Лазерная резка – наиболее эффективная, качественная и высокопроизводительная технология раскроя листового металла. Процесс резки заключается в воздействии на металл сфокусированным лазерным лучом, который быстро нагревает материал в зоне реза, что приводит к его плавлению, а при более высокой температуре – испарению.
Преимущества лазерной резки
- Широкий спектр обрабатываемых материалов: черная, углеродистая, легированная, в том числе, нержавеющая сталь, медь, латунь, бронза, титан, алюминий и, другие металлы и сплавы.
- Гладкие качественные кромки разреза не требуют последующей обработки, что снижает себестоимость готовых изделий или деталей.
- Высокая точность реза (до 0,02 мм).
- Очень высокая скорость обработки тонких листов из стали и твердых сплавов.
- Отсутствие механического контакта с металлом дает возможность резать хрупкие и легко деформирующиеся материалы без риска их повреждения. Тончайший лазерный луч воздействует на металл только в зоне реза, не нагревая остальную поверхность, что позволяет предотвратить деформацию материала.
- Лазерные станки с ЧПУ позволяют вырезать изделия различной конфигурации, в том числе, с острыми углами и криволинейные любой степени сложности, а также изделия нестандартных форм.
- Простота управления станком.
- Отсутствие пыли и производственных отходов.
- Длительный срок службы режущего инструмента и лазерного станка в целом. Лазерный луч не может сломаться или затупиться, что характерно для механических инструментов. Луч не нужно очищать от налипшей стружки, останавливая для этого производственный процесс. Волоконный лазерный источник (самая дорогостоящая часть лазерного станка) служит более 100 000 часов.
Недостатки лазерной резки
- Относительно высокая стоимость лазерных станков по сравнению с плазменной резкой
- Наличие ограничений по толщине листового металла, как правило до 25 мм.
- Неисправная работа оборудования может привести к потере качества: увеличению шероховатости кромок, образованию грата и т.д. Причинами возникновения дефектов могут быть: некачественное сырье, неправильная настройка лазерного станка, технические неисправности оборудования, некорректно составленная управляющая программа или низкая квалификация оператора лазерного станка с ЧПУ.
Методы лазерной резки
Испарение
Этот метод предполагает нагревание металла лазерным лучом до температуры кипения, вследствие чего происходит испарение материала в зоне реза. При этом лазерный источник генерирует очень короткие импульсы и излучает более мощный световой поток по сравнению с непрерывным лазерным излучением. Этот процесс требует значительно больших энергозатрат и большей мощности оборудования по сравнению с резкой методом плавления, так как требуется нагреть металл до более высокой температуры. Например, алюминий плавится при температуре 660 °С, а кипит при 2518,82 °С. Из-за высоких затрат резку методом испарения используют довольно редко, например, для резки листов малой толщины и вырезания тонких деталей.
Плавление
Данный метод позволяет существенно снизить затраты энергии, использовать оборудование меньшей мощности и резать более толстые листы металла.
В процессе резки лазерный луч нагревает материал до температуры плавления, а поток вспомогательного газа (кислород, азот, аргон, воздух) выдувает расплавленный металл из зоны реза, охлаждает кромки срезов, предотвращая их деформацию, а также выполняет другие важные функции, которые зависят от вида используемого газа.
Лазерная резка металла кислородом
При взаимодействии кислорода с нагретым материалом происходит реакция окисления, в процессе которой выделяется много тепла, и значительно повышается температура в зоне обработки. Это дает возможность увеличить скорость обработки и толщину разрезаемого листа. Еще одно преимущество - низкая себестоимость производственной операции по сравнению с другими видами лазерной резки. Для резки с кислородом требуется меньше энергии, чем для резки с инертным газом и резки методом испарения.
Недостаток метода заключается в окислении кромок некоторых разрезаемых материалов. В связи с этим сфера применения метода включает резку черных металлов, нелегированных сталей, черной стали. Цветные металлы, нержавеющая сталь и другие легированные стали окисляются при контакте с кислородом, поэтому данный метод резки для них не подходит.
Лазерная резка металла в инертных газах (азот, аргон)
Эта технология применяется при необходимости предотвратить окисление кромок разрезаемого материала. Инертные газы отсекают от зоны реза атмосферный воздух, содержащий кислород. Таким образом, исключается контакт кромок с кислородом, кромки остаются чистыми, гладкими и не нуждаются в последующей обработке. Скорость резки в инертных газах ниже по сравнению с резкой в кислороде, а стоимость – выше, так как отсутствует окисление, которое является дополнительным источником тепла. Аргон применяют для резки титана, азот – для резки легированных сталей, нержавейки, цветных металлов, а также сплавов.
Оборудование для лазерной резки листового металла
В России распространены два вида лазерного оборудования: волоконные и газовые (СО2) лазерные станки. Важнейшее отличие между ними заключается в длине волны света, излучаемого лазером. Волоконные лазерные станки имеют длину волны 1064 мкм и очень малый диаметр фокуса, что обеспечивает высокую интенсивность луча (в 100 раз выше, чем у СО2 лазера при одинаковой излучаемой мощности) и высокую интенсивность нагрева материала. Кроме того, металлы, особенно цветные, хорошо поглощают коротковолновое лазерное излучение. В связи с этим для резки металлов наиболее эффективно применять оптоволоконные лазерные станки.
Длина волны у СО2 лазеров составляет 10,6 мкм. Это оборудование предназначено в первую очередь для работы с неметаллическими материалами (древесина, пластмасса, стекло, резина, пластики, керамика и т.д.). Цветные металлы (медь, алюминий, алюминиевые сплавы и т.д.) обладают высокой отражающей способностью для излучения с длиной волны 10,6 мкм. Поэтому СО2 лазерные станки не подходят для обработки этих материалов. Кроме того, газовые лазерные станки отличаются более высоким энергопотреблением, более сложны в обслуживании и имеют более сложную оптическую систему, нуждающуюся в периодической юстировке и диагностике.
Современные лазерные станки оснащены числовым программным управлением (ЧПУ), которое существенно упрощает производственный процесс. Управляющую программу, по которой выполняется резка, загружают в контроллер станка в виде специальных кодов, формирующих траекторию движения луча и другие параметры резки. Автоматизация процесса дает возможность быстро получать крупные партии полностью идентичных деталей любой сложности.
Особенности лазерной резки различных материалов
Металлы обладают различными химическими свойствами и по-разному воспринимают воздействие лазерного излучения. Поэтому лазерное оборудование выбирают и настраивают в зависимости от материалов, которые предстоит резать.
Медь
Медь отличается мягкостью и склонностью к деформации, поэтому при ее резке механическими способами могут возникнуть повреждения и большое количество отходов. Бесконтактное воздействие лазерного луча исключает эти недостатки.
Резку меди затрудняет ее высокая теплопроводность. Энергия лазера быстро рассеивается из зоны реза по листу материала. Справиться с этой проблемой помогает увеличение мощности лазерного луча, сокращение диаметра лазерного пятна и уменьшение скорости резки. Медь обладает высоким коэффициентом отражения, в связи с чем ее невозможно обрабатывать на СО2 станке. Для раскроя меди используют твердотельные, в частности, волоконные лазеры.
Максимальная толщина листа, возможная для лазерной резки, составляет 8 мм при мощности источника в 6 кВт. Для обработки большей толщины требуется чрезмерно высокая мощность оборудования, что приведет к увеличению энергопотребления и себестоимости. Тонкие медные листы режут в импульсном режиме. Для листов большой толщины применяют режим микроплазменной резки, при котором в зоне реза образуется плазма, нагревающая и расплавляющая материал. Сложность и стоимость резки меди зависят от толщины листа.
Латунь
Латунь представляет собой сплав меди и цинка, который придает материалу твердость, но и добавляет хрупкости. Как и медь, латунь обладает высокими теплопроводностью и коэффициентом отражения, поэтому при лазерной резке латуни следует придерживаться тех же рекомендаций, что и при резке меди.
Алюминий и его сплавы
Алюминий считается сложным для лазерной резки, так как его теплопроводность еще выше, чем у латуни. Для работы с алюминием применяют станки с мощным лазерным излучением. Параметры настройки станка зависят от толщины листа и процента содержания алюминия в материале. Резку проводят на небольших скоростях в целях предотвращения деформации, в качестве вспомогательного газа используют азот. Максимальная толщина реза 12-14 мм при использовании 6 кВт лазерного источника.
Как и другие цветные металлы, алюминий хорошо абсорбирует коротковолновое излучение, поэтому его легче резать на волоконных лазерных станках.
Углеродистая сталь
Для этого материала характерны высокое содержание углерода и отсутствие легирующих добавок. Чем выше процент углерода в составе стали, тем выше ее прочность и твердость. Для резки углеродистой стали используют вспомогательный газ кислород, который обеспечивает увеличение скорости резки и снижение энергозатрат. Если не требуется идеальная гладкость кромок, то в целях экономии кислород можно заменить воздухом, который подходит для резки тонких листов. При резке углеродистой стали на низкой скорости материал нагревается до температуры горения даже вне зоны воздействия лазерного луча. Это приводит к увеличению ширины реза и шероховатости.
Максимальная толщина реза 25 мм при использовании 6 кВт лазерного источника.
Нержавеющая сталь
Для резки этого материала не подходит кислород, так как он окисляет кромки разреза, и сталь перестает быть нержавеющей. В качестве вспомогательного газа следует использовать азот.
Максимальная толщина реза 14-16 мм при использовании 6 кВт лазерного источника.
Титан
Этот прочный и твердый материал нельзя резать ни в кислороде, ни в азоте, так как данные газы поглощаются поверхностью материала, что приводит к образованию хрупкого и ломкого слоя. Для работы с титаном необходимо использовать аргон или гелий. В процессе резки титана может возникнуть сильное свечение, поэтому оператор должен защищать глаза очками с высоким коэффициентом светопоглощения.
Резка листового металла в центре лазерных услуг INLASER.PRO
Центр оказывает услуги по резке металла на современных волоконных лазерных станках с ЧПУ. Мы имеем возможность выполнять заказы любого объема и сложности по приемлемым ценам. Наше оборудование позволяет осуществлять резку следующих материалов при использовании базового 4 кВт лазерного источника:
Мы предоставляем услуги заказчикам из всех регионов Российской Федерации. Для обсуждения условий выполнения заказа свяжитесь с нашими специалистами по электронной почте или телефонам, указанным на сайте.