Tehnologia de tăiere cu laser trebuie să fie familiară tuturor. Tehnologia de tăiere laser este o metodă de procesare care folosește un fascicul laser cu densitate mare de energie pentru a tăia cu exactitate materialele. Este utilizat pe scară largă în procesarea materialelor metalice și non-metalice. Cele mai frecvente echipamente de tăiere cu laser sunt mașinile de tăiat cu laser.
Mașinile de tăiere cu laser folosesc principiul de tăiere al laserelor. Nucleul tăierii cu laser este fasciculul laser generat de un laser de mare putere. Printr -un sistem reflector și lentile, în special o lentilă de focalizare, fasciculul este concentrat într -un loc foarte mic, de obicei cu un diametru de doar zeci de microni până la sute de microni, formând astfel o densitate de energie foarte mare pe suprafața materialului procesat.
Sub iradierea laserelor cu densitate mare de energie, suprafața materialului se încălzește rapid până la mii la zeci de mii de grade Celsius, determinând materialul să se topească, să se vaporizeze sau să ardă instantaneu. Pentru materialele metalice, poate exista și o reacție de oxidare.
În procesul de tăiere laser, gazele auxiliare de înaltă presiune (cum ar fi oxigenul, azotul, argonul sau aerul comprimat etc.) sunt adesea utilizate în combinație. Pe de o parte, acestea ajută la eliminarea materialelor topite sau vaporizate, iar pe de altă parte, protejează zona de tăiere, reduc zona afectată de căldură și îmbunătățesc calitatea și viteza de tăiere.
Principalii parametri ai procesului de tăiere laser sunt tăierea puterii laser, lățimea inciziei, viteza de tăiere și debitul de gaz. Alți factori, cum ar fi calitatea fasciculului laser, distanța focală a lentilelor, defocusul și duza, au, de asemenea, o influență mare asupra tăierii cu laser.
(1) Putere laser
Pentru proprietățile materialului, dacă reflectivitatea suprafeței materialului este mare, atunci când laserul iradiază suprafața materialului, se va reflecta mai multă energie în loc să fie absorbită de material pentru tăiere. Prin urmare, pentru a asigura o energie suficientă pentru tăiere, puterea laser trebuie să fie crescută. În mod similar, dacă conductivitatea termică a materialului este bună, căldura generată de iradierea laser va fi realizată rapid în interiorul materialului, ceea ce face dificilă ca temperatura zonei de tăiere să se ridice la un nivel suficient pentru tăiere. În acest caz, puterea laser trebuie să fie crescută pentru a îmbunătăți eficiența de reducere. În plus, materialele de tăiere cu puncte de topire ridicate necesită, de asemenea, o putere mai mare laser și o densitate de putere. Acest lucru se datorează faptului că materialele cu puncte de topire ridicate necesită mai multă energie pentru a le topi sau vaporiza, obținând astfel scopul tăierii.
(2) Viteza de tăiere
În anumite condiții de putere, când grosimea plăcii crește, fasciculul laser trebuie să pătrundă straturi de material mai adânci pentru a completa tăierea. Studiile au arătat că relația dintre viteza de tăiere și rugozitatea suprafeței tăiate nu este o relație liniară simplă, dar arată o tendință de schimbare în formă de U. Aceasta înseamnă că pentru materiale cu grosimi diferite ale plăcii și condiții diferite de presiune a gazului de tăiere, există un punct optim de viteză de tăiere. Când tăiați la această viteză, valoarea de rugozitate a suprafeței tăiate poate fi minimizată, adică tăierea este cea mai netedă. În general, cu cât viteza de tăiere este mai rapidă, cu atât este mai mare puterea necesară.
(3) Presiunea gazului (debitul de gaz)
În timpul procesului de tăiere de topire, fasciculul laser încălzește materialul la temperatura de topire. În acest moment, gazul a aruncat metalul lichid pentru a forma o incizie. Presiunea gazului trebuie să fie suficient de mare pentru a îndepărta eficient metalul topit și pentru a asigura continuitatea tăierii și claritatea inciziei. Debitul de gaz este, de asemenea, legat de forma duzei. Diferite forme de duză au efecte diferite asupra distribuției și caracteristicilor debitului gazului, astfel încât debitul de gaz aplicabil va fi, de asemenea, diferit. Atunci când selectați duza și setați debitul de gaz, este necesar să se potrivească și să se optimizeze în funcție de cerințele specifice de tăiere și proprietățile materialului.
(4) Calitatea fasciculului, distanța focală a lentilei și defocusul
Ieșirea modului de fascicul de către laser este crucială pentru efectul de tăiere. Modul transversal fundamental (Modul TEM 00) este considerat a fi cel mai ideal mod de fascicul în tăierea laserului din cauza diametrului micului fascicul și a energiei concentrate. Studiile experimentale au arătat că lățimea inciziei este aproape egală cu diametrul locului laser în tăierea non-oxigen asistată. Mărimea spotului este proporțională cu distanța focală a obiectivului de focalizare, adică cu cât este mai lungă distanță focală, cu atât este mai mare loc; Cu cât este mai scurtă distanță focală, cu atât este mai mică. Cu toate acestea, deși o lentilă focală scurtă poate obține un punct mai mic, adâncimea focală este, de asemenea, redusă în consecință. Cu cât este mai mică adâncimea focală, cu atât este mai strictă cerința de distanță de la suprafața piesei de prelucrare la obiectiv. Valoarea defocus are o influență mare asupra vitezei de tăiere și a adâncimii de tăiere și trebuie să rămână neschimbată în timpul procesului de tăiere. În general, valoarea defocus este o valoare negativă, adică poziția de focalizare este plasată într -un anumit punct de sub suprafața plăcii de tăiere.
(5) duză
Duza este o componentă importantă care afectează calitatea și eficiența tăierii cu laser. Tăierea cu laser folosește, în general, o duză coaxială (fluxul de aer și axa optică concentrică), iar diametrul de ieșire a duzei trebuie selectat în funcție de grosimea plăcii. În plus, distanța de la duză la suprafața piesei de lucru are, de asemenea, o influență mare asupra calității tăierii. Pentru a asigura stabilitatea procesului de tăiere, această distanță trebuie menținută constantă.
Tăierea cu laser a materialelor industriale
(1) Tăierea laser a materialelor metalice
Aproape toate materialele metalice au o reflectivitate ridicată la lumina infraroșie la temperatura camerei. De exemplu, rata de absorbție de 1 0. 6μm laser cu dioxid de carbon este de doar 0,5%~ 10%. Cu toate acestea, atunci când densitatea puterii depășește fasciculul focalizat, suprafața poate începe să se topească în microsecunde. Rata de absorbție a majorității metalelor topite va crește brusc, în general până la 60%~ 80%. Prin urmare, laserele cu dioxid de carbon au fost utilizate cu succes în multe practici de tăiere a metalelor.
Grosimea maximă a plăcilor din oțel carbon care pot fi tăiate de sistemele moderne de tăiere laser a depășit 2 0 mm. Cusătura de tăiere a plăcilor de oțel carbon pot fi controlate într-un interval de lățime satisfăcător prin metoda de tăiere de topire asistată de oxigen, iar cusătura de tăiere a plăcilor subțiri de oțel poate fi la fel de îngustă de aproximativ 0,1 mm. Tăierea cu laser este o metodă de procesare eficientă pentru plăcile din oțel inoxidabil. Poate controla zona afectată de căldură într-un interval foarte mic, menținând astfel rezistența la coroziune. Majoritatea oțelurilor structurale din aliaj și oțelurile cu instrumente din aliaj pot obține o calitate bună de tăiere prin tăierea cu laser.
Aliajele de aluminiu și aluminiu nu pot fi tăiate cu topirea asistată de oxigen. Trebuie utilizat un mecanism de tăiere de topire. Tăierea cu laser de aluminiu necesită o densitate de putere foarte mare pentru a depăși reflectivitatea ridicată la laserele de 10,6 μm cu lungime de undă. 1. 06 μm Fascilele laser cu lungime de undă de undă pot îmbunătăți mult calitatea de tăiere și viteza tăierii laserului de aluminiu, datorită ratei mari de absorbție a acestora.
Aliajele de titan și titan utilizate în mod obișnuit în industria de fabricație a aeronavelor au reacții chimice intense atunci când oxigenul este utilizat ca gaz auxiliar, iar viteza de tăiere este rapidă, dar este ușor să formați un strat de oxid pe tăiere și chiar să provoace supraviețuirea.
Este mai sigur să utilizați gazul inert ca gaz auxiliar pentru a asigura calitatea tăierii. Majoritatea aliajelor pe bază de nichel pot fi, de asemenea, tăiate cu topirea asistată de oxigen. Aliajele de cupru și cupru au o reflectivitate prea mare și, practic, nu pot fi tăiate cu lasere de dioxid de carbon de 10,6 μm.
(2) Tăierea cu laser a materialelor nemetalice
Fasciculul laser de 10,6 μm CO2 este ușor absorbit de materiale nemetalice. Reflectivitatea scăzută și temperatura sa de evaporare permit aproape toată energia ușoară absorbită să intre în material și să provoace instantaneu vaporizarea să formeze găuri, intrând într -un ciclu virtuos al procesului de tăiere. Plastice, cauciuc, lemn, produse de hârtie, piele, țesături naturale și alte materiale organice pot fi tăiate de laser. Cu toate acestea, grosimea lemnului trebuie să fie limitată. Grosimea plăcilor de lemn este de 75 mm, iar grosimea laminatelor și a plăcilor de cipuri din lemn este de aproximativ 25 mm. Printre materialele anorganice, cuarțul și ceramica pot fi tăiate de laser. Acesta din urmă trebuie tăiat cu fractură controlată și nu trebuie utilizată o putere mare. Sticla și piatra nu sunt în general potrivite pentru tăierea cu laser.
Alte materiale dificil de prelucrat prin metode convenționale, cum ar fi materiale compozite și carburi cimentate, pot fi tăiate prin laser, dar mecanismele rezonabile de tăiere și parametrii procesului trebuie să fie selectate prin experimente.
În aplicarea efectivă a tehnologiei de tăiere cu laser, îmbunătățirea eficienței reducerii, îmbunătățirea calității tăierii și reducerea costurilor de tăiere sunt unul dintre lucrurile pe care trebuie să le luăm în considerare deseori.
Îmbunătățirea tehnologiei de tăiere cu laser pentru a îmbunătăți eficiența producției, reducerea calității și reducerea costurilor se poate face din următoarele aspecte:
1. Odată cu avansarea tehnologiei laser, utilizarea laserelor cu putere mai mare (cum ar fi 10, 000- watt lasere) poate crește semnificativ viteza de tăiere, reducând în același timp zonele afectate de căldură și deformarea materialelor, ceea ce face ca tăierea să fie mai eficientă și o calitate mai bună, în special pentru tăierea materialelor mai groase.
2. Reglați în mod rezonabil parametrii, cum ar fi puterea laser, viteza de tăiere, tipul și presiunea auxiliară a gazului și distanța dintre duză și material și fac setări detaliate pe baza materialelor specifice și a cerințelor de tăiere. Găsiți combinația optimă de parametri prin mai multe teste pentru a îmbunătăți eficiența și calitatea tăierii.
3. Prin sistemul de focalizare automată, poziția de focalizare laser este ajustată automat în funcție de grosimea și tipul materialului pentru a asigura precizia tăierii.
4. Reduceți timpul de reducere și îmbunătățiți eficiența generală a funcționării prin mutarea rapidă a capului de tăiere la următorul punct de plecare de tăiere.
5. Detectați automat marginile materialului și unghiurile de înclinare, reglați automat calea de tăiere și reduceți deșeurile de material și timpul de preprocesare.
6. Utilizați software -ul CNC pentru a simula tăierea, planificați cea mai simplă cale de tăiere, reduceți loviturile goale și îmbunătățiți utilizarea materialelor și viteza de tăiere.
7. Mențineți și deserviți în mod regulat mașina de tăiere laser, cum ar fi înlocuirea pieselor de purtare, curățarea componentelor optice, calibrarea echipamentelor etc., pentru a asigura funcționarea stabilă pe termen lung a echipamentului și pentru a menține performanțe optime de tăiere.
8. Mențineți mediul de lucru al mașinii de tăiere laser, cu o temperatură adecvată și umiditate moderată pentru a evita impactul prafului și umiditatea excesivă asupra echipamentului și a efectului de tăiere.
9. Utilizați mai multe sisteme de control CNC și software mai avansate pentru a îmbunătăți precizia controlului și viteza de răspuns și susțineți sarcini de tăiere mai complexe.
10. Continuați să acordați atenție noilor evoluții ale tehnologiei cu laser, cum ar fi surse laser mai eficiente, sisteme optice mai avansate, algoritmi software inteligenți etc., pentru a îmbunătăți continuu capacitățile de tăiere.