Die Laserschneidetechnologie muss jedem vertraut sein. Die Laserschneidetechnologie ist eine Verarbeitungsmethode, bei der ein Laserstrahl mit hochenergetischer Dichte verwendet wird, um Materialien genau zu schneiden. Es wird häufig bei der Verarbeitung von Metall- und Nichtmetallmaterialien verwendet. Das häufigste Laserschneidgerät sind Laserschneidemaschinen.
Laserschneidmaschinen verwenden das Schneidprinzip der Laser. Der Kern des Laserschnitts ist der von einem Hochleistungslaser erzeugte Laserstrahl. Durch ein Reflektor- und Objektivsystem, insbesondere eine Fokussierlinse, wird der Strahl auf einen sehr kleinen Fleck konzentriert, normalerweise mit einem Durchmesser von nur zehn Mikrometern bis Hunderten von Mikrometern, wodurch eine sehr hohe Energiedichte auf der Oberfläche des verarbeiteten Materials gebildet wird.
Unter der Bestrahlung von Lasern mit hochenergetischer Dichte erwärmt sich die Oberfläche des Materials schnell bis zu Tausende bis Zehntausende von Grad Celsius, wodurch das Material sofort schmilzt, verdampft oder brennt. Für Metallmaterialien kann es auch eine Oxidationsreaktion geben.
Im Laserschneidvorgang werden häufig Hochdruckhilfsgase (wie Sauerstoff, Stickstoff, Argon oder Druckluft usw.) in Kombination verwendet. Einerseits helfen sie dabei, die geschmolzenen oder verdampften Materialien wegzublasen, und andererseits schützen sie den Schneidbereich, reduzieren die wärmegerandete Zone und verbessern die Schneidqualität und -geschwindigkeit.
Die Hauptprozessparameter des Laserschneids sind das Schneiden von Laserleistung, die Inzisionsbreite, die Schnittgeschwindigkeit und die Gasdurchflussrate. Andere Faktoren wie Laserstrahlqualität, Brennweite, Defokus und Düse haben ebenfalls einen großen Einfluss auf das Laserschnitt.
(1) Laserkraft
Wenn die materiellen Eigenschaften, wenn das Oberflächenreflektivität des Materials hoch ist, dann wird, wenn der Laser die Oberfläche des Materials bestrahlt, mehr Energie wieder reflektiert, anstatt vom Material zum Schneiden absorbiert zu werden. Um ausreichend Energie für das Schneiden zu gewährleisten, muss die Laserleistung erhöht werden. Wenn die thermische Leitfähigkeit des Materials gut ist, wird die durch die Laserbestrahlung erzeugte Wärme schnell im Material durchgeführt, was es schwierig macht, die Temperatur des Schneidbereichs auf ein zum Schneiden ausreichender Niveau zu steigen. In diesem Fall muss auch die Laserleistung erhöht werden, um die Schnitteffizienz zu verbessern. Darüber hinaus erfordern das Schneiden von Materialien mit hohen Schmelzpunkten auch größere Laserleistung und Leistungsdichte. Dies liegt daran, dass Materialien mit hohen Schmelzpunkten mehr Energie benötigen, um sie zu schmelzen oder zu verdampfen, wodurch der Zweck des Schneidens erreicht wird.
(2) Schneidgeschwindigkeit
Unter bestimmten Leistungsbedingungen muss der Laserstrahl bei zunehmender Plattendicke tiefere Materialschichten durchdringen, um das Schneiden zu vervollständigen. Studien haben gezeigt, dass die Beziehung zwischen Schnittgeschwindigkeit und Schnittoberflächenrauheit keine einfache lineare Beziehung ist, sondern einen U-förmigen Veränderungstrend zeigt. Dies bedeutet, dass für Materialien mit unterschiedlichen Plattendicken und unterschiedlichen Schnittgasdruckbedingungen ein optimaler Schnittgeschwindigkeitspunkt vorhanden ist. Beim Schneiden bei dieser Geschwindigkeit kann der Rauheitswert der geschnittenen Oberfläche minimiert werden, dh der Schnitt ist am glattesten. Im Allgemeinen, je schneller die Schneidgeschwindigkeit ist, desto größer ist die erforderliche Leistung.
(3) Gasdruck (Gasfluss)
Während des Schmelzschneidvorgangs erwärmt der Laserstrahl das Material auf die Schmelztemperatur. Zu diesem Zeitpunkt hat das Gas das flüssige Metall weggeblasen, um einen Schnitt zu bilden. Der Gasdruck muss groß genug sein, um das geschmolzene Metall effektiv zu entfernen und die Kontinuität des Schneidens und die Klarheit des Inzisions zu gewährleisten. Die Gasströmungsrate hängt auch mit dem Düsenformular zusammen. Unterschiedliche Düsenformen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Verteilungs- und Durchflussmerkmale des Gases, sodass auch die anwendbare Gasströmungsrate unterschiedlich sein wird. Bei der Auswahl der Düse und der Festlegung der Gasdurchflussrate müssen sie entsprechend den spezifischen Schnittanforderungen und den Materialeigenschaften übereinstimmen und optimieren.
(4) Strahlqualität, Brennwaffenlänge und Defokus
Der Strahlmodus, der durch den Laser ausgegeben wird, ist entscheidend für den Schnitteffekt. Der grundlegende Quermodus (TEM 00} -Smodus) wird aufgrund seines kleinen Strahldurchmessers und seiner konzentrierten Energie als der idealste Strahlmodus im Laserschnitt angesehen. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass die Inzisionsbreite fast dem Laserfleckdurchmesser beim nicht-sauerstoffunterstützten Schnitt entspricht. Die Spotgröße ist proportional zur Brennweite der Fokussierlinse, dh je länger die Brennweite, desto größer der Fleck; Je kürzer die Brennweite ist, desto kleiner ist der Punkt. Obwohl eine kurze Brennweite eine kleinere Stelle erhalten kann, wird auch die Brennweite entsprechend reduziert. Je kleiner die Brennweite ist, desto strengerer Abstandsbedarf von der Werkstückoberfläche bis zur Linse. Der Defokuswert hat einen großen Einfluss auf die Schneidgeschwindigkeit und die Schnitttiefe und muss während des Schneidvorgangs unverändert bleiben. Im Allgemeinen ist der Defokuswert ein negativer Wert, dh die Fokussposition wird an einem bestimmten Punkt unterhalb der Schneidplattenoberfläche platziert.
(5) Düse
Die Düse ist eine wichtige Komponente, die die Qualität und Effizienz des Laserschnitts beeinflusst. Das Laserschneiden verwendet im Allgemeinen eine koaxiale (Luftstrom- und optische Achse konzentrische) Düse, und der Düsenauslassdurchmesser sollte gemäß der Plattendicke ausgewählt werden. Darüber hinaus hat der Abstand von der Düse zur Werkstückoberfläche einen großen Einfluss auf die Schneidqualität. Um die Stabilität des Schneidvorgangs zu gewährleisten, muss diese Entfernung konstant gehalten werden.
Laserschneidung von Industriematerialien
(1) Laserschnitt von Metallmaterialien
Fast alle Metallmaterialien haben ein hohes Reflexionsvermögen für Infrarotlicht bei Raumtemperatur. Beispielsweise beträgt die Absorptionsrate von 1 0. 6 & mgr; m Kohlendioxidlaser nur 0,5%~ 10%. Wenn die Leistungsdichte jedoch den fokussierten Strahl von überschreitet, kann die Oberfläche in Mikrosekunden schmelzen. Die Absorptionsrate der meisten geschmolzenen Metalle steigt stark und im Allgemeinen bis zu 60%~ 80%. Daher wurden Kohlendioxidlaser erfolgreich in vielen Metallschneidpraktiken eingesetzt.
Die maximale Dicke von Kohlenstoffstahlplatten, die durch moderne Laserschneidsysteme geschnitten werden können, hat 2 0 mm überschritten. Die schneidende Naht von Kohlenstoffstahlplatten kann durch sauerstoffunterstützte Schmelzschneidemethode in einem zufriedenstellenden Breitenbereich kontrolliert werden, und die Schnittnaht von dünnen Stahlplatten kann so schmal wie etwa 0,1 mm sein. Laserschneidung ist eine effektive Verarbeitungsmethode für Edelstahlplatten. Es kann die Wärmezone in einem sehr kleinen Bereich steuern und damit ihren Korrosionsbeständigkeit aufrechterhalten. Die meisten strukturellen Stähle und Stähle von Legierungswerkzeugen können durch Laserschneiden eine gute hochmoderne Qualität erhalten.
Aluminium- und Aluminiumlegierungen können nicht mit sauerstoffunterstütztem Schmelzen geschnitten werden. Es muss ein Schmelzschneidemechanismus verwendet werden. Das Schneiden von Aluminiumlaser erfordert eine sehr hohe Leistungsdichte, um sein hohes Reflexionsvermögen auf 10,6 & mgr; m Wellenlängenlaser zu überwinden. 1. YAG -Laserstrahlen mit 06 μm Wellenlänge können aufgrund ihrer hohen Absorptionsrate die Schneidqualität und Geschwindigkeit des Aluminiumlaserschnitts erheblich verbessern.
Titan- und Titanlegierungen, die üblicherweise in der Flugzeugherstellungsindustrie verwendet werden, haben intensive chemische Reaktionen, wenn Sauerstoff als Hilfsgas verwendet wird, und die Schneidgeschwindigkeit ist schnell, aber es ist leicht, eine Oxidschicht auf der Schneide zu bilden und sogar Überbrennen zu verursachen.
Es ist sicherer, Inertgas als Hilfsgas zu verwenden, um eine Schnittqualität zu gewährleisten. Die meisten Legierungen auf Nickelbasis können auch mit sauerstoffunterstütztem Schmelzen geschnitten werden. Kupfer- und Kupferlegierungen haben ein zu hohes Reflexionsvermögen und können im Grunde nicht mit 10,6 μm Kohlendioxidlasern geschnitten werden.
(2) Laserschneiden von nicht metallischen Materialien
Der 10,6 μm CO2-Laserstrahl wird leicht durch nicht-metallische Materialien absorbiert. Sein niedriges Reflexionsvermögen und die Verdampfungstemperatur ermöglichen es fast die gesamte absorbierte Lichtergie, in das Material einzutreten, und die Verdampfung sofort Löcher bildet und in einen tugendhaften Zyklus des Schneidvorgangs gelangen. Kunststoff, Gummi, Holz, Papierprodukte, Leder, natürliche Stoffe und andere organische Materialien können durch Laser geschnitten werden. Die Holzdicke muss jedoch begrenzt sein. Die Dicke von Holzbrettern beträgt 75 mm und die Dicke von Laminaten und Holzchipboards beträgt etwa 25 mm. Unter anorganischen Materialien können Quarz und Keramik von Laser geschnitten werden. Letzteres sollte mit kontrollierter Fraktur geschnitten werden, und hohe Leistung sollte nicht verwendet werden. Glas und Stein sind im Allgemeinen nicht zum Laserschnitt geeignet.
Andere Materialien, die mit herkömmlichen Methoden wie Verbundwerkstoffen und zementierten Carbiden schwer zu verarbeiten sind, können durch Laser geschnitten werden, aber angemessene Schneidmechanismen und Prozessparameter müssen durch Experimente ausgewählt werden.
Bei der tatsächlichen Anwendung der Laserschneidetechnologie ist es eines der Dinge, die wir häufig berücksichtigen müssen, Verbesserung der Effizienz, die Verbesserung der Kürzungsqualität und die Reduzierung der Kosten für die Kürzung.
Verbesserung der Laserschneidetechnologie zur Verbesserung der Produktionseffizienz, der Reduzierung der Qualität und der Reduzierung der Kosten können aus den folgenden Aspekten erfolgen:
1. Mit der Weiterentwicklung der Lasertechnologie kann die Verwendung von Lasern mit höherem Stromverbrauch (wie 10, 000- Watt-Laser) die Schnittgeschwindigkeiten erheblich erhöhen und gleichzeitig wärmegeräte Zonen und Materialverformung verringert werden, wodurch das Schneiden effizienter und bessere Qualität, insbesondere zum Schneiden dickeres Materialien, das Schneiden macht.
2. Passen Sie die Parameter wie Laserleistung, Schnittgeschwindigkeit, Hilfsgastyp und Druck und den Abstand zwischen der Düse und dem Material angemessen an und erstellen Sie detaillierte Einstellungen basierend auf bestimmten Materialien und Schnittanforderungen. Finden Sie die optimale Parameterkombination durch mehrere Tests, um die Schnitteffizienz und -qualität zu verbessern.
3. Durch das automatische Fokussiersystem wird die Laserfokussposition automatisch an die Materialstärke und den Typ eingestellt, um die Schnittgenauigkeit zu gewährleisten.
4. Reduzieren Sie die Nichtschneidungszeit und verbessern Sie die Gesamtbetriebseffizienz, indem Sie den Schneidkopf schnell auf den nächsten Schneidstartpunkt verschieben.
5. Erkennen Sie automatisch Materialkanten und Neigungswinkel, passen Sie den Schneidweg automatisch an und reduzieren Sie Materialabfälle und Vorverarbeitungzeit.
6. Verwenden Sie die CNC -Software, um das Schneiden zu simulieren, den einfachsten Schneidweg zu planen, leere Striche zu reduzieren und die Materialnutzung und die Schnittgeschwindigkeit zu verbessern.
7. Behalten und bedienen Sie regelmäßig die Laserschneidemaschine, z. B. das Ersetzen von Trageteilen, die Reinigung optischer Komponenten, Kalibrierungsgeräte usw., um einen langfristigen stabilen Betrieb der Geräte zu gewährleisten und eine optimale Schnittleistung aufrechtzuerhalten.
8. Halten Sie die Arbeitsumgebung der Laserschneidemaschine mit angemessener Temperatur und mittelschwerer Luftfeuchtigkeit sauber, um die Auswirkungen von Staub und übermäßige Luftfeuchtigkeit auf die Ausrüstung und die Schnittwirkung zu vermeiden.
9. Verwenden Sie fortschrittlichere CNC -Steuerungssysteme und -software, um die Genauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit zu verbessern und komplexere Schneidaufgaben zu unterstützen.
10. Achten Sie weiterhin auf neue Entwicklungen in der Lasertechnologie, wie z.