Ლაზერული კვეთის მანქანების შესაძლებლობების გაგება სამრეწლო სფეროში

Სამრეწლო ლაზერული კვეთის ტექნოლოგია

Ა ლაზერის გაჭრი ქმნის კონცენტრირებულ გაძლიერებული სინათლის სხივს — ჩვეულებრივ ბოჭკოს ლაზერის წყაროდან თანამედროვე სამრეწლო სისტემებში — რომელიც ენერგიას კონცენტრირებს 50–100 მიკრონი დიამეტრის წერტილში. ამ ფოკუსირებულ წერტილში სიმძლავრის სიმჭიდროვე აღწევს დაახლოებით 1–10 მეგავატს/კვადრატული სანტიმეტრი, რაც საკმარისია მეტალის დამჟავებას ან აორთქლებას სხივის კონტაქტის მიკროსეკუნდებში. კვეთის პროცესში გამოიყენება დამხმარე აირი — ჟანგბადი მსუბუქი სტალის კვეთის დროს, რათა გამოიწვიოს ექსოთერმიული რეაქცია, რომელიც ორჯერ ამატებს ეფექტურ კვეთის სიჩქარეს, ან აზოტი უჟანგო სტალისა და ალუმინის კვეთის დროს, რათა გამოიყვანოს დამჟავებული მასალა ჟანგვის გარეშე.

Ბოლო წლებში სამრეწველო კვეთის უმეტეს გამოყენებაში ფიბერული ლაზერული წყაროები ჩაანაცვლეს CO₂ ლაზერები, რადგან ისინი შეიძლება შეიტანილი ელექტროენერგიის 30–40% გადაიყვანონ ლაზერულ გამოსახულებაში, ხოლო CO₂ წყაროების შემთხვევაში ეს მაჩვენებელი 10–15% იყო. მაღალი ეფექტურობა ამცირებს ელექტროენერგიის მოხმარებას და ამოიღებს ლაზერული სხივის გენერირებისთვის CO₂ სისტემების მიერ საჭიროებულ გაზების ნარევს — ჰელიუმს, აზოტს და CO₂-ს. მომსახურება გადაინაცვლა გაზების მართვიდან და სარკეების გასწორებიდან დიოდული მოდულების ხანდახან შეცვლაზე, რომელიც ჩვეულებრივ ხდება 50 000–100 000 სამუშაო საათის შემდეგ.

Ერთ-ერთი სამშენებლო ტექნიკის წარმოებლის ექსკავატორების კომპონენტების წარმოება გადაიყვანა CO₂-დან ფიბერულ ლაზერზე, რადგან გამოთვლების მიხედვით ფიბერული ლაზერის 6–10 მმ მსუბუქი სტალის კვეთის სიჩქარე (დაახლოებით 40–60%-ით უფრო სწრაფი) საშუალებას მისცემს კაპიტალური ხარჯების სხვაობის აღდგენას 14 თვეში წარმოების მოცულობის გაზრდის საშუალებით. ლაზერული გაზის შევსების გაუქმებამ წლიურად 12 000 დოლარი შეიძლება დაიზოგოს მოხმარებლად გამოყენებული მასალების ხარჯებში.

Მასალების შესაძლებლობების სპექტრი

Ფეროზული ლითონების კვეთის შესაძლებლობა

Ფიბერული ლაზერის გაჭრი 1–3 კვტ სიმძლავრეზე მუშაობის დროს ჟანგბადის დახმარებით შეიძლება დაჭრას მსუბუქი ფოლადი 12–16 მმ სისქის ფარგლებში, რაც წარმოებს სუფთა, კვადრატულ კინარს, რომელიც შეიძლება შეერთდეს შედუღებით დამატებითი მომზადების გარეშე. ჟანგბადი რეაგირებს დნობილ ფოლადთან ექსოთერმული რეაქციის შედეგად, რომელიც მონაწილეობს დაახლოებით 60 % ჭრის ენერგიაში და ეფექტურად არახულებს ჭრის სიჩქარეს იგივე სიმძლავრის დონეზე აზოტის დახმარებით ჭრის შედარებით.

Აზოტის დახმარებით მოხდება ნეიტრალური ფოლადის ჭრა, რათა თავიდან აირიდეს კინარზე ჟანგვა და შენარჩუნდეს ქრომის ოქსიდის პასიური ფენა, რომელიც უზრუნველყოფს კოროზიის წინააღმდეგ დაცვას. 3 კვტ სიმძლავრეზე აზოტის დახმარებით ნეიტრალური ფოლადის ჭრის დროს ჩვეულებრივ მიიღება სუფთა ჭრილობა 8–10 მმ სისქის ფარგლებში და მკვეთრი, ჟანგის გარეშე კინარი, რომელსაც არ სჭირდება დამატებითი სუფთავა ჭრის შემდეგ.

Ნახშირბადის ფოლადის ჭრის სისქის შესაძლებლობა თითქმის ლინერიულად იზრდება ლაზერის სიმძლავრით დაახლოებით 6 კილოვატამდე, რის შემდეგაც დამოკიდებულება დაბლა დგება, რადგან დამხმარე გაზი ვერ ახერხებს ეფექტურად გაუშვას გაყინული მასალა სულ უფრო სქელი ქ ქარბონის ფოლადის ლითონის ლაზერული ჭრისათვის პრაქტიკული მაქსიმალური სისქე წარმოების პირობებში დაახლოებით 2530 მმ-ია 1215 კვტ-ზე.

Რკინისებრი ლითონების გათვალისწინება

Ალუმინი წარმოადგენს ორ გამოწვევას: მაღალი თერმული გამტარობა სწრაფად ატარებს სითბოს გაჭრილი ზონიდან და მაღალი რეფლექტუნამოსებრიობა ბოჭკოვანი ლაზერის ტალღის სიგრძეებზე (დაახლოებით 1070 ნმ) შეუძლია ასახოს სხივის ენ თანამედროვე ბოჭკოვანი ლაზერები შეიცავს უკან ბრუნვის დაცვას, რომელიც აკვირდება ბრუნვადი ენერგიის და ავტომატურად ამცირებს ენერგიას ან წყვეტს სხივს.

Საშუალება არსებობს სპეციალურად რეფლექტიური მასალებისთვის ოპტიმიზებული სხეულის ხარისხის მქონე სისტემებზე საკარგო სიხშირეებზე სათანადო სიზუსტით გაჭრას სპილენძისა და ბრინჯაოს. მთავარი პარამეტრია სხეულის პარამეტრის ნამრავლი (BPP) — რომელიც ახასიათებს სხეულის ფოკუსირების შესაძლებლობას, ხოლო ნაკლები BPP-ის მნიშვნელობები საშუალებას აძლევენ საჭიროებული სიმძლავრის სიმჭიდროვის მისაღებად სპილენძის სითბოგამტარობის მოსაძლევად. 3 კვტ სიმძლავრის სისტემებზე, რომლებსაც BPP 2 მმ·მრად-ზე ნაკლები აქვთ, შესაძლებელია 4–6 მმ სისქის სპილენძის გაჭრა.

Გაჭრის ხარისხის პარამეტრები

Ჭრილის სიგანე და გეომეტრიული სიზუსტე

Ჭრილი — ლაზერული სხეულის მიერ წაშლილი მასალის სიგანე — ჩვეულებრივ 0,15–0,5 მმ არის, რაც დამოკიდებულია მასალის სისქეზე, ლაზერის სიმძლავრეზე და ფოკუსირების პოზიციაზე. ჭრილის სიგანე განსაზღვრავს შიდა ელემენტების მინიმალურ ზომას: ჭრილის სიგანის დაახლოებით 1,5-ჯერ ნაკლები სიგანის სლოტი არ შეიძლება გაჭრას, რადგან სხეული მასალას ორივე მხრიდან წაშლის და ერთი ჭრილის გაკეთების ნაცვლად არ წარმოიქმნება ორი პარალელური კიდე.

Თანამედროვე ბოჭკოს ლაზერული კვეთის მანქანებზე განზომილების სიზუსტე აღწევს ±0,05–0,1 მმ-ს თავდაპირველად ხშირად გამოყენებული მასალებისთვის (1–3 მმ) და ±0,1–0,3 მმ-ს მეტად სისქის მასალებისთვის (6–12 მმ). თერმული დეფორმაცია — ფურცლის გაფართოება და შეკუმშვა კვეთის დროს — ხდება ძირეული სიზუსტის შეზღუდვა 10 მმ-ზე მეტი სისქის შემთხვევაში, რადგან სითბოს ზემოქმედების ზონა უფრო მეტად ვრცელდება კვეთის კიდეს გარეთ.

Კიდეების ხარისხი და მეორადი ოპერაციები

Ჟანგბარი ფოლადის ლაზერული კვეთის კიდეები ჟანგბარი გაზის დახმარებით აჩვენებენ თავდაპირველად ხშირად გამოყენებული ჟანგბარი ფენას, რომელსაც საჭიროებს წაშლა საღებავის ან ფხვნილის საღებავის გამოყენებამდე. აზოტით კვეთილი ნეიროსტანდარტული ფოლადისა და ალუმინის კიდეები მზად არის საღებავის გამოყენებისთვის გასუფთავების გარეშე. კვეთის კიდეების ხეხილობა (Rz) ტიპურად აღირიცხება 10–30 მკმ-ად სწორად ოპტიმიზებული პარამეტრების შემთხვევაში, რაც შედარების საშუალებას აძლევს მექანიკურად დამუშავებულ ზედაპირს, რომელსაც შეეძლება მინიმალური მომზადება შეერთების წინ.

Გახურების ზონა (HAZ) — ეს არის არე, სადაც მასალის თვისებები იცვლება კვეთის დროს წარმოქმნილი სითბოს გამო — რომელიც თავის მხრივ 0,1–0,3 მმ-ით ვრცელდება კვეთის კიდეს გასწვრივ პაკას მასალებში და 0,3–0,8 მმ-ით — სქელ ნაკვეთებში. მცირე ზომის HAZ ამცირებს კვეთის შემდგომი სითბოს მოქმედების საჭიროებას, რომელიც სქელ ნაკვეთებში შეიძლება მოითხოვოს პლაზმური კვეთის შემდეგ, სადაც HAZ 2–4 მმ-მდე ვრცელდება.

Ხშირად დასმული კითხვები

Რა სისქის ნაკლებად ნაკლებად გამძლე ფოლადს შეძლებს 3 კვტ-იანი ბოჭკოს ლაზერული კვეთის მანქანა დაკვეთას?

3 კვტ-იანი ბოჭკოს ლაზერი ნაკლებად გამძლე ფოლადს დაკვეთავს 12–16 მმ-მდე ჟანგბადის დამხმარე აირის გამოყენებით და 6–8 მმ-მდე აზოტის გამოყენებით ჟანგის გარეშე კიდეების მისაღებად. კვეთის სიჩქარე ექსპონენციალურად მცირდება სისქის გაზრდასთან ერთად — 16 მმ სისქის მასალის კვეთის სიჩქარე დაახლოებით 0,6–0,8 მ/წთ იქნება, ხოლო 3 მმ სისქის მასალის კვეთის სიჩქარე 3–4 მ/წთ იქნება.

Როგორ შედარება ბოჭკოს ლაზერი CO₂ ლაზერს სამრეწველო კვეთის დროს?

Ფიბერული ლაზერები სთავაზობენ 2–3-ჯერ მაღალ ელექტროენერგიის ეფექტურობას (30–40 % წინააღმდეგ 10–15 %-ს), სწრაფ კვეთას თავისუფალი და საშუალო სისქის მასალებზე, ლაზერული აირის მოხმარების ამოღებას და ნაკლებ მოვლას. CO₂ ლაზერები შენარჩუნებენ სიზუსტის უპირატესობას 15 მმ-ზე მეტი სისქის მასალებზე სხვადასხვა სხივის შეწავშების მახასიათებლების გამო.

Რომელი დამხმარე აირია საუკეთესო ნეიროსტიკანის ლაზერული კვეთისთვის?

Აზოტი 99,95 % ან მაღალი სისუფთავით აძლევს მკაცრ და ჟანგის გარეშე კიდეებს ნეიროსტიკანზე დამატებითი გასუფთავების გარეშე. ჟანგბადით კვეთა უფრო სწრაფია, მაგრამ ტოვებს ჟანგის შემცველ კიდეს, რომელსაც შემდგომში შეერთებას ან საფარველს დასამატებლად უნდა მოაშოროთ. Rayman CNC ლაზერული კვეთის მანქანები მხარს უჭერს ავტომატურ აირის არჩევანს და ორივე აირის წნევის კონტროლს.

Შეუძლია თუ არა ფიბერული ლაზერის კვეთის მანქანას დამუშავება ალუმინისა და სპილენძის მსგავსი სინათლის არეკლავი მასალები?

Კი, ახალგაზრდა ფიბერული ლაზერები უკურეფლექსიის დაცულობის სისტემებით კვეთავენ ალუმინს 12–16 მმ-მდე (3 კვტ) და სპილენძს 4–6 მმ-მდე. სისტემები, რომლებსაც სხივის პარამეტრის ნამრავლი (BPP) 2 მმ·მრად-ზე ნაკლებია, აღარჩევენ უფრო მაღალ სიმძლავრის სიმჭიდროვეს სინათლის არეკლავი მასალებისთვის.

Რა მომსახურება სჭირდება ბოჭკოვან ლაზერულ კვეთას?

Დაცვითი ლინზის გასუფთავება ან შეცვლა ყოველ 200–500 საათში, წრფივი მიმართულების სახელურის სითხის შევსება კვირაში ერთხელ, დამხმარე გაზის ფილტრის შეცვლა თვეში ერთხელ და გაგრილების სითხის შეცვლა წელიწადში ერთხელ. ბოჭკოვანი ლაზერული წყაროები ჩვეულებრივ არ სჭირდება მომსახურება 50 000-ზე მეტი სამუშაო საათის განმავლობაში, სანამ დიოდული მოდულის მომსახურება მოუწევს.

Რა ხარისხის სიზუსტეს აღწევს ლაზერით კვეთილი ნაკეთობები მშავებლობით მომზადებული ნაკეთობების შედარებაში?

Ლაზერით კვეთა აღწევს ±0,05–0,3 მმ ზომის სიზუსტეს (მასალაზე დამოკიდებული), რაც საკმარისია შეერთებისთვის მზად ნაკეთობების მისაღებად მშავებლობის გარეშე. ნამდვილი მშავებლობის დაშვებული სიზუსტე (±0,01–0,02 მმ) ლაზერის შესაძლებლობებს აღემატება — ამ სიზუსტის მოთხოვნის მქონე ნაკეთობების მომდევნო მშავებლობა საჭიროებს კვეთის მეთოდის მიუხედავად.