 |
Резка углеродистых сталей. Резка нержавеющих сталей. Резка алюминия. Конкретные примеры лазерной резки
|
|
|
|
Резка углеродистых сталей
Поверхность реза на углеродистой стали при невысоких скоростях обработки представляет совокупность сравнительно равномерно расположенных борозд. Для скоростей же резки, превышающих некоторый предел, рез получается гладким, без явно выраженных борозд. Бороздообразование на поверхности реза наблюдается при скоростях обработки меньших 2, 5 м/мин.
Слишком же малым скоростям обработки (меньшим 0, 5 м/мин) соответствует режим самопроизвольной (автогенной) резки. Рез при этом получается значительной ширины, определяемой диаметром струи кислорода, а не диаметром сфокусированного лазерного луча. Шероховатость поверхности реза, имеющей также бороздчатую структуру, высока.
Ширина реза на углеродистой стали у верхней кромки больше, чем в средней его части. Наличие на поверхности реза зоны III, характеризующейся резким снижение скорости прорезания, обусловливает значительное расширение реза на этом участке, у нижней кромки реза. В углеродистой стали зона I имеет наименьшее значение Rz.
Для расположенной за ней зоны II характерно некоторое повышение размеров микронеровностей. При низких скоростях обработки на поверхности реза в пластинах определённой толщины характерно наличие только зоны I и II. С повышение скорости резки на поверхности реза появляется зона III c наибольшей шероховатостью.
Для получения качественного реза необходимо ограничивать скорость резки во избежание образования на поверхности зоны III.
Резка нержавеющих сталей
В нержавеющих сталях процесс образования реза с помощью непрерывного лазерного излучения протекает несколько иначе, чем в углеродистых. Рез в нержавеющих сталях также имеет бороздчатую, хотя и менее выраженную, структуру поверхности. На поверхности реза можно выделить две зоны, указывающие на наличие в процессе резки периодического и непрерывного разрушения, причём с уменьшением скорости резки качество поверхности в зоне II резко снижается. Подобное имеет место и при автогенном (неуправляемом) процессе резки. Оно объясняется снижением скорости границы непрерывно протекающего разрушения с уменьшением скорости резки, в результате чего увеличивается количество теплоты, отводимой от фронта разрушения теплопроводностью, и следовательно, возрастает ширина реза в нижних слоях стали, а также повышается шероховатость его поверхности. Самовоспламенение металла в данном случае не происходит, так как на поверхности нержавеющей стали образуется тугоплавкий оксид.
|
|
|
Уменьшение плотности мощности в зоне резки ведёт, как и при обработке углеродистых сталей, к смещению процесса неуправляемого разрушения в области менее высоких скоростей обработки.
Зависимости шероховатости поверхности реза каждой из зон от скорости обработки при различных значениях плотности мощности, достигаемых за счёт различных условий фокусировки лазерного излучения в пластинах толщиной h=2, 2 мм из нержавеющей стали, показаны на рис. 1.
При резке нержавеющих сталей, также как и при резке углеродистых сталей, в условиях высоких плотностей мощности и низких скоростей резки (менее 2 м/мин), следует различать глубину реза с высоким качеством кромки (зона I) и максимально достижимую глубину реза, но с низким качеством (зона I и II). При более низких плотностях мощности и низких скоростях обработки качество реза максимально достижимой глубины (в зоне I и II) повышается за счёт снижения шероховатости поверхности реза в зоне II. На высоких скоростях резки (более 2 м/мин) рез получается качественным при любых значениях плотности мощности, обеспечивающей сквозное прорезание металла.
|
|
|
Резка алюминия
Алюминий имеет наиболее высокую шероховатость из всех рассматриваемых материалов (углеродистые стали, нержавеющая сталь, титан). Независимо от режимов резки поверхность реза на алюминиевых сплавах состоит из двух зон: I - Rz=50…80 мкм; II - Rz 100 мкм.
Для алюминиевых сплавов нужно очень чётко подбирать режимы резки. Только в этом случае можно получить удовлетворительное качество реза. Наше предприятие отработало технологию резки алюминия с удовлетворительным качеством для пластин с толщиной стенки до 6 мм.
Конкретные примеры лазерной резки
Лазерную резку используют для изготовления мозаичных декоративных покрытий из нержавеющей стали, применяемых для облицовки мебели, а также настенных панно - лазером вырезаются необходимые мозаичные контуры. Преимущество лазерной резки в локальности воздействия излучения, что исключает нарушение цвета мозаики. Лазерная резка применяется при вырезании отверстий в промежуточных кольцах сопла паровой турбины (хромистая нержавеющая сталь толщиной 6 мм), в которые вставляются лопатки. Достаточно широко используется лазерная резка в автомобилестроении. Лазерная резка - технология, посредством которой получают отверстия на поверхности трубных заготовок - трубопроводы двигателей внутреннего сгорания. Лазером изготавливают шаблоны и сепараторы из инструментальной стали.
Экономически выгодным оказывается применение лазерной резки при производстве опытных образцов и лазерную сварку на протяжении последних десяти лет практически нигде не внедряли. А между тем, технология лазерной сварки стала более изученной и более доступной для применения.
Таблица 1
Резка металлических материалов излучением непрерывного СО2 лазера
*) режимы высокопроизводительной резки, но с низким качеством
Таблица 2
Резка нержавеющей стали излучением непрерывного Nd: YAG лазера
| Толщина стали, мм | Мощность излучения. Вт | Скорость резки, м/мин | Ширина реза, мм |
| 0, 5 | 1, 5 | 0, 10 | |
| 1, 0 | 0, 7 | 0, 12 | |
| 1, 5 | 0, 5 | 0, 15 | |
| 0, 5 | 4, 0 | 0. 10 | |
| 1, 0 | 2, 0 | 0. 14 | |
| 2, 0 | 0, 8 | 0, 18 | |
| 3, 0 | 1, 5 | 0, 20 |
Типичный процесс резки:
|
|
|
· · Запускают с файла чертежа (обычно dxf файл).
· · Используют программу процесса, чтобы управлять движениями машины.
· · Назначают лазерные параметры для проникновения и вырезки.
· · Прошивают или проникают через материал.
· · Перемещают образец или режущую головку, чтобы создать форму.
Общие Принципы:
· · Более высокой мощности лазеры вырезают тонкие материалы быстрее.
· · Более высокой мощности лазеры позволяют Вам вырезать более толстые материалы.
· · Более короткофокусные линзы вырезают тонкий материал быстрее.
· · Более длиннофокусные линзы позволяют Вам вырезать более толстые материалы.
· · Лазерный луч расширяется, поскольку это распространяется далеко от лазера, некоторые прикладные программы требуют компенсации этого.
·
Параметры вырезки включают:
· · Мощность лазера
· · Частота излучения лазера
· · Лазерный рабочий цикл
· · Диаметр пучка
· · Быстродействие вырезки
· · Ускорение
· · Тип газа
· · Давление газа
· · Диаметр сопла
· · Положение сопла
· · Фокусное расстояние Линзы
· · Положение фокуса
|
|
|
