Что такое лазерная резка? Определение, типы, особенности, применение

Определение

Лазер cиспользование это метод термической резки, при котором сфокусированный лазерный луч высокой мощности облучает разрезаемый материал, заставляя его быстро нагреваться и достигать точки воспламенения, а затем плавиться, расплавляться, испаряться и испаряться, образуя отверстия. По мере продвижения луча по материалу отверстия увеличиваются, образуя более узкие щели, и в то же время расплавленный материал выдувается рабочим газом под высоким давлением, что позволяет получить ровный и чистый срез.

Принцип

Лазер использует возбуждение вещества для создания луча. Этот луч имеет высокую температуру. При контакте с материалом он может быстро расплавиться на его поверхности и образовать отверстие. В соответствии с движением точки регистрации формируется разрез. По сравнению с традиционным методом резки, этот метод резки имеет меньший зазор и позволяет сохранить большую часть материала. Однако анализ определяется в зависимости от эффекта резки. Материал, который разрезается лазером, имеет удовлетворительный эффект резки и высокую точность. Это унаследовано В дополнение к преимуществам лазера, он также не имеет себе равных среди обычных методов резки.

Типы

Лазерная резка бывает четырех категорий: резка паром, резка плавлением, кислородная резка, скрайбирование и контролируемое разрушение.

1. Резка с применением лазерного испарения

При использовании лазерного луча высокой плотности энергии для нагрева заготовки температура быстро повышается, достигает точки кипения материала за очень короткое время, и материал начинает испаряться, образуя пар. Скорость выброса этих паров очень велика, и одновременно с выбросом паров в материале образуется разрез. Теплота парообразования материалов обычно очень велика, поэтому для лазерного парообразования и резки требуется большая мощность и плотность мощности.

Паровая резка применяется в основном для очень тонких металлических и неметаллических материалов (таких как бумага, ткань, дерево, пластик, резина и т.д.).

2. Лазерная резка плавлением

При плавильной резке металлический материал расплавляется лазерным нагревом, затем неокисляющий газ (Ar, He, N и т.д.) распыляется через сопло, соосное с лучом, и жидкий металл вытекает под сильным давлением газа, образуя разрез. При лазерной резке плавлением нет необходимости полностью испарять металл, а требуемая энергия составляет всего 1/10 от энергии резки испарением.

Плавильная резка чаще всего используется для материалов, которые нелегко окисляются, или активных металлов, таких как нержавеющая сталь, титан, алюминий и их сплавы.

3. Лазерная кислородная резка

Принцип лазерной кислородной резки аналогичен оксиацетиленовой. В качестве источника тепла для предварительного нагрева используется лазерный луч, а в качестве газа для резки - активный газ, например кислород. С одной стороны, продуваемый газ взаимодействует с разрезаемым металлом, вызывая реакцию окисления и выделяя большое количество тепла окисления; с другой стороны, расплавленный оксид и расплав выдуваются из зоны реакции, образуя разрез в металле. Поскольку реакция окисления в процессе резки выделяет много тепла, энергия, необходимая для лазерной кислородной резки, составляет всего 1/2 от энергии резки плавлением, а скорость резки намного выше, чем при резке паром и резке плавлением. Лазерная кислородная резка в основном используется для легко окисляемых металлических материалов, таких как углеродистая сталь, титановая сталь и термообработанная сталь.

4. Лазерное скрайбирование и контролируемое разрушение

Лазерное скрайбирование использует высокоэнергетический лазер для сканирования поверхности хрупкого материала, так что материал нагревается, чтобы испарить небольшую канавку, а затем приложить определенное давление, хрупкий материал будет трескаться вдоль небольшой канавки. Лазеры для скрайбирования - это, как правило, Q-switched и CO2 лазеры.

Контроль разрушения заключается в использовании крутого распределения температуры, создаваемого лазерным рифлением, которое создает локальное тепловое напряжение в хрупком материале и разрушает материал вдоль небольшой канавки.

Характеристики

По сравнению с другими методами термической резки, лазерная резка особенности с быстрой скоростью резки и высокое качество. Конкретно резюмируется как следующие аспекты.

1. Хорошее качество резки

Благодаря небольшому пятну реза, высокой плотности энергии и высокой скорости резания можно добиться высокого качества резки.

a. Режущий разрез узкий, обе стороны разреза параллельны и перпендикулярны поверхности, точность размеров вырезанных деталей может достигать ±0,05 мм.

b. Поверхность резки гладкая и чистая, шероховатость поверхности составляет всего десятки микрон, без механической обработки, и детали можно использовать напрямую.

c. После лазерной резки материала ширина зоны термического влияния очень мала, характеристики материала вблизи щели почти не страдают, а деформация заготовки мала, точность резки высока, геометрия щели хорошая, а форма поперечного сечения щели больше обычного прямоугольника.

2. Высокая эффективность резки

Из-за особенностей передачи, лазерный резак, как правило, оснащен несколькими рабочими столами с ЧПУ, и весь процесс резки может быть полностью контролируется ЧПУ. Во время работы, только нужно изменить программу числового управления, он может быть применен для резки деталей различной формы, как двухмерной резки и трехмерной резки.

3. Высокая скорость резки

При использовании лазера мощностью 1200 Вт для резки пластины из низкоуглеродистой стали толщиной 2 мм скорость резки может достигать 600 см/мин; при резке плиты из полипропиленовой смолы толщиной 5 мм скорость резки может достигать 1200 см/мин. Материал не нужно зажимать и фиксировать во время резки, что позволяет не только сэкономить приспособления для инструмента, но и вспомогательное время на погрузку и разгрузку.

4. Бесконтактная резка

Резак не контактирует с заготовкой, и износ инструмента исключен. Для обработки деталей различной формы нет необходимости менять "инструмент", достаточно изменить выходные параметры лазера. Процесс резки имеет низкий уровень шума, малую вибрацию и не загрязняет окружающую среду.

5. Существует множество типов режущих материалов

По сравнению с оксиацетиленовой и плазменной резкой, существует множество типов материалов, поддающихся лазерной резке, включая металл, неметалл, композитные материалы на металлической и неметаллической основе, кожу, дерево и волокно. Но для разных материалов, из-за их разных теплофизических свойств и разной скорости поглощения лазеров, они демонстрируют разную приспособленность к лазерной резке.

Приложения

Большинство лазерных резаков управляются программами ЧПУ или превращаются в режущие роботы. Как точный метод обработки, лазер может резать практически все материалы, включая двухмерную резку или трехмерную резку тонких металлических пластин.

В автомобилестроении широко используется технология резки кривых пространственных деталей, таких как верхние стекла автомобиля. Немецкая компания Volkswagen использует лазер мощностью 500 Вт для резки листов кузова сложной формы и различных изогнутых деталей. В аэрокосмической отрасли лазерные технологии используются для резки специальных авиационных материалов, таких как титановые сплавы, алюминиевые сплавы, никелевые сплавы, хромовые сплавы, нержавеющая сталь, оксид бериллия, композитные материалы, пластики, керамика и кварц. Лазерная резка аэрокосмических деталей включает в себя жаровую трубу двигателя, тонкостенный корпус из титанового сплава, раму самолета, кожу из титанового сплава, ферму крыла, панель хвостового крыла, несущий винт вертолета, керамическую теплоизоляционную плитку космического корабля и т.д.

Технология лазерной резки также используется в области неметаллических материалов. Можно не только резать материалы с высокой твердостью и хрупкостью, такие как нитрид кремния, керамика, кварц и т.д.; но также можно резать и обрабатывать гибкие материалы, такие как ткань, бумага, пластиковые пластины, резина и т.д., например, резка одежды с помощью лазера, может сэкономить одежду10 %～12%, повысить эффективность более чем в 3 раза.

Тенденции

1. Лазерный резак продолжит революцию в производстве продуктов эпохи.

Лазерный источник - это основной компонент резака, а также важный показатель, определяющий тип и режущие способности лазерного резака. Само собой разумеется, что будущие изменения в лазерных резаках будут происходить и в лазерных источниках. Как уже говорилось выше, замена CO2 laсерная режущая машина волоконным лазером является наиболее важной технологической революцией за 40 лет с момента рождения лазерного резака, который принес эпохальные экономические выгоды для производителей и новых и старых пользователей в этой области. Итак, появится ли в будущем новый источник света, который будет дешевле волоконных лазеров, иметь лучшую производительность, более совершенный режим луча, более высокий коэффициент электрооптического преобразования или более низкую общую стоимость? Ответ, конечно, положительный. Тогда спросите, что это за лазер? Конечно, сейчас невозможно дать точный ответ. Наука и техника иногда ошибаются, иногда на тысячи километров в день.

2. Мощный волоконный лазер станет главной силой на рынке лазерной резки.

В настоящее время оптоволоконные режущие машины различных диапазонов мощности получили большое развитие. Однако где же основная мощность станков для лазерной резки в будущем? Хотя машины в каждом диапазоне мощности имеют свое собственное применение, но семейство лазеров, которое началось с мощных волоконных лазеров и вызвало глобальную революцию лазерных технологий, рассматривает более высокую мощность, более высокую точность и большую режущую способность как одно из важных направлений развития волоконного лазерного резака. BOGONGCNC недавно запустил 15KW ультра-высокой скорости волокно станок лазерной резки, которая достигла беспрецедентного прорыва в скорости резки и толщине реза, что привлекло внимание всей отрасли. Содержит ли это будущую тенденцию развития лазерных резаков? На это стоит обратить внимание экспертам отрасли, ученым и друзьям пользователей. Кроме того, мы можем быть уверены, что в ближайшем будущем, многие отечественные и зарубежные производители волоконно-оптических лазерных резаков будет узурпатором в жесткой рыночной конкуренции. Только компании с отличным качеством продукции, постоянным фокусом на R & D инвестиций, и освоение основных конкурентоспособных технологий может сделать это и быть непобедимым.

3. Наступает эра интеллекта.

Будь то "Индустрия 4.0" в Германии или "умное производство" в Китае, четвертая промышленная революция в индустриальной сфере наступает. Как высокоточный Станок лазерной резки с ЧПУЛазерный резак, несомненно, идет в ногу со временем и летит в ногу с технологиями. Развитие автоматизации лазерных резаков значительно повысило производственные мощности и уровень автоматизации цеха по производству листового металла.

В будущем на этой основе в области сетевых технологий, коммуникационных технологий, компьютерных программных технологий и других областей наступает эра интеллектуального производства лазерных резаков. Предвидится, что, будучи средством точной заготовки листового металла, он неизбежно будет использовать собственные сетевые коммуникационные возможности для связи с заводской линией размотки листа, гибочным станком, пробивным станком с ЧПУ, узлом сварки (клепки), дробеструйной обработкой и линией нанесения покрытий. Другое оборудование, встроенное в единую систему управления производственными планами, задачами и оценками, стало важной частью системы управления цехом листового металла. В результате производители лазеров постепенно превращаются в подрядчиков по изготовлению листового металла.