Высокоточная лазерная резка металла

Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео

Лазерная резка, или LBC (Laser Beam Cutting), как она обозначается во всем мире, – это процесс, при котором материал в зоне реза нагревается, а затем разрушается при помощи лазера.

Промышленная резка металла с помощью лазера

Сущность лазерной резки металла

Лазерная резка металла, как понятно из ее названия, выполняется при помощи луча лазера, получаемого при помощи специальной установки. Свойства такого луча позволяют фокусировать его на поверхности небольшой площади, создавая при этом энергию, характеризующуюся высокой плотностью. Это приводит к тому, что любой материал начинает активно разрушаться (плавиться, сгорать, испаряться и т.д.).

Станок лазерной резки металла, к примеру, позволяет концентрировать на поверхности обрабатываемого изделия энергию, плотность которой составляет 10 8 Ватт на один квадратный сантиметр. Для того чтобы понять, как удается добиться такого эффекта, необходимо разобраться, какими свойствами обладает лазерный луч:

  • Лазерный луч, в отличие от световых волн, характеризуется постоянством длины и частоты волны (монохроматичность), что и позволяет легко фокусировать его на любой поверхности при помощи обычных оптических линз.
  • Исключительно высокая направленность лазерного луча и небольшой угол его расходимости. Благодаря такому свойству на оборудовании для лазерной резки можно получить луч, отличающийся высокой фокусировкой.
  • Лазерный луч обладает еще одним очень важным свойством – когерентностью. Это значит, что множество волновых процессов, протекающих в таком луче, полностью согласованы и находятся в резонансе друг с другом, что в разы увеличивает суммарную мощность излучения.

Процессы, происходящие при резке металла с использованием лазера, хорошо заметны на приведенных в статье видео. При воздействии луча на поверхность металла происходит быстрое нагревание и последующее расплавление подвергаемой обработке площади.

Быстрому распространению зоны плавления вглубь обрабатываемого изделия способствуют несколько факторов, в том числе и теплопроводность самого материала. Дальнейшее воздействие лазерного луча на поверхность изделия приводит к тому, что температура в зоне контакта доходит до точки кипения и обрабатываемый материал начинает испаряться.

Процесс лазерной резки в схематичной форме

Лазерную резку металла может выполняться двумя способами:

  • плавлением металла;
  • испарением обрабатываемого металла.

Для того чтобы выполнить резку металла методом испарения, требуется большая мощность оборудования и, как следствие, значительные энергозатраты, что не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Ограничивают использование такого метода и строгие требования к толщине обрабатываемых изделий. Именно поэтому данный метод используют только для резки тонкостенных деталей.

Значительно большее распространение получила лазерная резка металла методом плавления. В последнее время лазерную резку методом плавления все чаще проводят с использованием газов (кислород, азот, воздух, инертные газы), которые с помощью специальных установок вдувают в зону реза (видео этого процесса можно легко найти в Сети).

Такая технология позволяет снизить энергозатраты, повысить скорость работы, использовать оборудование небольшой мощности для резки металла большой толщины. Конечно, это нельзя считать лазерной резкой в чистом виде, правильнее будет называть его газолазерной технологией.

Лазерная резка стали 10мм

Использование кислорода в качестве вспомогательного газа при выполнении лазерной резки позволяет одновременно решить такие важные задачи, как:

  • активизация процесса окисления металла (это позволяет снизить его отражающую способность);
  • повышение тепловой мощности в зоне реза (поскольку металл в среде кислорода горит более активно);
  • выдувание из зоны реза мелких частиц металла и продуктов сгорания кислородом, подаваемым под определенным давлением (это облегчает приток газа в зону обработки).
Читайте также:  Чем остужать сверло при сверлении металла

Преимущества и недостатки лазерной резки

Лазерная резка металлических изделий имеет целый ряд весомых преимуществ по сравнению с другими способами резки. Из многочисленных достоинств данной технологии стоит обязательно отметить следующие.

  • Диапазон толщины изделий, которые можно успешно подвергать резке, достаточно широк: сталь – от 0,2 до 20 мм, медь и латунь – от 0,2 до 15 мм, сплавы на основе алюминия – от 0,2 до 20 мм, нержавеющая сталь – до 50 мм.
  • При использовании лазерных аппаратов исключается необходимость механического контакта с обрабатываемой деталью. Это позволяет обрабатывать таким методом резки легко деформирующиеся и хрупкие детали, не переживая за то, что они будут повреждены.
  • Получить при помощи лазерной резки изделие требуемой конфигурации просто, для этого достаточно загрузить в блок управления лазерного аппарата чертеж, выполненный в специальной программе. Все остальное с минимальной степенью погрешности (точность до 0,1 мм) выполнит оборудование, оснащенное компьютерной системой управления.
  • Аппараты для выполнения лазерной резки способны с большой скоростью обрабатывать тонкие листы из стали, а также изделия из твердых сплавов.
  • Лазерная резка металла способна полностью заменить дорогостоящие технологические операции литья и штамповки, что целесообразно в тех случаях, когда необходимо изготовить небольшие партии продукции.
  • Можно значительно снизить себестоимость продукции, что обеспечивается за счет более высокой скорости и производительности процесса резки, снижения объема отходов, отсутствия необходимости в дальнейшей механической обработке.

Резка фанеры лазером

Наряду с высокой мощностью устройства для лазерной резки обладают исключительной универсальностью, что дает возможность решать с их помощью задачи любой степени сложности. В то же время для лазерной резки металла характерны и некоторые недостатки.

  • Из-за высокой мощности и значительного энергопотребления оборудования для лазерной резки себестоимость изделий, изготовленных с его применением, выше, чем при их производстве методом штамповки. Однако это можно отнести лишь к тем ситуациям, когда в себестоимость штампованной детали не включена стоимость изготовления технологической оснастки.
  • Существуют определенные ограничения по толщине детали, подвергаемой резке.

Виды оборудования для лазерной резки

Оборудование для лазерной резки металла делится на три основных типа.

Газовые установки для лазерной резки

Газы в таких установках, использующиеся в качестве рабочего тела, могут прокачиваться по продольной или поперечной схеме. Принцип работы таких лазеров заключается в возбуждении атомов газа под действием электрического разряда, вследствие чего частицы начинают излучать монохроматический свет. Большое распространение в современной промышленности нашли щелевидные установки, работающие на углекислом газе. Они достаточно компактные, при этом мощные и отличаются простотой в эксплуатации (в Интернете достаточно много видео, на которых показана работа таких установок).

Принцип действия газового лазера

Конструкция такого оборудования состоит из двух основных элементов: лампы накачки и рабочего тела, в качестве которого чаще всего используется стержень из искусственного рубина. В состав последнего также включен неодим иттриевого граната. Лампа накачки в таких аппаратах необходима для того, чтобы передать на рабочее тело требуемое излучение. Чаще всего такие установки для лазерной резки работают в импульсном режиме, но есть и модели, функционирующие непрерывно.

Принцип действия рубинового лазера

В газодинамических установках рабочий газ предварительно нагревается до 2–3 тысяч градусов, затем на высокой скорости (выше скорости звука) пропускается через специальное сопло, а после этого охлаждается. Такое оборудование является очень дорогостоящим, как и сам процесс формирования лазерного луча, поэтому его использование очень ограничено.

Читайте также:  Металлоискатель arduino с селекцией металлов

Если посмотреть видео работы лазерной установки, то очень сложно определить, к какой группе она относится. Для этого необходимо получить представление об устройстве такого оборудования.

Любое оборудование для выполнения лазерной резки, к какой бы группе оно ни принадлежало, содержит следующие элементы:

  • систему, отвечающую за передачу и образование газа и излучения (в состав такой системы входят сопло, устройство для подачи газа, юстировочный лазер, поворотные зеркала, оптические элементы и др.);
  • излучатель, оснащенный зеркалами резонатора, содержащий активную среду, устройства для накачки и обеспечения модуляции, если она необходима;
  • систему управления всеми параметрами работы оборудования и осуществления контроля за их соблюдением;
  • узел, обеспечивающий перемещение обрабатываемого изделия и лазерного луча.

Источник

Прецизионная лазерная резка

Прецизионная или высокоточная лазерная резка выполняется на разработанной в Лазерном Центре установке Rx, предназначенной для резки тонколистовых материалов, в частности металлов.

Используя данное оборудование, мы можем выполнить для Вас сверхточную лазерную резку таких металлов, как медь, латунь, нержавеющая сталь, золото и изготовить изделия с точностью реза 5-10 мкм.

Технологические возможности нашего производства:

  • максимальные размеры листа 250х250 мм,
  • максимальная толщина материала 0,5 мм.
  • по согласованию возможна резка более толстых материалов.

Высокоточная резка лазером позволяет изготовить сувениры и декоративные элементы, разнообразные миниатюрные изделия, в том числе медицинские стенты.

Примеры применения высокоточной лазерной резки металлов:

Изготовление миниатюрных изделий

Диафрагма и кодовый диск.

На фото представлены миниатюрный кодовый диск и парная к нему диафрагма, применяемые в качестве модулятора в фотоэлектрических преобразователях, предназначенных для определения угловых координат положения объектов в измерительных приборах с цифровыми системами управления. Данные миниатюрные изделия изготовлены по технологии прецизионной резки лазером. Материал изделий – латунь, толщина 0,2 мм, минимальная ширина окошек – 80 мкм:

Металлические кольца для эндоскопов.

Фото изготовленных на заказ для ЛОМО металлических колец для эндоскопов после обработки травлением. Изготовление миниатюрных колец производилось на нашем оборудовании методом прецизионной лазерной резки металлической трубки диаметром 5,9 мм и толщиной стенки 0,1 мм. Материал — аустенитного класса титаносодержащая нержавеющая сталь 12Х18Н10Т.

Резка лазером сеток и масок спектральных приборов из меди и стали

Оптическая маска изготовлена из нержавеющей стали,
толщина реза 50 мкм:

Изготовление сувениров и декоративных элементов

Технология прецизионной лазерной резки позволяет изготовить изделия с высокой степенью детализации и декоративной привлекательностью изделия в целом.


материал — латунь,толщина — 0.5 мм, размер около 25х25 мм

Пример технологии высокоточной резки благородных металлов описан в теме «Лазерная резка золота и серебра >>>»

Видео процесса прецизионной лазерной резки на установке RX:

Источник

Лазерная резка металла: преимущества и недостатки

Полезность и применяемость лазеров была понята далеко не сразу. А первые установки, генерирующие лазерное излучение, вообще считали приборами, для которых сначала нужно найти задачи, которые они способны решать. Сейчас ценность таких установок не подлежит сомнению. Сначала их активно начали использовать автомобильные, авиационные и судостроительные предприятия. Позднее они нашли применение и в других отраслях промышленности.

Как работают установки лазерного излучения

Чтобы понять, как работают установки лазерного излучения, можно вспомнить всем нам знакомый способ выжигания по дереву с помощью увеличительного стекла. В этом случае сфокусированный солнечный свет нагревает ограниченный участок поверхности, на которую направлен.

Лазерное излучение тоже является световым. Для его появления поток света пропускают через несколько оптических призм и зеркал, добиваясь появления сфокусированного узконаправленного луча. Он способен нагревать поверхность, на которую направлен, значительно быстрее и сильнее луча, сфокусированного с помощью линзы, потому что имеет намного меньшую площадь поперечного сечения и значительно бо́льшую силу потока.

Читайте также:  Самостоятельная работа по химии 9 класс щелочные металлы щелочноземельные

Строго говоря, воздействие на поверхность оказывает поток квантов электромагнитного излучения – фотонов.

Хорошей установкой считается та, которая может точно фокусировать и сохранять стабильность лазерного луча. Обработка металла происходит в три этапа: сначала луч нагревает его до температуры плавления, затем материал закипает и начинает испаряться, а после этого рабочий орган установки начинает двигаться по заданной траектории, вырезая деталь нужной конфигурации.

При большой глубине реза для выведения расплавленного металла из рабочей зоны используют струю вспомогательного газа. Это может быть инертный газ, кислород или воздушная смесь. Установки, в которых используется вспомогательный газ, называют «газолазерными резаками».

Кислород очень удобен в качестве вспомогательного газа. Он не только выводит расплавленный металл и его оксиды из рабочей зоны, но и увеличивает скорость работы.

Это установка лазерной резки, которую использует наша компания

Какие установки используют для лазерной резки металла

Для лазерной резки металла можно использовать три вида установок:

  1. В твердотельных в качестве рабочего тела используют соединения редкоземельных элементов или кристаллы (сапфир, гранат, рубин).
  2. В газовых – смеси инертных газов.
  3. В волоконных – оптическое волокно.

Рабочее тело – это основная часть лазерной установки, которая и создает поток фотонов, воздействующих на металл. Для этого его заряжают (накачивают) с помощью источника энергии. Им может быть импульсная или дуговая лампа, лазерный диод, электрический разрядник или взрывчатое вещество.

Современные высокоточные установки лазерной резки металла с ЧПУ способны обрабатывать заготовки площадью несколько квадратных метров и обеспечивать точность работы до 0,005 мм. За счет автоматизации процесса в них минимизирован человеческий фактор.

Так, управление рабочим столом и лазером выполняет программный блок, эффективность резки обеспечивает автоматическая система настройки фокуса, за поддержание температуры установки в приемлемых пределах отвечают теплообменники, а клапанные механизмы своевременно подают в зону реза вспомогательный газ.

Какие металлы можно резать лазером

Самое важное свойство металла для лазерной резки – теплопроводность. Чем она ниже, тем проще сконцентрировать тепло на ограниченном участке. Например, сталь имеет низкую теплопроводность, поэтому плавится и режется быстро. А медь, наоборот, отличается высокой теплопроводностью. В результате тепло быстро распространяется по всему объему разрезаемой заготовки, поэтому для успешной работы понадобится больше энергии.

В целом услуги лазерной резки металла востребованы для таких материалов:

  • сталь толщиной до 30 мм;
  • алюминиевые сплавы толщиной до 20 мм;
  • медь толщиной до 15 мм;
  • латунь и нержавеющая сталь толщиной до 12 мм.

Минимальная толщина листового металла для лазерной резки – 0,2 мм.

Такие детали можно изготавливать с помощью установки лазерной резки

Плюсы и минусы лазерной резки металлов

К преимуществам лазерной резки мы можем отнести:

  • высокую точность работы, позволяющую изготавливать детали сложной конфигурации, а также изделия, имеющие дизайнерскую ценность, и декоративные элементы;
  • возможность экономно расходовать металл за счет очень малой площади сечения лазерного луча и низкого процента отходов;
  • способность работать с очень тонкими металлами без нанесения повреждений и деформации;
  • высокую скорость резки, достигающую 60 м/ч;
  • отсутствие необходимости дополнительно обрабатывать кромки полученных деталей после резки лазером;
  • возможность обрабатывать разные металлы и сплавы.

Из недостатков следует выделить ограничение по толщине разрезаемого листового металла и высокую стоимость установок.

Заключение

С помощью лазера металл лучше резать в тех случаях, когда нужна высокая точность и качество работы, а заготовка имеет небольшую толщину (чаще всего до 20 мм). При значительной толщине листового проката отличной альтернативной этому способу обработки считается плазменная резка.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector