Металдарды лазерлік кесу әдетте төрт кезеңнен тұратын процеске негізделеді, оны талқындаған сайын қызықты болып келеді. Барлық процес лазерлік резонатордан басталып, күшті сәуле шығарылады, сосын ол CO2 газды қоспалары немесе арнайы оптикалық талшық кабельдері арқылы күшейтіледі. Келесі кезекте болып жатқан зат өте қызық. Өте дәл линзалар сәулені адам шашынан да жіңішке, шамамен 0,1 мм қалыңдықтағы нүктеге дейін жинақтайды. Осындай күштілікте қуат тығыздығы шаршы сантиметрге 10 миллион ватттан асады, соған байланысты көміртегілі болатты жарты миллисекунд ішінде балқытып шығарып тұр, бұны «Жасалым процесстері журналы» берген соңғы зерттеулерде көруге болады. Жұмысты аяқтау үшін оттегі немесе азот сияқты көмекші газдар балқыған металды үрлеп тазалап жібереді, соның арқасында өте жіңішке кесілімдер алуға болады. Тіпті 3 мм қалыңдықтағы нержавеюші болаттың кесілім ені 0,15 мм дейін болуы мүмкін.
Нақтылық пен әсерлілікті қамтамасыз ету үшін бес негізгі жүйе бірігіп жұмыс істейді:
Бұл интеграция 1 мм қарапайым болатты кесу жылдамдығын минутына 60 метрге дейін жеткізіп, ±0,05 мм дәлдікті сақтауға мүмкіндік береді — бұл автомобиль және әуе-кеңістік компоненттерін жоғары дәлдікпен өңдеу үшін маңызды.
Қазіргі таңда металл өңдеу өнеркәсібі негізінен үш негізгі лазерлік технологиялармен жұмыс істейді: CO2, талшықты және кристалды негізделген жүйелер. CO2 лазерлері қозғалтқыш үшін газ қолданатындықтан, жоғары емес металлдардың қалың қабаттарын жақсы кеседі. Талшықты лазерлер жарық диодтарын оптикалық талшықтар арқылы күшейтетіндіктен, жұқа және орташа қалыңдықтағы қаңыл металды өңдеу нарығының көп бөлігін басып алды. 2024 жылғы Өнеркәсіптік лазерлік есеп беру мәліметтеріне сәйкес, талшықты лазерлер CO2 лазерлерімен салыстырғанда екі есе немесе үш есе жылдам 3 мм нержавеющая болатты кese алады. Nd:YAG модельдерін қоса алғандағы кристалды лазерлер титанды кесу сияқты өте нақты сегменттерде қолданылады, бірақ бұл жүйелер қажетті техникалық қызмет көрсету мен жөндеу көлеміне байланысты өсу динамикасын байқатпайды.
Талшықты лазерлердің айқын артықшылықтары бар:
| Өнімділік метрикасы | Талшықты лазер | Co2 лазер |
|---|---|---|
| Кесу жылдамдығы (1 мм болат) | 25 м/мин | 8 м/мин |
| Энергия құны/Ай* | $1,200 | $3,500 |
| Қосымша газ шығыны | 15% төмен | Стандарт |
*500 кВт жүйесіне, 24/5 жұмысына негізделген
20 мм артық емес металдарды өңдейтін өндірушілер үшін талшықты лазерлер шығын кезінде 18–24 ай қайтару көрсеткішін қамтамасыз етеді және жоғары жұмыс уақытының 94% құрайды (2024 жылғы металл өңдеу экономикасы зерттеуі). Ал ақрил немесе ағаш өңдейтін материалдарды қолданатын дүкендер үшін CO2 жүйелері әлі де тиімді, бірақ олар метал кесуге 50–70% артық энергия жұмсайды.
Лазерлік кесу жылу өткізгіштігі біркелкі және лазерлік энергияны болжанған жылдамдықпен сіңіретін металдармен жұмыс істеуге ыңғайлы. Осындай материалдарға нержавеющая болат, алюминий, көміртекті болат, мыс және қола жатады. Нержавеющая болат бәсең жемірілуіне байланысты ерекшеленеді, сондықтан тазалық маңызды болатын медициналық құрылғылар мен тамақ өндеу машиналарында кеңінен қолданылады. Алюминийдің жеңілдігі ұшақтар мен автомобильдерді жасауда қолданылатын негізгі материалға айналды, өйткені грамдарды үнемдеу шын мәнінде өнімділікті арттырады. Қола мен мыс лазермен кесілмейді, бірақ электр жүйелерінде маңызды рөл атқарады. Бұл металдар лазерлік сәулеге шағылады, сондықтан айналасындағы аймақтарды зақымдамай таза кесу үшін операторларға арнайы жабдықтар мен әдістер қажет.
| Металл түрі | Қалыңдық диапазоны | Негізгі қолдану аймақтары |
|---|---|---|
| Нержавеющая болат | 0,5–25 мм | Медициналық құрылғылар, тамақ өндеу жабдықтары |
| Алюминий | 0,5–20 мм | Автомобиль панельдері, радиаторлар |
| Күміс | 0,5–8 мм | Алмалы-салмалы тақталар, жылу алмасу құрылғылары |
Мыс пен қола материалдарымен жұмыс істеген кезде негізгі проблема инфрақызыл лазерлік энергияның 90 пайызынан астамын шағып тастайды. Бұл шағылу дұрыс жүргізілмесе лазердің өзіне зиян келтіруі мүмкін. Осы жерде фиберлік лазерлер қолайлырақ, себебі олар 1060 нанометр шамасындағы қысқа толқын ұзындығында жұмыс істейді және нәтижені басқаруға көмектесетін адаптивті қуат модуляциясы деп аталатын қасиетке ие. Мысалы, 2 мм қалыңдықтағы мыс пластиналарды кесуді қарастырайық. Бұл процеске 500 Гц-тен жоғары импульс жиілігі қажет, сонымен қатар кесу кезінде тот баспайтын азот газының көмегі қажет. Барлық осындай қосымша қадамдар болатты кесуге қарағанда 15-20 пайызға артық энергия пайдалануға әкеліп соғады, бірақ көпшілік өндірушілер дәлдікті сақтап, қымбат құрал-жабдықтарын қорғау үшін осындай айырмашылықты төлеуге дайын.
Өңделіп жатқан материалдың қалыңдығы оны қаншалықты тез кесуге және процессте қаншалықты күш пайдаланылатынын анықтайды. Мысалы, 5 мм жұмсақ болатпен жұмыс істегенде, минутына 8 метр жылдамдық жақсы нәтиже береді. Бірақ қалыңдау 20 мм болатпен жұмыс істегенде, операторлар шеттердің бұрылуын болдырмау үшін жылдамдықты шамамен 1,2 м/мин дейін баяулатуы тиіс. Бірақ көбінесе адамдар бетін дайындауды ұмытады. Тат беті немесе біркелкі емес қаптамалар лазерлік сәулеге жарты миллиметрден кетіп кетуге мүмкіндік беріп, кейін өлшемдік мәселелерге әкеледі. Осындай қаптамалы беттерді тазалау процесстің сапасына үлкен әсер ететінін көрсетіп отыр. Салық салу көрсеткіштері осы қарапайым қадам кесудің біркелкілігін шамамен 30 пайызға арттырып, сонымен қатар пост-өңдеуді қиындататын шлактың пайда болуын азайтатынын көрсетіп отыр.
Талшынды лазерлер материалдарды дәстүрлі CO2 жүйелерінен шамамен үш есе жылдам кесе алады, сонымен қатар қиын материалдар мысалы, нержавеющий болат пен алюминий жапырақтарында дәлдігі шамамен 0,1 мм дейін сақталады. Бұл лазерлердің негізінде жатқан қатты күй конструкциясы энергияны пайдалануды шамамен 30 пайызбен арттырады. Бұл тиімділік материал жанбай, тек ериді және кесілген жер таза болып шығады, сонымен қатар айналадағы аймақтарға жылу әсері аз болады. Ел бойынша өндіріс орындарынан алынған нақты цифрларға қарағанда, компаниялар 25 мм қалыңдықтан аспайтын металдан жасалған бөлшек басына шамамен 18-ден 22 тиынға дейін үнемдейді. Сол себепті көптеген жапырақты металл шеберханалары бүгінгі таңда жаппай өндіріс үшін талшынды лазерлік технологияларға ауысуда.
Автокөлік бөлшектері саласындағы ірі компания 2-8 мм көміртегі болатының жапырақтарымен жұмыс істеу үшін 6 кВт талшынды лазерлерге ауысқан кезде рама бөлшектерін шығару уақытын екі есе қысқартты. Нағыз таңқаларлық жағдай – жаңа жүйелер кесілген жерлерден таза нәтиже алуға мүмкіндік беріп, қосымша түтіктерді тазалау қажеттілігін толық жоятыны. Бетінің тегістігі Ra 3,2 микрон шамасында болып шығады, бұл өте тегіс бет болып табылады. Уақыт кестесіне қатаң сәйкес келу керек болған өндірушілер үшін мұндай дәлдік барлық айырмашылықты жасайды, әсіресе электр көліктерінің әрбір грамы маңызды болып табылатын және дәлдік шегі өте жіңішке болып келетін талаптарға тұтастай сай келу үшін.
Әуе әрі қарқынды дамып жатқан компаниялар 7075-T6 қорытпасынан жасалған қанат қабырғалары мен фюзеляждің бөліктері сияқты алюминий конструкциялық бөлшектермен жұмыс істегенде талшынды лазерлерге көшіп жатыр. Себебі? Бұл лазерлер материалдың шағылдыру қасиеттерін азайтатын 1070 нм толқын ұзындығында жұмыс істейді. Бұл 10 мм қалыңдықтағы тақталарды тұрақты түрде минутына 15 метр жылдамдықпен кесіп шығуға және қалыңдық ауытқуларын 0,5% астында ұстап тұруға мүмкіндік береді. Жақындағы даму бағыттарын қарастырсақ, қазіргі кезде жасалып жатқан 10 жаңа ұшақ конструкциясының 9-ы нақты лазерлік кесілген алюминий бөлшектерді қамтиды. Нәтижесінде, әуе өнеркәсібінде стандарт болып табылатын AS9100 сапа талаптарын орындау үшін өндірушілердің жақсы талшынды лазерлік жүйелерге қолжетімділігі болуы өте маңызды болып табылады.
Азот 12-ден 20 барға дейінгі қысымда инертті көмекші газ ретінде қызмет етеді, соның арқасында материалдың коррозияға тұрақтылығы сақталады. Бұл процеске оттегінің әсері болмайды және таза шеттер пайда болады, сондықтан осындай бөлшектер медициналық құрылғылар немесе тамақ өнеркәсібінде қолданылатын бөлшектерге идеалды болып табылады. Мысалы, 6 мм қалыңдықтағы 304 маркалы нержавеющий болатты алыңыз. 2 кВт талшықты лазер 10-ден 12 метр минутына жылдамдықпен жұмыс істеген кезде, жылу әсерінен әсерленген аймақ әдетте 0,1 мм-ден аспайды. 2024 Metal Fabrication Report журналында жарияланған соңғы зерттеулерге сәйкес, оттегіге негізделген әдістерден азотты көмекші құралға ауыстырған кезде қосымша өңдеу шығындарын шамамен үштен бір бөлікке дейін азайтуға болады. Белгілі бір параметрлерге назар аудару керек:
Алюминийдің жоғары жарық шағылыстыру қабілеті (толқын ұзындығы 1 мкм болғанда 85–92%) сәуле шоғының ауытқуын болдырмау үшін импульсті лазерлік режімдерді қолдануды талап етеді. 4 кВт талшықты лазер 6–8 бар қысылған ауамен 15 м/мин жылдамдықпен 8 мм 6061-Т6 алюминийді кеседі. Жылу өткізгіштікті басқару үшін:
Бұл әдіс ±0,05 мм дәлдікті қамтамасыз етеді, автомобиль аккумуляторлық тақталары сияқты дәл компоненттер үшін идеалды.
Көміртегі болатын 3 мм артық болса, оттегімен көмектесіп кесу қалыпты тәжірибе болып табылады, онда экзотермиялық реакция кесу жылдамдығын 40% дейін арттырады. 3 кВт күші бар 10 мм S355JR болаты үшін жылдамдық 8–10 м/мин дейін жетеді. Алайда, артық тотығу кері жағында қож түзілуіне әкеліп соғады. Тиімді шешімдер:
I-сәулелер сияқты құрылыс компоненттері үшін өлшемдік дәлдік пен қыр сапасы бойынша ISO 9013 стандарттарына сәйкес келу үшін оттегімен кесу мен азоттық жинау әдістерін қосып қолдану керек
Лазерлік кесу – бұл дәл процесс, онда материалды балқыту, жағу немесе буландыру үшін қуатты лазерлік сәуле қолданылады
Талшықты лазерлер CO2 лазерлерімен салыстырғанда жоғары дәлдік, энергия тиімділігі және төмен қызмет көрсету шығындарын ұсынады
Темір, алюминий, тегіс болат, мыс пен мырыш сияқты металдар лазерлік кесуге ыңғайлы, өйткені олар жылу өткізгіштігі мен лазерлік энергияны жұту қабілетіне ие
Материалдың қалыңдығы кесу жылдамдығы мен қуатты пайдалануға әсер етеді. Қалың материалдар көбінесе шетінің бұзылуын болдырмау үшін баяу кесу жылдамдығын талап етеді.
EN
Hot News
