真鍮は高級感があり、加工性に優れています。そのため、試作品のあらゆる場面で使用されています。銘板、装飾トリム、電気部品などに使用されています。また、耐腐食性が求められるハードウェアにも使用されています。問題は単純です。真鍮はレーザーカットが最も難しい板金の一つでもあるのです。.
Yonglihao Machineryでは、 試作製造サービス会社. レーザー切断は当社の主要工程の一つです。お客様が真鍮のプロジェクトを持ち込む際、通常2つの点を求められております。それは、きれいな切断面と精密なディテールです。このガイドでは、ファイバーレーザーを用いた真鍮レーザー切断への当社のアプローチについてご説明します。最も重要なパラメータと、時間の浪費や部品の廃棄につながる一般的な問題の解決方法を解説します。.
真鍮レーザー切断とは何ですか?
真鍮のレーザー切断は熱処理プロセスです。集光レーザービームが真鍮を溶かします。次に、アシストガスが溶融金属を切断経路（カーフ）から吹き飛ばします。このガスは真鍮の場合必須であり、切断を可能にし、繰り返し精度を確保するのに役立ちます。このプロセスは非接触です。つまり、せん断や打ち抜きのように板材が曲がったり損傷したりすることはありません。.
実際には、, レーザー切断 真鍮のプロトタイプに最適です。細かいディテール、素早い変更、そしてパーツ間の形状の一貫性を実現できます。ただし、真鍮は軟鋼とは異なる性質を持つというトレードオフがあります。真鍮を他の金属と同じように扱うと、ピアシングが不安定になったり、ドロス、バリ、切断不良といった問題に悩まされることになります。.
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真鍮のレーザーカットが難しいのはなぜですか?
高い反射率と後方反射のリスク
真鍮は、主に銅の含有量により、非常に反射率が高い素材です。この反射率により、切断開始時に表面が吸収するレーザーエネルギーの量が減少します。また、機械の光学系やレーザー光源に向けてエネルギーが反射するリスクも高まります。.
このため、真鍮の切断は品質と工程安定性の両方において課題となります。最初の溶融金属のプールが急速に形成されると、反射率が低下します。その後、切断はより安定します。一方、溶融金属のプールがゆっくりと形成されると、工程は部分的な溶融と反射の間で揺れ動きます。ほとんどの不具合はここから生じます。.
最初の溶解前の低吸収
真鍮は溶融する前は、他の多くの金属に比べてレーザーエネルギーの吸収率が低いです。つまり、作業の最も重要な部分は、材料を穿孔し、安定した切断経路を作るという最初の段階です。真鍮が溶融すると、エネルギーの吸収率が向上します。溶融状態を維持し、適切に排出できれば、切断はスムーズに進むでしょう。.
これは、真鍮で「ほぼ切断」という問題がよく発生する理由も説明しています。切断は一瞬はうまくいっているように見えても、すぐに止まってしまうことがあります。これは、溶融池が崩壊したり、ガスの排出がうまくいかなかったりした場合に発生します。切断を再開するには、多くの場合、2回目のピアシングが必要になりますが、これは安定性と刃先品質にとって最悪のシナリオです。.
薄い真鍮の熱蓄積と歪み
真鍮は熱伝導性に優れています。薄い板では熱が急速に広がり、局所的な反り、エッジの変色、細かい部分の寸法変化を引き起こす可能性があります。厚い板では、熱は反りよりもむしろ、切断面から溶融金属をいかにきれいに除去できるかに大きく影響します。.
試作品の場合、歪みは隠れた問題となることがよくあります。パーツは切断できたように見えても、小さなタブが浮き上がってしまうことがあります。穴がわずかにずれたり、角が想定以上に丸くなってしまうこともあります。解決策は単一の設定で解決できることは稀で、通常は切断順序、アシストガスの性能、そしてシートの支持方法など、様々な要素が絡み合って解決します。.
真鍮部品にファイバーレーザーを使用する理由
波長が短くなるとエネルギー結合が改善される
真鍮の場合、ファイバーレーザーが実用的な選択肢となることがよくあります。ファイバーレーザーの波長は、CO₂システムの長波長よりも金属への吸収率が高いためです。吸収率が高いほど、最初の溶融池の形成が早くなります。この瞬間が、作業が安定するか、反射と失敗の繰り返しになるかを決定します。.
試作作業においては、切削速度と同じくらい、この確実なスタートが重要です。安定した穿孔と一貫した切削経路は、速度を少しでも上げようとするよりも、より多くの時間を節約します。.
より高い電力密度によりピアシング時間が短縮されます
パワー密度とは、小さな点に集中するパワーの量です。これは、真鍮がピアスポイントで固体から液体に変化する速度を制御します。パワー密度が高いほど、材料の反射率が高い時間が短くなります。これにより、不安定なピアスの可能性が低減し、機械の光学系を保護するのに役立ちます。.
これは、厚さが増すにつれて必要な電力が急速に増加する理由も説明しています。真鍮を素早く貫通させるのに十分な電力がない場合でも、真鍮を切断することは可能です。しかし、そのプロセスは繊細になり、成功のチャンスは狭くなります。生産において、成功のチャンスが狭いということは、スクラップ部品が増えることを意味します。.
エッジ品質と再現性にどのような変化があるのか
ファイバーレーザーはバリやドロスを完全に除去できるわけではありません。しかし、より広く安定した切断ウィンドウを提供します。安定したウィンドウがあれば、プロトタイプにとって重要な、つまりクリーンなエッジ、小さな形状、そして再現性の高いサイズに集中できます。また、適切な焦点と強力なアシストガスを使用することで、熱影響部を小さく抑えることにも役立ちます。.
つまり、ファイバーレーザーを使用すると、切断を継続するだけでなく、品質の向上に時間を費やすことができます。.
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主要な設定変数と開始パラメータ
真鍮の切断は、いくつかの変数を注意深く制御することで最も効果的に機能します。私たちはこれらを、切断がきれいで、均一で、安全かどうかを左右する「プロセスレバー」と考えています。.
レーザー出力と真鍮の厚さ
切断する厚さに対して、システムが安全に供給できる実用的な最高出力を使用してください。出力が高いほど、真鍮を溶解するのに必要な時間が短縮されます。これにより、反射段階が短縮され、切断がより安定します。例えば、厚さ0.04インチの真鍮であれば1000Wの設定で十分です。機械とガスの設定によっては、厚さ0.25インチの真鍮には4000Wの設定が必要になることがよくあります。.
パワーだけでは万能ではありません。速度、フォーカス、ガスを変えずにパワーを上げると、溶けすぎたり、カット幅が広くなったり、エッジが変色したりする可能性があります。パワーは安定性を実現する要素と考えてください。そして、他の設定を調整してエッジの品質を向上させましょう。.
カット速度
真鍮の切断は、切断速度を少し遅くすると安定することがよくあります。適切な開始速度は、お使いのシステムがその厚さで処理できる最大速度より約10～15%低い速度です。目標は、切断が止まらないようにすることです。真鍮の再ピアシングは、多くの品質および安全性の問題の始まりです。.
遅いからといって、ゆっくりと進むわけではありません。速度が遅すぎると、熱が蓄積し、エッジが変色し、溶融池が大きくなりすぎてドロスが増加する可能性があります。適切な速度とは、安定した切断経路を維持し、溶融金属を均一に排出できる速度です。.
フォーカス位置
真鍮の場合、良好な切断を確保しつつ、焦点を上面近くに保ってください。上面に焦点を合わせると、切断開始部の出力密度が高まります。これにより、初期の溶融が加速され、ピアシングと初期の切断形成が安定します。また、ビームが切断開始部に集中するため、細かい作業にも役立ちます。.
焦点が高すぎたり低すぎたりすると、通常はすぐに分かります。焦点が高すぎると、溶け込みが悪くなり、切断が不安定になります。焦点が低すぎると、上端が広がり、テーパーが大きくなり、ガスが通過できないような溶融池ができてしまいます。.
アシストガス
ほとんどの真鍮切断では、窒素が標準的なアシストガスとして使用されます。窒素は不活性であり、酸化の少ないきれいな切断面を作るのに役立ちます。真鍮切断における窒素の役割は機械的なものです。切断面から溶融金属を吹き飛ばし、再付着を防ぎます。ガス供給が弱いと、ドロスが常に問題となります。.
厚い真鍮、小さな切断、高品質なエッジ加工には、高圧噴射がしばしば必要になります。ノズルの状態、位置合わせ、そしてシートからの距離も、多くのチームが考える以上に重要です。ノズルが摩耗していたり、中心からずれていたり、汚れていたりすると、完璧な設定であってもドロスやバリが発生する可能性があります。.
クイック セットアップ チェックリスト (一度に多くのパラメータを変更する前にこれを使用してください):
- ノズルが清潔で、中央に配置されており、厚さが適切であることを確認します。.
- レギュレータだけでなく、流れている間もアシストガスの圧力が安定していることを確認します。.
- 最初は高出力、やや速度を落とし、フォーカスは上方に偏らせます。.
- まずピアスを安定させてから、エッジの品質に取り組みます。.
真鍮レーザー切断の実践的なワークフロー
試作作業において、一貫した結果は、一貫したワークフローから生まれます。真鍮の切削を予測可能にするために、私たちはこのプロセスを採用しています。.
デザインとファイルの準備
まず、レーザー加工用のCADファイルを準備します。非常に狭い内角、薄い壁、小さなタブなどは、熱によって変形したり、吹き飛んだりする可能性があります。真鍮の場合、小さな形状はより多くの熱を吸収するため、クリーンなツールパスと適切な切削順序が必要です。.
精密プロトタイプでは、主要な公差領域をチェックします。どのエッジに最高の品質が必要で、どのエッジに許容範囲内の品質で十分かを判断します。この選択は、速度、ガス戦略、そして動きを防ぐための小さなジョイントを追加するかどうかに影響します。.
材料の準備
真鍮の表面をきれいにし、油、指紋、変色を取り除きます。汚れや油は、最初の溶解の仕方を変え、切断面周辺の変色を悪化させる可能性があります。シートが水平でないと焦点とノズルの距離が正しく設定できないため、平坦性は重要です。.
治具は品質を静かに左右する重要な要素です。切断中に板が浮き上がると、焦点がずれ、ガスの流れが弱まり、切断に失敗する可能性があります。薄い真鍮の場合、安定した支持と適切な支持スラットは振動を軽減し、熱を分散させるのに役立ちます。.
反射性真鍮のピアス戦略
ピアシングはリスクの高い段階です。目標は、固体で反射率の高い真鍮を、可能な限り迅速かつ安全に安定した溶融池に変えることです。制御されたピアシング戦略（多くの場合、段階的な出力制御を含む）により、スパッタを低減し、開始を安定させることができます。.
ピアスが安定したら、可能な限り切断を継続してください。重要なエッジで切断を中断したり再開したりするのは避けてください。再開するたびに小さなピアスのように作用し、跡、余分なドロス、または局所的な変色が残る可能性があります。.
カット実行と進行中のチェック
切断中は、切断音、プルームの外観、そして試験片上のドロスの3点に注意を払います。安定した真鍮切断では、通常、一貫したプルームと安定した排出が見られます。不安定な切断では、スパッタリングが発生したり、断続的に火花が出たり、プルームの方向が突然変化したりします。.
ドロスが蓄積し始めたら、出力を調整する前にガス供給と速度を修正します。切断が失敗し始めたら、速度を少し落とし、焦点とノズルの位置を再確認します。再ピアシングにつながる前にプロセスを修正することが目標です。.
カット後の仕上げ
真鍮の切断面は良質であっても、小さなエッジの傷が残ることがあります。バリ取りは鋭いエッジを取り除き、パーツのフィット感と手触りを向上させます。洗浄は残留物を取り除き、特に展示用のパーツでは真鍮本来の外観を復元するのに役立ちます。.
輝きを保つ必要がある部品の場合は、洗浄後に表面保護工程を追加することを検討してください。真鍮は時間の経過とともに変色する可能性があり、取り扱いによって変色が加速されます。プロトタイプでは、まずクリーンで安全なエッジを重視することがよくあります。その後、プロジェクトで必要であれば保護処理を行います。.
よくある問題
症状を正しく読み取れば、Brass は何が問題なのかを教えてくれます。トラブルシューティングの最も早い方法は、不具合と最も可能性の高い原因を照らし合わせることです。そして、設定を一つずつ調整していきます。.
バリと粗いエッジ
真鍮のバリは、多くの場合、溶融金属の排出が不安定であることを示しています。また、切断経路が崩れている可能性もあります。まず、窒素供給量とノズルの状態を確認してください。ガスの流れが悪いと、十分な出力であってもバリが発生します。次に、焦点位置が上面付近にあることを確認してください。.
バリが残る場合は、切削が止まらないように速度を少し落としてください。速度を落としすぎると、バリがドロスに変わる可能性があります。少しずつ調整し、スクラップ材で再度テストしてください。.
底端のドロス/スラグ
下端にドロスが付着している場合は、アシストガスの性能が弱いことが原因であることが多いです。装置の安全範囲内で窒素圧力を上げてください。ノズルが正しく調整され、損傷していないことを確認してください。また、速度が遅すぎて溶融池が大きくなりすぎると、ドロスが増加することがあります。.
特定の領域にのみドロスがある場合は、熱の蓄積と切削順序を確認してください。近くの形状を連続して切削すると、その領域が過熱し、金属の溶解方法が変化する可能性があります。ツールパスの間隔を広げたり、切削順序を変更したりすることで、この問題を軽減できます。.
不完全切開または切創消火
切断が停止した場合、重要なエッジでの再ピアシングを避けることが主な目標です。切断が不完全な場合、電力とガスの供給に対して速度が少し速すぎるとよく発生します。特に、板材が完全に平坦でない場合は、切断が不完全になることがあります。.
速度を少し落としてください。焦点とノズルの距離を確認し、シートがしっかりと支えられていることを確認してください。狭いコーナーや細かい部分で不具合が発生する場合は、コーナー速度を下げるか、パスを調整してエネルギー入力を一定に保ちます。.
エッジの変色または曇り
変色は通常、熱にさらされることで発生します。切断面が安定している場合に限り、速度を少し上げて熱を下げてください。溶融金属を除去するために、窒素ガスの流れを強く保ちましょう。ガスの流れが悪いと、金属が再付着して再加熱され、熱が長引く可能性があります。.
また、材料の清潔さも確認してください。油は焦げてシミになることがあります。きれいなシートを使用し、切断後にしっかりと洗浄することで、パーツの見た目が大幅に向上します。.
薄い板の反り
反りは、板材の熱放出速度よりも熱の蓄積速度が速い場合に発生します。サポート材の強化、切断順序の変更による局所的な熱の低減、そして同じ箇所で連続して多数の狭い形状を切断することを避けることが重要です。薄い真鍮の場合、設定のわずかな変更でも平坦性に影響を与える可能性があります。.
反りがひどい場合は、切断中にパーツが落ちたり浮き上がったりしないように、小さな継ぎ目を追加することを検討してください。仕上げの段階で継ぎ目を取り除くこともできます。切断中ずっと不安定なパーツと格闘するよりも、この方が早く済む場合が多いです。.
結論
真鍮のきれいな切断は、一つの「魔法の設定」で決まるものではありません。反射段階を短縮し、高速で安定した穿孔を実現することが重要です。均一な溶融切断を維持し、窒素ガスを用いて溶融物をきれいに排出する必要があります。パワー、スピード、フォーカス、そしてガスが一体となって機能することで、真鍮の切断は予測可能になります。これは、試作品の厳しい公差や微細なディテールにおいても当てはまります。.
Yonglihao Machineryでは、試作品や小ロットの部品を製造しています。 レーザー切断サービス CAD設計を迅速に現実のものにするために。真鍮のプロジェクトで、きれいなエッジ、再現性の高い形状、そして試作回数の削減をお求めでしたら、図面と目標板厚を当社までご提供ください。安定した切断方法の選択と、最初から確実にフィットする部品の納品をお手伝いいたします。.
よくある質問
真鍮の切断に最適なレーザーの種類は何ですか?
通常、ファイバーレーザーが最適な選択肢です。ファイバーレーザーの波長は金属によく吸収されるため、溶融池を素早く形成でき、反射率の高い銅合金の切断をより安定させることができます。CO₂システムは、真鍮がビームエネルギーを多く反射するため、加工が困難になる場合があります。.
真鍮の切断にはなぜ窒素が好まれるのでしょうか?
窒素は、酸化が極めて少なく、よりきれいな切断面が得られるため、好まれます。窒素は、溶融した真鍮を切断経路から機械的に押し出すことで機能します。これはドロスを抑制する上で重要です。窒素供給が弱いと、たとえ出力が十分であっても、切断面下部にスラグが付着することがよくあります。.
厚さによってパワーとスピードの選択はどのように変わりますか?
厚い真鍮を安定した溶融切断状態に保つには、通常、より高い出力と低い速度が必要です。目標は、素早くピアシングを行い、切断が止まらないようにすることです。再ピアシングは不安定になり、刃先の品質を損ないます。良いルールとしては、まず高い出力から始め、その後、厚さと品質のニーズに合わせて速度とガス量を調整することです。.
複雑なデザインの真鍮を確実に切断できますか?
はい、しかし安定したピアス、正確なフォーカス、そして強力なガス排出が必要です。複雑な形状は熱が集中するため、単純な形状よりも切削順序とサポートが重要になります。プロトタイプの場合は、ツールパス内で近接した形状を間隔を空けて配置すると効果的です。これにより、狭い領域の過熱を回避できます。.
反射性金属の場合、最も重要なメンテナンスは何ですか?
清潔で調整された光学系と、ノズルシステムのメンテナンスが最も重要です。反射率の高い金属は、調整不良や光学系の汚れにより損傷を受けます。安定性は、予測可能なエネルギーとガス流量に依存します。ノズル、その芯出し、ガス圧を定期的に点検することで、真鍮の「偶発的な」切断不良を多く防ぐことができます。.
カットがうまくいっているように見えても、突然失敗することがあるのはなぜですか?
これは通常、切断が不安定になったときに発生します。熱、焦点、またはガスの流れのわずかな変化が原因となることがあります。真鍮は溶融すると良好な切断性能を発揮しますが、ガスの噴出が不均一になったり、板材が動いたりすると、切断がすぐに止まってしまうことがあります。速度を少し落とし、サポートを強化すれば、大きな変化なく安定性を取り戻すことができます。.
