Оборудование для лазерной резки металла – современная обработка материалов

Высокоточная, с идеальными краями и без последующей обработки, фигурная, скоростная резка металла – все это позволяет реализовать оборудование для лазерной резки металла.

1 Резка металла лазером – передовая технология металлообработки

Лазерная резка, так же как и плазменная или газовая, является немеханическим способом раскроя металла, основанном на термическом воздействии. Лазерный луч, испускаемый специальным оборудованием, направляется и концентрируется на заготовке, достигая размеров площади контакта всего в несколько микрон. При этом кристаллическая решетка разрезаемого материала разогревается до температуры плавления.

Резка металла лазером – передовая технология металлообработки

В то же время, площадь луча настолько мала, что вся заготовка во время обработки остается практически холодной, а линия реза отличается минимальной погрешностью в десятые доли миллиметра. В месте резки металл плавится и может одновременно выкипать (испаряться). Расстояние между поверхностью заготовки и рабочим органом оборудования, испускающим лазерный луч, должно быть не более нескольких сантиметров. Лазером можно выполнять точные, аккуратные разрезы металлических заготовок небольшой толщины.

Резка металла лазером – передовая технология металлообработки фото

Филигранность обработки настолько велика, что вышедшая из лазерной установки деталь обычно не нуждается в какой-либо завершающей обработке и может сразу использоваться или передаваться на последующий этап технологического процесса. Лазерным лучом можно не только резать металл, но и фрезеровать, делать впадины, углубления заданного размера и многое другое. Только внутреннюю резьбу выполнить невозможно. Аппарат лазерной резки применяют и для гравировки. Процесс не требует использования сложного оборудования, мощность лазера не должна быть большой.

2 Преимущества и недостатки резки металла лазером

Лазерная резка считается самой качественной и современной среди всех остальных вариантов раскроя металла. Этот новый способ позволяет выполнить разрез по заданным критериям. Лазером можно обрабатывать любые металлы, независимо от их теплопроводности.

Концентрация энергии, которую обеспечивает луч, настолько высока, что металл в месте резки плавится. При этом область термического воздействия настолько мала, что минимальна и деформация изготовленной детали. Благодаря этому лазерную резку возможно использовать в обработке нежестких металлов.

Преимущества и недостатки резки металла лазером

Преимущества резки металлов лазером:

  1. Заготовка не подвергается механическому воздействию – можно резать легкодеформируемые и хрупкие материалы.
  2. Возможность работы с твердыми сплавами.
  3. Высокая точность реза и идеально ровные края кромки, без заусениц, наплывов и иных дефектов.
  4. Отсутствие потребности в последующей обработке изготовленных деталей.
  5. Возможность вырезать детали любой формы, даже самой сложной.
  6. Легкость управления лазерным оборудованием – достаточно в какой-либо чертежной программе подготовить рисунок будущего изделия и перенести его в компьютер установки для резки.
  7. Высокая производительность (примерно в 10 раз быстрее, чем газовой горелкой).
  8. Высокоскоростная обработка тонколистового проката.
  9. Детали на листе металла можно разместить максимально компактно – высокая экономичность расхода материала.
  10. Экономическая эффективность при изготовлении малых партий деталей, для которых делать формы для прессования или литья нецелесообразно.

Преимущества и недостатки резки металла лазером фото

Недостатки:

  1. Высокая стоимость оборудования.
  2. Низкая эффективность при работе со сплавами и металлами, обладающими высокими отражающими свойствами (к примеру, алюминий, нержавеющая сталь).
  3. Максимальная толщина металла 20 мм.

3 Как устроено оборудование для лазерной резки металла?

Оборудование для лазерной резки металла, как правило, состоит из ниже перечисленных основных узлов:

  • излучателя;
  • системы транспортировки и формирования излучения;
  • системы формирования газа и его транспортировки;
  • координатного устройства;
  • системы автоматизированного управления (САУ).

Как устроено оборудование для лазерной резки металла?

Излучатель генерирует лазерный пучок с требуемыми для резки, оптическими, мощностными и пространственно-временными характеристиками. Он состоит из:

  • системы накачки;
  • активного элемента;
  • резонатора;
  • устройства модуляции лазерного излучения (при необходимости).

В качестве излучателя в оборудовании для обработки металла используются газовые и твердотельные лазеры, функционирующие в непрерывном и импульсном режимах. Система транспортировки и формирования излучения передает, фокусирует и направляет пучок от излучателя на деталь, подвергаемую резке. Состав системы:

  • юстировочный лазер;
  • оптические объективы (трансформаторы);
  • оптический затвор;
  • устройство изменения плоскости поляризации;
  • поворотные зеркала;
  • система фокусировки;
  • система стабилизации фокальной плоскости и величины зазора до детали.

Как устроено оборудование для лазерной резки металла? фото

Система формирования газа и его транспортировки подготавливает состав требуемых параметров и подает его через сопло в зону реза. Координатное устройство обеспечивает относительное перемещение детали и лазерного луча в пространстве. Включает в себя привод, двигатели, исполнительные механизмы. САУ предназначена для управления и контроля параметрами лазера, формирования и передачи команд на предусмотренные исполнительные модули систем формирования и транспортировки излучения и газа, а также координатного устройства. САУ состоит из:

  • датчиков параметров функционирования лазера (давления, состава рабочей смеси, температуры и других);
  • датчиков рабочих параметров излучения (стабильности оси направленности, расходимости, мощности и других);
  • систем управления затвором и адаптивной оптикой;
  • системы управления работой координатного устройства.

4 Лазерные установки для резки металла – принцип действия

Твердотельные лазерные установки для резки металла конструктивно более просты и, в тоже время, менее мощные, чем газовые. Величина этой характеристики для них составляет в среднем 1–6 кВт. Сердце излучателя твердотельного лазера – стержень (активный элемент) из алюмоиттриевого граната, рубина или неодимового стекла. Стержень непрерывно подвергается накачке (возбуждению) световым потоком от специальных мощных ламп. Система отражателей фокусирует лазерное излучение, резонатор его усиливает, луч передается через систему призм к головке, где происходит его окончательное формирование и подача на заготовку. Управление всеми узлами оборудования происходит автоматически по заложенным в память станка программам.

В газовых лазерах активным элементом является углекислый газ, гелий или азот, закаченные в газоразрядную камеру. Возбуждение газа производится непрерывными электрическими импульсами высокой частоты. Такая конструкция позволяет при сравнительно небольших габаритах установки получать мощности 20 кВт и более, что необходимо для резки сверхпрочных сплавов.

Лазерные установки для резки металла – принцип действия

Лазерная головка для резки металла, куда передается луч, обеспечивает его оптимальную стабильность при раскрое и резке, а также неизменность необходимого фокусного расстояния (даже при неровной поверхности металла). Заменой линзы головки можно менять толщину обрабатываемого материала (не на всех установках). Головка оснащена концентрическим соплом, через которое под давлением подается газ, выдувающий расплавленный материал из разреза и одновременно защищающий от продуктов обработки линзу. В области резки может быть предусмотрено дымоулавливание.

В случае обдува азотом луч расплавляет, а струя газа удаляет расплавленный металл из разреза. Азот используют, когда нежелательно окисление разрезаемого материала. Например, если подавать кислород при обработке нержавеющей стали, то ее сопротивляемость коррозии существенно понизится (для обработки нержавейки пригоден только чистейший азот). Резка алюминиевых деталей в кислороде сопровождается образованием неровных, с заусенцами срезов. При обработке в азоте материал только плавится, но не испаряется и не горит. Температура резки ниже, чем с кислородом, но и меньше скорость работы. Фокус луча обычно должен находиться у противоположной от источника излучения стороны листа.

Лазерные установки для резки металла – принцип действия фото

При использовании кислорода температура резки выше, чем с другими газами. Как следствие, увеличивается скорость обработки и возможная толщина листа металла, который при некоторых условиях частично испаряется. Все это является следствием того, что кислород, попадая на поверхность раскаленного лазерным лучом металла, вступает с последним в реакцию окисления, которая сопровождается выделением тепла. Скорость резки тем выше, чем чище кислород. Для лазерной резки могут использоваться и другие газы – выбор зависит от вида и толщины металла, предполагаемой последующей обработки.