В прошлом разрезание твердых материалов было трудоемким и недостаточно точным процессом. И только появление технологии лазерной резки произвело революцию в обрабатывающих отраслях промышленности. Теперь же многие производители перешли на инновационный процесс разрезания металлических заготовок.
Лазерная резка приносит пользу как небольшим частным компаниям, так и крупным производственным предприятиям. В результате готовая продукция получается более качественной, ускоряется изготовление деталей, снижается стоимость эксплуатационных расходов. Современные станки справляются со сложными задачами. Разрезают различные металлы и сплавы: алюминий, медь, латунь, оцинкованную, нержавеющую, легированную и другие виды стали и прочие материалы.
Особенно ценятся станки для резки металл. Оборудование известного во всем мире производителя отличается высоким качеством, универсальным программным обеспечением, которое совместимо с компьютерными программами, низкими дополнительными расходами на обслуживание станков. Как работает лазерная резка металла, подробно расскажем в статье.
Как режет лазер
Источник, который находится в замкнутом пространстве, генерирует энергию, необходимую для зарядки материала, создаваемого лазерным лучом. Лазер режет металл с помощью узконаправленного пучка света путем стимулированного излучения. Разрезание материала становится возможным благодаря способности лазера расплавлять или сублимировать область обработки. Под воздействием направленного луча материал сжигается в процессе плавления, а вспомогательный газ или испарение сдувает отходы.
В лазерных установках могут использоваться разные технологии резки. Выбор технологического процесса зависит от вида обрабатываемого материала. Листам большей плотности и толщины металла необходима выше мощность для эффективной обработки. Нержавеющая сталь и алюминий требуют также большей энергии. В то время как для мягких сортов стали можно использовать меньшую мощность.
Основные технологии лазерной резки:
- термическая;
- сублимационная;
- плавильная.
При применении термической технологии лазерной резки металла для выталкивания на поверхность расплавленного материала после воздействия направленного луча задействуется горючий газ – кислород. Лазер настолько нагревает место обработки заготовки, что образуется самовозгорание расплавленного материала. Газообразный кислород дает больше энергии за счет экзотермической реакции. В результате металл окисляется и удаляется с поверхности в месте обработки.
Такой способ подходит для разрезания мягкой стали и легкоплавких материалов. Правильная оптимизация параметров помогает предотвратить образование наплывов на металлической поверхности.
Сублимация испаряет выталкиваемый лучом материал в зоне воздействия, минуя процесс перехода в жидкое состояние. Чтобы вытолкнуть материал с места пропила, требуется создать высокое давление, для чего необходима мощность повыше. Для выдувания паров используются инертные газы. Так как для сублимации металлов требуется слишком много энергии, в лазерных резаках для металлических заготовок редко применяется этот метод.
В технологии резки металлов лазером с помощью плавления в процессе используется инертный газ, чаще азот. Вспомогательный газ с невысокой реакцией испаряет зазор между разрезаемым материалом. Благодаря удалению с поверхности расплавленного материала предотвращается окисление режущей кромки. Такой способ подходит для разрезания тонких алюминиевых листов и нержавеющей стали в сложных деталях, изготовление которых требует высокой эстетичности.
Типы лазеров
Чтобы понять, как работает лазер для резки металла, необходимо знать, какие используются материалы для генерации луча. Производители лазерных установок применяют три типа лазеров.
Оптоволоконные лазерные станки в качестве генератора используют оптоволокно. Такие установки генерируют высокую мощность и обеспечивают более точный рез. Оптоволоконные лазеры подходят для практически всех видов материалов, имеют долгий срок эксплуатации, превышающий 25000 часов, не требуют высоких эксплуатационных расходов.
Лазеры обладают лучшими возможностями фокусировки, отличаются лучшей стабильностью. Это обеспечивает более точную резку во время механической обработки. При использовании оптоволокна нет затрат на вспомогательный газ, отсутствует износ деталей, а волоконным источникам не требуются техническое обслуживание.
CO2-лазеры образуют лучи, пропуская электричество через трубку, наполненную инертными газами, чаще азотом и гелием. Станки с СО2-лазерами относятся к более устаревшей технологии. Но они до сих пор часто используются на производствах из-за относительно низкой стоимости, достаточной эффективности и высокой скорости обработки. Однако такие установки обладают меньшей мощностью по сравнению с волоконными лазерами. Поэтому могут применяться только для тонкого листового металла.
Кристаллические лазеры генерируют лучи из кристаллов Nd: YAG или Nd: YVO. Кристаллы создают лазерные лучи с достаточно высокой режущей способностью. Но такая технология довольно дорогая, кристаллы имеют низкий период полураспада от 8000 до 15000 часов, их периодически требуется менять, что не всегда экономически эффективно. Поэтому кристаллические лазеры применяются для резки металла пока что нечасто.
Оборудование для лазерной резки
Раньше работа на лазерном станке проходила вручную. Оператор помещал заготовку, настраивал оборудование. Как только луч прорезал материал, необходима была дальнейшая настройка, чтобы сделать следующий разрез. Такой процесс был довольно трудоемким, требовалось больше рабочей силы, среди обработанных деталей оказывалось много брака из-за неправильно выставленных параметров.
Современная технология лазерной резки исключила ручное позиционирование деталей. Теперь используется оборудование с ЧПУ, с помощью которого процесс практически полностью автоматизирован. Оператор задает необходимые параметры на компьютере с помощью специальных программ и следит за работой станка на дисплее. Современные технологии исключили брак заготовок и обеспечили более точную обработку материала.
Лазерные установки бывают с неподвижным лазером и оснащенные системой «летающей оптики». В первом случае продвигается рабочий стол по заданной траектории с уложенным на нем материалом для обработки. Так как лазер остается неподвижным, устройство оптической системы в таких установках проще. Однако эта система работает медленнее и больше подходит для разрезов в одной плоскости.
Система «летающей оптики» работает по обратному принципу. Материал на станине крепится неподвижно, а лазерный луч двигается по заданным параметрам, чтобы произвести разрезы в нужных местах.
Портальные станки состоят из горизонтальной станины и портала, расположенного над ней. За один проход лазера можно запрограммировать несколько разрезов в разных плоскостях. Такие установки применяются для выполнения точных сложных разрезов.
В каких отраслях промышленности используется резка лазером
Гибкость использования лазеров удовлетворяет требованиям обрабатывающей промышленности, особенно в тех областях, где требуется точность. Также технология лазерной резки оказывает низкое тепловое воздействие на материал и не деформирует места обработки, что позволяет резать мельчайшие детали без искажений.
Лазерные лучи для разрезания металлических заготовок успешно применяются в следующих отраслях:
- автомобилестроение;
- аэрокосмическая и оборонная промышленность;
- медицина;
- строительство;
- машиностроение;
- рекламная индустрия;
- визуальная коммуникация;
- производство инструментов;
- пищевая промышленность и пр.
Лазеры применяются для изготовления ювелирных изделий, сувенирной продукции, где требуется тончайшая обработка с точностью до десятых долей мм. Высокая мощность без нагревания поверхности материала и бесконтактный способ обработки создают практически неограниченные возможности для обработки металлов. Единственный контакт между оборудованием и металлической заготовкой осуществляется только через лазерный луч. Это значит, что оборудование работает дольше благодаря отсутствию механического трения.
Когда речь идет о резке металлических изделий в медицинской и аэрокосмической промышленности, особенно важны такие показатели, как точность и скорость обработки. В ряде отраслей промышленности, включая автомобилестроение, повышение качества приводит к безопасности работы изготовленного оборудования.
Сокращение времени резки металла в сочетании с высокой точностью с помощью лазера дает несколько преимуществ. Ускоряется производственный процесс, что повышает эффективность производства. Заказчики быстрее получают продукцию высокого качества без дефектов. Благодаря автоматизации процесса сокращаются затраты на рабочую силу. Некоторые виды оборудования включают дополнительные системы подачи материала, что еще больше автоматизирует и оптимизирует процесс резки.
Лазерные станки требуют меньше расходов на сервисное обслуживание и дополнительные материалы. Снижается процесс брака и уменьшается количество отходов, когда для разрезания металлических заготовок применяются лазерные установки.
