Metallni lazer kesish: mutaxassislarning tavsiyalari

Lazer kesish qanday ishlaydi: printsip va asosiy komponentlar

Lazer kesish jarayoni: nurlanish hosil qilish, fokussirovka qilish, eritish va materialni tashlab yuborish

Metallarni lazer bilan kesish odatda to'rt bosqichli jarayonni o'z ichiga oladi va bu juda qiziqarli bo'ladi. Barchasi lazerli rezonator yordamida kuchli nurlanish hosil qilish bilan boshlanadi, so'ng bu nurlanish CO2 gaz aralashmasi yoki maxsus tolali optik kabel orqali kuchaytiriladi. Keyin nima sodir bo'ladi? Giper aniq linzalar ushbu nurni sochdan ham maydaroq, taxminan 0,1 mm diametrli nuqtagacha jamlaydi. Mazkur kuchlanish darajasida quvvat zichligi kvadrat santimetrga 10 million vattga yetadi, bu esa oxirgi tadqiqotlarga ko'ra, 0,5 millisekundda uglerodli po'latni eritish uchun yetarli. Ishni tugatish uchun kerosin yoki azot kabi yordamchi gazlar erigan metallarni puf qilib tashlaydi, juda tor kesish imkonini beradi. Biz 3 mm qalinlikdagi nержавеющий po'lat varaqda ham 0,15 mm gacha bo'lgan kesish kengligi haqida gapirayapmiz.

Metallarni lazer bilan kesish mashinasining asosiy komponentlari (lazer manbai, optika, kesish boshqaruv tizimi, yordamchi gaz, CNC tizimi)

Aniq va samarali ishlashni kafolatlash uchun beshta asosiy tizim birgalikda ishlaydi:

• Lazer manbalari (tol va yoki CO2) elektr energiyasining 25−45% qismini foydali nurlanishga aylantiradi
• Nurlanishni yetkazib beruvchi optika nurlanish sifatini saqlab qolish uchun 99,9% aks ettiruvchi nayza ishlatadi
• Avtomatik fokusslanuvchi linzali kesish boshqisida material qalinligini ±0,005 mm qadamda sozlash mumkin
• Ko'p bosqichli gaz tizimlari yordamchi gaz bosimini 25 bar gacha nazorat qiladi
• CNC (kompyuterli raqamli nazorat) tizimlari kesish yo'nalishlarini 5 μm aniqlikda boshqaradi

Bu integratsiya 1 mm yupqa po'latni daqiqasiga 60 metrga qadar tezlikda kesish imkonini beradi va ±0,05 mm aniqlikni saqlab turadi — avtomotiv va kosmik sanoat komponentlari uchun muhim talabdir.

Metalni kesish uchun ishlatiladigan lazer turlari: CO2 va tolali lazer taqqoslashi

Metallni ishlash sanoati bugungi kunda asosan uchta asosiy lazer texnologiyasi bilan ishlaydi: CO2, tolali va kristall asosli tizimlar. CO2 lazerlar qimmatbaho metallarni qalinroq qismlarini qayta ishlashda yaxshi natija beradi, chunki ular gazdan foydalanib elektr maydonini kuchaytiradi. Tolali lazerlar esa diod nuri yordamida optik tolalar orqali o'tkaziladigan yupqa va o'rtacha qalinlikdagi po'lat varaqalarni kesish bozori ustidan nazoratni qo'lga kiritdi. 2024-yilgi Sanoat lazeri hisobotining so'nggi ma'lumotlariga ko'ra, tolali lazerlar an'anaviy CO2 tizimlariga qaraganda 3 mm dan 2-3 baravar tezroq nikelga qarshi turlioyatli po'latni kesib o'tishlari mumkin. Shuningdek, Nd:YAG modellarini o'z ichiga olgan kristall lazerlar titanni kesish kabi juda maxsus sohalarda qo'llaniladi, garchi ushbu tizimlarning o'sishi endi deyarli to'xtab qolgan bo'lsada, chunki ularni doimiy ravishda tekshirish va ta'mirlash talab qilinadi.

Tolali lazerlarning alohida afzalliklari mavjud:

• Aniqlik : CO2 bilan 0,3–0,5 mm ga qaraganda 0,1 mm li kesish eni
• Energiya samaradorligi : CO2 tizimlariga qaraganda 30% kamroq elektr energiyasini iste'mol qiladi
• Xavfsizlik : Hech qachon aynan qayta sozlash yoki gaz qayta to'ldirish talab qilinmaydi

*500kW tizim, 24/5 ish rejimi asosida

20 mm dan qalinroq bo'lmagan metallarni ishlovchi ishlab chiqaruvchilar uchun tolali lazerlar sarf materiallarining kamaytirilishi va 94% ishga tayyorgarlik (2024-yilgi metall ishlov berish iqtisodiyoti bo'yicha tadqiqot) tufayli 18–24 oy ichida foyda olib keladi. Aralash materiallar bilan ishlovchi zavodlar uchun akril yoki yog'och qirqish uchun CO2 tizimlari yaroqli bo'lib qolmoqda, ular esa metall qirqish uchun 50–70% ko'proq energiya iste'mol qiladi.

Lazerli qirqish uchun mos keluvchi metallar: po'latdan misgacha

Lazerli qirqishda ishlatiladigan metallarning umumiy turlari: Ro'zg'oldosh po'lat, Alyuminiy, Oddiy po'lat, Latun, va Mis

Lazer kesish ishlarini o'tkazish uchun issiqlikni barqaror o'tkazadigan va lazer nurlarini bashorat qilish darajada so'radigan metallar eng yaxshi natija beradi. Bu turkumga metallar sifatida quyidagilar kiradi: chiqilmas po'lat, alyuminiy, oddiy po'lat, latun va mis. Chiqilmas po'lat ayniqsa shifobirlar va ovqat sanoati mashinalarida tozalik muhim bo'lgan joylarda keng qo'llaniladi, chunki u tez korroziyaga uchramaydi. Alyuminiyning yengilligi uni vazn tejash orqali haqiqiy samaradorlikni oshirish imkonini beruvchi samolyotlar va avtomobillar uchun asosiy materialga aylantirdi. Latun va mis lazer bilan kesilishda kam qo'llanilsa ham elektr tizimlarida muhim o'rin tutadi, garchi ular bilan ishlashda qiyinchiliklar ham bo'lsa. Bu metallar lazer nurni akslantiradi, shu sababli operatorlar tomonidan atrof muhitni shikastlamasdan tozalash uchun maxsus jihozlar va usullar kerak bo'ladi.

Fiberli lazer tizimlarida qizil metallarni kesishdagi qiyinchiliklar: Nima uchun mis va latun uchun maxsus parametrlar kerak?

Misl va latun materiallari bilan ishlashda katta muammo bor, chunki ular infrakizil lazer energiyasining 90 foizdan ortig'ini aks ettiradi. Agar to'g'ri boshqarilmasa, bu aks ettirish lazerga ham zarar yetkazishi mumkin. Shu yerda fiberli lazerlar o'z o'rnini topadi. Ular 1060 nanometr atrofida qisqa to'lqin uzunligida ishlaydi va narsalarni nazorat qilishga yordam beruvchi adaptiv quvvat modulyatsiyasi deb ataluvchi narsaga ega. Masalan, 2 mm qalinlikdagi mis plastinkalarni kesish jarayonini oling. Jarayon 500 Gts dan yuqori impulslar chastotasi va kesish davomida oksidlanishni to'xtatish uchun azot gazidan foydalangan holda amalga oshiriladi. Barcha bu qo'shimcha choralarga qaramay, energiya sarfi po'latni kesishga qaraganda 15-20% ko'proq bo'ladi, lekin aksariyat ishlab chiqaruvchilar aniqlik darajasini saqlab turish va qimmatbaho jihozlarini himoya qilish uchun bu muvozanatni qabul qilish arafasida.

Lazer kesishda materialning qalinligi va sifatiga oid hisob-kitoblar

Ishlanayotgan material qalinligi kesish tezligiga hamda jarayonda sarf bo'ladigan quvvat miqdoriga katta ta'sir qiladi. Masalan, 5 mm yumshoq po'latni kesishda daqiqasiga 8 metr tezlik qulay natija beradi. Lekin 20 mm qalin po'latni kesishda esa chetlari bukilishini oldini olish uchun operatorlar kesish tezligini 1,2 m/min gacha sekinlatishlari kerak bo'ladi. Ko'pincha insonlar sirt tayyorgarlik ishlarini e'tiborsiz qoldiradilar. Zang yoki nojuda qoplamalar lazer nurni oqib ketishiga oqil bo'lmasdan 0,5 mm gacha og'ishiga sabab bo'ladi, bu esa keyinchalik o'lchovlarning noto'g'ri bo'lishiga olib keladi. Ish boshlanishidan avval qoplamali sirtlarni tozalash ham katta farq yaratadi. Sanoat ma'lumotlariga ko'ra, ushbu oddiy qadam kesishning bir xilligini taxminan 30% ga oshiradi hamda keyingi qayta ishlashni qiyinlashtiruvchi qoldiq qoplama hosil bo'lishini kamaytiradi.

Fiberli lazer kesish: Metall ishlash sohasida standart bo'lgani uchun nima sabab?

Bolat va alyuminiyni yuqori aniqlik va tezlikda kesishda fiberli lazerlarning yuqori ishlashi

Fiberli lazerlar an'anaviy CO2 tizimlari bajara oladigan tezliklarning taxminan uch baravar tezligida materiallarni kesib tashlay oladi, shu jumladan, nixromli po'lat va alyuminiy varaq kabi qiyinroq materiallarni 0,1 mm gacha aniqlikda kesib beradi. Bu lazerlarning orqasida turuvchi qattiq holatli qurilish tufayli ular energiya iste'moli jihatidan taxminan 30% samaraliroq ishlaydi. Bu samaradorlik materiallarni yonmay, to'g'ridan-to'g'ri eritib yuborish orqali tozaroq kesish imkonini beradi, shuningdek, atrof-muhitga kamroq issiqlik ta'siri bo'ladi. Mamlakat bo'ylab ishlab chiqarish zallaridan keltirilgan amaliy raqamlarga qaraganda, 25 mm dan yupka metall qismlar tayyorlashda har bir detal uchun 18 dan 22 sentgacha tejashgan. Shu sababli ko'plab metall varaq zavodlari bugungi kunda seriyali ishlab chiqarish uchun aynan fiberli lazer texnologiyasiga o'tayotgan.

Ishlanma: Avtomobil qismlarini ishlab chiqarishda tolali lazer kesish (uglerodli po'latdan tayyorlangan buyumlar)

Avtomobil qismlari sohasidagi katta nomli kompaniya 2 dan 8 mm gacha bo'lgan uglerodli po'lat varaqalarini ishlashda 6 kW quvvatli tolali lazerlarga o'tganda shassi qismlarini ishlab chiqarish vaqtini taxminan yarmiga qisqartirdi. Haqiqatan ham ajoyib narsa bu yangi tizimlarning kesish natijasida hosil bo'lmagan qirqishlari tufayli qo'shimcha ishlov berish kerak emasligi. Sirtning yakuniy ko'rinishi taxminan Ra 3,2 mikron bo'lib, bu juda silliq sirt deyish mumkin. Ishlab chiqaruvchilar uchun qattiq muddatlarga rioya qilish talab qilinayotgan sharofta, shunday aniqlik hamma narsani o'zgartiradi, ayniqsa elektr avtomobillari uchun talablarga javob berishda, unda har bir gramm muhim bo'lib, me'yoriy chegaralar esa juda toraytirilgan.

Trendlar tahlili: Alyuminiy konstruktsion qismlar uchun aviatsiya va kosmik sohada tolali lazerlardan foydalanishning o'sayotgan ehtiyoji

Shiddatli ravishda kosmik sanoat kompaniyalar 7075-T6 qotishmasidan tayyorlangan qanot panjaralari va trup bo'limlari kabi alyuminiy konstruktsion qismlar bilan ishlashda tolali lazerlarga murojaat qilmoqda. Sababi? Bu lazerlar materialning aks ettiruvchanligi bilan bog'liq muammolarni kamaytirishga yordam beradigan 1070 nm to'lqin uzunlikda ishlaydi. Bu esa ularning qalinligi 10 mm bo'lgan plitalarni daqiqada 15 metr tezlikda kesishini va qalinlikdagi o'zgarishlarni 0,5% dan kam saqlab turishini anglatadi. Oxirgi tendentsiyalarni hisobga olsak, hozirgi kunda samolyotlarning taxminan har 10 tasida 9 tasida alyuminiydan yasalgan lazer kesilgan qismlar qo'llanilmoqda. Shu sababli, aviatsiya sanoatida umumiy qoida bo'lib hisoblangan AS9100 sifat talablari xujjatlariga javob berish uchun ishlab chiqaruvchilarning yaxshi tolali lazer tizimlariga kirish huquqiga ega bo'lishi deyarli zarur bo'lib qolmoqda.

Metall turlariga qarab lazerli kesish parametrlarini optimallashtirish

Ssanoq po'lati: Azotni yordamchi gaz sifatida foydalanish orqali toza, okksidlanmagan chetlarni olish

Nitrogen 12 dan 20 bar gacha bo'lgan bosimda inert gaz sifatida xizmat qiladi va materialning korroziyaga chidamliligini saqlab turadi. Bunday holda, oksidlanish oldini olindi va toza qirralar hosil bo'ladi, shu tufayli shu kabi qismlar tibbiy asboblarda yoki oziq sanoatida ishlatiladigan komponentlarda ideal bo'ladi. Masalan, 6 mm qalinlikdagi 304 markali nixromli po'latni olaylik. 10 dan 12 metr dasturlanish tezligida ishlayotgan 2kVt tolali lazer bilan biz odatda 0.1mm dan oshmaydigan issiqlik ta'sir zonasini kuzatamiz. 2024-yilgi Metallarni sovutish to'g'risidagi hisobotga ko'ra, kislorodga asoslangan usullardan nitrogenli usulga o'tish qo'shimcha yakunlovchi xarajatlarni taxminan uchdan birga qisqartirishi mumkin. Ba'zi muhim parametrlar:

• Quvvat : 1,8–2,2kVt
• Nozzl masofasi : 0,8–1,2mm
• Fokuslanish pozitsiyasi : -0,5mm (yuzdan pastda)

Alyuminiy: Aks ettiruvchanlik va issiqlik o'tkazuvchanlikni boshqarish orqali barqaror kesishni ta'minlash

Alyuminiy yuqori darajada (1mkm to'lqin uzunlikda 85-92%) aks ettiradi, shu sababli nurlanishni boshqarish uchun impul'sli lazer rejimi kerak bo'ladi. 4kVt tolali lazer 6-8 bar bosimda siqilgan havo yordamida 15 m/min tezlikda 8mm 6061-T6 alyuminiyni kesadi. Issiqlik o'tkazuvchanlikni boshqarish uchun:

1. Teshish vaqtini oshiring (5mm varaq uchun 500-700ms)
2. Issiqlikni tarqatish uchun spiral simob holida teshish va kesish yo'lini qo'llang
3. Quvvat yo'qotishni 18% kamaytiruvchi aks ettirmaydigan qoplamalardan foydalaning

Bu yondashuv ±0,05 mm aniqlikni ta'minlaydi, avtomobil batareya panellariga o'xshash aniqlik talab qilinadigan komponentlar uchun idealdir.

Uglerodli po'lat: kesish tezligi va yonish jarayonini muvozanatlash orqali yuqori sifatli qirralarni olish

3 mm dan qalinroq uglerodli po'lat uchun kislorod yordamida kesish standart usul hisoblanadi, bunda eksotermik reaksiya kesish tezligini 40% gacha oshiradi. 10 mm S355JR po'lat uchun 3kW quvvatda tezlik 8-10 m/min gacha yetadi. Biroq, ortiqcha yonish natijasida pastki qismda shlak hosil bo'ladi. Shuni oldini olish uchun quyidagilarni qo'llash kerak:

• Gaz bosimini optimallashtirish : 0,8-1,2 bar kislorod
• Shlakni boshqarish : 0,8–1,2 mm masofani saqlab turing
• Yon sifati : 95% foydali ish rejimida Ra µ12,5µm ga erishing

I-balka kabi konstruktsion komponentlar uchun kislorod kesishni azot bilan yakunlash usullarini birlashtirish ISO 9013 standartlariga mos ravishda o'lchov aniqligini va yon sifatini ta'minlashga yordam beradi.

Savollar boʻlimi

Lazer kesish nima?

Lazer kesish — bu materialni eritish, yonish yoki bug'latish uchun quvvatli lazer nuri ishlatiladigan aniqlik jarayonidir.

Volokonli lazerlardan CO2 lazerlariga qaraganda qanday afzalliklar mavjud?

Volokonli lazerlar CO2 lazerlariga qaraganda yuqori aniqlik, yaxshi energiya samaradorligi va pastroq xizmat ko'rsatish xarajatlarni taqdim etadi.

Lazer kesish uchun qaysi metallar mos keladi?

Ssanoqsiz po'lat, Alyuminiy, oddiyy po'lat, latun va mis kabi metallar lazer kesishga mos keladi, chunki ular yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega va lazer energiyasini yaxshi so'radilar.

Material qalinligi lazer kesishni qanday ta'sir qiladi?

Materialning qalinligi kesish tezligi va quvvat sarfining o'zgarishiga olib keladi. Qalin materiallarni kesishda, qirralarning deformatsiyasini oldini olish uchun ko'pincha sekinroq kesish tezligi talab qilinadi.