Лазерная резка листового металла: процесс, плюсы и минусы

Что такое лазерная резка листового металла?

Процессы субтрактивного производства имеют решающее значение для модификации материалов при изготовлении деталей. Лазерная резка листового металла является одним из стандартных методов раскроя и удаления компонентов из заготовки. Эта техника предполагает вырезание фрагментов материала с помощью лазерных лучей.

Метод лазерной резки работает на основе технологии числового программного управления (ЧПУ), что обеспечивает безупречную точность. Перед началом операции резки на ЧПУ или лазерной резки оператор должен ввести коды или программы с подробным описанием конструкций или шаблонов в компьютер.

Процесс лазерной резки листового металла

Лазерная резка металла предполагает использование лазерных лучей для плавления металлов и сплавов, что обеспечивает гладкие и четкие срезы. Процесс лазерной резки состоит из двух операций, работающих синхронно.

Первая заключается в поглощении материалом сфокусированного лазерного луча — энергии, которая и производит разрез. Вторая включает в себя режущее сопло, концентричное лазерам, которое подает технологический газ, необходимый для процесса. Газ защищает рабочую головку от паров и брызг, а также помогает удалять излишки из зоны реза (керфа).

Существует три основных метода лазерной резки листового металла.

1. Лазерная резка плавлением

Процесс лазерной резки плавлением использует инертный газ, чаще всего азот. Этот технологический газ с низкой реакционной способностью непрерывно очищает зазор реза в материале. При удалении расплавленного материала инертный газ предотвращает окисление кромки реза, не вмешиваясь в сам процесс.

Этот метод лазерной резки подходит для раскроя плоских тонких листов алюминиевых сплавов и нержавеющей стали, которые требуют высокой эстетической привлекательности и минимальной финишной обработки.

2. Лазерная сублимационная резка

Как следует из названия, лазерная сублимационная резка испаряет материал. Вместо плавления, как в других процессах лазерной резки, материал мгновенно переходит из твердого состояния в газообразное — происходит сублимация.

Подобно резке плавлением, сублимационная резка использует инертные газы для выдувания паров материала из зоны реза. Таким образом, на режущей кромке отсутствуют окислители. Этот метод часто применяется при резке органических материалов, таких как дерево, кожа, текстиль и т. д.

3. Лазерная газовая резка (автогенная)

Лазерная газовая резка использует горючий газ — кислород — для вытеснения расплавленного материала. Лазер нагревает заготовку, создавая спонтанное горение после расплавления материала. Кислород обеспечивает дополнительную энергию для процесса резки за счет окисления — экзотермической реакции.

Газовая резка идеальна для раскроя мягкой стали и плавких материалов, таких как керамика. Этот процесс может вызвать следы ожогов на поверхности реза, так как газ является окислителем. Правильная оптимизация параметров процесса поможет предотвратить образование заусенцев.

Типы лазеров для резки листового металла

Производители обычно используют три вида лазеров для резки материалов. Каждый тип лазера обладает отличительными особенностями и лучше всего подходит для определенных материалов. Ниже приведен обзор трех типов лазеров.

1. Волоконные лазеры

Волоконные станки для лазерной резки используют стекловолокно для передачи луча. Они генерируют очень высокую мощность для мощных и точных разрезов. Этот лазер относится к семейству твердотельных лазеров, создаваемых «затравочным лазером», усиленным специальными стеклянными волокнами.

Эти лазеры подходят для резки почти всех материалов: от металлов и сплавов до неметаллов, включая дерево, стекло и пластик. Помимо резки, они идеально подходят для таких операций, как отжиг и гравировка.

Кроме того, это самые долговечные лазеры, имеющие увеличенный срок службы более 25 000 часов и требующие меньшего обслуживания.

2. CO₂-лазеры

CO₂-лазеры генерируют лазерные лучи путем пропускания электрического тока через трубку, заполненную смесью инертных газов, в основном азота и гелия. Это наиболее распространенные формы лазеров, так как они эффективны, экономичны и позволяют резать различные виды материалов на высокой скорости.

Однако они обладают меньшей мощностью резки по сравнению с волоконными лазерами. Следовательно, они не являются лучшим выбором для резки листового металла. Обычно производители предпочитают использовать их для резки неметаллов и органических материалов, таких как дерево, бумага, акрил и т. д.

3. Кристаллические лазеры (Nd:YAG или Nd:YVO)

Кристаллические лазеры генерируют лучи из кристаллов Nd:YAG (алюмоиттриевый гранат с неодимом) или Nd:YVO (ортованадат иттрия с неодимом). Последний встречается чаще.

Эти кристаллы создают лучи с высокой режущей способностью. Однако они дороги и недолговечны, имея низкий период полураспада — от 8 000 до 15 000 часов. Их часто применяют для резки пластика, металлов и неметаллов, включая керамику.

7 преимуществ лазерной резки листового металла

Давайте рассмотрим преимущества лазерной резки листового металла для производственного сектора.

1. Высокая точность и аккуратность

Лазерная резка отлично подходит для листового металла благодаря своей экстремальной точности. Станки способны выполнять сложные разрезы с высочайшей точностью. В промышленности лазерная резка является основным методом для раскроя листового металла с мелкими деталями, требующими жестких допусков.

Некоторые резаки могут выполнять точные разрезы с погрешностью до 0,0005 дюйма. Именно поэтому технология остается востребованной в большинстве производственных компаний. Поскольку лазер расплавляет металлические части, резаки практически не оставляют заусенцев. Вместо этого получается чистая, гладкая и острая кромка.

2. Автоматизированный процесс

Лазерная резка управляется системами числового программного управления (ЧПУ). Как только технический оператор вводит программы в компьютер, процесс идет независимо. Следовательно, требуется меньше человеческого вмешательства и трудозатрат. Кроме того, практически отсутствует риск ошибки при повышенной эффективности резки.

3. Предотвращение повреждений

Существует заблуждение, что лазерная резка металла вызывает коробление. Однако это не так. Тепло от лазерной резки воздействует только на мельчайшие участки материала, не влияя на общие допуски.

Более того, процесс лазерной резки происходит быстро; лазеры нагревают и расплавляют только те части, которые нужно удалить. Таким образом, тепло не оказывает существенного влияния на другие части материала. В большинстве случаев деформация или коробление материалов отсутствуют.

4. Совместимость с большинством материалов

Еще одним важным преимуществом этого метода субтрактивного производства является его способность работать с широким спектром материалов. Он легко режет медь, алюминий, нержавеющую сталь или даже титан. Ведь процесс предполагает использование лазеров при очень высоких температурах для плавления материала.

5. Относительно низкая стоимость

Разумеется, станки для лазерной резки стоят дорого. Однако по сравнению с другими станками с ЧПУ, этот метод более экономичен. Более того, это универсальный станок — один лазерный станок подходит для всех ваших операций по резке. Вам не нужна модификация оборудования для различных видов реза.

Кроме того, он долговечен. Устройство не контактирует с материалами, которые вы режете, поэтому трение и износ поверхности практически отсутствуют. Также в нем нет множества движущихся частей, что снижает требования к техническому обслуживанию. В целом, эксплуатационные расходы при использовании лазерного резака ниже по сравнению с другими традиционными производственными инструментами.

6. Высокая универсальность

Помимо совместимости с большинством материалов, процесс отличается высокой универсальностью. В отличие от других устройств, лазерный резак можно использовать для множества функций: от простых до сложных разрезов, а также для задач, требующих жестких допусков и замысловатых конструкций. Эта особенность делает его отличным выбором для большинства отраслей промышленности.

7. Низкое энергопотребление

Действительно, лазерным резакам требуется энергия для эффективного нагрева и плавления материалов во время резки. Однако эта техника резки более энергоэффективна, чем другие методы.

Кроме того, в отличие от других станков, в нем меньше движущихся частей, что означает меньшие потребности в энергии. Высокая скорость работы станка также обеспечивает быстрое выполнение резки, экономя время и электричество.

Минусы лазерной резки листового металла

К основным недостаткам лазерной резки листового металла относятся следующие:

1. Требуется технический оператор

Чтобы эффективно использовать станок для лазерной резки, необходим эксперт, который понимает все его функции и может вовремя заметить проблему для внесения корректировок. Если вы настроите устройство неправильно, вы можете повредить материалы или сам станок. Поэтому, если вы хотите запустить услуги лазерной резки, вам нужно нанять профессионала.

2. Ограничения по толщине металла

Лазерные резаки отлично совместимы с большинством материалов, особенно с листовым металлом. Однако при работе с толстыми металлами стоит рассмотреть другие методы. В большинстве отраслей промышленности лазерные резаки раскраивают алюминиевые листы с максимальной толщиной 15 мм и стальные — до 6 мм.

3. Выброс вредных паров и газов

Мы установили, что лазерная резка использует тепло для плавления материалов. В процессе плавления в окружающую среду выделяются вредные пары и газы. Поэтому использовать такие станки рекомендуется в хорошо проветриваемых помещениях.

4. Высокие первоначальные инвестиции

Стоимость приобретения высококачественного лазерного резака велика. Она почти в два раза превышает цену других режущих станков, таких как установки гидроабразивной резки. Чтобы начать бизнес с лазерным резаком, вы должны быть готовы к серьезным первоначальным вложениям.

Источник статьи: waykenrm.com