Лазерная резка металла: особенности, преимущества, принципы работы

Основные способы раскроя металла

Производственники, в целях оптимального раскроя материала и минимизации объема отходов, стремятся подобрать оптимальный способ раскроя листового материала или проката исходя из технологий, применяемых для разделки металла на заготовки. Например, при использовании дисковых ножниц или газового резака, допустимо расположение заготовок в любом месте листа. В то время как, при раскрое на гильотинных ножницах необходимо следовать определенным ограничениям. Заготовку необходимо так размещать, что существовала возможность реализовать прямолинейные резы вдоль или поперек листа и прямых резов под углом.

Станок для резки листового металла с дисковыми ножницами

В случае необходимости обработки большой партии заготовок имеет смысл использовать комбинированный метод. Он заключается в том, что заготовки, имеющие разную форму, укладывают в прямоугольник с минимизированными размерами. Затем эти прямоугольники используют для лучшего заполнения листа. Формирования размерной последовательности. Перемещая эти формы по поверхности, получают улучшенную форму конфигурации.

Метод лучшего заполнения короткой стороны листа

Метод лучшего заполнения короткой стороны листа – это позволяет снизить количество отходов, вызываемых отсутствием кратности. Остающаяся часть листа будет несколько короче чем вдоль длинной стороны. Заготовки должны быть подобраны таким образом, чтобы их размеры позволили оптимальным образом заполнить меньшую сторону листа. Для разметки вдоль длиной стороны выполняют аналогичную работу.

Суть способа формирования размерных последовательностей заключена в следующем — заготовки располагают на листе от крупных к мелким.

На основании проведенных работ составляют карту раскроя. Затем, определяют потребное количество материалов (листа или другого проката). Кстати, это основной документ, который должен быть на рабочем месте оператора заготовительной машины.

Из плотной бумаги или картона подготавливают шаблоны

Из плотной бумаги или картона подготавливают шаблоны заготовок, которые необходимо раскроить. Шаблоны располагают на лист и путем передвижения и их совмещения между собой получают оптимальный раскрой листового материала.

Лазерная резка нержавейки.

Лазерная резка металла тем эффективнее, чем тоньше лист. С увеличением толщины производится существенный рост количества энергии, необходимой для качественного реза, поэтому пропорционально возрастает стоимость.

Нержавеющая сталь
Толщина, ммДо 100 м101-500 мот 500 мОт 3000Цена врезки
0,8403735201
1433835201
1,5464237271
2665951381
31108857492
415012085662
5225185155834
62852352101254

Лазерная резка меди и латуни.

Популярный цветной металл и сплав на его основе ведут себя практически одинаково. Лазерная резка латуни и меди происходит по такому же принципу, как у алюминия. Помимо этого, материалы способны поглощать еще большее количество тепла, что дополнительно затрудняет резку и требует больше количество энергии.

Латунь
Толщина, ммДо 100 м101-500 мот 500 мОт 3000Цена врезки
0,5403830221
0,8403830221
1454033241
1,5606057401
2808070551
3908580702

Лазерная резка аллюминия.

Лазерная резка алюминия осложняется тем, что металл способен к идеальной теплоотдаче и имеет высокий отражательный коэффициент. Это значительно затрудняет процесс лазерной резки, что требует более качественное оборудование и мастерство оператора. Во время произведения работ требуется использование дополнительных газов, повышающих качество процесса и помогающих выведению от места резки частиц расплавленного вещества.

Аллюминий
Толщина, ммДо 100 м101-500 мот 500 мОт 3000Цена врезки
1353022151
1,5373324171
2403727201
31009062452
4170150115602
5270200185804

Лазерная резка титана.

Легкий, но мягкий металл хорошо воспринимает концентрацию тепловой энергии. При его обработке всегда есть возможность увеличения скорости процесса при помощи добавления кислорода

Все виды перечисленных металлов активно используются в разных областях промышленности. Помимо них лазерной обработке можно подвергать другие металлы и натуральные или искусственные неметаллические материалы.

Сферы использования процесса лазерной резки металла

В основном это заводское применение, в домашних условиях это нецелесообразно – не окупится стоимость оборудования и затраты на энергию. С помощью лазера создают:

  • детали для машиностроения;
  • полки, стеллажи, иные металлические конструкции;
  • части котлов, дымоходов и других агрегатов для отопительной системы;
  • элементы дверей, ограждений.

В целом этот способ используют в любых случаях, когда нужно быстро и эффективно, с минимальными затратами и высокой точностью, разделить стальной лист на две и более частей, вырезать отверстие в чугуне, нержавейке, инструментальных сплавах, алюминии.

Из чего состоит оборудование для работы

Лазерные установки, использующиеся для работы, состоят из следующих четырех ключевых элементов:

Специальный излучатель, в роли которого выступает твердотельный газовый лазер

Здесь важно отметить, что он должен обладать подходящими оптическими и энергетическими параметрами для выбранного режима работы. Далее обязательно наличие системы перемещение и формирования луча и газа. Эти элементы отвечают за передачу излучения от лазера к заготовке, которую нужно обработать, а также отвечает за изменение параметров газа, подающегося для работы. Третий важный элемент — это система перемещения

Отвечает она не только за передвижение лазера, но и за движение металлической заготовки. Дополнительными деталями в этой системе выступают привод, двигатель и исполнительный механизм. Естественно, что такое высокоточное и небезопасное оборудование имеет автоматизированную систему оборудования — АСУ. Именно эта система контролирует работу лазера, а также управляет другими системами станка. Для осуществления своей работы она дополнительно комплектуется различными датчиками или необходимыми подсистемами.

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.

Преимущества лазерной резки

Плюсы резки лазером

Подобный метод разрезания металлоконструкций обладает определенными преимуществами перед прочими способами. Основные из них:

  • При помощи лазера возможно проводить резку широкого диапазона толщин металлических труб. Из меди – 0,3-16 мм, из алюминия – 0,3-22 мм, из стали – 0,3-22 мм, из нержавейки – до 55 мм.
  • Полностью отсутствует контактирование режущей части с обрабатываемым металлом. Это даст возможность проводить работы с хрупкими изделиями.
  • Образуются изделия с необычной формой. В частности, когда разрезание произведено на станке с доступом к компьютерному обеспечению. Требуется попросту в спецблоке открыть чертеж заготовки, и оборудование самостоятельно сделает точный разрез.
  • Крайне скоростной процесс разрезания.
  • Когда требуется сделать изделие из металла небольшой партией, то непосредственно такой метод заменяет трудоемкие техпроцессы.
  • Минимальное количество отходов и ровный срез помогут снизить стоимость деталей из металла, что повлияет на уменьшение конечной цены.
  • Универсальность технологии, при помощи которой возможно справляться с трудными поставленными задачами.

Когда говорить о минусах лазерной резки труб, то их не слишком много. Основным недостатком станет повышенное потребление электрической энергии, потому такой процесс наиболее дорогой на сегодня. В сравнении со штамповкой, также отличающейся минимальным количеством отходов и высокой точностью, качеством обрабатываемой детали, то нужно сказать, что лазер выйдет дешевле. Другим недостатком станет пределы разреза по толщине (до 2 см).

Какие параметры нужно учитывать при лазерной резке металлов

Лазерная резка подходит для работы не только с металлами, но и с резиной, линолеумом, фанерой, полипропиленом, искусственным камнем и стеклом. Обработка лазером применяется в приборо-, судо- и автомобилестроении, для создания элементов электротехнических устройств, сельскохозяйственных машин. Используя принцип лазерного раскроя, изготавливают жетоны, трафареты, указатели, декоративные элементы интерьера и пр.

Принцип лазерной резки зависит от многих параметров. Необходимо учитывать, с какой скоростью выполняется обработка, лазер какой мощности при этом используется, какова его плотность, фокусное расстояние, также учету подлежат диаметр луча и состав излучения, а также марка и вид обрабатываемого материала. Например, скорость резки низкоуглеродистых сталей примерно на 30 % выше, чем при работе с нержавейкой. Снижению скорости практически в два раза способствует замена кислорода обычным воздухом. Лазер мощностью 1 кВт разрезает алюминий со скоростью примерно 12 м/с, титан – 9 м/с (при использовании кислорода в качестве активной среды).

Разберем принцип лазерной резки на следующем примере. За основу берем мощность лазера 1 кВт, в качестве активной среды выступает кислород, подаваемый в рабочую область под давлением 0,5 МПа, диаметр луча равен 0,2 мм.

Толщина заготовки, ммОптимальная скорость резки, м/сШирина реза, ммШероховатость кромок, мкмНеперпендикулярность, мм
110-110,1–0,1510–150,04–0,06
36-70,3–0,3530–350,08–0,12
53-40,4–0,4540–500,1–0,15
100,8–1,150,6–0,6570–80

Еще одним преимуществом лазерной резки является ее точность, измеряемая в процентном отношении. В основе требований к названному параметру лежит толщина обрабатываемой заготовки, а также цели ее дальнейшего использования. При работе с металлическим профилем, толщина которого достигает 10 мм, погрешность варьируется от 0,1 до 0,5 мм.

На скорость резки влияет также теплопроводность обрабатываемого металла. Чем более высоким будет этот показатель, тем больше энергии необходимо для обработки, поскольку тепло из рабочей зоны будет отводиться более интенсивно. К примеру, лазер, мощность которого составляет 600 Вт, без труда справится с черными металлами или титаном. В то же время работа с медью и алюминием, отличающимися повышенной теплопроводностью, будет намного сложнее. Что касается усредненных показателей, разработанных для разных металлов, они являются следующими:

Малоуглеродистая стальИнструментальная стальНержавеющая

сталь

Титан
Толщина, мм1,01,22,23,01,01,32,53,20,61,0
Мощность лазера, Вт100400850400100400400400250600
Скорость резания, м/мин1,64,61,81,70,944,61,271,150,21,5

Качество реза находится в прямой зависимости от принципа лазерной резки и выбранного режима работы. Характеристиками качества являются точность вырезанной заготовки, ширина реза, шероховатость и ровность поверхностей кромок, присутствие на них частиц оплавленного металла (грата), глубина реза. Однако основное значение имеют такие параметры, как скорость резки и толщина детали.

Плюсы и минусы резки металла лазером

Раскрой металла лазером имеет массу положительных характеристик:

  1. Можно раскроить лист стали небольшой толщины – от 0.2 до 1 мм, да и более массивные листы, до 20 мм., а то и толщине до 50 мм.
  2. При процедуре резке лазером луч не контактирует механически с материалом и это позволит качественно обработать хрупкие и легко деформируемые поверхности.
  3. Для раскроя изделия – достаточно сделать файл с рисунком, а все остальное выполнит программа, компьютер, допуская минимум погрешностей не боле чем в в 0.1 мм.
  4. Резка тонкого листа проводится на большой скорости, это же касается и резки изделий из твердого металлического сплава.
  5. Нет необходимости готовить форму для литья или же закупать дорогие пресс – формы.
  6. Показатели скорости резки – высокие, как и сама производительность, расход материала – оптимальный с минимальными отходами, что в итоге ведет к снижению себестоимости производственного процесса.

Помимо этого, станок лазерной резки можно назвать универсальным – на нем можно производить практически любые детали, независимо от их сложности.

Если говорить о минусах резки лазером, то тут можно выделить такие моменты:

  1. Прежде всего, такая обработка более дорогая в сравнении с иными методами обработки.
  2. Да и сама толщина обработки листа металла ограничена.

Особенности резки импульсно-периодическим излучением

Из-за большой инерционности электромеханических приводов машин резка сложных участков контуров деталей (углы, малые радиусы, прорези и т. д.) осуществляется на небольших скоростях, как правило, не превышающих 0,8—1,7 см/с. Значительное, по сравнению с оптимальной, снижение скорости приводит к перегреву сложных участков контура деталей и ухудшению качества резки. Увеличивается глубина зоны температурного влияния, шероховатость поверхности, количество грата, существенно снижается точность деталей. Для получения высокого качества углов снижают мощность излучения пропорционально снижению скорости резки. Другой способ качественной резки углов — автоматический переход с непрерывного на импульсно-периодический режим излучения. Изменяя, главным образом, частоту следования, а также длительность и пиковую мощность импульсов, можно эффективно регулировать тепловложение в металл и достигать высокого качества резки. Выше приведены параметры импульсно-периодического излучения (ИПИ), наиболее часто используемые при назначении режима обработки углов деталей. Другой случай эффективного применения ИПИ — финишная вырезка деталей из сплавов цветных металлов, например титана и алюминия. При одинаковой средней мощности по сравнению с непрерывным ИПИ обеспечивает более высокое качество резки по показателям шероховатости, глубине зоны температурного влияния и количеству грата на кромках реза. Кроме того, ИПИ позволяет увеличить в полтора—два раза предельную толщину качественной резки металлов, а также резать металлы с высокой отражающей способностью и теплопроводностью (сплавы Аl, Сu) при более низком уровне средней мощности. Скорость резки металлов с применением ИПИ несколько ниже, чем с применением непрерывного излучения такой же средней мощности.

Разновидность оборудования для лазерной обработки металла с твердым телом

Коротко мы уже описали, что классификация проходит по мощности и используемому способу. Остановимся немного подробнее. Твердотельные станки имеют две зоны – накачки энергии и сам рубин, который является оптической средой и преобразует энергетический поток в луч. Самородок используется по причине своей твердости, он не разрушается и длительное время может служить распределителем ресурса.

Способ можно считать дорогим, но в современных аппаратах давно не применяется натуральный самородок, он заменяется искусственно созданным. Посмотрим на схему конструкции:

https://www.youtube.com/embed/qX6uxZlgFlU https://www.youtube.com/embed/wudtsyJJK6I https://www.youtube.com/embed/tq0EHsUnwVQ

Поделитесь в социальных сетях:FacebookXВКонтакте
Напишите комментарий