Лазерне різання металу: метод різання, технічні характеристики, фізичні можливості

Лазерне різання – найбільш оптимальний і технологічний спосіб обробки різних видів металу. Цей спосіб обробки металу активно застосовується в промисловому виробництві і становить понад 35% всього використання лазера. Лазерне різання має ряд конкурентів: механічне різання з використанням полотен, абразивів і фрез, газокиснева і плазмова різка. Однак, у порівнянні з традиційними методами різання, використання лазера при обробці тонколистового металу, має ряд незаперечних переваг, таких як: простота, швидкість різання і якість поверхні різу.

Хоча сучасне обладнання лазерного різання має ряд переваг, але воно також має ряд обмежень для подальшого збільшення швидкості обробки. Облік деформації тонколистового прокату, що виникає при знаходженні його в рулоні без подальшої правки, а також температурні зміни в матеріалі під час інтенсивного нагрівання місця різу є одними з таких обмежень.

Надзвичайно важливим є дотримання стабільної фокусної відстані щодо листа, розкроювати, особливо на високих швидкостях і прискореннях переміщення ріжучої головки лазера.

З метою збільшення точності обробки, нарощуванням темпів виробництва застосовують лазерну різку.

Застосування лазерного різання металу можна назвати самим високотехнологічним і сучасним способом обробки металу. Сфокусоване лазерне випромінювання, яке забезпечує високу концентрацію енергії в одній точці, дає можливість розрізати майже всі метали і сплави, незалежно від їх теплових і фізичних властивостей.

до змісту ^

Технологія лазерного різання металу

Розкрій металу відбувається за рахунок наскрізного запису листа металу точно сфокусованим лазером. При цьому ступінь термічного впливу на навколишнє поверхню мінімальна, ніяких істотних змін в структурі металу не відбувається. Лазерне різання металу відбувається на спеціальних верстатах які призначені для лазерного різання. Управління лазером здійснюється за допомогою обчислювальної техніки. Передові верстати дозволяють робити різання з точністю до сотих долів міліметра. Сучасні лазерні установки здатні випромінювати лазерний промінь для різання металу товщиною 45 мм (різка стисненим киснем) і 50 мм (різка азотом). Лазерна ріжучий головка за допомогою ЧПУ і новітніх приводів здатна розвивати осьовий прискорення до 30 м / с2 і розвивати швидкість позиціонування до 10 м / с, що забезпечує максимальну продуктивність за рахунок зменшення часу холостого ходу.

Лазерне різання засноване на дії когерентного променя монохроматичного світла, випромінюваного лазером. Лазери дозволяють отримувати фокальна пляма, діаметр якого становить 0,1 мм, і, як наслідок, потужність випромінювання в фокусі до 5 МВт / см2, завдяки цьому процес відбувається при великій швидкості і товщина шва і зона термічного впливу невеликі. Товщина металу, ріжеться не повинна перевищувати 20 … 25 мм. Перевагами способу є економічність, можливість отримання деталей різноманітних форм з точністю 0,05 мм без нерівних поверхонь різання, автоматизація і роботизація процесу.

При створенні виробів методом лазерного різання промінь фокусується на заданій стінці і пропалює необхідну отвір. Відмінна керованість процесу запису також збільшує точність отворів.

до змісту ^

Лазерне різання металу застосування

Різка по металу лазером одним з найбільш ефективних методів різання металів і сплавів. Особливістю цього процесу є те, що характерний час перебудови кристалічної структури в металах і сплавах в умовах лазерної обробки стає рівним часу нагрівання та охолодження. Основними перевагами цього процесу є:

  • відсутність залишкових деформацій;
  • можливість формування в чавунах стали структур, що мають високу зносостійкість і твердість;
  • можливість управління геометричними розмірами зміцнених шарів.

З фізичної точки зору процес різання приповерхневого шару металів і сплавів зводиться до отримання структур, що ускладнюють перебіг процесів пластичної деформації, тобто до створення перешкод руху дислокацій.

На сьогоднішній день виконано велику кількість теоретичних і експериментальних досліджень, присвячених вивченню фізико-хімічних процесів, що протікають в матеріалах при впливі лазерного випромінювання. Доведено і науково обгрунтовано, одними з основних чинників, які суттєво впливають на тепловий стан матеріалу під час обробки лазерним променем, розподіл потужності пучка на оброблюваної поверхні, розміри і форма його перетину. Вдалий вибір цих характеристик дозволяє більш ефективно використовувати енергію випромінювання і значно розширити технологічні можливості лазерної обробки.

Лазерне різання дозволяє виготовляти мінімальні партії деталей або навіть поодинокі зразки без витрачання значних коштів. Велика щільність потужності лазерного випромінювання створює високу продуктивність процесу в поєднанні з відмінною якістю, що розрізають деталей. Нескладне і порівняно легке управління лазерним променем дає можливість робити різання по ускладненому контуру плоских та об’ємних виробів і заготовок з великим ступенем автоматизації процесу. Як здійснюється лазерна різка металу можна подивитися по фото.

На відміну від електронно-променевого методу, лазерна обробка виконується поза вакуумною камерою. Пристрій складається з блоку живлення і лазерної головки. Число імпульсів за хвилину регулюється в межах 0,25-12. У наш час лазерна обробка широко застосовується при свердлінні твердих матеріалів (алмазів, вольфраму, корозійно стійких сталей).

Ссылка на основную публикацию