Отличительная особенность лазерного луча в том, что оно способно обеспечивать гигантскую концентрацию энергии на сравнительно малой поверхности. Именно поэтому лазерная резка является универсальным инструментом для высокоточного раскроя сталей, цветных сплавов, алюминия и нержавейки. Резка с использованием лазерной энергии характеризуется высокой скоростью, точностью, безотходностью. Она используется практически во всех отраслях промышленности: авиакосмической, приборостроительной, локомотиво- и автомобилестроительной. С помощью лазерного излучения производят элементы облицовки для судов различного типа.
Наряду с высокой скоростью и минимальной погрешностью лазерный станок металла обеспечивает исключительное качество реза. Кромки и поверхность не требуют дополнительной обработки после операции раскроя, что положительно сказывается на себестоимости изготовления металлоконструкций, изделий, конструкционных элементов машин и механизмов.
Материалы и цены
Сталь, сплавы алюминия и нержавейка обладают определёнными особенностями, оказывающими влияние на качество лазерной резки. Процесс раскроя сопровождается активным плавлением поверхностного слоя металлов, его испарением, выделением газа, выдуванием продуктов горения из зоны резки с помощью вспомогательных газов.
При выборе станка или установки для лазерной резки металла руководствуются вязкостью металла, его теплофизическими характеристиками и оптическими свойствами.
Стоимость резки
Сплавы алюминия отличаются низкой способностью к поглощению лазерного излучения. Наряду с этим они обладают высокой теплопроводностью. Поэтому для раскроя алюминия применяют станки с высокой мощностью лазерного излучателя. Для резки алюминия лучше всего подходит оборудование с твёрдым рабочим телом или газовым наполнителем. В большинстве своём такие установки работают на углекислом газе, или смеси азота и углекислого газа. Аргон в качестве инертной среды используется реже, так как его стоимость выше. Твердотельные установки применяются в повторно-импульсном режиме работы, а газовые могут использоваться в непрерывном цикле.
Средняя цена лазерной резки листа алюминия толщиной 1 мм составляет 12-15 рублей.
Большинство изделий из нержавеющей стали производится благодаря технологиям лазерной резки. Нержавейка обладает повышенной прочностью и специфическими механическими характеристиками, что накладывает отпечаток на особенности её раскроя. На качество реза оказывают влияние такие факторы, как:
- наличие в составе легирующих компонентов;
- наличие тугоплавких оксидов в конкретном сорте нержавейки;
- степень текучести металла.
Именно поэтому нержавейку редко режут в газовой среде. Обычно используется азот. Его подают в рабочую зону под давление 20-25 атм, что способствует интенсивному охлаждению зоны реза.
Средняя стоимость резки листа металла из нержавеющей стали толщиной 2 мм составляет 40-50 рублей.
Цветные металлы также часто обрабатывают при помощи лазерных станков с ЧПУ. Они отличаются высокой теплопроводностью и низким коэффициентом поглощения лазерного излучения. Для резки меди, латуни, бронзы применяют только твердотельное оборудование. Лазерные станки, работающие на газовых средах, не подходят. Резку цветных металлов, как правило, выполняют в импульсном режиме. Это позволяет понизить температуру в зоне реза и снизить риск температурных деформаций.
Понятие о качестве реза
Лазерная резка металлов относится к термическим процессам, на него распространяются действия европейского стандарта по качеству EN ISO 9013 «Термическая резка». Он определяет классы и виды термической резки, допустимые геометрические параметры, требования к качеству.
В понятие «качества резки» входит широкий спектр технологических процессов, начиная от приобретения сырья и заканчивая условиями хранения. Если рассматривать качество резки более пристально, то в понятие включается и оптимальное раскладка «контуров деталей» на листе металла, объём холостого, т.е. непроизводительного хода режущей головки, скорость раскроя.
Факторы, влияющие на качество резки
Если принимать во внимание все аспекты технологии лазерной резки, то окажется, что она начинается с «железной руды». Т.е. на начальном этапе необходимо правильно выбрать поставщика сырья. Металл должен отличаться стабильным химическим составом и иметь минимальный объём неметаллических включений.
Очень важно, как именно поставщик хранит продукцию перед тем, как отгрузить её клиенту. К примеру, наличие тонкой масляной плёнки на поверхности металла может оказать положительное влияние на качество резки, а коррозия приводит к обильному образованию грата. Стабильный химический состав особенно важен для толстолистового металла, толщина которого составляет 10-14 мм. Дисбаланс химических элементов приведёт к необходимости постоянной корректировки параметров резки: для каждой новой партии придётся перенастраивать оборудование. Это негативно отражается и на скорости исполнения заказа, и на себестоимости изготовления продукции.
Непосредственное влияние на качество технологического процесса лазерной резки оказывают:
- длина волны лазера;
- мощность лазерного излучения;
- модовый состав лазерного источника;
- качество отражающей поверхности поворотных зеркал;
- качество основного и вспомогательного газов;
- точность позиционирования лазерной головки;
- длина фокуса оптической линзы.
И это лишь базовые параметры. На самом деле их более 50.
Изделия
Лазерная резка металла – это возможность реализовать любые дизайнерские задумки: от создания декорирующих элементов ландшафта до утончённых украшений и оригинальных сувениров. Современное программное обеспечение позволяет воссоздать макет будущего изделия с точностью до тысячной миллиметра. Особенно развиты услуги лазерной резки в рекламном бизнесе. На «лазерах» с ЧПУ производят объёмные буквы из акрила, рекламные щиты, вывески, таблички, витрины.
Другое популярное направление использования лазерных станков – гравировка по металлу. Поверхностный слой выжигается на глубину до 0,1 мм, создавая красивые надписи, узоры, рисунки с высокой степенью разрешения. Чёткость, точность, долговечность лазерной гравировки применяется при создании печатей и штампов, предметов интерьера, памятных подарков.
Для классификации и верификации изделий используется и лазерная маркировка. Классический пример – надписи на кнопках сотовых телефонов. Они выполняются с помощью лазерных маркеров. Даже при высоте символов 1-2 мм они чётко видны и легко читаются. Лазерная маркировка долго не выцветает и не смывается. Этим объясняется её широкое применение в промышленности.
Виды реза
В промышленном производстве принято различать несколько видов реза:
- Разделительный. Он используется для деталей, подвергающихся дополнительной обработке для достижения шероховатости Rz 40-120. Скорость реза обратно пропорциональна толщине металла. Чем ниже скорость, тем выше качество реза;
- Качественный. Используется в отношении металлических заготовок, обрабатываемых с минимальным припуском. Обычно скорость реза составляет 50-70 % от максимальной для данного металла, шероховатость Rz 40-120;
- Тонкий. Тонким резом выполняют раскрой металла, который поступает на шлифовку или полировку. Скорость реза 20-30 % от номинальной. Ширина реза не превышает 0,4 мм при толщине изделия до 80 мм;
- Точный или прецизионный. Рез используется в отношении заготовок, не планируемых для дальнейшей обработки. Скорость реза не выше 10 % от максимальной, шероховатость Rz 20.
На выбор конкретного вида всегда оказывают влияние два параметра: требования к точности детали и требования к шероховатости поверхности.
Примеры использования лазерной резки
Лазерная резка широко применяется для:
- обработки сортового металлопроката;
- изготовления отдельных элементов конструкции автомобилей, судов, самолётов, беспилотных летательных аппаратов;
- изготовления защитных панелей двигателя, кабины специальной техники: бульдозеров, тракторов, экскаваторов;
- производства декоративных покрытий из нержавеющей стали.
Помимо этого лазерная резка металлов используется для изготовления отверстий в рабочих элементах паровых турбин, выполненных из нержавеющей стали толщиной 6-10 мм, насосных и турбинных колёсах реактивных двигателей. С помощью лазера делают отверстия на трубных заготовках, используемых при производстве двигателей внутреннего сгорания.
На производствах, связанных с механической обработкой металлов, с помощью лазерных станков с ЧПУ производят шаблоны, лекала, эталоны, образцы. Эффективность использования лазера доказана многолетним серийным производством дисков для пил, ножовочных полотен, инструмента и оснастки для токарных, фрезерных, шлифовальных и координатно-расточных станков.
В судостроении с помощью лазерных станков высокой точности производится раскрой тонколистового металла толщиной 2-5 мм. Его объём применения при строительстве кораблей и плавсредств различного типа составляет до 20 %.
В химической промышленности лазерный раскрой металлов, алюминия и нержавейки применяется для производства ножей грануляторов. Стоимость производства продукции с использованием «лазера» в 2-3 раза ниже, чем при традиционном механическом методе изготовления.
Рекомендуем почитать
