24artstroy.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технология лазерной резки металла: что это такое, плюсы и минусы

Технология лазерной резки металла: что это такое, плюсы и минусы

Лазерная резка металла – это современный метод раскроя металлических заготовок и разборки металлоконструкций. Она способна резать практически любые металлы, отличается высокой точностью и качеством поверхности реза.

Высокая стоимость приобретения и обслуживания оборудования сдерживает широкое распространение лазерной резки.

Описание технологии

При применении лазерной резки вальцуемый металл подвергается влиянию эффектов отражения и поглощения излучения от лазера. Изменение габаритов и формы элементов при лазерной обработке достигается благодаря воздействию двух результатов излучения: плавления и испарения. Описание процесса заключается в следующем:

  • Лазерный луч оказывает воздействие на железо в определенной точке.
  • Сначала элементы оплавляются до оптимальной температуры, потом начинается процесс плавки металла.
  • В фазе плавления возникают углубления.
  • Влияние энергии излучения лазера приводит ко 2 фазе процесса — кипит и испаряется металлическое вещество.

Однако, последний механизм требует высоких энергозатрат и осуществим лишь для достаточно тонкого металла. Поэтому на практике резку выполняют плавлением. При этом в целях существенного сокращения затрат энергии, повышения толщины обрабатываемого металла и скорости разрезания применяется вспомогательный газ, вдуваемый в зону реза для удаления продуктов разрушения металла. Обычно в качестве вспомогательного газа используется кислород, воздух, инертный газ или азот. Такая резка называется газолазерной.

Основные виды оборудования для лазерной резки

Лазерная резка металла осуществляется с помощью высокотехнологичного оборудования, которое принято классифицировать как:

  1. Газовые установки.
  2. Комплексы твердотельного типа.
  3. Газодинамические устройства.

Лазерные станки функционируют непрерывно или импульсно. В состав оборудования входит несколько узлов, каждый из которых отвечает за определенное действие, работает согласованно с остальными.

Газовые лазеры

Газовые установки отличаются компактными размерами, демонстрируют высокую мощность, рекомендованы для резки заготовок из сверхпрочных сплавов. Газ (углекислый, азот или гелий) закачивается в газоразрядную камеру, он является активным элементом. Побуждение газа выполняется посредством посыла непрерывных высокочастотных импульсов, под воздействием которых частицы газа дают монохроматическое (электромагнитное с малым разбросом частот) излучение. Наиболее распространены щелевидные газовые лазеры, активным компонентом в которых является углекислый газ. Щелевидные лазеры с поперечной прокачкой выигрывают благодаря компактности, способности вырабатывать высокую мощность, безопасности, удобству и простому управлению.

Твердотельные лазеры

Твердотельное оборудование для лазерной резки металла уступает газовым моделям по мощностным параметрам. В целом оно также обладает эксплуатационной простотой. Лазеры такого типа комплектуются твердым стержнем, изготовленным из алюмоиттриевого граната, рубина или неодимового (минерального) стекла. Возбуждение стержня осуществляется за счет непрерывной накачки световым потоком. Фокусирование и усиление излучения происходит системой отражателей, призмами, резонаторами.

Газодинамические лазеры

Газодинамические лазерные комплексы относятся к категории самого дорогостоящего оборудования. Активным веществом в них, как и в газовых, является газ, который предварительно подогревается до высоких температур. После подогрева рабочая смесь направляется в специальное сопло на сверхскорости, а затем охлаждается.

Резка материалов с помощью лазерного луча позволяет получать детали точных размеров, воплощать в реальность сложные в техническом плане задачи по изготовлению ответственных комплектующих, фигурных элементов для декорации. Этот способ обработки металлов имеет массу достоинств, как и у всех остальных технологий, у него есть свои недочеты.

Положительные моменты применения технологии лазерной резки металла.

Преимуществами нарезки изделий при помощи точно направленного лазера на специальном станке являются:

  • Точно направленный луч разделяет лист на части без механического воздействия на его поверхность – отсутствие какой-либо силы и нажима на металл мягких сплавов полностью исключает возможность его деформации, загибов или возникновения других дефектов по такой причине.
  • Универсальность применения – обрабатывать таким способом можно практически все виды сплавов на станках разных типов и мощности лазера.
  • Элементы, которые обрабатываются таким методом, не нагреваются, и их можно сразу отправлять на следующие этапы производства.
  • Автоматизация процессов работы станка и раскрой листа с использованием специального программного обеспечения позволяет экономить ресурс предприятия на оплату труда сотрудников и обеспечивает снижение объемов обрезков. Такой подход позволяет снизить стоимость готовых элементов благодаря оптимальным затратам на их изготовление.
  • Лазер точно по запрограммированному трафарету, быстро, без лишних манипуляций создает разрезы установленных параметров толщины, глубины, что позволяет выпускать серийную продукцию в оптимально короткие сроки.
  • Функциональность станков для лазерной резки позволяет наладить проведение большого количества работ – высверливание отверстий разного диаметра, глубины и сложности, гравировка поверхности разных товаров для надежного нанесения необходимых данных, фрезеровка и другие.
  • Во время обработки исключен риск облома, царапин или порчи заготовки благодаря минимальному контакту оператора установки с ней и отсутствию применения силы.
  • Простота использования станков – наличие программного обеспечения устройства позволяет автоматизировать процесс и наладить работу под контролем электронной системы, которая не допускает ошибок или неточностей в своей работе в отличие от работы человека.
  • Для производства серийных деталей можно загрузить готовый трафарет, по которому будут вырезаться элементы для гарантии точного соблюдения размеров и параметров продукции.
  • Разнообразие станков по мощности и габаритам позволяет устанавливать их в мастерских и цехах для достижения конкретных целей и создания необходимых деталей.
Читать еще:  Лазерный источник для резки металла

Принцип работы оборудования лазерной резки металла

Конструкция аппаратов намного проще и компактнее, но обладают они большей мощностью, чем другое оборудование для обработки металла механическим способом.

Главным элементом аппарата является стержень, который является сердцем излучателя. Благодаря чему непрерывному световому потоку стержень возбуждается и накачивается.

Специальная система задает лучу фокус, а резонаторы придают ему необходимую для плавления силу.

Все узлы аппарата управляются программно с помощью автоматизации и заложенного в память станка ПО.

Самым используемым и продуктивным газом в аппаратах является кислород, так как при его использовании возможно достичь наибольшей температуры в сравнении с использованием других газов. Это происходит за счет реакции, которая получается при соприкосновении кислорода с раскаленной поверхностью металла. От чистоты кислорода зависит скорость обработки.

Особенности технологического процесса

  • первая стадия — воздействие лазера на металл в точке начала реза вызывает нагревание вещества до температуры плавления и появлению усадочной раковины;
  • вторая стадия — энергия излучения приводит к кипению и испарению металла;
  • третья стадия — при проплавлении заготовки на полную глубину начинается поступательное движение рабочего органа в соответствии с заданной траекторией.

В действительности, процесс испарения металла наблюдается только у тонких заготовок, при средней и большой толщине реза удаление остатков вещества из рабочей зоны производится с помощью струи вспомогательного газа (азот, кислород, воздушная смесь или инертные газы).

Такие установки, работа которой представлена на видео, называют газолазерными резаками.

Сравнительные характеристики лазерной и плазменной резки приведены

Какие лазеры используют для резки

Линейка лазерных установок достаточно велика. В основе классификации обычно лежит вид активной среды (лазеры могут быть твердотельными, газовыми, полупроводниковыми), тип подачи энергии (импульсные установки или имеющие постоянную мощность), размеры оборудования, мощность излучения, назначение и т. п.

Выбирая подходящий вид лазерной резки следует исходить из типа материала, который необходимо обработать. При помощи углекислотных лазеров можно выполнять многочисленные операции (резку, гравировку, сварку) с различными материалами (металлами, резиной, пластиком, стеклом).

Читать еще:  Станок для фигурной резки пенопласта своими руками

При необходимости раскроя листов латуни, меди, серебра, алюминия лучшим выбором станет твердотельная волоконная установка. С ее помощью обрабатывают только металлы.

В зависимости от типа рабочей среды существует следующая классификация лазеров:

  • Твердотельные.

Основной элемент твердотельных лазерных установок – осветительная камера, в которой расположены источник энергии и твердое рабочее тело. В качестве источника энергии выступает мощная газоразрядная лампа-вспышка. Рабочее тело представляет собой стержень, выполненный из неодимового стекла, рубина или алюмоиттриевого граната, легированный неодимом или иттербием.

С обоих торцов стержня размещены зеркала, одно из которых является отражающим, второе – полупрозрачным. Рабочее тело создает лазерный луч, который, многократно отражаясь и при этом усиливаясь, проходит сквозь полупрозрачное зеркало.

Рекомендовано к прочтению

Волоконные установки также входят в число твердотельных. В качестве источника энергии в таком оборудовании выступает полупроводник, а для усиления излучения используется стекловолокно.

Чтобы понять принцип лазерной резки и работы установки в целом, обратимся к оборудованию, в котором рабочая среда представлена гранатовым стержнем, в качестве легирующего материала выступает неодим. Ионы неодима играют роль активных центров. За счет поглощения излучения газоразрядной лампы они возбуждаются, то есть получают излишнюю энергию.

При возвращении ионов в первоначальное состояние происходит отдача ими фотонной энергии, т. е. электромагнитного излучения (света). За счет фотонов в обычное состояние переходят и другие возбужденные ионы. Этот процесс носит лавинообразный характер. Благодаря зеркалам лазерный луч движется в заданном направлении. Отражаясь, фотоны много раз возвращаются в рабочее тело и вызывают образование новых фотонов, усиливая тем самым излучение. Отличительными чертами луча являются его узкая направленность и значительная концентрация энергии.

  • Газовые.

В качестве рабочего тела таких установок выступает углекислый газ в чистом виде либо в смеси с азотом и гелием. Посредством насоса газ поступает в газоразрядную трубку. Для возбуждения используются электрические разряды. Усилению отражения также способствуют зеркала – отражающее и полупрозрачное. В соответствии с конструктивными особенностями установки могут иметь продольную и поперечную прокачку или быть щелевыми.

  • Газодинамические.

Газодинамические лазеры относятся к самым мощным установкам. В качестве активной среды в них выступает углекислый газ, температура которого варьируется от 1 000 до 3 000 К (+726…+2726 °С). Для возбуждения используют вспомогательный маломощный лазер. Проходя со сверхзвуковой скоростью сквозь сопло Лаваля (канал с сильным сужением посередине), газ подвергается резкому расширению и охлаждению. Атомы газа, возвращаясь в первоначальное состояние, активируют излучение.

Лазерная резка металла. Описание технологии и суть метода

Одним из передовых направлений в сфере металлообработки является сегодня лазерная резка металла.

С ее помощью можно производить изделия со сложными геометрическими контурами, обеспечивая высокую точность размеров и качество исполнения кромок.

Сегодня лазерная резка металла относится к наиболее передовым направлениям металлообработки. Это способ раскроя или резки различных материалов с использованием мощного лазера. Технология состоит в фокусированном воздействии лазерного луча на обрабатываемую поверхность. (обычно оператор управляет процессом с помощью компьютера). При этом происходит нагревание участка поверхности до высокой температуры, в результате чего лист материала прожигается лучом лазера и таким образом разрезается или раскраивается. Материал разрезаемого участка удаляется за счет плавления, возгорания, испарения или выдувания струей газа. Наибольшее распространение в промышленности получала лазерная резка металла, хотя технология позволяет использовать лазер и для резки многих других материалов, например, дерева.

Преимущества лазерной резки

Важным преимуществом лазерной резки является отсутствие механического воздействия на разрезаемый материал. Поэтому данная технология успешно применяется для разрезания и раскроя даже наиболее легкодеформируемых заготовок.

Читать еще:  Резка тонкого листового металла

Благодаря большой мощности излучения лазера получается разрез высокого качества. Также благодаря большой мощности обеспечивается и высокая производительность процесса.

Управление процессом лазерной резки достаточно простое, что обеспечивает высокую точность резки и раскроя. Кроме того, это позволяет производить резку по сложным контурам плоских и объемных заготовок, а также достигать высокой степени автоматизации процесса.

Возможности лазерной резки

В целом можно сформулировать список возможностей, которые дает лазерная резка:

  1. Возможность резки легко деформируемых и хрупких материалов – благодаря отсутствию механического контакта.
  2. Возможность резки заготовок из твердых сплавов.
  3. Возможность высокоскоростной резки – благодаря мощности лазера.
  4. Возможность выгодного использования при выпуске ограниченных партий изделий (здесь лазерная резка более экономична, чем изготовление деталей литьем или прессованием).
  5. Возможность автоматического раскроя материала по чертежу.

Такие возможности технологии лазерной резки (вместе с такими преимуществами как отсутствие деформаций и точность обработки) обеспечили данному методу металлообработки широкое промышленное применение.

Оборудование для лазерной резки металла

Для лазерной резки использует разное оборудование. Наиболее распространены станки на основе волоконных или твердотельных лазеров, а также газовых CO2-лазеров. Эти установки работают и в непрерывном, и в импульсно-периодическом режимах излучения. Следует отметить, что, хотя процент резки с использованием газолазерной резки постоянно повышается, полностью заменить традиционные способы резки металлов он в настоящее время не может. Причина в том, что, хотя в стоимости лазерного оборудования наметилась определенная тенденция к снижению, она все еще достаточно высока. Поэтому производить сходные операции часто оказывается более выгодно на традиционном оборудовании. А процесс лазерной резки часто становится целесообразным только тогда, становится эффективным только тогда, когда использование традиционных способов признается неприемлемо трудоемким или вообще невозможным.

Для оценки целесообразности использования для выполнения конкретной операции того или иного оборудования, необходимо учитывать его цену, а также цену обслуживающего оборудования, затраты на содержание устройств и т.д.

Материалы заготовок для лазерной резки

Технология лазерной резки позволяет обрабатывать такие заготовки из следующих материалов:

  • стали (обыкновенную и нержавеющую);
  • алюминия и его сплавов;
  • меди;
  • латуни;
  • некоторых неметаллических материалов (например, из древесины).

Особенности применения оборудования

Следует учитывать, лучше режутся лазерным способом металлы с низкой теплопроводностью, так как в этом случае энергия лазера концентрируется в меньшем объеме материала. Что касается типа лазера, то его следует выбирать специально для каждого случая.

Следует также отметить, что промышленные лазеры нуждаются в качественном охлаждении.

В зависимости от размеров, мощности и назначения лазерного устройства, охлаждение производится или методом воздушного обдува, или с использованием теплоносителя в системе теплообменника. Возможен также вариант использования промышленной холодильной установки. По каждой единице оборудования следует выбрать свой вариант, который позволяет использовать его с максимальной выгодой.

Назначение и критерии выбора лазерной резки

Лазерную резку используют для обработки не только металлов, но и резины, линолеума, фанеры, полипропилена, искусственного камня и даже стекла. Она востребована при изготовлении деталей для различных приборов, электротехнических устройств, сельскохозяйственных машин, судов и автомобилей. Такой способ раскроя материала используют для получения жетонов, трафаретов, указателей, табличек, декоративных элементов интерьера и многого другого.

Основной критерий выбора вида лазерной резки – тип обрабатываемого материала. Так, углекислотные лазеры подходят для резки, гравировки, сварки разных материалов – металла, резины, пластика, стекла.

Твердотельные волоконные установки оптимальны при раскрое латунных, медных, серебряных или алюминиевых листов, но не подходят для неметаллов.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector