Латунь обладает привлекательным внешним видом и хорошо поддается обработке. Благодаря этому она повсеместно используется в прототипах. Мы видим ее в качестве табличек с названиями, декоративных элементов и электротехнических деталей. Она также используется для фурнитуры, которая должна быть устойчива к коррозии. Проблема проста: латунь также является одним из самых твердых листовых металлов для лазерной резки.
В Yonglihao Machinery мы являемся компания, предоставляющая услуги по изготовлению прототипов. Лазерная резка — один из наших основных процессов. Когда клиенты приносят нам изделия из латуни, им обычно нужны две вещи: ровный край и четкие детали. В этом руководстве объясняется наш подход к лазерной резке латуни с использованием волоконных лазеров. В нем рассматриваются наиболее важные параметры и способы устранения распространенных проблем, которые приводят к потере времени и браку деталей.
Что такое лазерная резка латуни?
Лазерная резка латуни — это термический процесс. Сфокусированный лазерный луч расплавляет латунь. Затем вспомогательный газ выдувает расплавленный металл из зоны реза. Использование этого газа для резки латуни обязательно; он помогает сделать резку возможной и воспроизводимой. Процесс бесконтактный. Это означает, что лист не деформируется и не повреждается, как это может произойти при резке или штамповке.
На практике, лазерная резка Латунь отлично подходит для изготовления прототипов из латуни. Она позволяет создавать мелкие детали, быстро вносить изменения и сохранять единообразную форму от детали к детали. Недостатком является то, что латунь ведет себя иначе, чем низкоуглеродистая сталь. Если обращаться с латунью как с любым другим металлом, возникнут проблемы с нестабильной пробивкой, образованием шлака, заусенцев и неудачными резами.
Дополнительная литература: Топ-7 материалов для лазерной резки
Почему лазерная резка латуни представляет собой сложную задачу?
Высокая отражательная способность и риск обратного отражения
Латунь обладает высокой отражательной способностью, главным образом из-за содержания меди. Эта отражательная способность снижает количество энергии лазера, поглощаемой поверхностью в начале резки. Она также повышает риск отражения энергии обратно к оптике станка и источнику лазерного излучения.
Это делает резку латуни сложной задачей как с точки зрения качества, так и стабильности процесса. Если первая ванна расплавленного металла образуется быстро, отражательная способность падает. Тогда резка становится более стабильной. Если же ванна расплава образуется медленно, процесс может колебаться между частичным плавлением и отражением. Именно здесь начинается большинство сбоев.
Низкое водопоглощение до первого плавления
До расплавления латунь поглощает меньше энергии лазера, чем многие другие металлы. Это означает, что наиболее важная часть работы — начало: прокалывание материала и создание стабильного пути резки. После расплавления латунь лучше поглощает энергию. Затем резка может проходить плавно, если поддерживать температуру расплава и хорошо его удалять.
Это также объясняет, почему “почти сквозное прорезание” — распространенная проблема при работе с латунью. Разрез может выглядеть хорошо в течение некоторого времени, а затем остановиться. Это происходит, если расплавленная ванна разрушается или нарушается отвод газа. Возобновление резки часто требует повторного прорезания, что является наихудшим сценарием с точки зрения стабильности и качества кромки.
Накопление тепла и деформация тонкой латуни
Латунь очень хорошо проводит тепло. На тонких листах тепло распространяется быстро. Это может вызвать локальную деформацию, изменение цвета кромок и изменение размеров мелких деталей. На более толстых пластинах тепло не столько вызывает деформацию, сколько влияет на чистоту удаления расплавленного металла из разреза.
При изготовлении прототипов деформация часто является скрытой проблемой. Деталь может казаться прорезанной насквозь, но небольшие выступы приподнимаются. Отверстия могут немного сместиться, или углы могут закруглиться сильнее, чем хотелось бы. Решение редко сводится к одной настройке. Обычно это сочетание порядка резки, эффективности вспомогательного газа и способа поддержки листа.
Почему мы используем волоконные лазеры для обработки латунных деталей?
Более короткая длина волны улучшает энергетическую связь.
Для латуни волоконные лазеры часто являются наиболее практичным выбором. Их длина волны поглощается металлами лучше, чем более длинная волна CO₂-систем. Лучшее поглощение помогает быстрее сформировать первую расплавленную ванну. Именно на этом этапе определяется, будет ли изделие стабильным или превратится в цикл отражений и разрушений.
При работе над прототипами надежный старт так же важен, как и скорость резки. Стабильное прорезание и ровная траектория реза экономят больше времени, чем попытки немного увеличить скорость.
Более высокая плотность мощности сокращает время прокола.
Плотность мощности — это количество энергии, сфокусированной в небольшую точку. Она определяет, как быстро латунь переходит из твердого состояния в жидкое в точке прокола. Более высокая плотность мощности сокращает время, в течение которого материал обладает высокой отражательной способностью. Это снижает вероятность нестабильного прокола и помогает защитить оптику станка.
Это также объясняет, почему потребность в мощности быстро возрастает с увеличением толщины. Если мощности недостаточно для быстрой пробивки, вы все равно можете разрезать латунь. Но ваш процесс будет чувствительным и будет иметь узкий диапазон для успешного выполнения. В производстве узкий диапазон означает больше бракованных деталей.
Какие изменения это вносит в качество и повторяемость обработки кромок?
Волоконный лазер не удаляет все заусенцы и шлак. Но он обеспечивает более широкое и стабильное окно резки. Благодаря стабильному окну вы можете сосредоточиться на том, что важно для прототипов: чистые кромки, мелкие детали и повторяемые размеры. Это также помогает уменьшить зону термического воздействия при использовании правильной фокусировки и мощного вспомогательного газа.
Короче говоря, волоконные лазеры позволяют вам тратить время на повышение качества, а не просто на поддержание непрерывности процесса резки.
Дополнительная литература: Виды лазерных резаков
Основные параметры настройки и начальные параметры
Резка латуни наиболее эффективна при тщательном контроле нескольких параметров. Мы рассматриваем их как “рычаги процесса”, определяющие чистоту, равномерность и безопасность резки.
Мощность лазера в зависимости от толщины латуни
Используйте максимально возможную безопасную мощность, которую может обеспечить ваша система для толщины разрезаемой латуни. Более высокая мощность сокращает время, необходимое для расплавления латуни. Это сокращает фазу отражения и делает резку более стабильной. Например, для латуни толщиной 0,04 дюйма подойдет мощность 1000 Вт. Для латуни толщиной 0,25 дюйма часто требуется мощность 4000 Вт, в зависимости от станка и газовой установки.
Одна только мощность — это ещё не всё. Если увеличить мощность, не меняя скорость, фокусировку и подачу газа, можно получить слишком сильное расплавление, более широкий срез или обесцвеченные края. Думайте о мощности как о факторе, обеспечивающем стабильность. Затем используйте другие настройки для улучшения качества кромок.
Снизьте скорость
Немного меньшая скорость резки часто делает резку латуни более стабильной. Хорошей отправной точкой является скорость примерно на 10–151 Тп5Т ниже максимальной скорости, которую может обеспечить ваша система для данной толщины. Цель состоит в том, чтобы резка не останавливалась. Повторная пробивка латуни — это то, где начинаются многие проблемы с качеством и безопасностью.
Медленнее не значит “ползти”. Если двигаться слишком медленно, нагрев усиливается, края обесцвечиваются, а количество шлака увеличивается по мере того, как расплавленная масса становится слишком большой. Правильная скорость — это та, которая обеспечивает стабильную траекторию резки и равномерный выброс расплава.
Фокусная позиция
При работе с латунью фокус следует направлять на верхнюю поверхность, обеспечивая при этом качественный срез. Фокусировка, смещенная к верхней части, увеличивает плотность мощности в начале среза. Это ускоряет начальный процесс плавления и помогает стабилизировать пробивку и формирование ранней части среза. Это также облегчает работу с мелкими деталями, поскольку луч концентрируется в начале среза.
Если фокус слишком высокий или слишком низкий, это обычно сразу бросается в глаза. Слишком высокий фокус может привести к плохому проникновению и нестабильному резу. Слишком низкий может расширить верхний край, увеличить конусность и создать грязную расплавленную лужу, которую газ не сможет очистить.
Вспомогательный газ
При резке большинства видов латуни в качестве вспомогательного газа используется азот. Он инертен и помогает создавать чистые кромки с минимальным окислением. При резке латуни работа азота носит механический характер. Он выдувает расплавленный металл из зоны резания и предотвращает его повторное прилипание. При слабой подаче газа постоянной проблемой становится образование шлака.
Для обработки более толстой латуни, мелких разрезов и высококачественных кромок часто требуется подача высокого давления. Состояние сопла, его выравнивание и расстояние от листа также имеют большее значение, чем многие считают. Если сопло изношено, смещено от центра или загрязнено, даже идеальные настройки могут привести к образованию шлака и заусенцев.
Краткий контрольный список для настройки (используйте его перед одновременным изменением множества параметров):
- Убедитесь, что сопло чистое, отцентрировано и соответствует требуемой толщине.
- Убедитесь, что давление вспомогательного газа стабильно во время подачи, а не только на регуляторе.
- Начните с высокой мощности, немного сниженной скорости и фокусировки на верхней части изображения.
- Сначала стабилизируйте место прокола, затем поработайте над качеством кромки.
Наш практический рабочий процесс лазерной резки латуни.
В работе над прототипами стабильные результаты достигаются за счет последовательного рабочего процесса. Именно этому процессу мы следуем, чтобы сделать резку латуни предсказуемой.
Дизайн и подготовка файлов
Начните с подготовки CAD-файла для лазерной резки. Очень узкие внутренние углы, тонкие стенки и крошечные выступы могут деформироваться или вылететь от нагрева. В случае с латунью мелкие детали также сильнее нагреваются, поэтому необходимы чистые траектории движения инструмента и грамотный порядок резки.
При изготовлении прецизионных прототипов мы проверяем ключевые допуски. Мы определяем, какие кромки требуют наилучшего качества, а какие — лишь приемлемого. Этот выбор влияет на скорость, стратегию подачи газа и на то, нужно ли добавлять небольшие соединения для предотвращения смещения.
Подготовка материалов
Очистите латунную поверхность от масла, отпечатков пальцев и налета. Грязь и масло могут изменить процесс плавления и усилить обесцвечивание вокруг среза. Плоскость поверхности важна, поскольку фокусировка и расстояние до сопла правильны только при ровном положении листа.
Правильное крепление — это незаметный, но важный фактор качества. Если лист приподнимается во время резки, фокус смещается, поток газа ослабевает, и рез может не получиться. Для тонкой латуни стабильная опора и качественные опорные планки уменьшают вибрацию и способствуют рассеиванию тепла.
Стратегия прокола для светоотражающей латуни
Пробивка расплава — это этап с высоким риском. Цель состоит в том, чтобы как можно быстрее и безопаснее превратить твердую, отражающую свет латунь в стабильный расплавленный металл. Контролируемая стратегия пробивки, часто с поэтапным изменением мощности, может уменьшить разбрызгивание и стабилизировать начало процесса.
После того как прокол стабилизируется, по возможности продолжайте резку непрерывно. Избегайте остановок и возобновления работы на критически важных кромках. Каждый повторный проход действует как небольшой прокол и может оставлять следы, лишнюю шлаковую массу или локальное изменение цвета.
Выполнение операций по сокращению и контроль в процессе производства.
В процессе резки мы следим за тремя вещами: звуком резки, видом струи дыма и окалиной на контрольных деталях. При стабильной резке латуни обычно наблюдается постоянная струя дыма и равномерное выбрасывание материала. При нестабильной резке происходит разбрызгивание, появляются периодические искры или наблюдаются резкие изменения направления струи дыма.
Если мы видим, что начинает образовываться шлак, мы корректируем подачу газа и скорость, прежде чем регулировать мощность. Если резка начинает давать сбои, мы немного замедляем скорость и повторно проверяем фокусировку и выравнивание сопла. Цель состоит в том, чтобы исправить процесс до того, как он приведет к повторной пробивке.
Завершающая обработка после резки
Даже при качественной резке латуни могут оставаться небольшие дефекты по краям. Удаление заусенцев устраняет острые края и улучшает посадку и тактильные ощущения деталей. Очистка удаляет остатки и помогает восстановить латунный вид, особенно для деталей, предназначенных для демонстрации.
Для деталей, которые должны оставаться блестящими, после очистки рекомендуется нанести защитное покрытие. Латунь со временем тускнеет, а механическая обработка ускоряет этот процесс. При изготовлении прототипов мы часто сначала уделяем внимание чистым и безопасным кромкам. Затем, если это необходимо для проекта, мы добавляем защиту.
Распространенные проблемы
Если правильно интерпретировать симптомы, то можно определить неисправность. Самый быстрый способ устранения неполадок — сопоставить дефект с наиболее вероятной причиной. Затем следует регулировать параметры по одному.
Заусенцы и шероховатые края
Заусенцы на латуни часто свидетельствуют о нестабильном выбросе расплава. Они также могут указывать на схлопывание режущей кромки. Начните с проверки подачи азота и состояния сопла. Плохой поток газа приводит к образованию заусенцев даже при достаточной мощности. Затем убедитесь, что фокусное положение по-прежнему находится близко к верхней поверхности.
Если заусенцы продолжают появляться, немного снизьте скорость, чтобы резка не останавливалась. Если снизить скорость слишком сильно, заусенцы могут превратиться в шлак. Вносите небольшие изменения и повторите тест на обрезках материала.
Шлак/шлак на нижнем крае
Образование шлака на нижнем крае обычно указывает на низкую эффективность вспомогательного газа. Увеличьте давление азота в пределах безопасных параметров вашей машины. Убедитесь, что сопло выровнено и не повреждено. Образование шлака также может увеличиваться при слишком низкой скорости вращения и слишком большом размере расплавленной ванны.
Если шлак образуется только в определенных местах, обратите внимание на накопление тепла и порядок резки. Резка соседних элементов один за другим может привести к перегреву и изменению процесса плавления металла. Увеличение интервалов между траекториями обработки или изменение последовательности могут уменьшить этот эффект.
Неполные разрезы или тушение разрезов
Если резка остановилась, главная задача — избежать повторной прорезки важных кромок. Неполные разрезы часто происходят, когда скорость слишком высока для мощности и подачи газа. Это особенно актуально, если лист не идеально ровный.
Немного снизьте скорость. Проверьте фокусировку и расстояние до сопла, а также убедитесь, что лист хорошо поддерживается. Если возникают сбои в крутых углах или при обработке мелких деталей, уменьшите скорость в углах или скорректируйте траекторию, чтобы обеспечить стабильный поток энергии.
Изменение цвета или потускнение краев
Изменение цвета обычно происходит из-за воздействия тепла. Снизьте температуру, немного увеличив скорость, но только если резка остается стабильной. Поддерживайте сильный поток азота для удаления расплавленного металла. Слабый поток газа может привести к задержке тепла, поскольку металл снова соединяется и нагревается.
Также проверьте чистоту материала. Масла могут пригорать и оставлять пятна. Чистый листовой материал и качественная очистка после раскроя могут значительно улучшить внешний вид ваших деталей.
Деформация тонких листов
Деформация происходит, когда тепло накапливается быстрее, чем лист может его отводить. Улучшите поддержку, измените порядок резки, чтобы уменьшить локальный нагрев, и избегайте резки множества труднодоступных участков в одной и той же области подряд. При работе с тонкой латунью даже небольшие изменения настроек могут повлиять на плоскостность.
Если деформация сильная, подумайте о добавлении крошечных соединений, чтобы предотвратить падение или поднятие деталей во время резки. Их можно удалить на этапе финишной обработки. Это часто быстрее, чем бороться с неустойчивыми деталями на протяжении всей резки.
Заключение
Чистая резка латуни — это не вопрос какой-то “волшебной настройки”. Речь идёт о сокращении фазы отражения за счёт быстрого и стабильного прокола. Для этого необходимо поддерживать постоянный уровень расплавленного металла и использовать азот для чистого удаления расплава. Когда мощность, скорость, фокусировка и газ работают вместе, резка латуни становится предсказуемой. Это справедливо даже для жёстких допусков прототипов и тонких деталей.
В компании Yonglihao Machinery мы создаем прототипы и детали мелкосерийным производством. Мы используем наши услуги лазерной резки Мы стремимся быстро воплощать проекты из САПР в реальность. Если у вас есть проект из латуни, и вам нужны чистые кромки, повторяющиеся элементы и меньшее количество пробных запусков, поделитесь с нами своим чертежом и желаемой толщиной. Мы поможем вам выбрать надежный метод резки и изготовим детали, которые идеально подойдут с первого раза.
Часто задаваемые вопросы
Какой тип лазера лучше всего подходит для резки латуни?
Волоконный лазер обычно является наилучшим выбором. Его длина волны лучше поглощается металлами. Это помогает быстро сформировать расплавленную ванну, что делает резку отражающих медных сплавов более стабильной. Системы на основе CO₂ могут испытывать большие трудности при работе с латунью, поскольку этот материал отражает значительную часть энергии лазерного луча.
Почему для резки латуни мы предпочитаем использовать азот?
Азот предпочтительнее, поскольку он обеспечивает более чистые кромки с минимальным окислением. Он работает за счет механического выталкивания расплавленной латуни из зоны резания. Это ключевой момент для предотвращения образования шлака. При слабой подаче азота часто можно увидеть шлак на нижней кромке, даже если мощность достаточно высока.
Как толщина влияет на выбор мощности и скорости?
Для более толстой латуни обычно требуется более высокая мощность и более низкая скорость, чтобы обеспечить стабильный рез расплавленного металла. Цель состоит в том, чтобы быстро пробивать кромку и не останавливать рез. Повторная пробивка нестабильна и ухудшает качество кромки. Хорошее правило — начинать с высокой мощности, а затем регулировать скорость и подачу газа в соответствии с требуемой толщиной и качеством металла.
Можно ли надежно обрабатывать латунь для создания сложных узоров?
Да, но для этого необходимы стабильное прорезание, правильная фокусировка и мощный выброс газа. Сложные элементы концентрируют тепло, поэтому порядок резки и поддержка имеют большее значение, чем при обработке простых форм. Для прототипов часто полезно располагать близко расположенные элементы на траектории движения инструмента. Это позволяет избежать перегрева небольшой области.
Какие аспекты ухода наиболее важны при работе с отражающими металлическими поверхностями?
Чистая, выровненная оптика и исправная система сопла имеют первостепенное значение. Отражающие металлические поверхности негативно влияют на плохо выровненную и загрязненную оптику. Стабильность зависит от предсказуемой энергии и потока газа. Регулярные проверки сопла, его центрирования и давления газа предотвращают множество “случайных” отказов при резке латуни.
Почему разрез иногда выглядит хорошо, а потом внезапно не получается?
Обычно это происходит, когда резка теряет стабильность. Причиной могут быть небольшие изменения температуры, фокусировки или потока газа. Латунь хорошо режется, когда она расплавлена. Но если выброс газа становится неравномерным или лист смещается, резка может быстро остановиться. Небольшое снижение скорости и улучшенная поддержка часто восстанавливают стабильность без существенных изменений.
