полностью испаряется. Собственно, сам процесс резки начинается тогда, когда лазерный луч полностью выжигает материал в одной точке. Лазерная система следует выбранной геометрии и разделяет материал в процессе резки.

Читать еще:  Прямоугольная система координат чпу (CNC)

Подробнее о технических процессах лазерной резки можно увидеть в нашем видео.

Модели резки

Тепловые модели

Учитывая определяющий характер тепловых явлений, для оценочных расчетов режимов резки используют тепловые модели, созданные на основе теории теплопроводности. При этом не учитывается влияние газогидродинамических явлений в полости реза. Простейшей является одномерная модель резки с последовательным образованием отверстий и коэффициентом перекрытия. Для оценочных расчетов режимов резки применяются также модель линейного источника тепла в пластине. В параметрической форме основное ее уравнение имеет вид :

6,3/Р = In (4,5/Y), (28.1)

— параметры соответственно мощности и скорости; q — эффективная тепловая мощность луча, Вт; δ — толщина металла, м; a — коэффициент температуропроводности, м 2 /с; γ — плотность, кг/м 3 ; с — удельная теплоемкость, Дж/(кг*К); Тп — температура плавления. К; m — скрытая теплота плавления, Дж/кг; Vp — скорость резки, м/с; b — ширина реза, м.

При P≥10 и Y≥5 выражение (28.1) преобразуется в уравнение Y=0,48 Р для мощного быстродвижущегося линейного источника тепла в пластине, при Р≤4 и Y≤1 оно описывает предельное состояние теплового поля для линейного подвижного источника тепла. По (28.1) можно рассчитать скорость резки при заданной мощности излучения или требуемую мощность излучения при заданной толщине металла и скорости резки. В качестве примера рассчитаем минимальное значение q, требуемое для резки разных металлов толщиной 10 -3 м при минимальной скорости резки 1,67*10 -3 м/с и b=2*10 -4 м. Ниже приведены данные по разрезаемости разных металлов:

Расчетные минимальные значения q характеризуют разрезаемость металлов в режиме плавления и испарения. При расчете q при резке в режиме испарения, согласно (28.2),

где Тk — температура кипения металла; r — скрытая теплота испарения, Дж/кг. Значения q рассчитаны из условия, что теплофизические свойства металлов не зависят от температуры и агрегатного состояния. Для определения требуемой мощности лазера необходимо учесть поглощательную способность металла.

Теплогидродинамические модели

Комбинированная модель описывает нестационарный периодический характер разрушения верхней кромки металла на малой скорости резки с помощью механизма образования отверстий и стационарное разрушение металла по всей его толщине при большой скорости резки. Используя эту модель, можно объяснить наличие на поверхности реза зон с разной шероховатостью, выполнить оценочные количественные расчеты скорости резки и шероховатости поверхности кромки. Но в модели не учитываются изменение плотности мощности излучения по толщине металла и газодинамическое воздействие на металл струи вспомогательного газа.

Читать еще:  Какая шлифовальная машинка лучше эксцентриковая или вибрационная

Качество изделий

Лазерная резка дает самое высокое качество обработки металла по сравнению со всеми прочими способами резки:

  • Ровный и гладкий разрез не требует дополнительной обработки. Значения отклонений поверхности реза от перпендикуляра к поверхности листа («конусность» резки) исчезающе малы и не превышают 0,5 градуса.
  • Полное сохранение геометрии детали. Погрешность при резке минимальна – около 0,1 мм.
  • Сохранность механических свойств материала. Луч лазера дает наименьшую площадь поверхности контакта. Зона нагрева чрезвычайно мала, поэтому обрабатываемый материал полностью сохраняет свои свойства и структуру.

Преимущества и недостатки

  • высокое качество обработанной поверхности;
  • экономия материала;
  • способность работы с хрупкими материалами и тонкими заготовками;
  • возможность получения деталей сложной конфигурации.

Среди минусов: высокая стоимость оборудования и расходных материалов.

Лазерная резка стали и цветных металлов пользуется большим рыночным спросом. Способность быстро выдавать чистовые детали нестандартной формы привлекает в профильные предприятия заказчиков малых партий разнообразных изделий. Лазерные технологии активно используются в декоративном творчестве при изготовлении дизайнерских украшений и оригинальных сувениров.

Решение о применении лазерной обработки должно приниматься с учетом расчета окупаемости оборудования и величине эксплуатационных расходов. В настоящее время такие установки могут себе позволить, в основном, крупные предприятия с большим производственным циклом. С развитием технологии будут снижаться стоимость станков и количество потребляемой энергии, поэтому в будущем лазерные аппараты вытеснят своих конкурентов из сферы резки любых материалов.

Преимущества технологии лазерной резки

  • Получение более узких разрезов и ровных кромок.
  • Точная фокусировка лазерного луча нагревает только узкую область материала, что уменьшает появление деформации при механической обработке.
  • Высокая точность обработки с максимальной погрешностью до 0,1 мм.
  • Она проводится при помощи компьютерных программ, что позволяет экономить время производства и достигать высокой точности при вырезании элементов сложной конфигурации.
  • Возможность производить лазерный рез черной и нержавеющей стали, цветного в разном диапазоне толщин.
  • Во время лазерного реза нет прямого контакта режущего инструмента с поверхностью заготовки, что полностью устраняет риск загрязнения продукции.
  • Технология лазерной резки металлов универсальная. Она может использоваться даже при гравировке или создании сложнейших конструкций.
  • Резку используют для обработки металла, пластика, резины, керамики, натуральной древесины и других материалов.
  • Эффективность лазерного оборудования для резки металла очень высока, что дает возможность вырезать конструкции, которые являются точными копиями друг друга.
  • Резка металла лазером используется при выполнении задач с большим количеством повторений. Независимо от объемов заказа, даже самый маленький элемент будет иметь идеальную форму.
  • Полученная таким способом продукция не требует дальнейшей обработки.
  • Высокая рентабельность. Применение метода сводит к минимуму энергозатраты и использование трудовых ресурсов.
  • Экономическая выгода. Применение современного оборудования резки в перерасчете на материальные и временные затраты оказывается экономически целесообразным, нежели обработка с помощью другого оборудования.
Читать еще:  Линия по производству саморезов: Выбираем станки и начинаем!

Способы лазерной резки металла

Быстрота действия луча зависит не только от мощности применяемой установки, но и от показателя теплопроводности материала. На первоначальном этапе воздействия поверхность начинает плавиться, потом, при достижении точки кипения, металл начинает испаряться.

Лазерная резка материалов осуществляется двумя методами:

  • плавление металла;
  • испарение материала.

Для использования второго метода необходима установка с большой мощностью. Использование такого оборудования сопровождается внушительными затратами электроэнергии. Поэтому такой способ в большинстве случаев используют только для создания тонкостенных деталей.

Описание: Суть гидроабразивной резки заключается в подаче на разрезаемый листовой материал струи воды, вылетающей из специального сопла со сверхзвуковой скоростью. Для резки нетвердых и тонких материалов, применяется вода. При резке твердых и толстых материалов, в воду добавляется абразив. Обычно, это гранатовый песок или оливин.

Основные преимущества: Отличный способ резки. Не осуществляется никакого термического воздействия на материал. Гидроабразивом, можно резать практически любые материалы не боящиеся воздействия влаги, металл, камень, пластик, кожу, стекло, дерево и т.д. Толщина разрезаемого материала может достигать 250 мм. Качество реза, даже при толстых материалах достигает высочайшего качества.

Недостатки: Главный недостаток, заключается в том, что это, пожалуй, самый дорогой способ обработки листовых материалов. Гранатовый песок поставляется из Индии или Австралии и стоит достаточно дорого. Скорость резки, существенно ниже, чем при альтернативных способах резки.

Технология лазерной резки позволяет получить в результате выполнения работ максимально ровные и чистые контуры готовых деталей. Такие хорошие показатели могут осуществляться не только при прямолинейном раскрое, так как методика подразумевает и возможность криволинейной резки металлов. По этой причине рассматриваемая технология часто заказывается с целью создания каких-либо металлических изделий, имеющих сложную форму.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×