La tecnologia di taglio laser deve essere familiare a tutti. La tecnologia di taglio laser è un metodo di elaborazione che utilizza un raggio laser ad alta densità di energia per tagliare accuratamente i materiali. È ampiamente utilizzato nella lavorazione di materiali metallici e non metal. L'attrezzatura da taglio laser più comune sono le macchine da taglio laser.
Le macchine da taglio laser utilizzano il principio di taglio dei laser. Il nucleo del taglio laser è il raggio laser generato da un laser ad alta potenza. Attraverso un sistema di riflettore e lenti, in particolare una lente di messa a fuoco, il raggio è focalizzato in un punto molto piccolo, di solito con un diametro di solo decine di micron a centinaia di micron, formando così una densità di energia molto elevata sulla superficie del materiale elaborato.
Sotto l'irradiazione dei laser ad alta densità di energia, la superficie del materiale si riscalda rapidamente fino a migliaia a decine di migliaia di gradi Celsius, causando la scioglimento del materiale, vaporizzare o bruciare istantaneamente. Per i materiali metallici, potrebbe esserci anche una reazione di ossidazione.
Nel processo di taglio laser, i gas ausiliari ad alta pressione (come ossigeno, azoto, argon o aria compressa, ecc.) Sono spesso utilizzati in combinazione. Da un lato, aiutano a spazzare via i materiali fusi o vaporizzati e, dall'altro, proteggono l'area di taglio, riducono la zona colpita dal calore e migliorano la qualità e la velocità di taglio.
I principali parametri di processo del taglio laser sono la potenza del laser, la larghezza dell'incisione, la velocità di taglio e la portata del gas. Altri fattori, come la qualità del raggio laser, la lunghezza focale delle lenti, il defocus e l'ugello, hanno anche una grande influenza sul taglio laser.
(1) Potenza laser
Per le proprietà del materiale, se la riflettività superficiale del materiale è elevata, quindi quando il laser irradia la superficie del materiale, più energia verrà riflessa invece di essere assorbita dal materiale per il taglio. Pertanto, al fine di garantire un'energia sufficiente per il taglio, è necessario aumentare la potenza laser. Allo stesso modo, se la conduttività termica del materiale è buona, il calore generato dall'irradiazione laser verrà rapidamente condotto all'interno del materiale, rendendo difficile per la temperatura dell'area di taglio salire a un livello sufficiente per il taglio. In questo caso, anche la potenza laser deve essere aumentata per migliorare l'efficienza di taglio. Inoltre, il taglio dei materiali con elevati punti di fusione richiede anche una maggiore potenza laser e densità di potenza. Questo perché i materiali con alti punti di fusione richiedono più energia per scioglierli o vaporizzarli, raggiungendo così lo scopo del taglio.
(2) Velocità di taglio
In determinate condizioni di potenza, quando lo spessore della piastra aumenta, il raggio laser deve penetrare negli strati di materiale più profondi per completare il taglio. Gli studi hanno dimostrato che la relazione tra la velocità di taglio e la rugosità della superficie tagliata non è una semplice relazione lineare, ma mostra una tendenza del cambiamento a forma di U. Ciò significa che per materiali di diversi spessori della piastra e diverse condizioni di pressione del gas, esiste un punto di velocità di taglio ottimale. Quando si tagliano a questa velocità, il valore di rugosità della superficie del taglio può essere ridotto al minimo, ovvero il taglio è il più liscio. In generale, più veloce è la velocità di taglio, maggiore è la potenza richiesta.
(3) Pressione del gas (flusso di gas)
Durante il processo di taglio dello scioglimento, il raggio laser riscalda il materiale alla temperatura di fusione. In questo momento, il gas ha spazzato via il metallo liquido per formare un'incisione. La pressione del gas deve essere abbastanza grande da rimuovere efficacemente il metallo fuso e garantire la continuità del taglio e la chiarezza dell'incisione. La portata del gas è anche correlata alla forma dell'ugello. Diverse forme di ugelli hanno effetti diversi sulle caratteristiche di distribuzione e flusso del gas, quindi anche la portata del gas applicabile sarà diversa. Quando si seleziona l'ugello e si impostano la portata del gas, è necessario abbinare e ottimizzare in base ai requisiti di taglio specifici e alle proprietà del materiale.
(4) qualità del raggio, lunghezza focale dell'obiettivo e defocus
L'output della modalità del raggio dal laser è cruciale per l'effetto di taglio. La modalità di trasversale fondamentale (TEM 00) il raggio è considerata la modalità di raggio più ideale nel taglio laser a causa del suo piccolo diametro del raggio e dell'energia concentrata. Studi sperimentali hanno dimostrato che la larghezza dell'incisione è quasi uguale al diametro del punto laser nel taglio non assistito da ossigeno. La dimensione del punto è proporzionale alla lunghezza focale della lente di messa a fuoco, cioè maggiore è la lunghezza focale, maggiore è il punto; Più corta è la lunghezza focale, minore è il punto. Tuttavia, sebbene una lente a lunghezza focale breve possa ottenere un punto più piccolo, anche la sua profondità focale è ridotta di conseguenza. Più piccola è la profondità focale, più severa è il requisito della distanza dalla superficie del pezzo alla lente. Il valore di Defocus ha una grande influenza sulla velocità di taglio e sulla profondità di taglio e deve rimanere invariato durante il processo di taglio. Generalmente, il valore di Defocus è un valore negativo, cioè la posizione di messa a fuoco viene posizionata in un certo punto sotto la superficie della piastra di taglio.
(5) ugello
L'ugello è un componente importante che influenza la qualità e l'efficienza del taglio laser. Il taglio laser utilizza generalmente un ugello coassiale (flusso d'aria e asse ottico concentrico) e il diametro dell'uscita dell'ugello deve essere selezionato in base allo spessore della piastra. Inoltre, la distanza dall'ugello alla superficie del pezzo ha anche una grande influenza sulla qualità del taglio. Al fine di garantire la stabilità del processo di taglio, questa distanza deve essere mantenuta costante.
Taglio laser di materiali industriali
(1) taglio laser di materiali metallici
Quasi tutti i materiali metallici hanno un'alta riflettività alla luce a infrarossi a temperatura ambiente. Ad esempio, il tasso di assorbimento di 1 0. 6μm di laser di anidride carbonica è solo dello 0,5%~ 10%. Tuttavia, quando la densità di potenza supera il raggio focalizzato di, la superficie può iniziare a sciogliersi in microsecondi. Il tasso di assorbimento della maggior parte dei metalli fusi aumenterà bruscamente, generalmente fino al 60%~ 80%. Pertanto, i laser di anidride carbonica sono stati utilizzati con successo in molte pratiche di taglio dei metalli.
Il massimo spessore delle piastre di acciaio al carbonio che possono essere tagliate dai moderni sistemi di taglio laser ha superato 2 0 mm. La cucitura di taglio delle piastre di acciaio al carbonio può essere controllata all'interno di un intervallo di larghezza soddisfacente mediante metodo di taglio dello scioglimento assistito da ossigeno e la cucitura di taglio delle piastre di acciaio sottile può essere stretta quanto circa 0,1 mm. Il taglio laser è un metodo di elaborazione efficace per le piastre in acciaio inossidabile. Può controllare la zona affetta da calore all'interno di una gamma molto piccola, mantenendo così la sua resistenza alla corrosione. La maggior parte degli acciai strutturali in lega e gli acciai per utensili in lega possono ottenere una buona qualità all'avanguardia mediante il taglio laser.
Le leghe di alluminio e alluminio non possono essere tagliate con fusione assistita da ossigeno. È necessario utilizzare un meccanismo di taglio che si scioglie. Il taglio del laser in alluminio richiede una densità di potenza molto elevata per superare la sua elevata riflettività ai laser a lunghezza d'onda da 10,6 μm. 1. 06μm Lunghezza d'onda Le fasci laser YAG possono migliorare notevolmente la qualità del taglio e la velocità del taglio del laser in alluminio a causa del loro elevato tasso di assorbimento.
Le leghe di titanio e titanio comunemente usate nell'industria della produzione di aeromobili presentano intense reazioni chimiche quando l'ossigeno viene usato come gas ausiliario e la velocità di taglio è veloce, ma è facile formare uno strato di ossido sull'avanguardia e persino causare eccessivamente.
È più sicuro utilizzare gas inerte come gas ausiliario per garantire la qualità del taglio. La maggior parte delle leghe a base di nichel può anche essere tagliata con la fusione assistita da ossigeno. Le leghe di rame e rame hanno una riflettività troppo alta e sostanzialmente non possono essere tagliate con laser di anidride carbonica da 10,6 μm.
(2) taglio laser di materiali non metallici
Il raggio laser CO2 da 10,6 μm è facilmente assorbito da materiali non metallici. La sua bassa temperatura di riflettività ed evaporazione consente a quasi tutta l'energia della luce assorbita di entrare nel materiale e causare istantaneamente la vaporizzazione per formare fori, entrando in un ciclo virtuoso del processo di taglio. Plastiche, gomma, legno, prodotti di carta, pelle, tessuti naturali e altri materiali organici possono essere tagliati dal laser. Tuttavia, lo spessore del legno deve essere limitato. Lo spessore delle assi di legno è entro 75 mm e lo spessore di laminati e tavole da chip in legno è di circa 25 mm. Tra i materiali inorganici, il quarzo e la ceramica possono essere tagliati dal laser. Quest'ultimo dovrebbe essere tagliato con frattura controllata e l'alta potenza non dovrebbe essere utilizzata. Il vetro e la pietra non sono generalmente adatti per il taglio laser.
Altri materiali che sono difficili da elaborare con metodi convenzionali, come materiali compositi e carburi cementati, possono essere tagliati dal laser, ma i meccanismi di taglio ragionevoli e i parametri di processo devono essere selezionati attraverso esperimenti.
Nell'effettiva applicazione della tecnologia di taglio laser, il miglioramento dell'efficienza del taglio, il miglioramento della qualità e la riduzione dei costi di taglio è una delle cose che spesso dobbiamo considerare.
Il miglioramento della tecnologia di taglio laser per migliorare l'efficienza della produzione, il taglio della qualità e la riduzione dei costi può essere fatto dai seguenti aspetti:
1. Con il progresso della tecnologia laser, l'uso di laser a potenza più elevata (come 10, 000- i laser Watt) può aumentare significativamente le velocità di taglio, riducendo al contempo le zone interessate dal calore e la deformazione dei materiali, rendendo il taglio più efficiente e migliore qualità, specialmente per il taglio dei materiali più spessi.
2. Regola ragionevolmente parametri come potenza laser, velocità di taglio, tipo di gas ausiliario e pressione e la distanza tra l'ugello e il materiale e effettuare impostazioni dettagliate basate su materiali specifici e requisiti di taglio. Trova la combinazione di parametri ottimale attraverso più test per migliorare l'efficienza e la qualità del taglio.
3. Attraverso il sistema di messa a fuoco automatico, la posizione di messa a fuoco laser viene regolata automaticamente in base allo spessore del materiale e al tipo per garantire l'accuratezza del taglio.
4. Ridurre i tempi non tagli e migliorare l'efficienza operativa complessiva spostando rapidamente la testa di taglio al punto di partenza di taglio successivo.
5. Rilevare automaticamente i bordi del materiale e gli angoli di inclinazione, regolare automaticamente il percorso di taglio e ridurre i rifiuti di materiale e il tempo di preelaborazione.
6. Utilizzare il software CNC per simulare il taglio, pianificare il percorso di taglio più semplice, ridurre i colpi vuoti e migliorare l'utilizzo del materiale e la velocità di taglio.
7. Mantenere e servire regolarmente la macchina da taglio laser, come la sostituzione di parti di usura, la pulizia dei componenti ottici, le attrezzature di calibrazione, ecc., Per garantire il funzionamento stabile a lungo termine dell'attrezzatura e mantenere prestazioni di taglio ottimali.
8. Mantenere pulito l'ambiente di lavoro della macchina da taglio laser, con una temperatura adeguata e un'umidità moderata per evitare l'impatto della polvere e l'eccessiva umidità sull'attrezzatura e l'effetto di taglio.
9. Utilizzare sistemi e software di controllo CNC più avanzati per migliorare l'accuratezza del controllo e la velocità di risposta e supportare attività di taglio più complesse.
10. Continua a prestare attenzione ai nuovi sviluppi della tecnologia laser, come fonti laser più efficienti, sistemi ottici più avanzati, algoritmi software intelligenti, ecc., Per migliorare continuamente le capacità di taglio.