Лазерная резка: что это, виды, этапы, оборудование, преимущества, особенности

Современная металлообработка активно использует лазерную резку, которая выделяется среди других технологий за счет высокой точности, скорости и универсальности. Этот метод позволяет производить детали со сложной формой и минимальными допусками, что делает его востребованным в широком круге промышленных секторов.

Основы технологии

Лазерная резка представляет собой метод термической обработки, в процессе которого сфокусированный луч мощного лазера применяется для разделения материала. Постепенно нагреваясь в определенной области до состояния плавления или испарения, материал затем удаляется с помощью вспомогательного газа, что обеспечивает создание узкого и аккуратного разреза.

Факторы, влияющие на качество резки

Качество резки лазером зависит от множества факторов:

Лазерная мощность: Определяет скорость работы и максимальную толщину обрабатываемого материала.
Длина волны: Влияет на уровень поглощения лазерного излучения определённым материалом.
Скорость резки: Избыточная скорость может вызвать неполное прорезание, а недостаточная — перегрев и деформацию.
Тип и давление вспомогательного газа: Играет важную роль в удалении расплавленного материала. Газ (кислород, азот, аргон) выбирается в зависимости от типа обрабатываемого металла.
Фокусировка луча: Правильная настройка гарантирует концентрацию энергии в нужной зоне.
Материал и его толщина: Каждый тип имеет свои особенности, которые нужно учитывать при установке параметров резки.
Техническое состояние оборудования: Необходимо регулярно обслуживать оборудование для предотвращения неисправностей.

Этапы процесса лазерной резки

Процесс лазерной резки можно разделить на несколько ключевых этапов:

Подготовка: Загружается чертеж в управляющую систему, выбирается материал и определяются параметры резки (мощность, скорость, тип газа и т. д.).
Позиционирование: Станок автоматически перемещает лазерную головку к стартовой точке на листе.
Резка: Лазер активируется и движется по заданному контуру, перегревая металл. Вводится вспомогательный газ для удаления расплавленного материала.
Завершение: По окончании резки лазер выключается, а головка перемещается на следующую позицию или возвращается в исходное положение.

Разновидности лазерной резки

Существует несколько типов лазерной резки, которые различаются по технологиям и используемым газам:

Резка с кислородом: Этот метод применяется для черных сталей, где кислород не только помогает удалению расплавленного металла, но и ускоряет резку через процесс горения.
Резка с азотом: Защищает нержавеющую сталь и алюминий от окисления, гарантируя чистоту реза.
Резка с аргоном и гелием: Используется для цветных металлов и тех, что подвержены окислению.
Плавление: Удаление расплавленного материала с помощью газа.
Испарение: Полное испарение материала под действием лазерного луча.

Оборудование

Лазерные станки включают в себя следующие компоненты:

Источник лазера: Может быть газовым, волоконным или твердотельным.
Система фокусировки: Состоит из линз и зеркал для концентрирования луча.
Система подачи газа: Обеспечивает подачу вспомогательного газа к обработанной зоне.
ЧПУ (числовое программное управление): Управляет движением лазерной головки по заданному контуру.
Рабочая платформа: Предназначена для размещения обрабатываемого листа.
Система удаления отходов: Отвечает за корректное удаление расплава и других побочных продуктов.

Области применения

Машиностроение: Для изготовления деталей автомобилей, самолетов, сельскохозяйственных машин и другого оборудования.
Приборостроение: Для создания корпусов и компонентов для электроники.
Рекламная сфера: Производство вывесок, табличек и рекламных конструкций.
Металлообработка: Разделение листов металла и изготовление сложных конструкций.
Текстильная промышленность: Резка тканей для швейных изделий.
Медицина: Производство медицинских инструментов и имплантатов.

Преимущества и недостатки технологии

Преимущества лазерной резки включают:

Высокая точность: Обеспечивает минимальные отклонения от требований.
Скорость: Быстрое производство деталей.
Узкая ширина реза: Уменьшает количество отходов.
Сложные формы: Позволяет производить детали с трудоемкими контурами.
Бесконтактный процесс: Минимизирует риск деформации.
Универсальность: Можно использовать для различных металлов и неметаллов.
Автоматизация: Способствует снижению затрат труда.

Тем не менее, есть и недостатки:

Ограничения по толщине материала: Зависимость от мощности лазера.
Высокая стоимость оборудования: Необходимы значительные вложения.
Необходимость квалифицированного персонала: Требуется подготовка операторов и специалистов.
Термическое воздействие: Может вредить свойствам материала в зоне реза.
Образование окалины: Существует необходимость дополнительной обработки поверхности.

Дополнительные этапы обработки

После лазерной резки детали могут пройти этапы дополнительной доработки, такие как:

Удаление грата и окалины: Механические или химические методы для очистки от неровностей.
Шлифовка и полировка: Улучшает поверхность и придает нужную шероховатость.
Покрытие и покраска: Для предотвращения коррозии и улучшения внешнего вида.
Гибка и формовка: Для достижения необходимых форм.

Параметры качества резки

Основные характеристики, определяющие качество лазерной резки:

Ширина реза: Должна быть минимальной.
Шероховатость: Должна соответствовать предварительно установленным требованиям.
Отсутствие грата и окалины: Минимизация неровностей.
Перпендикулярность реза: Прямой угол между резом и плоскостью материала.
Точность размеров: Соответствие размерам чертежа.
Термическое влияние: Снижение изменений свойств материала.

Ограничения

Вместе с преимуществами лазерная резка имеет и свои ограничения:

Толщина материалов: Зависит от возможностей лазера.
Типы материалов: Некоторые сложно обрабатываются (медь, золото).
Сложные контуры: Могут увеличить время обработки.
Экономическая целесообразность: В крупных объемах могут быть предпочтительнее другие методики резки.

Сравнение с плазменной резкой

Ключевые отличия между лазерной и плазменной резкой заключаются в их методах работы. Лазерная резка основана на использовании сфокусированного луча для нагрева и испарения, в то время как плазменная применяет температуру горячей плазмы для расплавления металла.

Главные отличия:

Точность: Лазерная резка обеспечивает более высокие параметры и меньшую ширину реза.
Качество поверхности: Лазерный метод дает более гладкие результаты.
Толщина материалов: Плазменная резка может обрабатывать более массивные заготовки.
Цена: Плазменная резка зачастую более доступная.
Подходящие материалы: Лазерная технология подходит для широкого спектра материалов по сравнению с плазменной.

Специфика работы с различными металлами

Сталь: Оптимально резать с кислородом или азотом.
Нержавеющая сталь: Режется с азотом для предотвращения окислительных процессов.
Алюминий: Требует высокой мощности и использования азота или аргона.
Медь и латунь: Отражают лазерное излучение, усложняя резку, нужна специальная настройка.
Титан: Обрабатывается с использованием аргона для защиты от окисления.

Итоги

Лазерная резка – это высокоэффективный и универсальный способ, нацеленный на выполнение множества задач в металлообработке. Она предлагает точность, скорость и высокое качество резов, что делает её критически важной для множества промышленных секторов. Несмотря на определённые ограничения, технология продолжает эволюционировать, открывая новые горизонты в обработке металлов. При выборе между лазерной и другими методами резки важно учитывать специфические требования к изделиям, объемы производства и экономические соображения.

ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА: ЧТО ЭТО ЗА ТЕХНОЛОГИЯ