Из этого материала вы узнаете:
- Преимущества лазерной резки
- Сравнение качества лазерной и плазменной резки
- 2 параметра, определяющие качество реза лазерной резки металла
- 3 способы повысить качество лазерной резки
Высокое качество лазерной резки является одним из основных параметров, определяющих выбор данного типа оборудования для обработки металлических изделий. Лазер позволяет совмещать высокую скорость работы с качественными характеристиками обработки детали: ровность края и углов реза, точность.
Качество реза определяется рядом параметров: толщиной обрабатываемой заготовки, мощностью излучателя, типом металла. Из нашего материала вы узнаете, как эти факторы влияют на результат работы и что можно сделать, чтобы повысить качество изготовления деталей с помощью лазерной установки.
Преимущества лазерной резки
Среди огромного многообразия способов резки стальных материалов лазерная уверенно занимает одну из лидирующих позиций. Производя резы на высоких скоростях по любым геометрическим траекториям, она обладает рядом преимуществ:
- Нет никаких ограничений по траектории движения лазерного реза.
- При обработке не остается заусенцев, поверхность идеально ровная и чистая. Это означает, что не потребуется дополнительного времени на обработку кромки детали по ее периметру.
- Плавится минимальное количество материала при точности реза, что существенно экономит расход металла.
- Производится точная конфигурация, что немаловажно для создания сопрягаемых поверхностей.
Инструментом резки служит лазерный луч, сфокусированный в определенной точке под управлением оператора. В процессе реза по краям получаются поверхности идеальных параметров шероховатости, деталь практически полностью готова к использованию. При лазерной резке стальных материалов полностью отсутствует механический контакт, поэтому лазерная резка оргстекла, стекла или пластика превращает такие хрупкие материалы за короткое время в красивое изделие.
Процесс лазерной резки осуществляется на современных высокотехнологичных комплексах, оснащенных координатными столами с габаритами 1 500–2 500 мм, что позволяет изготавливать довольно сложные по геометрическим параметрам объемные детали. Посредством программ поступают команды на перемещение инструмента лазерной резки по всем координатным осям. В зависимости от модели оборудования охлаждение зоны реза осуществляется иногда способом обдува воздухом, но чаще всего используют воду. С помощью высоких мощностей лазерных установок достигается большая производительность при сохранении высокого качества лазерной резки.
Рекомендуем статьи по металлообработке
Лазерная резка – один из самых производительных и высокоточных способов обработки металла посредством термического резания. Этот вид применяется для обработки не только черных и нержавеющих сталей, но и многих цветных металлов. К особым преимуществам следует отнести способность производить операции с высокой точностью (±0,1 мм) узкого реза и требуемыми параметрами шероховатости поверхностей, что позволяет изготавливать детали самых сложных форм. Это в некоторых случаях может заменить более трудоемкие и затратные фрезерные операции и сверление. К примеру, отверстие диаметром 0,4 мм можно сделать при помощи лазерного луча окружностью 0,18 мм.
Лазерную резку целесообразно применять для изготовления даже небольших партий деталей, так как отпадает необходимость изготовления дорогостоящих литьевых форм. Следует обратить внимание на следующий факт: затраты на лазерную обработку ниже, чем при применении механической. К факторам, определяющим затраты на изготовление таким способом, относятся стоимость материала и время на обработку.
Сравнение качества лазерной и плазменной резки
В отличие от газовых лазеров, основным элементом твердотельных установок является осветительная камера, в которой расположены источник энергии и вещество, находящееся в твердом состоянии, применяемое в качестве активной среды.
Источником энергии является высоковольтная импульсная криптоновая или ксеноновая разрядная лампа. Твердотельный лазер работает на искусственно выращенных рубиновых кристаллах и на стекле с применением редкого элемента неодима. Кристаллический стержень и импульсную лампу окружают отражателями и помещают в резонатор между парой зеркал. При отражении света между последними его интенсивность возрастает. Кристалл производит свечение после накачки лампой.
Рабочее тело представляет собой розовый рубиновый цилиндрический стержень, легированный неодимом или иттербием. С обеих его сторон размещают зеркала, одно из которых отражающее, а второе – полупрозрачное. Стержень возбуждает лазерный луч, который многократно усиливается при отражениях, проходит сквозь полупрозрачное зеркало. Яркие вспышки могут достигать мощности тысяч ватт.
Волоконные лазеры тоже относятся к твердотельным установкам. Источником энергии в таком оборудовании являются полупроводники, а стекловолокна служат для усиления излучения.
Основные отличия волоконного излучателя от плазмы:
В таблице, приведенной выше, показан сравнительный анализ двух способов резания металлов: на лазерном волоконном (иттербиевом) оборудовании и станке плазменной резки. При высоких требованиях к классу точности изготовления стоит отдать предпочтение волоконному станку. При отсутствии повышенных требований точности следует остановить свой выбор на плазменном варианте использования оборудования.
2 параметра, определяющие качество реза лазерной резки металла
Максимально возможная толщина раскроя и скорость резки – эти два показателя зависят друг от друга, а также от мощностных характеристик лазерного резонатора, от исполнения привода координатного стола и от технологических параметров оборудования, заложенных фирмой-производителем. Каково будет качество детали после лазерной резки, в большей степени зависит от мастерства, опыта и профессионализма операторов, от правильно разработанных технологических процессов и рационального оснащения и обслуживания установок инженерно-техническим персоналом.
Основным параметром, влияющим на возможность реза максимальной толщины материалов, безусловно, является мощность лазерного резонатора. Чем выше этот показатель, тем более толстый лист может быть обработан. Например:
- при резонаторной мощности 500 Вт – до 6 мм;
- при резонаторной мощности 700 Вт – до 7 мм;
- при мощности резонатора 1 кВт – до 10 мм;
- при мощности резонатора 2 кВт – до 14 мм;
- при мощности резонатора 3 кВт – до 16 мм;
- при мощности резонатора 4 кВт – до 19 мм;
- при мощности резонатора 5 кВт – до 22 мм.
При раскрое листового сортамента из нержавеющих сталей и цветных металлов с фиксированными значениями резонаторной мощности максимально возможная толщина уменьшится примерно в два раза по сравнению с обработкой черных металлов.
При раскрое углеродистых сталей толщиной свыше 22 мм необходимо рассмотреть другой тип раскроя, например, гидроабразивную или плазменную резку.
2. Скорость реза.
Еще одним важным параметром качества лазерной резки является время выполнения операций, то есть коэффициент производительности за единицу времени. Это способствует выполнению производственных планов и возможности максимальной загрузки заказами со стороны, что, несомненно, приведет к быстрой окупаемости оборудования.
Существуют три основных фактора, влияющих на скорость резания:
- вид и мощность лазерного устройства;
- модель и технические параметры координатных столов;
- оснащенность современным программным обеспечением.
От параметров мощности напрямую зависит максимально допустимая для обработки толщина листов и скорость реза. К примеру, для резонаторов оптоволоконного типа скорость контурного резания для черных сталей при толщине в 1 мм может достигнуть:
- 9 м/мин с мощностью источника лазера 0,5 кВт.
- 12 м/мин с мощностью источника лазера 1 кВт.
- 20 м/мин с мощностью 2 кВт.
Когда говорят о скорости резания по контуру, то подразумевают суммарное время перемещения режущего элемента по всей траектории, не зависящей от контура геометрии и фигур, какие бы они ни были (квадратные, прямоугольные, круглые, шестигранные и т. д.). Но важно учитывать, что при резке заготовок малых размеров или сложных геометрических форм, общие скорости резки будут ниже контурных скоростей. Параметры резания для каждой детали имеют свои особенности, поэтому технологи зачастую используют заниженные коэффициенты.
Нередко предприятия-изготовители подобных установок преднамеренно завышают в паспортных данных скорости резания. Поэтому целесообразно перед приобретением их продукции произвести тестовый пробный раскрой на их оборудовании, чтобы выявить реальное время изготовления и узнать действительную среднюю скорость операции. Иногда лучше этот процесс снять на видео и отослать заказчику по Интернету вместе с чертежами деталей.
Читайте также: Струбцины для сварочного стола: их виды и характеристики
Помимо скоростной, существует еще одна важная характеристика – ускорение холостого хода (подвод инструмента к зоне реза), которое могут развивать приводы координатного стола. Чем больше этот показатель, тем быстрее станок делает мелкие и сложные по конфигурации детали за единицу времени. В определении этой величины применяется физическое значение ускорения свободного падения (G = 9,81 м/с²). В линейных электроприводах развиваются более высокие ускорения по сравнению с приводами на реечных или шариковых винтовых парах.
Помимо этих двух основных показателей, важно учитывать, насколько удобные условия созданы для работы операторов и технологов. При хорошо отработанном технологическом процессе специалистам не надо тратить время на лишние настройки и дополнительные тестовые операции, на раскладку деталей.
Подбирая скоростные режимы, необходимо придавать основное значение качеству поверхности после лазерной резки. При завышении оператором скорости, превышающей установленное технологическим процессом значение, понижается качество, а при ее занижении падает производительность. В бесконтактные измерительные системы раскроя ARAMIS встроены таблицы выбора скоростей в режиме диалога с оператором, с помощью которых можно подобрать оптимальные параметры скорости обработки металла, ориентируясь на сложность контура и толщину изготавливаемого изделия.
В некоторых случаях обозначенные в программном обеспечении оптимальные скорости резки иногда не совсем устраивают технологов, тогда они могут вручную произвести коррекцию, сравнив качество по тестовым эталонам. В таких случаях мастерство обслуживающего персонала по раскрою является важным и незаменимым качеством, которое обычно приходит, по мнению опытных специалистов, после наработки более 10 км реза.
3 способа повысить качество лазерной резки
- Необходимо очистить линзу или защитное стекло в соответствии со всеми правилами.
На каждом виде лазерных установок периодически необходимо производить процедуру очистки рабочих инструментов. У каждой модели предусмотрена индивидуальная процедура очищения.
У дисковых или волоконных лазеров следует очищать стекла, предназначенные для защиты линз режущего блока.
При обслуживании углекислотных лазеров необходимо полировать поверхности линз. Профессионалы отдают предпочтение полировке Topol polish от фирмы TRUMPF. Однако многие операторы не знают принципы ее применения и производят замену поцарапанных линз на новые, что увеличивает расходы.
Правильную полировку нужно выполнять круговыми движениями по поверхности оптики, нанося умеренное количество пасты и с определенным усилием нажима. Специалист должен уметь обнаруживать и определять все дефекты линзовой поверхности. В этом поможет поляризатор, дополняющий углекислотный лазер. Несмотря на высокую стоимость, затраченные на него средства быстро окупаются.
- Необходимо проверить фокусировку (центрацию) сопла.
Для проверки используется пробивка натянутой ленты, на которую направляется лазерный луч малой мощности в течение одной секунды, потом осматривается пробитое отверстие и место его позиционирования.
При направленном освещении определяется сдвиг отверстия относительно центра сопла, который не должен превышать 1 мм. Это выполняется при использовании стекла с 10-кратным увеличением и с подсветкой. Произведя корректировку центра сопла, можно увеличить производительность резания на 80 % по сравнению с начальными параметрами.
- Необходимо регулярно проверять фокус.
На современном оборудовании предусмотрено автоматическое тестирование фокусного расстояния. А до появления новых моделей станков тесты производились другим способом, к примеру, как «световой тест».
Примером может служить старый аппарат японской станкостроительной корпорации Mazak. При тестировании специалист производит включение луча лазера малой мощности и, поворачивая ручку круговым движением, добивается идеального фокуса. Как только луч приобретет синий цвет, оператор останавливает процесс и записывает номер, возвращая головку в исходное положение. Такая последовательность действий повторяется три раза. В итоге вычисляется среднее арифметическое значение и помещается в контроллер.
Работнику необходимо найти тончайший штрих на тестовом образце, удостовериться, что на ней фокус контроллера находится в положении «0». Если полоске соответствует другое значение, то необходимо переместить точку фокуса на это расстояние и перезапустить тест. Операцию повторяют до полного совпадения полоски и нулевой отметки.
При грамотной разработке технологических процессов и рациональном использовании расходных материалов на современном оборудовании можно достичь больших показателей экономического эффекта за счет скоростной обработки с сохранением хорошего качества исполнения лазерной резки.
