Laserskärningsteknologi måste vara bekant för alla. Laserskärningsteknik är en bearbetningsmetod som använder en laserstråle med hög energi-densitet för att noggrant klippa material. Det används ofta vid bearbetning av metall- och icke-metallmaterial. Den vanligaste laserskärningsutrustningen är laserskärningsmaskiner.
Laserskärningsmaskiner använder skärprincipen för lasrar. Kärnan i laserskärning är laserstrålen som genereras av en högeffekt laser. Genom ett reflektor- och linssystem, särskilt en fokuserande lins, är strålen fokuserad till en mycket liten plats, vanligtvis med en diameter på endast tiotals mikron till hundratals mikron, och bildar därmed en mycket hög energitäthet på ytan på det bearbetade materialet.
Under bestrålningen av lasrar med hög energi-densitet, värmer materialets yta snabbt upp till tusentals till tiotusentals grader Celsius, vilket får materialet att smälta, förånga eller bränna direkt. För metallmaterial kan det också finnas en oxidationsreaktion.
I laserskärningsprocessen används ofta högtryckshjälpgaser (såsom syre, kväve, argon eller tryckluft, etc.) i kombination. Å ena sidan hjälper de att blåsa bort de smälta eller förångade materialen, och å andra sidan skyddar de skärområdet, minskar den värmepåverkade zonen och förbättrar skärkvaliteten och hastigheten.
Huvudprocessparametrarna för laserskärning är skärande laserkraft, snittbredd, skärhastighet och gasflödeshastighet. Andra faktorer, såsom laserstrålkvalitet, lins brännvidd, defokus och munstycke, har också ett stort inflytande på laserskärning.
(1) Laserkraft
För materialegenskaper, om ytreflykten på materialet är hög, kommer när lasern bestrålar ytan på materialet, mer energi att återspeglas tillbaka istället för att absorberas av materialet för skärning. För att säkerställa tillräcklig energi för skärning måste därför laserkraften ökas. På samma sätt, om materialets värmeledningsförmåga är god, kommer värmen som genereras av laserbestrålningen snabbt att genomföras inuti materialet, vilket gör det svårt för skärningsområdet att stiga till en nivå som är tillräcklig för skärning. I detta fall måste laserkraften också ökas för att förbättra skäreffektiviteten. Dessutom kräver skärmaterial med höga smältpunkter också större laserkraft och effektdensitet. Detta beror på att material med höga smältpunkter kräver mer energi för att smälta eller förånga dem och därmed uppnå syftet att klippa.
(2) skärhastighet
Under vissa effektförhållanden, när plattans tjocklek ökar, måste laserstrålen tränga igenom djupare materiallager för att slutföra skärningen. Studier har visat att förhållandet mellan skärhastighet och skärande ytråhet inte är en enkel linjär relation, utan visar en U-formad förändringstrend. Detta innebär att för material med olika plattans tjocklekar och olika skärning av gastrycket finns det en optimal skärhastighetspunkt. Vid skärning av denna hastighet kan grovhetsvärdet på den skurna ytan minimeras, det vill säga skärningen är det smidigaste. Generellt sett, ju snabbare skärhastigheten, desto större är den kraft som krävs.
(3) Gastryck (gasflöde)
Under smältningsprocessen värmer laserstrålen materialet till smälttemperaturen. Vid denna tidpunkt blåste gasen bort den flytande metallen för att bilda ett snitt. Gastrycket måste vara tillräckligt stort för att effektivt ta bort den smälta metallen och säkerställa skärningens kontinuitet och snittets tydlighet. Gasflödeshastigheten är också relaterad till munstycksformen. Olika munstycksformer har olika effekter på gasens fördelning och flödesegenskaper, så den tillämpliga gasflödeshastigheten kommer också att vara annorlunda. När du väljer munstycket och ställer in gasflödeshastigheten är det nödvändigt att matcha och optimera enligt de specifika skärkraven och materialegenskaperna.
(4) Strålkvalitet, linsens brännvidd och defokus
Strålläge -utgången av lasern är avgörande för skäreffekten. Det grundläggande tvärläget (TEM 00 -läget) anses vara det mest idealiska strålläget i laserskärning på grund av dess lilla stråldiameter och koncentrerad energi. Experimentella studier har visat att snittbredden nästan är lika med laserplatsdiametern vid icke-syre-assisterade skärning. Spotstorleken är proportionell mot brännvidden för fokuseringslinsen, det vill säga ju längre brännvidden, desto större är platsen; Ju kortare brännvidden, desto mindre är platsen. Även om en kort brännvidd kan få en mindre plats, reduceras dess fokaldjup också i enlighet därmed. Ju mindre fokusdjup, desto striktare avståndskrav från arbetsstyckets yta till linsen. Defocus -värdet har ett stort inflytande på skärhastigheten och skärdjupet och måste förbli oförändrat under skärningsprocessen. I allmänhet är defokusvärdet ett negativt värde, det vill säga fokuspositionen placeras vid en viss punkt under skärplattytan.
(5) munstycke
Munstycket är en viktig komponent som påverkar kvaliteten och effektiviteten hos laserskärning. Laserskärning använder i allmänhet ett koaxiellt (luftflöde och optiskt axelkoncentriskt) munstycke, och munstycksutloppsdiametern bör väljas enligt platttjockleken. Dessutom har avståndet från munstycket till arbetsstyckets yta också ett stort inflytande på skärkvaliteten. För att säkerställa skärningsprocessens stabilitet måste detta avstånd hållas konstant.
Laserskärning av industriellt material
(1) Laserskärning av metallmaterial
Nästan alla metallmaterial har hög reflektivitet mot infrarött ljus vid rumstemperatur. Till exempel är absorptionshastigheten på 1 0. 6 um koldioxidlaser endast 0,5%~ 10%. Men när krafttätheten överskrider den fokuserade strålen på kan ytan börja smälta i mikrosekunder. Absorptionshastigheten för de flesta smälta metaller kommer att öka kraftigt, i allmänhet upp till 60%~ 80%. Därför har koldioxidlasrar framgångsrikt använts i många metallskärningspraxis.
Den maximala tjockleken på kolstålplattor som kan skäras med moderna laserskärningssystem har överskridit 2 0 mm. Skärsömmen på kolstålplattor kan styras inom ett tillfredsställande breddintervall genom syreassisterad smältskärningsmetod, och skärsömmen på tunna stålplattor kan vara lika smala som cirka 0,1 mm. Laserskärning är en effektiv bearbetningsmetod för plattor i rostfritt stål. Den kan styra den värmevärda zonen inom ett mycket litet intervall och därmed bibehålla dess korrosionsbeständighet. De flesta strukturella stål och legeringsverktygsstål kan erhålla god banbrytande kvalitet genom laserskärning.
Aluminium- och aluminiumlegeringar kan inte skäras med syreassisterad smältning. En smältande skärmekanism måste användas. Laserskärning av aluminium kräver en mycket hög effektdensitet för att övervinna dess höga reflektionsförmåga till 10,6 um våglängdslasrar. 1. 06μm våglängd YAG -laserstrålar kan förbättra skärkvaliteten och hastigheten för aluminiumslasskärning på grund av deras höga absorptionshastighet.
Titan- och titanlegeringar som vanligtvis används i flygplanstillverkningsindustrin har intensiva kemiska reaktioner när syre används som en extra gas, och skärhastigheten är snabb, men det är lätt att bilda ett oxidskikt på banbrytande och till och med orsaka överbränning.
Det är säkrare att använda inert gas som en extra gas för att säkerställa skärkvalitet. De flesta nickelbaserade legeringar kan också skäras med syreassisterad smältning. Koppar- och kopparlegeringar har för hög reflektivitet och kan i princip inte skäras med 10,6 um koldioxidlasrar.
(2) Laserskärning av icke-metalliska material
CO2-laserstrålen på 10,6 um absorberas lätt av icke-metalliska material. Dess låga reflektivitet och indunstningstemperatur gör det möjligt för nästan all den absorberade ljusenergin att komma in i materialet och orsakar omedelbart förångning att bilda hål, och kommer in i en dygdig cykel för skärningsprocessen. Plast, gummi, trä, pappersprodukter, läder, naturliga tyger och andra organiska material kan skäras av laser. Tjockleken på trä måste dock vara begränsad. Tjockleken på träskivor ligger inom 75 mm, och tjockleken på laminat och träflipbrädor är cirka 25 mm. Bland oorganiska material kan kvarts och keramik skäras av laser. Det senare ska skäras med kontrollerad sprick och hög effekt bör inte användas. Glas och sten är i allmänhet inte lämpliga för laserskärning.
Andra material som är svåra att bearbeta med konventionella metoder, såsom kompositmaterial och cementerade karbider, kan skäras med laser, men rimliga skärmekanismer och processparametrar måste väljas genom experiment.
Vid den faktiska tillämpningen av laserskärningsteknik är förbättring av skärande effektivitet, förbättring av skärningskvaliteten och minskande skärningskostnader en av de saker vi ofta behöver tänka på.
Att förbättra laserskärningstekniken för att förbättra produktionseffektiviteten, minska kvaliteten och minska kostnaderna kan göras från följande aspekter:
1. Med utvecklingen av laserteknologi kan användningen av lasrar med högre effekt (såsom 10, 000- Watt-lasrar) avsevärt öka skärhastigheterna, samtidigt som värmeproducerade zoner minskar, vilket gör skärning av mer effektiv och bättre kvalitet, särskilt för att minska tjockare material.
2. Justera rimligt parametrar såsom laserkraft, skärhastighet, hjälpgastyp och tryck och avståndet mellan munstycket och materialet och gör detaljerade inställningar baserade på specifika material och skärningskrav. Hitta den optimala parameterkombinationen genom flera tester för att förbättra skäreffektiviteten och kvaliteten.
3. Genom det automatiska fokuseringssystemet justeras laserfokuspositionen automatiskt efter materialets tjocklek och typ för att säkerställa skärningsnoggrannhet.
4. Minska icke-skärningstid och förbättra den totala driftseffektiviteten genom att snabbt flytta skärhuvudet till nästa skärningspunkt.
5. Upptäcka automatiskt materialkanter och lutningsvinklar, justera skärbanan automatiskt och minska materialavfall och förbehandlingstid.
6. Använd CNC -programvara för att simulera skärning, planera den enklaste skärbanan, minska tomma slag och förbättra materialanvändningen och skärhastigheten.
7. Regelbundet underhåll och betjäna laserskärningsmaskinen, såsom att ersätta bärande delar, rengöring av optiska komponenter, kalibreringsutrustning etc. för att säkerställa långvarig stabil drift av utrustningen och upprätthålla optimal skärprestanda.
8. Håll arbetsmiljön för laserskärningsmaskinen ren, med lämplig temperatur och måttlig luftfuktighet för att undvika påverkan av damm och överdriven fuktighet på utrustningen och skäreffekten.
9. Använd mer avancerade CNC -kontrollsystem och programvara för att förbättra kontrollnoggrannheten och svarshastigheten och stödja mer komplexa skäruppgifter.
10. Fortsätt att uppmärksamma nyutvecklingen inom laserteknologi, till exempel effektivare laserkällor, mer avancerade optiska system, intelligenta mjukvarualgoritmer etc. för att kontinuerligt förbättra skärmöjligheterna.