Что такое лазерная резка
Качество многих изделий из металла в значительной степени определяется точностью изготовления исходных деталей. Это относится к автомобилям, промышленному и отопительному оборудованию, бытовой технике и т. д.
Получать заготовки самой сложной формы с минимальными отклонениями от проектной документации позволяет лазерная резка металла. Первый станок для серийной работы по данной технологии поставлен на производство еще в 1965 году. Но тогда его возможности ограничивались сверлением отверстий заданного диаметра в лазерных штампах. Двумя годами позже при помощи кислородной струйной резки удалось раскроить лист металла. Чуть позднее технологией заинтересовались представители аэрокосмической отрасли. Одновременно на рынке появились станки, позволяющие обрабатывать неметаллы.
Если исходить из формулировок в научной и популярной литературе, лазерная резка — это технология, основанная на испарении, горении или плавлении металла или иного материала. В основе — луч, проходящий через специальную линзу. В результате его сила увеличивается многократно.
В основном лазерную резку металлов используют на промышленных предприятиях для получения заготовок нужной формы. Но есть станки, предназначенные для выполнения гравировки, создания предметов декора, малых архитектурных форм и т. д.
Основные методы работы лазерных установок
На текущий момент времени выделяют следующие способы лазерной резки металлов:
Плавление
Этот метод считается практически универсальным. Именно поэтому его используют чаще всего. Под воздействием лазерного луча лист металла или иного материала нагревается до температуры плавления.
Качество обработки полностью зависит от квалификации обслуживающего персонала. В оптимальном варианте кромки остаются идеально ровными, плавится только металл именно в точках воздействия лазера. При резке, например, гильотиной такое практически невозможно.
Для удаления расплавленного металла на рабочую поверхность одновременно с работой лазерного луча под напором подают сжатый воздух. У этой струи есть и еще одно предназначение. Она способствует охлаждению кромок и остального материала. Но здесь нужно учитывать ряд моментов. Например, при обработке нержавеющей стали или алюминия нельзя использовать кислород. В противном случае будет сложно избежать появления коррозии. Для решения проблемы вместо кислорода в рабочую зону подают азот. Это нужно учитывать, решая, чем делают лазерную резку в каждом конкретном случае.
К преимуществам технологии лазерного плавления можно отнести:
- максимальную скорость обработки;
- минимальную погрешность обработки;
- возможность минимизировать затраты на получение заготовок любой формы, в том числе с множеством отверстий, изогнутыми линиями и т. д.
Горение
Этот способ лазерной резки отличается эффективностью, но из-за его специфики сфера применения сильно ограничена. Горение применяют для получения деталей из стали или чугуна. Но резать медь, алюминий, серебро и иные цветные металлы не получится. Это же ограничение распространяется на любые высоколегированные сплавы.
Метод горения считается достаточно эффективным. Для быстрой лазерной обработки металла в рабочую зону поступает струя кислорода. Но одновременно появляется проблема, связанная с горением и плавлением кромок. Им зачастую требуется дополнительная дорогостоящая обработка. В результате увеличиваются расходы на получение заготовок.
Для снижения затрат рабочую зону обрабатывают азотом. Он необходим при резке листов из алюминия или нержавеющей стали. Обрабатывать черные металлы можно без проблем и последующей зачистки.
Испарение
Сфера применения данного метода ограничена. Его используют для получения деталей из тонколистового проката за счет импульсной подачи лазерного луча. Металл при этом не просто плавится, а полностью испаряется в обрабатываемой зоне. Есть возможность настроить лазерную резку так, чтобы последовательно обрабатывать даже листы металла, сложенные стопкой. Например, если каждый раз нужно вносить изменения.
Нужно помнить, что эта лазерная резка металла очень энергозатратна. Например, чтобы расплавить алюминий, его нужно нагреть до +600 0С. Но процесс испарения активируется только при +2519 0С. Поэтому этот способ резки металла применяют достаточно редко, если не подходят ни плавление, ни горение.
Техника для выполнения лазерной резки
Знать, что такое лазерная резка, недостаточно. Важно правильно выбрать оборудование. Существующие агрегаты классифицируют по самым разным характеристикам и критериям. Одна из самых важных классификаций — по виду источника лазерного луча.
И здесь выделяют:
- Твердотельные лазерные системы. Их основные элементы — газоразрядная лампа и твердое рабочее тело, например, стержень из материалов с высокой температурой плавления. На его краях установлены отражающие зеркала и одно — полупрозрачное. Стержень формирует лазерный луч, далее он многократно отражается от зеркал и становится более мощным. В рабочую зону луч подается через зеркало с частичной прозрачностью.
- Газовые приборы. Принцип действия достаточно прост. При помощи CO2 формируется электрический разряд. Далее он также отражается от зеркал для увеличения мощности и поступает в поле обработки металла. В некоторых лазерных агрегатах совместно с углекислым газом используют гелий и азот.
- Газодинамические станки. Относятся к наиболее мощным. В основе — нагрев CO2. Температура в зависимости от решаемой задачи может достигать +2726 0С. Для усиления рабочих качеств углекислого газа его обрабатывают лазерным лучом. Перед подачей на рабочую поверхность струю газа пропускают через особое сопло, что приводит к изменению характеристики CO2. Теперь он является источником излучения, способного расплавить или испарить металл. Это нужно учитывать тем, кто думает, как работает лазерная резка этого типа.
Если сравнивать перечисленные виды оборудования, наиболее эффективным является последний вариант. Но такие лазерные станки стоят дороже остальных. И их применение не всегда оправдано. На практике лазерные установки, например, в станках с ЧПУ с подачей CO2 способны выполнять самые разные операции. Можно не только резать металл, но и создавать единые конструкции из отдельных деталей за счет их сварки. Лазерные установки используют даже ювелиры, работающие с резкой по цветмету. С их помощью можно выполнять гравировку, получать очень мелкие детали.
Лазерные станки первого типа (твердотельные) предназначены для работы исключительно с металлами, в том числе цветными. Разрезать стекло, камень или пластик не получится.
Что влияет на качество лазерной резки материалов?
Специалисты при выборе оборудования для конкретного производства обращают внимание на следующие моменты:
- точность реза. В некоторых ситуациях отклонение даже на миллиметр может стать критическим;
- качество кромок, потребность в их дальнейшей зачистке.
Для получения идеального результата недостаточно купить станок от проверенного производителя. Лазерная резка металла — это процесс, который зависит от множества самых разных критериев:
- тип заготовок: материал, габариты, толщина;
- правильный выбор программы для обработки;
- своевременное проведение технического обслуживания непосредственно станка;
- качество чертежей и макетов (при наличии).
Скорость обработки может существенно меняться в зависимости от типа металлопроката или иного материала и толщины листов. Значение имеет и мощность лазерного оборудования. Например, чтобы резать сталь, титан и их сплавы, достаточно приобрести установку мощностью 600 Вт. Но для работы с медным или алюминиевым прокатом мощность нужно увеличить в 2 и более раза.
Как работает лазерная резка металла в особых случаях: что нужно учитывать?
При изготовлении бытовой техники, товаров бытового или промышленного назначения используют самые разные материалы. Где-то нужно резать листы толщиной 0,5-0,8 мм, а где-то приходится обрабатывать заготовки из пластика или закаленного стекла. Решить все перечисленные задачи за счет одной лазерной установки не получится.
При выборе техники нужно учитывать следующие факты:
- для работы с металлом с высоким содержанием легирующих добавок требуется газолазерная установка. В зону плавления обязательно подают струю кислорода. Это позволяет выполнять резку на максимальных скоростях;
- если нужны заготовки сложной формы, со множеством отверстий, вместо кислорода в точку воздействия лазера подают инертные газы. Их же применяют при обработке алюминия и его сплавов, латуни. Рекомендованное давление — до 10 Атм;
- для работы с нержавейкой потребуется азот. И его давление при подаче составляет до 20 Атм;
- лазерная резка меди сопряжена со значительными сложностями. Не рекомендуется обрабатывать прокат толщиной более 0,5 мм. Далее существенно повышаются затраты, что негативно сказывается на общей себестоимости производства;
- рекомендованная толщина трубного проката для лазерной резки — не более 30 мм. К плюсам в данном случае можно отнести то, что резать можно не только под прямым углом. Срезы получаются идеально ровными. Можно не тратить время на постобработку, а сразу переходить, например, к сварке.