Технология лазерной резки металла
Раскрой заготовок направленным лучом высокой мощности, вызывающим плавление металла в контактной точке называют лазерной резкой или вырубкой. Процесс Laser Beat Cutting (LBC) описывается, как нагревание материала с последующим разрушением в точке контакта с лучом узкой направленности, образованным из «лишних» фотонов. В результате преобразования энергии тепловая энергия плавит металл, заставляет его кипеть и испаряться. На этом принципе работает лазерная резка металла.
Разновидности лазерных резаков
Установка концентрирует энергию луча плотностью 1000000000 Вт/см2. Свойства субстанции, однородная длина и частота волны обеспечивает узкий поток с фиксацией оптическими линзами. Его когерентность – согласованные колебания волн – вступают в резонанс и во много раз увеличивают суммарную мощность по сравнению с потребляемой энергией.
Изготовление металлических деталей методом лазерного раскроя или вырубки выполняется двумя способами:
- плавлением металла в зоне реза;
- испарением расплава.
Вторым способом пользуются в обработке тонкостенных листов и для ювелирно точных соединений.
Типы оборудования:
- Газовые установки работают в атмосфере газов, часто агентом выбирают щелевидные системы на углекислом газе. Они мощные и простые в эксплуатации.
- Твердотельный тип устройств, в т.ч. волоконный лазер, где основными элементами служит лампа накачки и стержень из искусственного рубина с активатором, неодимом иттриевого граната. Работают в импульсном режиме.
- Газодинамическое оборудование работает на выдув металла из реза потоком предварительно нагретого до 2-3 градусов газа. Используется ограниченно, сложное и дорогое.
На металлозаводах используется оборудование для резки и вырубки изделий из листа толщиной 0,5-4,0 мм на специальной поверхности, называемой рабочей зоной.
Любое оборудование в разной модификации включает компоненты:
- Установку, систему накачки для создания луча, в которую входят газовый клапан, сопло, пусковой лазер, зеркала и линзы.
- Излучатель, оптический резонатор с резонирующими зеркалами и активной средой.
- Систему управления параметрами луча.
- Программное обеспечение точности реза и взаимного перемещения луча и изделия.
Луч не оказывает на заготовку физического воздействия. Технология позволяет не испортить поверхность вокруг реза, получить ровные края, без заусениц. Станок с ЧПУ обеспечит точность кроя.
Особенности применения лучевой обработки
Лазерная резка дает те же результаты, что и механическая, но гораздо лучшего качества:
- нет стружки, она испаряется;
- срез без заусениц, оплавленный, узкий;
- резать можно любой материал, включая бумагу или эластик, хрупкие материалы;
- высокая скорость резки;
- возможна фигурная резка металла, гравировка;
- высокая точность резки по лекалам.
Параметры работы лазерной установки зависят от объективных факторов. Влияние материала при подборе оборудования имеет решающее значение. Зависимость не прямая. Инструментальная сталь толщиной 3 мм режется с такой же скоростью что малоуглеродистая, толщиной до 1 мм при этом мощности на ее резку требуется больше в 4 раза. В кислородной среде процесс идет быстрее.
При большей тепловодности материала энергии на резку потребуется больше – влияет интенсивный теплоотвод. Поэтому резать медь и алюминий более затратно, чем черную сталь.
Показателями эффективности работы установки считают скорость реза, ровность кромок и глубина реза.
Важно учитывать, лазерная резка металла – один из дорогих и энергоемких видов металлообработки.