Лазерная резка по металлу: технология, оборудование, режимы, преимущества

Металлообработкой лазером называют технологию, при которой происходит нагрев материала в зоне обработки с последующим разрушением лучевым потоком. Этот процесс используют при массовом производстве, а также в частных мастерских. Использование резки лазером позволило модернизировать выпуск многих деталей. Она применяется для обработки практически всех типов металлических изделий и бывает обычная, художественная и фигурная. Это разнообразие предоставляет возможность изготавливать предметы весьма необычной формы. Для разных металлических изделий применяется соответствующее оборудование, учитывающее характеристики материала. Благодаря этому выпускаются изделия необходимой конфигурации, и исключается брак.

Несмотря на то что технология относится к дорогостоящим процессам, она весьма востребована благодаря своим возможностям. Высокое качество среза и скорость процедуры проводится практически без образования отходов. Металлические кромки получаются почти идеально ровными, не требующими дополнительной механической обработки. Это позволяет получать на выходе готовое изделие, полностью пригодное к дальнейшему использованию по назначению. На представленных ниже фото показана лазерная резка различных металлов.

Технология

В специальных устройствах для резки металлов лазером главным органом является лучевая установка. Металлическая область разрушается под воздействием высокой энергетической плотности потока. Технология лазерной резки металла заключается в использовании свойств этого луча. Он имеет постоянные значения длины волны, а также частоты (монохроматичность), что обеспечивает ее стабильность. Помимо этого, небольшой пучок можно легко сконцентрировать на маленьком участке.

На этом построена система лазерной резки металла, принцип которой заключается в воздействии на материал сгустка энергии. При этом мощность потока увеличивается в десятки раз благодаря особым типам колебаний, вызывающих резонанс. На обрабатываемой области происходит нагрев до температуры плавления металлоизделия. За небольшой временной отрезок процесс плавления увеличивается и переходит на основную толщу предмета. При значительном повышении температурного значения материал может начать испаряться.

Технология резки металла на производстве выполняется двумя методами: плавлением и испарением. При этом второй способ сопровождается повышенными энергетическими затратами, что не всегда оправданно. С увеличением толщины материала качество поверхности реза ухудшается. Наиболее широко используется плавление при работе с металлоизделиями.

Оборудование для резки

Установки, в которых активно используется лазерная резка металла содержит несколько основных элементов:

• энергетический источник;
• блок специальных зеркал (оптический резонатор);
• рабочий орган, создающий лучевой поток.

По мощности рабочего органа подразделяются и сами установки:

• до 6 кВт — твердотельные лазеры для резки металла;
• свыше 6 и до 20 кВт – аппараты газового принципа работы;
• от 20 до 100 кВт – устройства газодинамического типа.

Твердотельные установки используют рубин или же специально обработанное стекло, содержащее флюорит кальция в качестве добавочного компонента. Мощный импульс энергии создается за доли секунды, а работа ведется как в непрерывном режиме среза, так и в прерывистом.

Оборудование для лазерной резки металла, работающее на газовой смеси, использует электроток для нагрева газа. Состав включает азот, а также углекислый газ, гелий.

Газодинамические устройства применяют в качестве основы углекислый газ. Он нагревается и, проходя через узкое сопло, расширяется и сразу же охлаждается. При этом выделяется огромное количество тепловой энергии, способной срезать металлические изделия большой толщины. Большая мощность обеспечивает высочайшую точность среза при минимальном расходе лучевой энергии.

Устройства, на которых выполняется лазерная резка стали, а также прочих металлических материалов относятся к наиболее совершенному и высокотехнологичному оборудованию. Используя специальные станки, получают качественные и весьма точные резы, которые абсолютно не требуют проведения дополнительной механической обработки. Эти станки имеют весьма высокую стоимость и применяются на солидных предприятиях, выполняющих точную обработку разнообразных металлоизделий. Оборудование, использующее лазер для резки, не предназначено для использования в небольших частных мастерских, а также для бытовых работ.

При этом можно указать, что изредка данная техника применяется для выполнения гравировальных и прочих работ, которые требуют минимальной погрешности, точность лазерной резки металла находится на высочайшем уровне. Эти станки предоставляют возможность выполнять рез по заранее указанным параметрам. После предварительной настройки оператором дальнейший процесс переходит на автоматический режим.

Установки для реза изделий любой конфигурации способны выполнять вырезку впадин, а также фрезеровку по заданным значениям. Помимо этого, эти универсальные приспособления способны на выполнение художественной гравировки по самым различным поверхностям. Их стоимость напрямую зависит от таких показателей, как функциональность, мощность лазера для резки металла, а также бренда производителя.

Станки такого типа оснащаются специальным программным обеспечением, требующим предварительной подготовки оператора. Освоив курс работы на данной технике, управление самим процессом будет совершенно не сложным. Продажа установок этого вида проводится в специализированных магазинах, работающих со сложным оборудованием.

Режимы резки

Обработка металлоизделий лазером проводится на спецоборудовании, работающем в одном из трех режимов:

• испарение;
• плавление;
• сгорание.

Испарение

Лазерная резка по металлу испарением требует высокой интенсивности лучевого потока. Это необходимо для минимизации потери тепла от теплопроводности. Для этого применяют специальные установки твердотельного типа, использующие для работы пульсирующий режим. При данном способе материал в обрабатываемом участке полностью расплавляется, после чего удаляется при помощи специального технологического газа (аргона, азота или же прочих). Данный режим металлообработки используется весьма редко.

Плавление

При этом способе материал не выгорает, а расплав уносится из области обработки газовой струей. Этот способ применяется для работы с алюминием и его сплавами, а также с медью. Это достигается за счет создания сплавов тугоплавкого типа при активном взаимодействии с кислородом. Данные металлы можно разрезать только лучевым потоком высокой мощности.

Сгорание

Этот режим использует интенсивное окисление, которое поглощает излучение лазера и повышает локальность обрабатываемой области. При таком способе отходы убираются равномерно. Режим сгорания подразделяется на управляемый и автогенный, при котором горение металлической поверхности происходит по всему участку кислородного воздействия. Этот режим не позволяет получить ровный рез и его стараются избегать.

Данные режимы лазерной резки металлов выбираются по параметрам материала и необходимой точности обработки. Следует помнить, что от толщины изделия и скорости металлообработки напрямую зависит качество процесса.

Обрабатываемые материалы

Металлообработка лазером используется для обработки алюминия, а также его многочисленных сплавов, бронзы, титана, нержавейки, меди и прочих материалов. При этом алюминиевые изделия, титановые, из нержавеющей стали обладают хорошей отражающей способностью, что негативно влияет на скорость их обработки. Листовые детали до 6 мм лучше обрабатывать азотной установкой.

Для металлических сплавов качество резки напрямую зависит от их толщины. Предметы из черной стали имеют максимальную толщину обработки 20 мм, стальные нержавеющие – 15 мм, медные – 5 мм, а алюминиевые – 10 мм.

Обработка латуни проводится как автоматизированным способом, так и ручным методом. Особенностей и сложностей при этом не возникает. Станок самостоятельно программируется весьма быстро и позволяет получить детали необходимой конфигурации.

Преимущества лазерной резки

Устройства, в которых применяется специальная лазерная резка металла позволяет обрабатывать предметы практически любой толщины. Эти станки работают как с простыми металлическими деталями, так и с нержавейкой, а также разнообразными алюминиевыми сплавами. Отсутствие прямого механического контакта сохраняет форму изделия и не вызывает повреждений, деформации поверхности. Автоматизированная система работает посредством управляющих программ, предоставляющих возможность выполнять резку с высочайшей точностью.

Установки работают не только в автоматическом режиме, но также в ручном, при котором процесс лазерной резки выполняется оператором собственноручно на высокой скорости. Данные станки обладают высокой функциональностью, а также универсальностью. Для них нет необходимости в использовании разнообразных пресс-форм, а также формочек, что значительно снижает затраты. Высокая скорость работы заметно повышает производительность процесса, при котором расходный материал используется с минимальными отходами.