В Yonglihao Machinery ведущий компания по прототипированию, Мы используем лазерную резку листового металла для деталей, требующих чёткой геометрии, повторяемой точности и быстрого выполнения. услуги лазерной резки Они практичны для кронштейнов, крышек, корпусов и рам машин. Они также подходят для многих других плоских деталей.
В этой статье я сосредоточусь на одном вопросе: что такое лазерная резка листового металла? Я также объясню, чего от неё следует ожидать. Вы узнаете об основных типах лазеров и распространённых режимах резки. Мы также рассмотрим основные преимущества, ограничения и некоторые правила проектирования, которые помогут избежать дорогостоящих переделок.
Что такое лазерная резка листового металла?
Лазерная резка листового металла — это процесс термической резки, управляемый ЧПУ. При этом сфокусированный лазерный луч плавит или испаряет металл по заданной траектории. В результате из листа получается заготовка заданной формы.
На практике вы получаете четкий контур и небольшой зазор между лезвиями, известный как пропил. Качество кромки зависит от материала, его толщины, вспомогательного газа и настроек станка.
Часть “Листовой металл” важна. Процесс наиболее эффективен, когда геометрия преимущественно двумерная, а материал плоский. Часть “ЧПУ” также важна. Траектория резки соответствует вашим CAD/CAM-данным с высокой повторяемостью для разных партий.
Как работает лазерная резка листового металла?
Лазерная резка работает за счёт фокусировки световой энергии в крошечную точку. Это создаёт локальную плотность энергии, достаточную для плавления или испарения металла. Одновременно с этим система ЧПУ перемещает эту горячую точку вдоль линии реза. Луч генерируется, формируется оптикой и фокусируется в пятно размером с точку. Этот размер пятна определяет плотность энергии и характеристики резки.
Вспомогательный газ необходим в реальном производстве. Он удаляет расплавленный материал с реза. Он также защищает оптику и контролирует окисление и цвет кромки. Азот часто используется, когда требуется минимальное окисление. Кислород может ускорить резку некоторых сталей, но при этом ухудшается состояние кромки.
По мере перемещения лазерной головки процесс создаёт разрез в стене. Он также оставляет зона термического влияния (ЗТВ) вблизи края. Зона термического влияния (ЗТВ) обычно невелика по сравнению с другими термическими методами. Тем не менее, она существует и может влиять на покрытия, плотные посадки и тонкие детали, которые могут деформироваться.
Основные типы лазеров
Волоконный лазер
Волоконный лазер — это твердотельный лазер. Он передаёт луч по оптоволокну. Этот тип лазера известен высокой электрической эффективностью и высоким качеством луча. Он часто является лучшим выбором для стали и многих цветных металлов. Он также хорошо работает с… светоотражающие материалы, такие как алюминий, латунь и медь если машина для них предназначена.
Фибра обычно используется, когда требуются скорость, стабильное качество и низкая стоимость детали. Её практические ограничения проявляются при обработке некоторых толстых деталей. Кроме того, она может быть неэффективна при обработке деталей, требующих специальной обработки кромок или очень низкой конусности без дополнительных этапов.
CO₂-лазер
CO₂-лазер создаёт инфракрасный луч, генерируемый газовым разрядом. Он уже давно является одним из основных промышленных технологий резки. Он широко применяется для резки неметаллических материалов. Он также хорошо режет некоторые металлы, особенно тонкие, в зависимости от мощности и настроек аппарата.
CO₂-лазер может быть хорошим выбором, если мастерская также работает с неметаллами. Он предлагает продуманную и хорошо изученную платформу. Основные ограничения, как правило, следующие: более низкая эффективность и более слабая производительность на отражающих металлах по сравнению со многими современными волоконно-оптическими системами.
Кристаллический / твердотельный лазер
Кристаллические или твердотельные лазеры, такие как семейство Nd:YAG, используют легированную твердую активную среду. Они могут обеспечить необходимые длины волн и характеристики импульса для решения конкретных задач. Эти лазеры могут применяться для резки, маркировки или других специализированных процессов, где характеристики пучка имеют приоритетное значение.
При резке листового металла эти системы скорее ориентированы на конкретное применение, чем универсальны. Их можно выбрать для обработки узкоспециализированных материалов или выполнения особых технологических задач. Однако для общего применения они не всегда являются наиболее экономичным решением.
|
Тип лазера |
Лучший в |
Типичный наилучший вариант |
Общие меры предосторожности |
|---|---|---|---|
|
Волокно |
Скорость + металлы + светоотражающее управление |
Общая резка металлов, смешанных материалов |
Экономичность толщины варьируется; настройка имеет значение |
|
CO₂ |
Развитая платформа, широкое применение неметаллических материалов |
Мастерские по резке неметаллов и некоторых тонких металлов |
Эффективность, ограничения отражающих металлов |
|
Кристаллический/твердотельный |
Особое поведение пучка / нишевые процессы |
Особые требования к материалам/процессу |
Компромиссы между стоимостью и обслуживанием различаются |
Три распространенных режима лазерной резки листового металла
Резка плавлением (азот/аргон)
Резка плавлением расплавляет металл. Затем расплавленный металл выдувается из реза инертным газом, часто азотом. Этот процесс минимизирует окисление кромки реза. Этот метод обычно предпочтителен, когда важны внешний вид кромки, адгезия покрытия или качество сварки.
Недостатком этого метода является то, что он может потребовать более высокой скорости подачи газа. Кроме того, он требует более строгого контроля процесса. Для нержавеющей стали и многих видов алюминия резка плавлением является распространённым методом по умолчанию, когда требуются “чистые края”.”
Реактивная/пламенная резка (кислород)
Реактивная резка использует кислород в качестве вспомогательного газа. Это увеличивает химическую энергию за счёт окисления. Эта реакция может увеличить скорость резки подходящих сталей. Этот метод может быть экономически эффективным, когда приоритетом является высокая производительность и допустимо наличие окисленной кромки.
Ограничением является состояние кромки. Если вам нужна блестящая кромка с низким содержанием оксидов, кислородная резка может оказаться не лучшим вариантом.
Сублимационная резка
Сублимационная резка направлена на испарение материала с минимальным расплавлением. Это уменьшает образование окалины и изменяет характер кромки. Для металлов этот метод применяется реже, чем резка плавлением или реактивная резка. Он обычно применяется в особых случаях, когда качество кромки важнее скорости.
Этот режим обычно требует более точной фокусировки и более высокой стабильности процесса. Поэтому его следует использовать “при необходимости”, а не применять по умолчанию для листового металла.
Основные преимущества и практические ограничения
Лазерная резка отлично подходит для изготовления сложных двумерных профилей. Она обеспечивает повторяемость геометрии и минимизирует механическую нагрузку на деталь. Поэтому она широко применяется для создания детальных контуров, малых радиусов и плотной раскладки, позволяя более эффективно использовать листы.
Практические ограничения в основном связаны с физическими факторами и стоимостью. К ним относятся толщина, управление нагревом и требования к кромкам. На более толстых срезах всё ещё заметна конусность. Также возможно локальное изменение цвета или окисление в зависимости от используемого газа. Тонкие листы могут деформироваться при накоплении тепла на небольших участках.
Безопасность и гигиена также важны. В процессе образуются пары металла, испарения покрытия и мелкие частицы. Для их удаления требуется надлежащая вытяжка и соблюдение строгих рабочих процедур.
Дополнительное чтение: Преимущества и недостатки лазерной резки
Базовые советы по проектированию для получения более качественных деталей, вырезанных лазером
Хорошие результаты лазерной резки закладываются в файле CAD, а не на станке. Вы можете снизить затраты, контролируя ожидаемые значения ширины реза, шага реза и концентрацию тепла. Это также поможет избежать сюрпризов типа “почему это не подходит?”.
Вот практический контрольный список, который мы используем при проверке деталей, вырезанных лазером:
- План пропила: Не думайте, что линия реза имеет “нулевую ширину”. Прорезь влияет на то, как детали соединяются друг с другом, особенно на пазы и выступы.
- Соблюдайте минимальные отступы/интервалы: Соблюдайте достаточно большие зазоры между пропилами. Это поможет избежать перегрева и деформации.
- Избегайте мелких деталей на толстой бумаге: Небольшие отверстия, острые внутренние углы и тонкие перемычки становятся нестабильными по мере увеличения толщины.
- Управление внутренними углами: По возможности добавляйте небольшие радиусы. Это уменьшает локальное накопление тепла и возникновение точек напряжения.
- Текст и гравюра: Делайте штрихи достаточно широкими, а интервалы — большими. Это предотвратит слияние или исчезновение символов.
- Концентрация тепла: Разместите элементы конструкции в шахматном порядке и добавьте рельефные вырезы. Это полезно, когда длинные, тесные гнёзда накапливают тепло.
Заключение
Если вы помните, вот что: лазерная резка листового металла — это контролируемое удаление тепла. Луч, фокусировка, вспомогательный газ и система ЧПУ работают вместе, определяя качество кромки. Выберите тип лазера и режим резки в зависимости от материала и требований к кромке. Затем спроектируйте деталь, учитывая ширину реза, расстояние между кромками и тепловые характеристики.
В Yonglihao Machinery мы рассматриваем понятие “лазерная резка” как обещание предсказуемых результатов. Это обещание выполняется, когда процесс и конструкция детали совпадают. Если же нет, вы всё равно получите готовую деталь. Но вы можете не получить ожидаемых точности, качества обработки или плоскостности.
Часто задаваемые вопросы
Какие материалы лучше всего поддаются лазерной резке листового металла?
Большинство распространённых листовых металлов хорошо режутся. Нужно лишь подобрать параметры и газ к материалу. Сталь, как правило, легко режется. Для светоотражающих металлов, таких как алюминий и медь, требуется подходящее оборудование и соответствующие настройки для обеспечения стабильности процесса.
Всегда ли лазерная резка оставляет идеальный край?
Нет. Качество кромки зависит от выбора газа, толщины материала и настройки процесса. Если настройка не соответствует ожиданиям, могут появиться оксидный цвет, небольшая окалина или конусность.
Что такое пропил и почему он влияет на посадку?
Ширина пропила — это ширина материала, удаляемого лазером. Она изменяет конечные размеры детали. Если вы проектируете пазы, выступы или плотные прессовые посадки, не учитывая ширину пропила, ваши сборки могут оказаться слишком свободными или слишком плотными.
Почему тонкие детали деформируются во время лазерной резки?
Деформация обычно возникает из-за неравномерного подвода тепла и снятия остаточного напряжения. Плотное расположение листов, длинные непрерывные разрезы и небольшие перемычки могут концентрировать тепло. Это может привести к отклонению листа от плоскости.
Как выбрать между азотной и кислородной поддержкой?
Выбирайте азот, если вам нужно минимальное окисление и более чистые кромки. Выбирайте кислород, если важна скорость обработки подходящих сталей и приемлемо окисление кромок. Ваш выбор определяется потребностями на последующих этапах, такими как покраска, сварка или косметический ремонт.
