Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео

В строительной и производственной сферах большой популярностью пользуется нарезка деталей при помощи лазерных установок. Механическое воздействие на материал при таком процессе сводится к нулю, и это гарантирует отсутствие деформаций рабочей поверхности. Эксплуатация лазеров позволяет получить высококачественные детали, избежав при этом производственных затрат, связанных с человеческим фактором. Однако лазерная резка металла от 1 детали имеет ряд нюансов. Предлагаем с ними ознакомиться.

Технология раскроя лазером, особенности, принцип работы, фото

Раскрой металла лучом лазера (CO2) происходит по причине действия следующих физических процессов:

  • Металл, поглощая энергию излучения, нагревается до температуры плавления.
  • Дальнейшее действие установки переводит процесс плавления в стадию кипения и испарения металла.
  • После испарения всей толщины зоны реза металла, луч продолжает двигаться по траектории, которая задана технологической картой раскроя. Далее последовательность процессов плавления, кипения и испарения обеспечивает технологический процесс резки.

Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео

Лазерная резка, выполняющаяся на трехмерной станке. Фото TRUMPF

Описанный здесь способ применяется лишь для раскроя тонкостенного листа. Для резки толстых заготовок для устранения металла зоны реза испарением потребуется очень мощная установка, применение которой сделает технологию неэффективной. Обычно ограничиваются доведением нагрева до состояния плавления и удалением жидкого расплава давлением струи вспомогательного газа (кислорода, азота, воздуха, инертных газов).

ГОСТ

Оценить качество изготавливаемых заготовок на том или ином виде оборудования помогает нормативно-техническая документация (стандарты, технические требования к чертежам и другая). В советские времена точность и качество поверхности реза регламентировалась для деталей и заготовок, получаемых кислородной и плазменно-дуговой резкой государственным стандартом 14792-80. Требования к лазерной резке указывались в основном в чертежах, где деталь после этой технологической операции могла быть уже готовым изделием.

В современной международной системе качества существует стандарт ISO 9013, в котором кроме газопламенной и плазменной резки устанавливаются требования к качеству реза лазерной резки. В зависимости от конструкторских и технологических требований допуски на размеры согласно стандарта имеют 5 классов точности. Самые строгие допуска имеет первый класс. Кроме допусков на размер при обработке, стандарт предъявляет требования к поверхности реза:

  • допуск на перпендикулярность или конусность;
  • качество шероховатости поверхности реза;
  • размеры оплавления краев или зону термического влияния.

Для лазерной резки толщина классифицируемых стандартом ISO 9013 заготовок от 0,5 мм до 40 мм.

Видео

Работа установки по раскрою листа представлена в расположенном далее видео. В нем хорошо просматриваются технологические переходы в виде процессов врезания и выполнения основной операции реза основного контура.

Виды: 3D, художественная, декоративная, фигурная, и прочие

Лазерная технология легко адаптируется с обработкой материала, управляемого с помощью компьютера. Лазерное оборудование с ЧПУ имеет возможность управления исполнительным элементом в пятиосевой системе координат. Это дает возможность вырезать объемные детали для различного вида механизмов. Создание корпусов из тонкостенного материала для приборов, объемных рекламных конструкций, изменения дизайна готовых штампованных изделий, раскрой труб, профилей, сфер позволяет 3D лазерная технология.

Изготовить фигуры сложной конфигурации, которые сравнимы с художественными произведениями на тонкостенных легкодеформируемых и хрупких материалах возможно лазерной технологией на станках с ЧПУ. Отсутствие механического контакта одно из достоинств такой технологии. При этом изделие выполняется в окончательно готовом виде с исключением риска испортить внешний вид дополнительной обработкой.

Производительность и минимум отходов при раскрое тонких металлических листов оставляют лазерную резку практически вне конкуренции в этой области промышленности.

Плазменная и лазерная, преимущества и недостатки, сравнение, чем отличается, что лучше

Главным конкурентом в ряду тепловых способов резки для лазерной технологии является плазменная резка. Отличие заключается в источнике теплоты для нагрева поверхности заготовки — в одном случае это сфокусированный луч, в другом — сжатая плазменная дуга.

Плазменная резкаТочность изделий изготовленных лазерной резкой выше, чем плазменной. При этом при обработке материалов с одинаковой толщиной поверхность реза по показателю перпендикулярности кромок и ширине прорези будет выше у лазерной резки. При обработке заготовок толщиной до 4 мм., поверхность останется ровной и прямой, толстые заготовки будут иметь незначительный скос (до 0,5°). Конусность при плазменной резке может доходить до 10°.

Способность сфокусированного излучения нагревать небольшую зону вокруг зоны реза уменьшает тепловую деформацию обрабатываемого материала. Плазменная резка вызывает термическую закалку металла вокруг реза, что требует дополнительную обработку для снятия напряжений и зачистку кромок от окалины.

Недостаток лазерной резки в ограниченной толщине обрабатываемых заготовок. Плазменная резка значительно более универсальна к обрабатываемым типоразмерам заготовок. Однако при обработке малых толщин преимущества лазерной резки в точности изготовления реза и скорости обработки доминируют в конкуренции с плазменной резкой.

Гибка, гравировка, сварка, порошковая покраска и сопутствующая обработка

Лазерная резка по своей сути является заготовительной операцией при производстве, например, корпусных деталей для механизмов. Заказчика интересует, прежде всего, готовое изделие, а не какой-то недоделанный полуфабрикат в виде раскроенной из листа заготовки. Поэтому создание производств, в составе которых, кроме лазерного оборудования с ЧПУ, находятся станки гибки с программным обеспечением, современное сварочное оборудование и камеры для нанесения покрытия, например, полимерного порошкового создают покупателю возможность приобретения готового изделия «под ключ».

Высокая точность резки обеспечивает заготовку для гибки без какой-либо дополнительной обработки. Совместное создание программ для лазерной резки и гибки позволяет повысить технологичность гибочных операции путем выполнения оптимального раскроя.

Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео

Плазменная сварка

Технология использования сфокусированного луча применяется в гравировке некоторых изделий, например, ювелирных, где важна четкость и долговечность изображения. Процесс образования изображения на изделии происходит следующим образом — луч определенное (короткое) время воздействует на металл, нагревая его. Нагретый металл меняет свою структуру в связи с переходом в другое фазовое состояние, вследствие чего меняется цвет нагретой поверхности. Изображение получается на контрасте основной поверхности и обработанной лазерным лучом.

При изменении в технологии времени воздействия луча (увеличение его продолжительности) часть верхнего слоя испарится, что еще больше усилит контрастность изображения. Такая гравировка не истирается и прослужит долгое время.

Технологии резания металлов могут выполняться помимо лазерной другими способами. Особенности рубки металла на гильотине, резки на ленточнопильных станках, плазменной и гидроабразивной резок рассмотрены в статье по ссылке «Станки лазерной резки металла».

Положительные моменты применения технологии лазерной резки металла.

Преимуществами нарезки изделий при помощи точно направленного лазера на специальном станке являются:

  • Точно направленный луч разделяет лист на части без механического воздействия на его поверхность – отсутствие какой-либо силы и нажима на металл мягких сплавов полностью исключает возможность его деформации, загибов или возникновения других дефектов по такой причине.
  • Универсальность применения – обрабатывать таким способом можно практически все виды сплавов на станках разных типов и мощности лазера.
  • Элементы, которые обрабатываются таким методом, не нагреваются, и их можно сразу отправлять на следующие этапы производства.
  • Автоматизация процессов работы станка и раскрой листа с использованием специального программного обеспечения позволяет экономить ресурс предприятия на оплату труда сотрудников и обеспечивает снижение объемов обрезков. Такой подход позволяет снизить стоимость готовых элементов благодаря оптимальным затратам на их изготовление.
  • Лазер точно по запрограммированному трафарету, быстро, без лишних манипуляций создает разрезы установленных параметров толщины, глубины, что позволяет выпускать серийную продукцию в оптимально короткие сроки.
  • Функциональность станков для лазерной резки позволяет наладить проведение большого количества работ – высверливание отверстий разного диаметра, глубины и сложности, гравировка поверхности разных товаров для надежного нанесения необходимых данных, фрезеровка и другие.
  • Во время обработки исключен риск облома, царапин или порчи заготовки благодаря минимальному контакту оператора установки с ней и отсутствию применения силы.
  • Простота использования станков – наличие программного обеспечения устройства позволяет автоматизировать процесс и наладить работу под контролем электронной системы, которая не допускает ошибок или неточностей в своей работе в отличие от работы человека.
  • Для производства серийных деталей можно загрузить готовый трафарет, по которому будут вырезаться элементы для гарантии точного соблюдения размеров и параметров продукции.
  • Разнообразие станков по мощности и габаритам позволяет устанавливать их в мастерских и цехах для достижения конкретных целей и создания необходимых деталей.

Минусы лазерных станков.

Как любые другие механизмы и устройства, лазерные станки имеют недостатки:

  • Ограничение параметров листового материала, который можно качественно отработать без проблем. Толщина металла не должна превышать показатели в 4 сантиметра.
  • Технология достаточно затратная, что отображается на стоимости готовых товаров.
  • Проводить работы для создания внутренней резьбы или необходимых рельефов лазерными установками не получится.

Лазерная резка – это направление обработки листового металла для создания большого количества высокоточных и качественных деталей для промышленности и бытового применения.

Описание технологии

Станок для лазерной резки металлаПри применении лазерной резки вальцуемый металл подвергается влиянию эффектов отражения и поглощения излучения от лазера. Изменение габаритов и формы элементов при лазерной обработке достигается благодаря воздействию двух результатов излучения: плавления и испарения. Описание процесса заключается в следующем:

  • Лазерный луч оказывает воздействие на железо в определенной точке.
  • Сначала элементы оплавляются до оптимальной температуры, потом начинается процесс плавки металла.
  • В фазе плавления возникают углубления.
  • Влияние энергии излучения лазера приводит ко 2 фазе процесса — кипит и испаряется металлическое вещество.

Однако, последний механизм требует высоких энергозатрат и осуществим лишь для достаточно тонкого металла. Поэтому на практике резку выполняют плавлением. При этом в целях существенного сокращения затрат энергии, повышения толщины обрабатываемого металла и скорости разрезания применяется вспомогательный газ, вдуваемый в зону реза для удаления продуктов разрушения металла. Обычно в качестве вспомогательного газа используется кислород, воздух, инертный газ или азот. Такая резка называется газолазерной.

Типы установок, как работают, картинки: портативные, с ЧПУ и не только

Области применения лазерных установок не ограничиваются одним только раскроем листов металла, где используются в основном портальные лазерные станки с ЧПУ.

Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео

Станок для лазерной резки металла с ЧПУ GF3015/4020 Plus. Фото Farley Laserlab

Технологии обработки нашли себе применение в малом и среднем предпринимательствах, в которых владельцы ограничены в производственных площадях. Здесь материалы обрабатываются на портативном лазерном оборудовании и станках, которые можно переносить на другое место работы.

Более подробно о типах лазерных установок в статье по ссылке «Станки лазерной резки металла».

ОКОФ

ОКОФ — общероссийский классификатор основных фондов, нормативный документ по которому определяются амортизационные группы. Правильное определение кода ОКОФ для основных средств — это гарантия сдачи налогового учета без замечаний от контролирующей налоговой организации.

Код ОКОФ для лазерной сварки и резки 14 2922796. По классификатору это оборудование относится к третьей амортизационной группе основных средств. Производитель обычно указывает срок гарантийного использования в паспорте станка.

Популярные марки и модели станков: TRUMPF и прочие

Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео

Станок для 2-мерной лазерной резки TruLaser 1030 fiber. Фото TRUMPF

Оборудованием резки металла лучом занимаются все больше фирм как зарубежных, так и российских. Этому способствует стремительное развитие науки о физике твердого тела. Не сдают свои позиции фирмы, занимающие лидирующее положение на рынке лазерных технологий. Краткая информация о некоторых из них.

Компания «TRUMPF»(Германия) выпускает широкий ассортимент лазерного оборудования:

  • станки 2D и 3D резки;
  • труборезные станки;
  • станки с комбинированной технологией вырубки и лазерной резки;
  • станки для лазерной маркировки.

Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео

Лазерный станок для металла Wattsan 1530 Basic. Фото WATTSAN

Станок для трехмерной резки модели TruLaser Cell 8030 может вырезать объемные детали аналогичные полученным методом горячего деформирования. На станке возможно изготовить некоторые каркасные детали кузова автомобиля.

Компания «WATTSAN» (Китай) — лидер лазерно-гравировального оборудования на российском рынке. Отличная сборка и постоянство характеристик в работе наряду с относительно невысокой ценой привлекают покупателей.

Для резки и гравировки неметаллических материалов домашнему мастеру стоит обратить внимание на настольный малогабаритный лазерный станок WATTSAN micro 0203. На рабочем столе станка габаритами 200 мм х 300 мм можно резать и гравировать пластмассу толщиной до 6 мм и дерево толщиной до 3 мм.

Режимы

Резка лазером металлических заготовок зависит от следующих факторов:

  • диаметра луча;
  • мощности привода;
  • обработки материалов защитными составами;
  • количества линз, их расположения;
  • вида металла или сплава, который подвержен обработке;
  • толщины заготовки;
  • предварительной очистки металла от ржавчины, грязи.

Также на скорость разделения деталей влияет используемый инертный газ. Например, если заменять кислород обычным воздухом, производительность аппарата снизится вдвое.

От выбранного режима создания реза зависит его качество. Главные факторы, которые влияют на состояние готового реза — скорость движения рабочей головки, толщина детали. Раскрой по металлу желательно совершать не спеша, чтобы не испортить рез.

Разновидности лазерных приборов

Лазерный станок для резки деталий из металлаЛазер состоит из элементов:

  • Особенного ключа энергии (системы накачки).
  • Рабочего объекта, обладающего возможностью вынужденного излучения.
  • Оптического резонатора (набор специализированных зеркал).

Принадлежность обработки к той или иной вариации определяется по методу применяемого лазера и его мощи. Сейчас имеется следующее классифицирование лазеров:

  • Твердотельные (мощь не более 7 квт).
  • Газовые (мощь до 22 квт).
  • Газодинамические (мощь от 110 квт).

В производственных целях большей известностью пользуется обработка железа с твердотельным прибором. Светоизлучение может подаваться в импульсном или сплошном режиме. В качестве трудового тела применяется рубин, стекло с добавкой неодима или CaF2 (флюорит кальция). Главным достоинством твердотельных лазеров считается способность создания мощного импульса энергии за несколько секунд.

Газовые лазеры используются для обработки железа в технологических и научных целях. Активным катализатором выступает смесь газообразного азота, углекислого газа и гелия, элементы которых активизируются электрическим разрядом и дают лазерному лучу монохромность и направленность.

Огромной мощностью отличаются газодинамические устройства. Рабочее тело — углекислый газ. Сначала газ прогревается до самой высокой температуры, потом он пропускается через небольшой канал, где случается расширение и последующее охлаждение углекислого газа. В результате этой процедуры выделяется энергия, применяемая для лазерной обработки железа.

Газодинамические устройства можно применять для обработки железа с любой поверхностью. Благодаря небольшому расходу лучевой энергии, их можно разместить на расстояние от обрабатываемой части и при этом сберечь качество резки железа.

Что представляет собой станок (установка, оборудование) для лазерной резки металла?

В настоящее время видов лазерных установок, обладающих достаточными показателями мощности для работы с металлическими листами и изделиями, имеется немало. Их принято делить на три типа:

  • Газовые. Могут быть с поперечной либо с продольной прокачкой смеси газов (чистых газов – гелий, азот, углекислый газ), применяемых в качестве рабочего тела. Принцип работы данных лазеров такой: газовая композиция через специальную трубку прокачивается под действием насоса, а электроразряд для ее накачки обеспечивают атомы газа, находящиеся в энергетически активном состоянии. Достаточно мощными и при этом компактными лазерами являются углекислотные щелевидные установки. Они признаются самыми простыми и эффективными в работе.
  • Твердотельные. В их конструкции обязательно имеется лампа накачки, без которой на рабочее тело невозможно будет передать требуемое излучение. Рабочим телом при этом выступает стержень (в промышленном оборудовании его обычно делают из высокочистого искусственного рубина, легированного неодимом иттриевого граната или из специального неодимового стекла). Как правило, твердотельные станки функционируют в импульсном режиме, но при необходимости их можно настроить и на непрерывную работу.
  • Газодинамические. Похожи на газовые установки (по сути, являются их разновидностью), но в них газ требуется нагревать до 2–3 тысяч градусов, после чего пропускать через специальное сопло на сверхзвуковой скорости, а затем охлаждать. Весь процесс из-за множества операций получается дорогостоящим и сложным, поэтому газодинамическое оборудование используется крайне редко.Фото газодинамического станка для лазерной резки металла, stanki-deka.ru

В конструкции любого станка для резки лазером предусмотрено наличие:

  • комплекса образования и передачи газа и излучения (в его составе – сопло, механизм подачи газа, поворотные зеркала, юстировочный лазер, система фокусировки, оптический затвор, механизм стабилизации зазора и фокальной поверхности и другие элементы);
  • излучателя с зеркалами резонатора, активной средой, элементами комплекса накачки и устройством модуляции, если таковое необходимо для работы установки;
  • автоматической системы управления с рядом подсистем, которые управляют и контролируют все параметры станка;
  • координатного устройства, необходимого для перемещения в пространстве детали и луча лазера.

Инновационные лазерные комплексы

Лазерная установка для резки металлических изделийВсемирная станочная индустрия идет в ногу со временем и дает своим потребителям всевозможное электрооборудование для резки железа. Многокоординатные аппараты призваны сменять громкие и низко плодотворные механические резаки. Энергия лазера зависит от специфичности производства и финансового обоснования избранного агрегата. Новейшее поколение прецессионных разделывающих станков с ЧПУ разрешают проводить отделку материалов с верностью до 0,005 мм. Метраж обработки отдельных моделей лазерных установок достигает многих квадратных метров.

Огромным достоинством считается минимизирование человеческого фактора, содержащаяся в высокой автоматизации промышленного процесса. Геометрия компонентов задается в макропрограммный блок, исполняющий управление лазером и трудовым столом с болванкой. Системы настройки фокуса машинально выбирают приемлемое расстояние для действенного резания.

Специфические теплообменники регулируют температуру лазерного агрегата, выдавая оператору контрольные сведения настоящего состояния инструмента. Лазерный механизм оснащается клапанными приспособлениями для подключения газобаллонного снабжения, чтобы снабдить подачу запасных газов в рабочую часть. Система дымоулавливания призвана улучшить расходы на вытяжную вытяжку, включая её прямо в момент обработки. Зона обработки полностью экранируется предохранительным кожухом для защищенности обслуживающего персонала.

Резка листового железа на современном оборудовании преобразуется в легкий процесс задания числовых характеристик и получения на выходе готового компонента. Продуктивность оборудования впрямую зависит от характеристик станочного комплекса и квалификации оператора, формирующего программный код. Методика резки железа пропорционально вписывается в концепцию роботизированного изготовления, призванного полностью избавить человека от тяжелого труда.

Изготовители предлагают разные типы лазерных станков:

  • Многоцелевые.
  • Специальные.

Станки для лазерной резки различного металлаСтоимость первых больше, но они дают возможность производить некоторое количество операций и выпускать детали более трудной формы. Немалое количество рыночных услуг дает возможность выбора для заинтересованных покупателей.

Профессионалы машиностроительных предприятий понимают возможности использования предоставленной технологии для изготовления точных деталей с превосходной шероховатостью. Область использования обширна: от обычного раскроя листового металлопроката до приобретения сложных кузовных деталей автомашин.

Видимые плюсы нарезки железа сводятся к нескольким аспектам:

  • Высокое качество отделанной поверхности.
  • Бережливость материала.
  • Умение работы с непрочными материалами и мелкими заготовками.
  • Вероятность получения компонентов сложной конфигурации.

Среди минусов:

  • Высокая цена оснащения.
  • И расходных материалов.

Нарезка железа и цветных металлов пользуется огромным рыночным спросом. Лазерные технологии интенсивно применяются в декоративном творчестве при создании дизайнерских украшений и уникальных сувениров.

Решение об использовании обработки должно приниматься с учетом расчета окупаемости оснащения и величине рабочих расходов. В настоящее время подобные установки могут себе разрешить в основном большие предприятия с немаленьким производственным циклом. С раскручиванием технологии будут уменьшаться стоимость станков и величина употребляемой энергии, поэтому в будущем лазерные агрегаты вытеснят своих конкурентов.


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий