Лазерная резка металлических листов используется на крупных промышленных предприятиях и в условиях небольших производств. Лазерная технология приходит на смену другим методам обработки, в частности использованию ручного инструмента.
Современное оборудование позволяет сделать процесс легким и быстрым. От человека не требуется прилагать большие усилия. Для получения детали нужной формы нужно только задать требуемые параметры оборудования.
Нарезка выполняется без прямого контакта режущей кромки с заготовкой. Такая технология дает возможность работать с любыми материалами, в том числе мягкими, хрупкими и пластичными. Для каждого вида сырья выбирают определенный режим работы. Благодаря этому получают качественные детали без деформаций и повреждений.
Технология лазерной резки
Для нарезки используются специальные станки. Установка создает луч лазера, который фокусируется на обрабатываемой поверхности. Мощная энергия лазера быстро разрушает вещество в зоне разрезания, создавая ровный срез нужной формы. При этом другие участки листа не участвуют в процессе и не подвергаются деформации.
Технология зависит от свойств и толщины заготовки. Существует большой выбор лазерных станков. Они могут применяться для любых металлов, а также деталей из пластика, дерева и других материалов. Выбор аппарата зависит от особенностей технологического процесса.
Режимы использования лазера
Существует три способа обработки поверхности с использованием лазерного излучения:
- плавление;
- испарение;
- горение.
Первый вариант наиболее простой и доступный. В этом случае вещество плавится под воздействием луча высокой температуры, образуя срез нужной формы. Температура процесса выбирается автоматически в зависимости от типа сырья. Температура и мощность луча устанавливаются таким образом, чтобы расплавить лист на всю толщину в рабочей зоне, и при этом не пережечь кромки. Установки оборудования зависят от свойств материала заготовки.
При слишком сильном воздействии луча на поверхность материала, вещество начинает закипать и испаряться. Нарезка в таком случае получается более точной. Однако режим испарения требует постоянного поддержания высокого уровня энергии. Для этого нужно оборудование высокой мощности. Такая техника потребляет много электричества, поэтому не экономична в использовании. Чаще всего такой режим применяют для выполнения высокоточных задач в электронике, либо в тех случаях, когда требуется сохранить целостность подложки. Для общепромышленных задач его применение в большинстве случаев нецелесообразно.
Режим горения используется в процессах с подачей кислорода. За счет возникновения окислительной реакции выделяется в несколько раз больше тепла, поэтому работу можно выполнить быстрее. Такая процедура применяется для заготовок большой толщины.
Выбор способа воздействия полностью зависит от свойств обрабатываемого материала. Эталонным считается режим плавления. Он подходит для большинства видов сырья, обеспечивает ровность среза, отсутствие деформации заготовки. Такая процедура экономична и безопасна. С ее помощью можно решать задачи любой сложности.
Виды станков
Аппараты для лазерной резки могут обрабатывать листы металла толщиной от 0,2 до 40 мм. Они различаются по многим параметрам. Основной из них — принцип генерирования лазерного луча. По этому параметру выделяют следующие виды оборудования:
- Твердотельные станки. Такие устройства содержат диод и стержень из рубина, граната или неодимового стекла. Заряд энергии от ламп высокой мощности поступает на стержень, который в свою очередь проецирует его на рабочую поверхность. Для фокусировки используются призмы и зеркала. Установки этого типа используются для работы с медью, алюминием, сплавами латуни.
- Волоконные устройства. В качестве генератора луча в таких моделях используется оптическое волокно. Оборудование имеет возможность регулировки диаметра светового пятна. Оно характеризуется высокой производительностью при нарезке меди, алюминия, стали. Гибкие настройки позволяют использовать аппараты волоконного типа для заготовок с разнообразными свойствами.
- Газовые аппараты. В качестве генератора лазерного луча используются газы: гелий, азот, углекислый газ и другие. Под давлением газ подается в газоразрядную трубку и активируется под действием электрических импульсов. Преимущество газового оборудования в том, что такой метод обработки подходит даже для сплавов высокой прочности. Чаще всего процессы с подачей газа применяют для заготовок большой толщины.
Конструкция любого аппарата, независимо от его вида, содержит генератор луча, источник питания, систему управления. Также система включает контур, обеспечивающий передачу излучения на обрабатываемую поверхность.
Управление станком
Лазерные приборы имеют несложное управление. Процесс выполняется в следующей последовательности:
- лист располагается на рабочем столе и при необходимости фиксируется;
- оператор задает в блок управления требуемые параметры готовой детали, а также тип используемого металла и толщину листа;
- прибор автоматически калибрует фокус и устанавливает расстояние до обрабатываемой поверхности;
- в процессе работы станок автоматически регулирует температуру и мощность луча.
Если процесс требует подачи газа, то к оборудованию должны быть подключены баллоны. Для этого в конструкции предусмотрены патрубки с клапанами. Для защиты персонала от пыли прибор оснащается кожухом. При нарезке некоторых материалов также могут потребоваться защитные очки или маска.
Для задания параметров и управления режущими аппаратами используют специальные программы. С их помощью можно создавать эскиз детали. Часто для этого применяют графические редакторы с удобным визуальным интерфейсом. Основные параметры, необходимые для установки режима аппарата — тип металла, толщина заготовки, габариты листа. С учетом этих характеристик станок устанавливает оптимальные параметры, чтобы получить деталь требуемой формы.
Как выбрать режущий станок
При выборе техники важно учитывать следующие факторы:
- масштабы производства;
- используемое сырье;
- сложность производимых деталей и др.
Большинство моделей оборудования универсальны. Они могут работать с разными веществами. Для смены режима нужно только поменять параметры заготовки в блоке управления. Некоторые виды сырья требуют особого подхода к обработке. Например, для меди или латуни лучше выбирать волоконное оборудование соответствующей мощности.
Эффективность оборудования зависит от длины излучения. Для листов толщиной до 3 мм лучше всего подходят волоконные и твердотельные станки. Газовое оборудование выбирают для заготовок высокой толщины.
Самые дорогие режущие аппараты — волоконные. Это обусловлено тем, что срок службы такого оборудования достигает 100 тысяч рабочих часов. Другое преимущество таких аппаратов — полное отсутствие перегрева заготовки в процессе нарезки.
Перед покупкой техники важно внимательно изучить характеристики выбранной модели. Это позволит понять, подходит ли модель для того или иного способа использования.
Рабочее поле
Одна из характеристик режущего оборудования, на которую нужно обращать внимание при покупке, — это размер рабочей области. На этом участке размещается заготовка для дальнейшей обработки. Существуют модели с крупным рабочим полем, а также компактные устройства для изготовления небольших деталей.
Размер рабочего поля координатного стола выбирают в зависимости от габаритов обрабатываемых заготовок. Если технологический процесс связан с раскроем листового материала, то для него нужно выбирать модели с большой рабочей областью. Более компактные варианты выбирают для выполнения декоративно-прикладных задач. Такие установки часто встречаются в рекламных мастерских. Также они используются при изготовлении сувениров, нанесении гравировки и выполнении других процедур с небольшими изделиями.
Важный момент: размер рабочей области изменить нельзя, в отличие от мощности лазера. При необходимости его увеличения придется покупать новый станок. Поэтому важно внимательно отнестись к выбору этого параметра, учитывая все возможные виды работ, для которых будет использоваться оборудование.
Управляющее устройство
Для установки параметров оборудования и управления процессом обработки используются специальные блоки управления. Основные операции, которые выполняет система управления:
- ввод параметров лазерного луча и управление ими;
- подача команд на исполнительные модули координатного стола;
- управление системой перемещения;
- контроль процесса подачи газа.
Управление станком — простой и удобный процесс. Оператор только задает необходимые значения и не принимает участия в механической резке материала. Все настройки выполняются автоматически на основе данных о типе и толщине заготовки. Это делает использование режущего оборудования не только удобным, но и безопасным.
Современные аппараты комплектуются программным обеспечением для контроля и управления. Программы удобны в управлении. Они имеют понятный интерфейс и дают пользователю множество возможностей в управлении процессом лазерной резки.
Особенности работы с разными веществами
Лазерная технология может применяться для любых металлов, а также для некоторых других веществ. С учетом характеристик используемого сырья выбирают оборудование и устанавливают его параметры в процессе использования.
Каждый металл имеет определенные свойства, которые учитываются при выборе режима и настройке параметров оборудования. Для большинства моделей техники не требуется сложная настройка. Оператор должен только выбрать вид материала, ввести его толщину и траекторию реза.
Лазерная резка алюминиевых листов
Алюминий — это прочный и легкий металл, который широко используется в строительстве, отделке, производстве оборудования и т.д. Обработка заготовок может выполняться разными способами.
Лазерная резка широко применяется для алюминиевых изделий. Именно ее чаще всего выбирают для таких заготовок. Дело в том, что при механическом воздействии поверхность может деформироваться и окисляться. Раскрой лазером позволяет избежать этих проблем. Кратковременное воздействие луча позволяет сохранить структуру и свойства вещества, получить ровный срез.
Для раскроя алюминиевых заготовок применяется оборудование высокой мощности. Работа должна выполняться на небольшой скорости, чтобы предотвратить появление дефектов поверхности. Скорость и другие параметры процесса задаются оператором в блок управления устройством. При этом во внимание принимают не только вид сырья, но и толщину листа. Чем она выше, тем сложнее будет процесс. Для заготовок большой толщины характерно появление облоя в области среза. В таком случае после раскроя может потребоваться ручная шлифовка поверхности.
Для алюминия используют твердотельные или газовые аппараты высокой мощности. Выбор типа устройства зависит от толщины листа. Твердотельные модели применяют для тонких заготовок, для более толстых — газовые.
В твердотельных версиях используется импульсный режим. Это означает, что нагревание рабочей области выполняется не постоянно, а через некоторые промежутки времени. Это позволяет сохранить физические свойства вещества и предотвратить его деформацию в зоне среза.
Для газовых аппаратов может использоваться как импульсный, так и непрерывный режим нагревания. В процессе разрезания к обрабатываемому участку подается поток газа. Он сдувает с краев листа частицы расплавленного металла, обеспечивая максимальную ровность среза. Резка в среде азота позволяет избежать появления даже самых мелких дефектов кромки.
Особенность технологии в том, что режущая головка не касается поверхности обрабатываемого материала. Это позволяет эффективно обрабатывать даже небольшие заготовки. Лист не нужно закреплять на рабочей поверхности перед обработкой.
Наиболее эффективна работа на низких скоростях. Это позволяет избежать деформации алюминия.
Лазерная резка нержавеющей стали
Нержавеющая сталь более устойчива к разрушению, чем другие черные сплавы. Механический раскрой таких заготовок требует больших усилий, поэтому чаще используется лазер. При таком раскрое контакт поверхности с режущим инструментом отсутствует, поэтому риск деформации и изменения свойств металла сводится к минимуму.
Лазерная резка листов нержавейки выполняется в азотной среде. Это исключает окисление поверхности и горение стали. Газ подают в зону резки под давлением до 20 атмосфер. Если требуется раскроить листы большой толщины, то азот подается внутрь материала непосредственно в зоне расплава.
После раскроя лазером допустимы следующие виды обработки поверхности:
- покраска;
- сварка;
- гибка;
- штамповка и т.д.
Лазерная резка — самый быстрый, эффективный и безопасный способ для стальных заготовок. Характеристики изделия вводятся оператором перед началом процедуры. На основе введенных данных аппарат автоматически настраивает параметры работы для достижения оптимальных характеристик кромки.
Выбор характеристик оборудования, как и в случае с другими материалами, обусловлен толщиной заготовок. Для тонких стальных листов применяют твердотельные и волоконные лазеры, для заготовок большой толщины — газовые аппараты.
Лазерная резка углеродистой стали
Углеродистая сталь отличается от других сплавов наличием в составе углерода. Его содержание может достигать 2,14%. Кроме того, в составе могут присутствовать магний, марганец, кремний. Такой состав влияет на свойства материала. Он обладает высокой прочностью и твердостью. При этом снижается пластичность и вязкость вещества.
Лазерная резка стального листа, как правило, выполняется с подачей кислорода. Газ взаимодействует с лучом и поверхностью металла. За счет этого происходит реакция окисления. При этом высвобождается в 3-5 раз больше тепла, чем от самого лазерного луча. Такая технология позволяет получить ровный срез и ускорить процесс раскроя. В нижней части кромки иногда может образовываться незначительный грат.
Сложность обработки углеродистой стали заключается в том, что при протекании процесса на малых скоростях (менее 50 см/мин) процесс может перейти в неуправляемый автогенный режим. Это приводит к тому, что заготовка нагревается до температуры горения за пределами рабочей зоны. Из-за этого ширина среза и степень его шероховатости значительно увеличиваются.
В некоторых случаях кислород заменяют инертными газами под высоким давлением. Чаще всего это требуется при создании небольших отверстий и острых углов.
Обработка меди
Металлы медной группы обладают высокой теплопроводностью, поэтому требуют особого подхода к нарезке. Механическая резка такого сплава может привести к его деформации. Резка меди лазером — лучшая альтернатива использованию ручного инструмента. Таким способом можно не только выполнять раскрой, но и создавать сложные детали. Точность лазера позволяет получать острые углы и необычные формы.
Размер светового пятна должен быть как можно меньше, а мощность — выше. Параметры оборудования настраивают в зависимости от толщины листа.
В отличие от использования с ленточных пил, фрез и других ручных инструментов, лазерные станки позволяют не только раскраивать материал, но и получать детали сложной формы. Отсутствие прямого контакта с режущей кромкой сводит к минимуму вероятность деформации заготовки в процессе работы.
Медь плохо поглощает излучение, поэтому нарезка выполняется на минимальной скорости. При выборе режима важно учитывать толщину листа. Лучше всего использовать волоконные установки, обеспечивающие длину волны 1,06 мкм. Углекислотные лазеры для меди не используют, поскольку вещество полностью поглощает излучение. Параметры режущего станка настраиваются автоматически после введения пользователем характеристик заготовки.
Использование лазерной технологии выгодно только для листов небольшой толщины. Толстые заготовки требуют высокой мощности установки, а, следовательно, значительных энергозатрат. Для таких изделий чаще выбирают ручной способ.
Лазерная резка латуни
Латунь представляет собой сплав меди и цинка. Материал отличается высокой прочностью, но при этом он плохо поддается обработке. С повышением количества цинка растет хрупкость латуни и сложность работы с ней. Содержание цинка может быть различным. Чаще всего используют сплавы с содержанием цинка не более 42%. Металлы с более высоким показателем малопригодны для использования в технических целях.
При помощи лазерной технологии из латуни могут быть изготовлены такие детали:
- сувениры и декоративные изделия;
- украшения;
- рекламные конструкции, таблички, стенды;
- фурнитура для окон, дверей, мебели;
- крепежные изделия (болты, гайки);
- заготовки для труб.
Температура плавления латуни составляет 880-950 градусов Цельсия. Сплав очень прочный и устойчив к воздействию лазерного излучения. Он имеет высокую теплопроводность. Эти характеристики определяют требования к процессу резки латуни лазером.
Для листов толщиной не более 5 мм используют импульсную нарезку, для более толстых (5-12 мм) — плазменную технологию.
В импульсном режиме, чтобы сократить период теплового воздействия, нагрев выполняется не постоянно, а с перерывами. Это позволяет предотвратить разрушение и деформацию заготовки. Кроме того, при таком виде воздействия повышается качество кромки.
Процесс проходит в среде инертного газа. Это необходимо для того, чтобы заготовка не остывала в процессе. В некоторых случаях срез получается шероховатым или пористым. Чтобы устранить эти дефекты, выполняют шлифовку с нижней стороны листа.
Лазерная обработка латуни — это наиболее быстрый и удобный способ раскроя. При помощи такой технологии можно получать детали различной формы и размера.
Лазерная резка титана
Титан и титановые сплавы отличаются от других металлов высокой температурой плавления и прочностью при небольшой плотности. Эти свойства делают его востребованным в авиации, судостроении, строительстве нефтяного и химического оборудования.
Механическая обработка титановых заготовок может привести к их деформации. Кроме того, такой процесс требует значительных усилий. Использование станков на основе лазера — наиболее удобный и современный способ. Технология предполагает отсутствие физического контакта поверхности с режущим инструментом. Для выполнения работы оператору нужно только ввести данные заготовки в блок управления устройством. В зависимости от этих характеристик станок автоматически настраивает мощность, температуру луча и другие параметры.
Как правило, для титановых заготовок используется режим с подачей кислорода. Свойства металла позволяют выполнять нарезку на высокой скорости. Например, нарезка титановых листов выполняется в 2-5 раз быстрее, чем для углеродистой стали. При этом расход ацетилена и кислорода ниже.
В процессе наблюдается сильное свечение обрабатываемой области. Внешне оно похоже на эффект от горения магния. В связи с этим оператор должен быть в очках.
Титан и его сплавы имеют высокую активность. Из-за этого в области среза получается слой с измененными химическими свойствами. Его глубина может достигать 2,5 мм. В состав этого участка входят нитриды и оксиды титана. Их наличие может негативно повлиять на качество дальнейшей сварки. Поэтому, если планируется дальнейшее соединение заготовок сваркой, то поверхностный слой удаляют путем сжигания или фрезерования.
Для титана подходит то же оборудование, что и для обработки стали. Процесс сопровождается образованием белого дыма, поэтому важно обеспечить хорошую вентиляцию в помещении.
Плюсы и минусы лазерной резки
Обработка лазером все чаще приходит на смену методам механического раскроя. Технология может использоваться для любых металлов и других материалов. Она проста, удобна и безопасна. Далее приведены достоинства и недостатки обработки с использованием лазера.
Достоинства
Преимущества лазерной обработки металлов:
- Высокая точность. Погрешность составляет не более 0,1 мм. Это позволяет получать детали в строгом соответствии с заданными параметрами.
- В процессе нарезки практически не возникает отходов, что дает возможность снизить себестоимость производства.
- При помощи лазерного луча можно выполнять не только раскрой листов, но также вырезать фигурные детали любой сложности. Эскиз заготовки создают при помощи программы управления. На его основе создается готовая металлическая деталь.
- Обрабатываемая поверхность не нагревается в процессе. Это позволяет работать с любыми материалами, в том числе с теми, которые не могут подвергаться механическому раскрою.
- Существует множество режимов работы. Это делает оборудование универсальным. Не требуется покупать новый станок для каждого типа заготовок. Достаточно лишь изменить настройки перед процессом.
- Качество кромки. Для большинства изделий не требуется шлифовка и другая обработка после раскроя лазером. Кромка получается ровной, без заусенцев и облоя.
- Отсутствие физического контакта с обрабатываемой поверхностью позволяет работать с хрупкими изделиями. При ручной нарезке такие детали могут быть повреждены.
- В процессе не образуется пыли, поэтому технология безопасна для оператора.
- Действия выполняются в автоматическом режиме. Станок устанавливает параметры работы в зависимости от характеристик обрабатываемой детали.
- При необходимости с помощью лазера можно не только резать листы металла, но также высверливать отверстия разного диаметра, наносить гравировку.
- Работать можно также с деревом, пластиком и другими составами.
Лазерный аппарат — это универсальное устройство, с помощью которого можно выполнять разные виды работ. Такие станки используются на крупных промышленных предприятиях, а также в небольших мастерских. Большой выбор типов и моделей оборудования позволяет выбрать технику для любого технологического процесса.
Недостатки
Отрицательные стороны использования лазера для раскроя металлов:
- Существуют ограничения по параметрам обрабатываемого металлического листа. Его максимальная толщина составляет 40 мм, а габаритные размеры не должны превышать 150*300 см.
- Оборудование для лазерной резки имеет высокую стоимость по сравнению с ручными инструментами. В случае если работы выполняются редко, техника может долго не окупиться.
- Перед каждым использованием требуется настройка станка. Для этого нужно ввести характеристики заготовки, такие как тип сырья, габариты и толщина листа, траектория реза.
- При помощи лазерного оборудования невозможно создать внутреннюю резьбу.
Перед покупкой дорогостоящего оборудования важно оценить масштабы производства, учесть характеристики обрабатываемых материалов и выполняемые виды работ. В некоторых случаях использование этого способа может быть невыгодным. Если обработка несложная и требуется лишь время от времени, то для нее иногда выгоднее использовать ручной режущий инструмент.
Возможные деформации
В процессе работы может быть допущен брак. Чаще всего это возникает в случаях, когда технология не соответствует используемому материалу, например, если превышена рекомендованная скорость операции. Также дефекты могут возникать при низком качестве сырья.
Кроме того, для получения качественных деталей важно своевременно проводить техническое обслуживание станка, заменять износившиеся и вышедшие из строя детали.
Наиболее частые виды брака:
- Облой или затвердевшие частицы металла на кромках. Для удаления неровностей используют ручную обработку поверхности. Зачистка может приводить к нарушению геометрии детали, что недопустимо при производстве изделий высокой точности.
- Неровная кромка. Может получаться в результате не проведения своевременного обслуживания аппарата. Чаще всего это возникает из-за износа линейных направляющих. Также неровный срез может получаться при малом весе заготовки. Чтобы этого избежать, нужно фиксировать лист на рабочем столе перед раскроем.
- Вихри и борозды. Такие дефекты образуются при работе с заготовками большой толщины, если в процессе обработки происходит отрыв газового потока. Для предотвращения проблемы следует внимательно относиться к выбору режима. Он должен строго соответствовать параметрам заготовки.
Если лист обрабатываемого материала имеет значительную толщину, то большую роль в процессе играет вспомогательный газ. Именно с его помощью удаляют расплавленные частицы металла с поверхности, обеспечивая четкость среза и отсутствие дефектов.
С увеличением толщины заготовки снижается скорость резки, поэтому повышается вероятность образования облоя. Самые большие сложности возникают при толщине детали 25 мм и выше.
От чего зависит цена на лазерную резку
На стоимость выполнения работ оказывают влияние разные факторы.
- Сложность процесса. Раскрой листов дешевле, чем производство детали сложной формы. Это связано с тем, что для фигурного вырезания нужно использовать более дорогое оборудование. Кроме того, требуется особая настройка техники, с которой справится не каждый оператор.
- Обрабатываемый материал. Некоторые металлы, например, сплавы меди и алюминия, требуют особого подхода к работе. Это связано с их хрупкостью и высокой теплопроводностью. Для таких изделий может использоваться не любой аппарат. Необходимость покупки дорогостоящей техники и сложность ее настройки повышают цену выполнения таких работ.
- Параметры заготовки. Цена процедуры зависит от толщины и габаритов изделия. Большие заготовки сложнее поддаются обработке, поэтому их нарезка дороже, чем работа с небольшими деталями.
Цена нарезки также может зависеть от других факторов, например, от объема и срочности заказа.
Если Вам нужна лазерная резка листового металла, обращайтесь к нам по тел. +7 (499) 959-06-05,
бесплатная предварительная консультация.