Главная
Блог
Полезное
Лазерная резка металла: особенности и преимущества

Лазерная резка металла: особенности и преимущества

08.09.2023

Рейтинг: 5 Голосов: 1

Время прочтения: 9 мин

Рейтинг: 4.6

Время прочтения: 9 мин

Полезное

Лазерная резка металла - это технология разделения металлических заготовок. Рабочий инструмент - это лазерная головка, перемещающая сфокусированный луч высокой мощности.Чаще всего это газовый CO2 лазер или волоконный лазер на иттербиевом волокне.

Линза в станке направляет и фокусирует рассеянный луч на металлическую поверхность. Диаметр точки при этом от 0 до 1 мм. Когда лазер концентрируется в фокальной точке, происходит интенсивный нагрев до температуры плавления и испарения. Частицы металла удаляются струей инертного газа (азот, аргон). Таким образом создается узкий рез (0.1-1 мм).

Для получения нужной геометрии распила в станке используется система ЧПУ. Она же контролирует положение лазерной головки и луча.

Одна из главных особенностей этой технологии - это отсутствие механического контакта с рабочей поверхностью, а также минимальный нагрев заготовки за счёт узкого реза, что нивелирует вероятность ее деформации.

Унифицированный технологический процесс резки такой:

Включение станка с газовым или волоконным лазером, запуск источника лазерного излучения.
Настройка линзы и фокусирующей оптической системы в целом.
Коррекция фокусного расстояния.
Металлическая заготовка устанавливается на рабочем столе станка. Как правило он стационарный, над столом перемещается лазерная головка.
Проверка настроек системы ЧПУ для управления головкой и сфокусированным лучом.
В зону реза подается сжатый инертный газ (азот, аргон) для выдувания расплава или активный газ (кислород).
Луч лазера, двигаясь по программе, прожигает и разрезает заготовку насквозь.

Примерно так происходит автоматическая резка с высокой точностью, чистотой и скоростью без механического контакта. При этом рабочая головка, содержащая линзу, может перемещаться по осям XYZ, чтобы обеспечить раскрой по заданной траектории.

Достоинства лазерной резки

Преимущества технологии лазерного раскроя листового металлопроката:

Высокая скорость работы - лазер режет листовой прокат со скоростью от 0,1 до 80 м/мин.
Высокоточная обработка - точность позиционирования луча достигает 0,002-0,005 мм.
Заготовка не деформируется в зоне реза, так как нет термического воздействия.
Можно создавать сложные криволинейные контуры и геометрические фигуры.
Качественная обработка кромок - минимум заусенцев и неровностей.
Возможность обработки тонколистового металлопроката толщиной от 0,5 мм.
Не нужно механически дорабатывать кромки.
Экологичность процесса - нет стружки, раскаленных капель, пыли.
Автоматизация на станках с ЧПУ, что повышает производительность.

Промежуточный вывод - лазерная резка делает раскрой листового проката более точным, быстрым, эффективным и экологичным.

Оборудование для лазерной резки

На рынке можно купить следующие виды станков для резки металлопроката:

С ЧПУ - популярная разновидность с автоматическим режимом раскроя заготовки по загруженной программе.
Плоскорежущие - оснащены плоским рабочим столом для работы с объемными заготовками.
Труборезные - используются для раскроя труб, профилей, балок благодаря поворотным механизмам.
Многокоординатные комплексы - позволяют вести резку сразу по нескольким осям и обрабатывать сложные пространственные формы.
Гравировальные - помогают создавать рельефные рисунки на поверхности.
Волоконные установки - используют компактный и энергоэффективный волоконный лазер.

Промежуточный вывод - выбор станка зависит от габаритов, толщины и вида обрабатываемых заготовок. Ниже рассмотрим самые популярные виды оборудования для раскроя заготовок.

Твердотельные лазеры

В качестве активной среды твердотельного лазера используются кристаллы, легированные ионами неодима или иттербия.

Длина волны излучения 1-1,1 мкм, что эффективно поглощается металлами по сравнению с газовыми лазером. Мощность лазера тут до 10 кВт, чего хватает на сталь толщиной до 20 мм. Станки также отличаются высоким КПД (на 30-40% выше газового аналога), а также компактными размерами.

Производители небезосновательно указывают в паспортах оборудования длительный срок службы - до 100 000 часов.

Преимущества твердотельных станков - это высокое качество реза и хорошее соотношение цены-мощности. Оборудование используется для работы с конструкционными сталями, нержавейкой, алюминиевыми и медными сплавами.

Газовые

В газовых лазерах используется углекислый газ, азот или гелий в качестве активной среды. Длина волны излучения 10,6 мкм, хорошо поглощается прокатом. Мощность лазеров 1-25 кВт, чего хватит для толщины заготовки до 50 мм.

Чтобы оборудование работало с довольно низким КПД, требуется система охлаждения и вентиляции. До капитального ремонта станка всего 10-20 тыс. часов, причем есть сложности с монтажом из-за больших габаритов/массы.

Газовые лазерные станки используются для резки средних и толстых листовых конструкционных сталей. С лучшей стороны они себя показывают в решении больших промышленных задач.

Волоконный

Активная среда волоконного лазера - это оптическое волокно, легированное ионами иттербия. Длина волны излучения составляет 1,07 мкм, которая поглощается большинством заготовок. Мощность лазера - 1-30 кВт. Ее хватит для раскроя металлопроката толщиной до 40 мм. Первая особенность оборудования - это крайне высокий КПД, который значительно превосходит газовые аналоги. Вторая - компактные размеры, простота монтажа и внедрения в АСУ.

Третья - это высокая надежность волокна до 100 тыс. часов. В пересчете на единицу мощности сравнительно невысокая стоимость станка.

Область применения - это раской конструкционных сталей, нержавеек, цветных металлов. Станки применяются в машиностроении, автопроме, судостроении, авиастроении и других отраслях.

Металлы, которые можно резать лазером

На лазерных станках можно резать прокат с такой толщиной:

конструкционная углеродистая сталь - до 40 мм толщиной на мощных газовых или волоконных лазерах;
нержавеющая сталь - до 50 мм;
алюминий и алюминиевые сплавы - 10-15 мм в зависимости от сплава;
медь и медные сплавы (латунь, бронза) - до 5-6 мм;
титан и титановые сплавы - до 10 мм;
молибден, вольфрам - до 5 мм.

Качество реза и скорость обработки зависят от типа металла, его толщины, мощности лазера. Перед нами универсальное решение для работы, как с тонкими, так и с толстыми листами.

Сферы применения технологии

Область применения технологии лазерной резки довольно широка:

Машиностроение - раскрой листового металлопроката, изготовление деталей машин и механизмов.
Судостроение - создание корпусных конструкций и профилей для кораблей, катеров.
Авиастроение - обработка алюминиевых и титановых сплавов для самолетов и вертолетов.
Автомобилестроение - создание кузовных деталей, дисков колёс, выхлопных систем.
Электротехническая промышленность - работа с трансформаторной сталью.
Приборостроение - создание корпусов приборов, щитов и пультов управления.
Мебельная промышленность - обработка листового проката для мебели.
Строительство - раскрой листового и рулонного металлопроката.
Ювелирное дело - резка и гравировка изделий из драгметаллов.

Раскрой лазером - это про высокую скорость работы, точность раскроя и качество обработки.

Недостатки лазерной резки

Недостатки у лазерной технологии раскроя металлопроката тоже есть:

Высокая стоимость лазерного оборудования и его обслуживания.
Обязательный монтаж систем вытяжной вентиляции и очистки отводимых газов.
Ограничения по толщине - 40 мм у стали, 10-15 мм у алюминия на высокомощных лазерах.
При обработке определенных заготовок появляются закаленные участки, склонные к растрескиванию.
Возможность отражения части лазерного излучения от высокополированных поверхностей.
При обработке алюминия и меди нужно использовать инертный газ для предотвращения окисления.
Для сложных 3D резов требуются многокоординатные установки.
Необходима защита оператора от отраженного лазерного излучения.