Η τεχνολογία κοπής λέιζερ πρέπει να είναι εξοικειωμένη σε όλους. Η τεχνολογία κοπής λέιζερ είναι μια μέθοδος επεξεργασίας που χρησιμοποιεί μια δέσμη λέιζερ υψηλής ενέργειας για να κόψει με ακρίβεια τα υλικά. Χρησιμοποιείται ευρέως στην επεξεργασία μεταλλικών και μη μεταλλικών υλικών. Ο πιο συνηθισμένος εξοπλισμός κοπής λέιζερ είναι μηχανές κοπής λέιζερ.
Οι μηχανές κοπής λέιζερ χρησιμοποιούν την αρχή κοπής των λέιζερ. Ο πυρήνας της κοπής λέιζερ είναι η δέσμη λέιζερ που παράγεται από ένα λέιζερ υψηλής ισχύος. Μέσω ενός συστήματος ανακλαστήρα και φακού, ειδικά ενός φακού εστίασης, η δέσμη επικεντρώνεται σε ένα πολύ μικρό σημείο, συνήθως με διάμετρο μόνο δεκάδες μικρά έως εκατοντάδες μικρά, σχηματίζοντας έτσι μια πολύ υψηλή ενεργειακή πυκνότητα στην επιφάνεια του επεξεργασμένου υλικού.
Κάτω από την ακτινοβολία των λέιζερ υψηλής ενέργειας πυκνότητας, η επιφάνεια του υλικού θερμαίνεται γρήγορα έως και χιλιάδες σε δεκάδες χιλιάδες βαθμούς Κελσίου, προκαλώντας το υλικό να λιώσει, να εξατμίζεται ή να καίει αμέσως. Για τα μεταλλικά υλικά, μπορεί επίσης να υπάρξει αντίδραση οξείδωσης.
Στη διαδικασία κοπής λέιζερ, τα βοηθητικά αέρια υψηλής πίεσης (όπως το οξυγόνο, το άζωτο, το αργό ή ο πεπιεσμένος αέρας κ.λπ.) χρησιμοποιούνται συχνά σε συνδυασμό. Από τη μία πλευρά, βοηθούν να εκτοξεύσουν τα λιωμένα ή εξατμισμένα υλικά και από την άλλη πλευρά προστατεύουν την περιοχή κοπής, μειώνουν τη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και βελτιώνουν την ποιότητα κοπής και την ταχύτητα.
Οι κύριες παραμέτρους διεργασίας της κοπής λέιζερ είναι η κοπή ισχύος λέιζερ, το πλάτος τομής, η ταχύτητα κοπής και ο ρυθμός ροής αερίου. Άλλοι παράγοντες, όπως η ποιότητα της δέσμης λέιζερ, το εστιακό μήκος του φακού, η απομάκρυνση και το ακροφύσιο, έχουν επίσης μεγάλη επίδραση στην κοπή με λέιζερ.
(1) ισχύς λέιζερ
Για τις ιδιότητες του υλικού, εάν η ανακλαστικότητα της επιφάνειας του υλικού είναι υψηλή, τότε όταν το λέιζερ ακτινοβολεί την επιφάνεια του υλικού, περισσότερη ενέργεια θα αντικατοπτρίζεται πίσω αντί να απορροφηθεί από το υλικό για κοπή. Επομένως, προκειμένου να εξασφαλιστεί επαρκής ενέργεια για κοπή, η ισχύς λέιζερ πρέπει να αυξηθεί. Ομοίως, εάν η θερμική αγωγιμότητα του υλικού είναι καλή, η θερμότητα που παράγεται από την ακτινοβολία λέιζερ θα διεξαχθεί γρήγορα μέσα στο υλικό, καθιστώντας δύσκολη για τη θερμοκρασία της περιοχής κοπής να ανέλθει σε επίπεδο επαρκή για κοπή. Σε αυτή την περίπτωση, η ισχύς λέιζερ πρέπει επίσης να αυξηθεί για να βελτιωθεί η απόδοση κοπής. Επιπλέον, τα υλικά κοπής με υψηλά σημεία τήξης απαιτούν επίσης μεγαλύτερη ισχύς λέιζερ και πυκνότητα ισχύος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα υλικά με υψηλά σημεία τήξης απαιτούν περισσότερη ενέργεια για να λιώσει ή να εξατμιστεί τα, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της κοπής.
(2) ταχύτητα κοπής
Υπό ορισμένες συνθήκες ισχύος, όταν αυξάνεται το πάχος της πλάκας, η δέσμη λέιζερ πρέπει να διεισδύσει σε βαθύτερα στρώματα υλικού για να ολοκληρωθεί η κοπή. Μελέτες έχουν δείξει ότι η σχέση μεταξύ της ταχύτητας κοπής και της τραχύτητας της επιφάνειας της κοπής δεν είναι μια απλή γραμμική σχέση, αλλά δείχνει μια τάση αλλαγής σχήματος U. Αυτό σημαίνει ότι για υλικά διαφορετικών πάχους πλάκας και διαφορετικές συνθήκες πίεσης αερίου κοπής, υπάρχει ένα βέλτιστο σημείο ταχύτητας κοπής. Κατά την κοπή αυτής της ταχύτητας, η τιμή τραχύτητας της επιφάνειας κοπής μπορεί να ελαχιστοποιηθεί, δηλαδή η περικοπή είναι η ομαλότερη. Σε γενικές γραμμές, όσο πιο γρήγορα είναι η ταχύτητα κοπής, τόσο μεγαλύτερη είναι η απαιτούμενη ισχύς.
(3) πίεση αερίου (ροή αερίου)
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κοπής τήξης, η δέσμη λέιζερ θερμαίνει το υλικό στη θερμοκρασία τήξης. Αυτή τη στιγμή, το αέριο έριξε το υγρό μέταλλο για να σχηματίσει μια τομή. Η πίεση του αερίου πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη για να απομακρυνθεί αποτελεσματικά το τετηγμένο μέταλλο και να εξασφαλίσει τη συνέχεια της κοπής και τη σαφήνεια της τομής. Ο ρυθμός ροής αερίου σχετίζεται επίσης με τη μορφή του ακροφυσίου. Διαφορετικές μορφές ακροφυσίων έχουν διαφορετικές επιδράσεις στα χαρακτηριστικά κατανομής και ροής του αερίου, οπότε ο ισχύων ρυθμού ροής αερίου θα είναι επίσης διαφορετικό. Κατά την επιλογή του ακροφυσίου και τη ρύθμιση του ρυθμού ροής αερίου, είναι απαραίτητο να ταιριάζει και να βελτιστοποιείται σύμφωνα με τις συγκεκριμένες απαιτήσεις κοπής και τις ιδιότητες υλικού.
(4) Ποιότητα δέσμης, εστιακό μήκος φακού και απομάκρυνση
Η έξοδος λειτουργίας δέσμης από το λέιζερ είναι ζωτικής σημασίας για το φαινόμενο κοπής. Η βασική εγκάρσια λειτουργία (TEM 00 λειτουργία) θεωρείται ότι είναι η πιο ιδανική λειτουργία δέσμης σε κοπή λέιζερ λόγω της μικρής διάμετρο δέσμης και της συγκεντρωμένης ενέργειας. Πειραματικές μελέτες έχουν δείξει ότι το πλάτος τομής είναι σχεδόν ίσο με τη διάμετρο σημείου λέιζερ σε κοπή με υποβοηθούμενη από οξυγόνο. Το μέγεθος του σημείου είναι ανάλογο με το εστιακό μήκος του φακού εστίασης, δηλαδή, όσο περισσότερο είναι το εστιακό μήκος, τόσο μεγαλύτερο είναι το σημείο. Όσο μικρότερο είναι το εστιακό μήκος, τόσο μικρότερο είναι το σημείο. Ωστόσο, αν και ένας μικρός φακός εστιακού μήκους μπορεί να αποκτήσει ένα μικρότερο σημείο, το εστιακό του βάθος μειώνεται επίσης ανάλογα. Όσο μικρότερο είναι το εστιακό βάθος, τόσο αυστηρότερη είναι η απαίτηση απόστασης από την επιφάνεια του τεμαχίου στον φακό. Η τιμή defocus έχει μεγάλη επίδραση στην ταχύτητα κοπής και το βάθος κοπής και πρέπει να παραμείνει αμετάβλητη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κοπής. Γενικά, η τιμή defocus είναι μια αρνητική τιμή, δηλαδή η θέση εστίασης τοποθετείται σε ένα συγκεκριμένο σημείο κάτω από την επιφάνεια της πλάκας κοπής.
(5) ακροφύσιο
Το ακροφύσιο είναι ένα σημαντικό συστατικό που επηρεάζει την ποιότητα και την αποδοτικότητα της κοπής λέιζερ. Η κοπή με λέιζερ χρησιμοποιεί γενικά ακροφύσιο ομοαξονικής (ροής αέρα και οπτικού άξονα) και η διάμετρος εξόδου ακροφυσίων πρέπει να επιλεγεί σύμφωνα με το πάχος της πλάκας. Επιπλέον, η απόσταση από το ακροφύσιο στην επιφάνεια του τεμαχίου έχει επίσης μεγάλη επίδραση στην ποιότητα κοπής. Προκειμένου να διασφαλιστεί η σταθερότητα της διαδικασίας κοπής, αυτή η απόσταση πρέπει να διατηρείται σταθερή.
Κοπή λέιζερ βιομηχανικών υλικών
(1) Κοπή λέιζερ μεταλλικών υλικών
Σχεδόν όλα τα μεταλλικά υλικά έχουν υψηλή ανακλαστικότητα στο υπέρυθρο φως σε θερμοκρασία δωματίου. Για παράδειγμα, ο ρυθμός απορρόφησης 1 0 6μm λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα είναι μόνο 0,5%~ 10%. Ωστόσο, όταν η πυκνότητα ισχύος υπερβαίνει την εστιασμένη δέσμη, η επιφάνεια μπορεί να αρχίσει να λιώσει σε μικροδευτερόλεπτα. Ο ρυθμός απορρόφησης των περισσότερων τετηγμένων μετάλλων θα αυξηθεί απότομα, γενικά έως και 60%~ 80%. Ως εκ τούτου, τα λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε πολλές πρακτικές κοπής μετάλλων.
Το μέγιστο πάχος των πλακών ανθρακούχου χάλυβα που μπορούν να κοπούν με σύγχρονα συστήματα κοπής λέιζερ έχει ξεπεράσει τα 2 0 mm. Η ραφή κοπής των πλακών ανθρακούχου χάλυβα μπορεί να ελεγχθεί εντός ενός ικανοποιητικού εύρους πλάτους με μέθοδο κοπής με οξυγόνο και η ραφή κοπής των πλακών λεπτού χάλυβα μπορεί να είναι τόσο στενή όσο περίπου 0,1 mm. Η κοπή λέιζερ είναι μια αποτελεσματική μέθοδος επεξεργασίας για πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα. Μπορεί να ελέγξει τη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα μέσα σε ένα πολύ μικρό εύρος, διατηρώντας έτσι την αντοχή της στη διάβρωση. Οι περισσότεροι δομικοί χάλυβες κράματος και χαλκοσωλήνων μπορούν να αποκτήσουν καλή ποιότητα αιχμής με κοπή με λέιζερ.
Τα κράματα αλουμινίου και αλουμινίου δεν μπορούν να κοπούν με τήξη με οξυγόνο. Πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας μηχανισμός κοπής τήξης. Η κοπή λέιζερ αλουμινίου απαιτεί πυκνότητα πολύ υψηλής ισχύος για να ξεπεραστεί η υψηλή ανακλαστικότητα του σε λέιζερ μήκους κύματος 10,6 μm. 1. 06 μm μήκος κύματος YAG δέσμης λέιζερ μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα κοπής και την ταχύτητα κοπής λέιζερ αλουμινίου λόγω του υψηλού ρυθμού απορρόφησης τους.
Τα κράματα τιτανίου και τιτανίου που χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία παραγωγής αεροσκαφών έχουν έντονες χημικές αντιδράσεις όταν το οξυγόνο χρησιμοποιείται ως βοηθητικό αέριο και η ταχύτητα κοπής είναι γρήγορη, αλλά είναι εύκολο να σχηματιστεί ένα στρώμα οξειδίου στην κοπτική άκρη και ακόμη και προκαλεί υπερβολική καύση.
Είναι ασφαλέστερο να χρησιμοποιείτε το αδρανές αέριο ως βοηθητικό αέριο για να εξασφαλίσετε την ποιότητα κοπής. Τα περισσότερα κράματα με βάση το νικέλιο μπορούν επίσης να κοπούν με τήξη με οξυγόνο. Τα κράματα χαλκού και χαλκού έχουν υπερβολικά υψηλή ανακλαστικότητα και βασικά δεν μπορούν να κοπούν με λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα 10,6 μm.
(2) Κοπή λέιζερ μη μεταλλικών υλικών
Η δέσμη λέιζερ 10,6 μm CO2 απορροφάται εύκολα από μη μεταλλικά υλικά. Η χαμηλή ανακλαστικότητα και η θερμοκρασία εξάτμισης επιτρέπουν σχεδόν σε όλη την απορροφημένη ενέργεια φωτός να εισέλθει στο υλικό και να προκαλέσει αμέσως την εξάτμιση να σχηματίσει τρύπες, εισάγοντας έναν ενάρετο κύκλο της διαδικασίας κοπής. Τα πλαστικά, το καουτσούκ, το ξύλο, τα προϊόντα χαρτιού, το δέρμα, τα φυσικά υφάσματα και άλλα οργανικά υλικά μπορούν να κοπούν με λέιζερ. Ωστόσο, το πάχος του ξύλου πρέπει να είναι περιορισμένο. Το πάχος των σανίδων ξύλου είναι εντός 75mm και το πάχος των ελασματογραφιών και των σανίδων ξύλου είναι περίπου 25mm. Μεταξύ των ανόργανων υλικών, η χαλαζία και τα κεραμικά μπορούν να κοπούν με λέιζερ. Το τελευταίο πρέπει να κοπεί με ελεγχόμενο κάταγμα και η υψηλή ισχύς δεν πρέπει να χρησιμοποιείται. Το γυαλί και η πέτρα δεν είναι γενικά κατάλληλα για κοπή με λέιζερ.
Άλλα υλικά που είναι δύσκολο να επεξεργαστούν με συμβατικές μεθόδους, όπως σύνθετα υλικά και τσιμεντοειδή καρβίδια, μπορούν να κοπούν με λέιζερ, αλλά οι λογικοί μηχανισμοί κοπής και οι παράμετροι διεργασίας πρέπει να επιλέγονται μέσω πειραμάτων.
Στην πραγματική εφαρμογή της τεχνολογίας κοπής λέιζερ, η βελτίωση της αποδοτικότητας κοπής, η βελτίωση της ποιότητας κοπής και η μείωση του κόστους κοπής είναι ένα από τα πράγματα που συχνά πρέπει να εξετάσουμε.
Βελτίωση της τεχνολογίας κοπής λέιζερ για τη βελτίωση της αποδοτικότητας της παραγωγής, η μείωση της ποιότητας και η μείωση του κόστους μπορεί να γίνει από τις ακόλουθες πτυχές:
1. Με την πρόοδο της τεχνολογίας λέιζερ, η χρήση λέιζερ υψηλότερης ισχύος (όπως 10, 000- Watt Lasers) μπορεί να αυξήσει σημαντικά τις ταχύτητες κοπής, μειώνοντας ταυτόχρονα τις ζώνες που πλήττονται από τη θερμότητα και την παραμόρφωση του υλικού, καθιστώντας την κοπή πιο αποτελεσματική και καλύτερη ποιότητα, ειδικά για την κοπή παχύτερων υλικών.
2. Ρύθμιση εύλογων παραμέτρων όπως η ισχύς λέιζερ, η ταχύτητα κοπής, ο βοηθητικός τύπος αερίου και η πίεση και η απόσταση μεταξύ του ακροφυσίου και του υλικού και η πραγματοποίηση λεπτομερών ρυθμίσεων βασισμένων σε συγκεκριμένα υλικά και απαιτήσεις κοπής. Βρείτε τον βέλτιστο συνδυασμό παραμέτρων μέσω πολλαπλών δοκιμών για να βελτιώσετε την αποδοτικότητα και την ποιότητα κοπής.
3. Μέσω του συστήματος αυτόματης εστίασης, η θέση εστίασης λέιζερ ρυθμίζεται αυτόματα σύμφωνα με το πάχος και τον τύπο του υλικού για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια κοπής.
4. Μειώστε το χρόνο μη κοπής και βελτιώστε τη συνολική λειτουργική απόδοση μετακινώντας γρήγορα την κεφαλή κοπής στο επόμενο σημείο εκκίνησης κοπής.
5. Ατομικά ανιχνεύστε τις άκρες υλικού και τις γωνίες κλίσης, ρυθμίστε αυτόματα τη διαδρομή κοπής και μειώνουν τα απόβλητα υλικών και τον χρόνο προεπεξεργασίας.
6. Χρησιμοποιήστε το λογισμικό CNC για να προσομοιώσετε την κοπή, να σχεδιάσετε την απλούστερη διαδρομή κοπής, να μειώσετε τα κενά εγκεφαλικά επεισόδια και να βελτιώσετε την ταχύτητα χρήσης των υλικών και την ταχύτητα κοπής.
7. Συντηρούν τακτικά και εξυπηρετούν τη μηχανή κοπής λέιζερ, όπως η αντικατάσταση των φορέων, του καθαρισμού οπτικών εξαρτημάτων, του εξοπλισμού βαθμονόμησης κ.λπ., για να εξασφαλιστεί η μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία του εξοπλισμού και η διατήρηση της βέλτιστης απόδοσης κοπής.
8. Κρατήστε το εργασιακό περιβάλλον της μηχανής κοπής λέιζερ καθαρό, με την κατάλληλη θερμοκρασία και μέτρια υγρασία για να αποφευχθεί η επίδραση της σκόνης και της υπερβολικής υγρασίας στον εξοπλισμό και στην κοπτική επίδραση.
9. Χρησιμοποιήστε πιο προηγμένα συστήματα ελέγχου CNC και λογισμικό για να βελτιώσετε την ακρίβεια και την ταχύτητα απόκρισης ελέγχου και να υποστηρίξετε πιο σύνθετες εργασίες κοπής.
10. Συνεχίστε να δίνετε προσοχή στις νέες εξελίξεις στην τεχνολογία λέιζερ, όπως πιο αποτελεσματικές πηγές λέιζερ, πιο προηγμένα οπτικά συστήματα, ευφυείς αλγόριθμους λογισμικού κλπ., Για να βελτιώσετε συνεχώς τις δυνατότητες κοπής.