Что такое лазерная резка металла
Лазерная резка: как она работает
Лазерную резку используют для раскроя листовых материалов, чаще всего – металлов. Одно из ее главных отличий – возможность изготовления деталей со сложным контуром.
Принципы работы лазерной резки
Использование этого метода основано на тепловом воздействии лазерного излучения на материалы. При этом разрезаемый металл нагревается сначала до температуры плавления, а потом до температуры кипения, при которой он начинает испаряться. Лазерная резка испарением требует высоких энергозатрат, поэтому ее используют для работы с тонкими металлами.
Относительно толстые листы разрезают при температуре плавления. Чтобы облегчить этот процесс, в зону резки подается газ: азот, гелий, аргон, кислород или воздух. Его задача – удалять из зоны резки расплавленный металл и продукты его сгорания, поддерживать горение металла и охлаждать прилегающие зоны. Наиболее эффективен для этого кислород. Он заметно увеличивает скорость и глубину резки.
Подробнее о процессе лазерной резки можно узнать из видео ниже:
Параметры резки разных металлов
Скорость резки зависит не только от мощности лазера и толщины металла, но и от его теплопроводности. Чем она выше, тем интенсивнее отводится тепло из зоны резки и тем более энергозатратным будет весь процесс. Так, если лазером мощностью 600 Вт можно легко разреза́ть черные металлы или титан, то алюминий или медь, обладающие высокой теплопроводностью, обрабатывать значительно сложнее. Средние параметры для работы с разными металлами выглядят следующим образом:
сталь
Виды лазерной резки
Лазерные установки состоят из трех основных частей:
По типу рабочей среды лазеры для резки делят на три вида:
К твердотельному виду относятся и волоконные лазеры. В них излучение усиливается в стекловолокне, а источником энергии служит полупроводниковый лазер.
Так устроен твердотельный лазер
Для понимания механизма работы лазера можно рассмотреть установку с рабочим телом в виде стержня из граната, легированным неодимом. Ионы последнего и служат активными центрами. Поглощая излучение газоразрядной лампы, ионы переходят в возбужденное состояние, то есть у них появляется излишек энергии.
Ионы возвращаются в исходное состояние и отдают энергию в виде фотона – электромагнитного излучения или по-другому света. Фотон вызывает переход в обычное состояние других возбужденных ионов. В итоге процесс нарастает лавинообразно. Зеркала способствуют движению луча в определенном направлении. Многократно возвращая фотоны в рабочее тело при отражении, они способствуют образованию новых фотонов и усилению излучения. Его основные характеристики – малая расходимость луча и высокая концентрация энергии.
Так устроен газовый лазер с продольной прокачкой
Схема работы газодинамического лазера
Преимущества и недостатки лазерной резки
Можно выделить следующие преимущества лазерной резки металлов:
Недостатками лазерной резки считаются высокое энергопотребление, дорогое оборудование.
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.
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.
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:
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:
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:
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.
Технология лазерной резки металла
Содержание
Лазерная резка металла – это процесс нагревания и разрушения металла при помощи лазерного луча. Международное название технологии – Laser Beam Cutting (LBC).
На сегодняшний день существует 3 основных способа работы лазера по металлу:
Таким образом, лазерная резка методом плавления – оптимальное соотношение цены и качества для большинства материалов.
Оборудование для лазерной резки
Устройства классифицируют по разным параметрам. По типу рабочей среды – источника лазерного излучения – выделяют три вида приборов:
Выбор вида лазерной резки зависит от материала, который необходимо обработать.
ЧПУ, использующие углекислый газ, отлично справляются со сваркой, раскроем, гравировкой металла, стекла, пластика и другого сырья. Оборудование твердотельного типа эффективно для резки алюминия, меди, серебра, латуни. Не работают с неметаллическими материалами.
Качество лазерной резки. От чего оно зависит?
Под качеством лазерной резки обычно понимают точность, качество реза (минимальную шероховатость, прямые стенки), скорость предоставления услуг.
Результат работ зависит от многих составляющих:
Чтобы получить нужный результат, необходимо учесть все эти параметры. При соблюдении правил использования, лазерные резаки обеспечивают точность до 0,1 мм.
Скорость резки обусловлена мощностью оборудования, толщиной и теплопроводностью обрабатываемого материала. Чем выше показатель, тем быстрее отводится тепло с рабочего участка, соответственно требуется больше энергии. Например мощности лазера в 600 Ватт достаточно для резки титана или черных металлов, но мало для меди или алюминия.
Особенности резки отдельных металлов
Индивидуальные свойства материалов требуют применения различных технологий лазерной резки. Сплавы и цветные металлы обрабатывают на станках мощностью не ниже 1 кВт, для работы с черными металлами будет достаточно мощности от 0,5 кВт.
Раскрой высокоуглеродистых сталей осуществляется в основном по газолазерной технологии с применением кислорода. Благодаря сильной тепловой реакции в зоне воздействия лазера, увеличивается скорость обработки металлического листа.
Этот метод дает высокое качество реза. Для фигурной резки, например, заготовок с острыми углами или отверстиями, в комплексе с лазерным лучом используют инертный газ.
При обработке изделий или листов из нержавеющей стали, используют азот, который транспортируют в рабочую область под давлением до двадцати атмосфер. Учитывая высокую прочность сырья, лазерная резка – практически единственный метод качественной обработки нержавеющей и оцинкованной стали.
Работа с цветными металлами требует аппаратов больше мощности, например твердотельного типа.
Для взаимодействия с латунью, алюминием и сплавами с его содержанием используют инертный газ под давлением до десяти атмосфер. Кромки получаются хорошего качество, возможно небольшое образование грата, который легко удалить.
Медь обладает высокими теплопроводными свойствами. Оптимальная толщина листов для раскроя лазером не больше 0,5 мм. Большая толщина требует значительных расходов, что не является экономически целесообразным.
Лазерные установки отлично зарекомендовали себя в резке труб толщиной до 30 мм. Линию реза можно направить под любым углом. В результате получают ровную поверхность, готовую для дальнейшего монтажа или сварки.
Альтернатива лазерной резке металла
В современной металлообработке эффективно используют четыре технологии резки металла:
Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки по отношению к различным видам материалов.
Плазменная резка металла
Плазменная резка – технология раскроя металла, при которой в качестве режущего инструмента выступает струя плазмы. К преимуществам относится возможность работы с любыми сырьем: цветными, тугоплавкими и другими сложными металлами. Еще один плюс технологии – создание резы любой формы, в том числе сложной геометрической.
Плазменная резка немного проигрывает лазерной в качестве кромок, соответственно и в точности. При лазерной обработке кромки имеют большую степень соответствия по перпендикулярности.
Для материалов толще 6 мм плазменный метод занимает меньше времени и затрат энергии по сравнению с лазерным. Однако при работе с тонкими материалами и изготовлении деталей сложной геометрии использование лазера эффективнее ввиду большей точности и максимального соответствия техническому заданию.
Газовая резка металла
Суть процесса газовой резки заключается в следующем: газ ацителен или пропан разогревает материал обработки до 1000-1200⁰С, затем подключается кислород, который загорается при контакте с раскаленным металлом и режет его. Технология подходит для материалов, температура горения которых ниже, чем плавления: для сталей с низким и средним содержанием легирующих элементов. Преимущества метода в невысокой стоимости, простоте, мобильности оборудования. Однако он подходит не для всех материалов, точность резки значительно уступает лазерной и плазменной.
Гидроабразизная резка металла
Рабочим инструментом при гидроабразивной резке выступает смесь воды с абразивными частицами (зерна карбида кремния, электрокорунда, других твердых веществ, гранатовый песок). Вода поступает в режущую головку под давлением до 6000 атмосфер, оттуда она со скоростью около 1000 м/сек (и выше) вырывается в камеру, где смешивается с абразивом. Смешанная струя разрушает целостность металла и смывает отрезанные частицы. Важная особенность гидроабразивной резки состоит в том, что обрабатываемые поверхности практически не нагреваются, что дает методу массу неоспоримых преимуществ.
Технология имеет ряд плюсов:
К недостаткам можно отнести более низкую скорость в сравнении с плазменной и лазерной обработкой, высокую стоимость оборудования и себестоимость процесса.
Из рассмотренных вариантов лазерная резка – наиболее универсальный инструмент. Кроме непосредственного раскроя устройства используют для лазерной гравировки металла, маркировки, разметки и прочих операций.
Практическое применение технологии лазерной резки
Производство изделий при помощи лазерного оборудование состоит из нескольких этапов:
Созданию технического макета нужно уделить особое внимание, так как от его точности будет зависеть качество готового изделия.
Станки используют форматы программ AutoCAD, CorelDraw, поэтому чертежи для лазерной гравировки или резки должны быть выполнены в этих программах.
Требования к макетам для лазерной резки
Ценообразование в услугах лазерной резки металлов
Цена услуг зависит от ряда составляющих и меняется в зависимости от технического задания.
Что влияет на стоимость услуг лазерной резки металла
Эти и ряд других параметров, которые оговариваются с заказчиком, формируют стоимость лазерной резки и гравировки.
О компании
Адрес: Санкт-Петербург, Петровский пр., д.20 литер Я (около д. 20 литер В)
Полезные статьи
Работаем по всей России
Высокоточное производство
Пользовательское соглашение
Лазерная резка металла: технологии и принципы работы
 |
 |
|
Лазерная резка металла признана одной из самых перспективных технологий раскроя листовых материалов, разрезания корпусных заготовок. Преимущества бесконтактного метода в высокой скорости, исключительной точности и образцовом качестве получаемого реза. По окончании кроя детали, полученные из заготовок, не требуют дальнейшей доработки, готовы для последующих операций. Гибкость настроек лазерной резки обуславливает возможность изготовления деталей сложной формы. С помощью этой прогрессивной технологии, в частности, получают:
Из наименования метода понятно, что лазерная резка реализуется посредством применения лазерного луча, получаемого с помощью специального оборудования. Луч фокусируют в определенном месте, где высокоплотная энергия активно разрушает материал. Линия реза плавится, металл при этом сгорает или удаляется газовой струей.
По сути при резке лазером металлический лист (стенка корпусной детали) прожигается насквозь. При этом режущая головка не касается поверхности заготовки, процесс ведется бесконтактно. Технология резки металла лазером одинаково хороша для работы с тонкими стальными листами и тугоплавкими сплавами. Направленным мощным лучом разрезают мягкие и твердые металлы: сталь, медь, алюминий, алюминиевую фольгу, серебро, сплавы, а также и другие материалы, например, стекло, пластик. Мощный поток имеет стабильные задаваемые рабочие параметры, поддерживаемые автоматически. Он не изнашивается, поэтому и рез получается идеально ровным, без сколов, зазубрин и окалины. Кромка не нуждается в шлифовании или другой механической обработке.
Крой с помощью лазерного луча демонстрирует наибольшую эффективность при штучном производстве и выпуске ограниченных партий продукции. Технология не требует предварительной подготовки форм, за счет этого экономична. Способ предпочтителен при работе с металлами с низким показателем теплопроводности. При крое материалов, легко проводящих тепло, может образовывать грат (заусенцы).
Методы лазерной резки
Существует два основных вида резки металлов лазерным лучом:
В мировой практике наиболее распространена лазерная резка металла плавлением. Обработка с использованием рабочих газов (кислород, азот, неон, гелий, аргон, их смеси, воздух, инертные газы) определяется как газолазерная резка. Газ, который подбирают, исходя из обрабатываемых материалов, позволяет повысить тепловую мощность на линии реза, уменьшить отражающую силу материала за счет активации окисления. Кроме того, он за счет направленности потока выдувает из области кроя продукты сгорания, металлический мусор и прочие частицы, охлаждает нагреваемую зону.
Наибольшую эффективность демонстрирует кислород, с ним заметно повышается скорость операций, результативность в отношении кроя толстостенных материалов. Азот используется в случаях, когда требуется сохранить структуру металла на кромке. Азот обладает свойством снижать температуру в области резки, сократить толщину окислов. Скорость обработки с применением азота заметно ниже, но в некоторых случаях сохранение структуры металла в месте реза является обязательным условием.
Газолазерная резка не допустима при работе с материалами, чувствительными к перегреву: легированными, цветными металлами. Лазерная обработка не подходит для разделения материалов, склонных к растрескиванию.
При испарении также происходит тепловое воздействие луча, линия реза сначала прогревается до температуры плавления, затем до показателей, при которых начинается кипение, улетучивание. Как уже отмечалось выше, бесконтактная резка металла испарением признана высокозатратной, возможна в отношении листов (заготовок) небольшой толщины.
Для реализации разделения испарением задействуется высокомощное оборудование, для нормального функционирования которого необходимо значительное количество энергии. Высокие затраты не всегда экономически оправданы, процесс фактически невозможно применить в отношении толстолистовых материалов. Метод обработки испарением применяют только для резки тонкостенных заготовок, раскроя листов малой толщины.
Способ сквозного прожигания посредством лазерного луча не нов, его начали использовать еще в 60-х годах прошлого столетия. С того времени технология совершенствовалась, модернизировалось оборудование для ее реализации.
Основные виды оборудования для лазерной резки
Лазерная резка металла осуществляется с помощью высокотехнологичного оборудования, которое принято классифицировать как:
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.
Преимущества и недостатки лазерной резки
К достоинствам лазерной резки металлов принято относить:
В станках для резки металлических заготовок лазером предусмотрено программное обеспечение, что значительно повышает результативность работы, исключает ошибки. В систему загружаются чертежи требуемого формата, далее программа сама обрабатывает полученные данные и выполняет настройку режимов резки. Это исключает влияние человеческого фактора, гарантирует высокую скорость и точность обработки.
К недостаткам технологии резки с применением лазера принято относить существенные расходы. Метод штамповки деталей, например, более экономичен, чем лазерная резка. Но если в общую стоимость деталей, полученных штампованием, включить сумму затрат на технологическую оснастку, то их цена фактически будет такой же, как если бы их изготавливали с помощью лазерного станка. Кроме того, к недочетам лазерной резки относят ограничения по толщине материалов.
Применение бесконтактной газолазерной резки металлов в промышленном производстве становится все более востребованным. Однако высокотехнологичный метод пока не может полностью заменить устоявшиеся способы обработки металлов резанием. Несмотря на то, что есть реальная перспектива снижения суммы затрат на реализацию лазерной резки, стоимость ее остается достаточно высокой. Таким образом резка материалов лазерным лучом является экономически оправданной при условии рационального ее внедрения, когда традиционные технологии требуют слишком больших трудозатрат и времени или применить их представляется невозможным.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _