Rezanie laseromaplikácia
Rýchle axiálne CO2 lasery sa väčšinou používajú na laserové rezanie kovových materiálov, najmä kvôli dobrej kvalite ich lúča. Hoci odrazivosť väčšiny kovov voči CO2 laserovým lúčom je pomerne vysoká, odrazivosť kovového povrchu pri izbovej teplote sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou a stupňom oxidácie. Po poškodení kovového povrchu sa odrazivosť kovu blíži k 1. Na laserové rezanie kovov je potrebný vyšší priemerný výkon a túto podmienku majú iba vysokovýkonné CO2 lasery.
1. Rezanie oceľových materiálov laserom
1.1 Kontinuálne rezanie CO2 laserom Medzi hlavné procesné parametre kontinuálneho rezania CO2 laserom patrí výkon lasera, typ a tlak pomocného plynu, rýchlosť rezania, poloha ohniska, hĺbka ohniska a výška trysky.
(1) Výkon laseru Výkon laseru má veľký vplyv na hrúbku rezu, rýchlosť rezu a šírku rezu. Ak sú ostatné parametre konštantné, rýchlosť rezania sa znižuje so zvyšujúcou sa hrúbkou rezacieho plechu a zvyšuje sa so zvyšujúcim sa výkonom laseru. Inými slovami, čím väčší je výkon laseru, tým hrubší plech je možné rezať, tým vyššia je rýchlosť rezania a tým je o niečo väčšia šírka rezu.
(2) Typ a tlak pomocného plynu Pri rezaní nízkouhlíkovej ocele sa ako pomocný plyn používa CO2 na využitie tepla reakcie spaľovania železa a kyslíka na podporu procesu rezania. Rýchlosť rezania je vysoká a kvalita rezu je dobrá, najmä je možné dosiahnuť rez bez lepkavej trosky. Pri rezaní nehrdzavejúcej ocele sa používa CO2. Troska sa ľahko prilepí na spodnú časť rezu. Často sa používa zmes plynov CO2 + N2 alebo dvojvrstvový prúd plynu. Tlak pomocného plynu má významný vplyv na rezný účinok. Vhodné zvýšenie tlaku plynu môže zvýšiť rýchlosť rezania bez lepkavej trosky vďaka zvýšeniu hybnosti prúdenia plynu a zlepšeniu kapacity odstraňovania trosky. Ak je však tlak príliš vysoký, povrch rezu sa stáva drsným. Vplyv tlaku kyslíka na priemernú drsnosť povrchu rezu je znázornený na obrázku nižšie.
Tlak telesa závisí aj od hrúbky plechu. Pri rezaní nízkouhlíkovej ocele 1kW CO2 laserom je vzťah medzi tlakom kyslíka a hrúbkou plechu znázornený na obrázku nižšie.
(3) Rýchlosť rezania Rýchlosť rezania má významný vplyv na kvalitu rezania. Za určitých podmienok výkonu lasera existujú zodpovedajúce horné a dolné kritické hodnoty pre dobrú rýchlosť rezania pri rezaní nízkouhlíkovej ocele. Ak je rýchlosť rezania vyššia alebo nižšia ako kritická hodnota, dôjde k priľnutiu trosky. Pri nízkej rýchlosti rezania sa predlžuje čas pôsobenia oxidačného tepla na reznú hranu, zväčšuje sa šírka rezu a rezný povrch sa zdrsňuje. So zvyšujúcou sa rýchlosťou rezania sa rez postupne zužuje, až kým šírka horného rezu nedosiahne priemer bodu. V tomto čase má rez mierne klinovitý tvar, široký na vrchu a úzky na spodnej strane. S pokračujúcim zvyšovaním rýchlosti rezania sa šírka horného rezu naďalej zmenšuje, ale spodná časť rezu sa relatívne rozširuje a nadobúda tvar obráteného klinu.
(5) Hĺbka ostrosti
Hĺbka ostrosti má určitý vplyv na kvalitu reznej plochy a rýchlosť rezania. Pri rezaní relatívne veľkých oceľových plechov by sa mal použiť lúč s veľkou ohniskovou hĺbkou; pri rezaní tenkých plechov by sa mal použiť lúč s malou ohniskovou hĺbkou.
(6) Výška trysky
Výška trysky sa vzťahuje na vzdialenosť od koncovej plochy pomocnej plynovej trysky k hornej ploche obrobku. Výška trysky je veľká a hybnosť vypúšťaného pomocného prúdu vzduchu sa ľahko mení, čo ovplyvňuje kvalitu a rýchlosť rezania. Preto sa pri rezaní laserom výška trysky vo všeobecnosti minimalizuje, zvyčajne na 0,5 až 2,0 mm.
① Laserové aspekty
a. Zvýšte výkon lasera. Vývoj výkonnejších laserov je priamy a účinný spôsob, ako zvýšiť hrúbku rezu.
b. Pulzné spracovanie. Pulzné lasery majú veľmi vysoký špičkový výkon a dokážu preniknúť cez hrubé oceľové plechy. Použitie vysokofrekvenčnej technológie pulzného laserového rezania s úzkou šírkou impulzu umožňuje rezať hrubé oceľové plechy bez zvýšenia výkonu lasera a veľkosť rezu je menšia ako pri kontinuálnom rezaní laserom.
c. Používajte nové lasery
②Optický systém
a. Adaptívny optický systém. Rozdiel oproti tradičnému laserovému rezaniu spočíva v tom, že nie je potrebné umiestňovať ohnisko pod povrch rezu. Keď sa poloha ohniska mení hore a dole o niekoľko milimetrov pozdĺž smeru hrúbky oceľového plechu, ohnisková vzdialenosť v adaptívnom optickom systéme sa mení s posunom polohy ohniska. Zmeny ohniskovej vzdialenosti hore a dole sa zhodujú s relatívnym pohybom medzi laserom a obrobkom, čo spôsobuje zmenu polohy ohniska hore a dole pozdĺž hĺbky obrobku. Tento proces rezania, pri ktorom sa poloha ohniska mení v závislosti od vonkajších podmienok, môže viesť k vysokokvalitným rezom. Nevýhodou tejto metódy je, že hĺbka rezu je obmedzená, zvyčajne nie väčšia ako 30 mm.
b. Technológia bifokálneho rezania. Na dvojité zaostrenie lúča na rôzne miesta sa používa špeciálna šošovka. Ako je znázornené na obrázku 4.58, D je priemer strednej časti šošovky a D je priemer okrajovej časti šošovky. Polomer zakrivenia v strede šošovky je väčší ako okolitá plocha, čím sa vytvára dvojité zaostrenie. Počas procesu rezania sa horné zaostrenie nachádza na hornom povrchu obrobku a spodné zaostrenie sa nachádza v blízkosti spodného povrchu obrobku. Táto špeciálna technológia laserového rezania s dvojitým zaostrením má mnoho výhod. Pri rezaní mäkkej ocele dokáže nielen udržiavať vysoko intenzívny laserový lúč na hornom povrchu kovu, aby sa splnili podmienky potrebné na zapálenie materiálu, ale aj udržiavať vysoko intenzívny laserový lúč v blízkosti spodného povrchu kovu, aby sa splnili požiadavky na zapálenie. Je potrebné vytvárať čisté rezy v celom rozsahu hrúbky materiálu. Táto technológia rozširuje rozsah parametrov na dosiahnutie vysoko kvalitných rezov. Napríklad pri použití 3kW CO2. Pri laserovom reze môže konvenčná hrúbka rezu dosiahnuť iba 15 ~ 20 mm, zatiaľ čo hrúbka rezu s použitím technológie dvojitého zaostrenia môže dosiahnuť 30 ~ 40 mm.
③Tryska a pomocný prúd vzduchu
Trysku je potrebné rozumne navrhnúť tak, aby sa zlepšili charakteristiky prúdenia vzduchu. Priemer vnútornej steny nadzvukovej trysky sa najprv zmenší a potom roztiahne, čo môže na výstupe generovať nadzvukový prúd vzduchu. Tlak privádzaného vzduchu môže byť veľmi vysoký bez vytvárania rázových vĺn. Pri použití nadzvukovej trysky na laserové rezanie je kvalita rezu tiež ideálna. Keďže rezný tlak nadzvukovej trysky na povrchu obrobku je relatívne stabilný, je obzvlášť vhodná na laserové rezanie hrubých oceľových plechov.
Čas uverejnenia: 18. júla 2024
