Лазерно рязанеприложение
Бързите аксиални CO2 лазери се използват най-вече за лазерно рязане на метални материали, главно поради доброто качество на лъча им. Въпреки че отражателната способност на повечето метали към CO2 лазерните лъчи е доста висока, отражателната способност на металната повърхност при стайна температура се увеличава с повишаване на температурата и степента на окисление. След като металната повърхност е повредена, отражателната способност на метала е близка до 1. За лазерно рязане на метал е необходима по-висока средна мощност и само високомощните CO2 лазери имат това условие.
1. Лазерно рязане на стоманени материали
1.1 Непрекъснато CO2 лазерно рязане Основните параметри на процеса на непрекъснато CO2 лазерно рязане включват мощност на лазера, вид и налягане на спомагателния газ, скорост на рязане, фокусно положение, фокусна дълбочина и височина на дюзата.
(1) Мощност на лазера Мощността на лазера има голямо влияние върху дебелината на рязане, скоростта на рязане и ширината на разреза. Когато другите параметри са постоянни, скоростта на рязане намалява с увеличаване на дебелината на режещата плоча и се увеличава с увеличаване на мощността на лазера. С други думи, колкото по-голяма е мощността на лазера, толкова по-дебела е плочата, която може да се реже, толкова по-висока е скоростта на рязане и толкова малко по-голяма е ширината на разреза.
(2) Вид и налягане на спомагателния газ При рязане на нисковъглеродна стомана, CO2 се използва като спомагателен газ, за да се използва топлината от реакцията на горене желязо-кислород за ускоряване на процеса на рязане. Скоростта на рязане е висока, а качеството на разреза е добро, особено при разрез без лепкава шлака. При рязане на неръждаема стомана се използва CO2. Шлаката лесно залепва в долната част на разреза. Често се използва смесен газов поток CO2 + N2 или двуслоен газов поток. Налягането на спомагателния газ има значително влияние върху ефекта на рязане. Подходящото увеличаване на налягането на газа може да увеличи скоростта на рязане без лепкава шлака поради увеличаването на инерцията на газовия поток и подобряването на капацитета за отстраняване на шлаката. Ако обаче налягането е твърде високо, повърхността на рязане става грапава. Влиянието на налягането на кислорода върху средната грапавост на повърхността на рязане е показано на фигурата по-долу.
Налягането върху тялото също зависи от дебелината на плочата. При рязане на нисковъглеродна стомана с 1kW CO2 лазер, връзката между налягането на кислорода и дебелината на плочата е показана на фигурата по-долу.
(3) Скорост на рязане Скоростта на рязане оказва значително влияние върху качеството на рязане. При определени условия на мощност на лазера, съществуват съответстващи горни и долни критични стойности за добра скорост на рязане при рязане на нисковъглеродна стомана. Ако скоростта на рязане е по-висока или по-ниска от критичната стойност, ще се получи залепване на шлака. Когато скоростта на рязане е бавна, времето за действие на топлината от окислителната реакция върху режещия ръб се удължава, ширината на рязането се увеличава и повърхността на рязане става грапава. С увеличаване на скоростта на рязане разрезът постепенно се стеснява, докато ширината на горния разрез стане еквивалентна на диаметъра на петното. В този момент разрезът е леко клиновиден, широк в горната част и тесен в долната. С продължаващото увеличаване на скоростта на рязане ширината на горния разрез продължава да се намалява, но долната част на разреза става относително по-широка и придобива форма на обърнат клин.
(5) Дълбочина на фокуса
Дълбочината на фокуса има известно влияние върху качеството на режещата повърхност и скоростта на рязане. При рязане на относително големи стоманени плочи трябва да се използва лъч с голяма фокусна дълбочина; при рязане на тънки плочи трябва да се използва лъч с малка фокусна дълбочина.
(6) Височина на дюзата
Височината на дюзата се отнася до разстоянието от крайната повърхност на спомагателната газова дюза до горната повърхност на детайла. Височината на дюзата е голяма и импулсът на изхвърления спомагателен въздушен поток лесно се колебае, което влияе върху качеството и скоростта на рязане. Следователно, при лазерно рязане височината на дюзата обикновено се минимизира, обикновено 0,5~2,0 мм.
① Лазерни аспекти
а. Увеличете мощността на лазера. Разработването на по-мощни лазери е директен и ефективен начин за увеличаване на дебелината на рязане.
б. Импулсна обработка. Импулсните лазери имат много висока пикова мощност и могат да проникнат в дебели стоманени плочи. Прилагането на високочестотна технология за лазерно рязане с тясна импулсна ширина може да реже дебели стоманени плочи без увеличаване на мощността на лазера, а размерът на разреза е по-малък от този при непрекъснато лазерно рязане.
в. Използвайте нови лазери
②Оптична система
а. Адаптивна оптична система. Разликата от традиционното лазерно рязане е, че не е необходимо фокусът да се поставя под повърхността на рязане. Когато позицията на фокуса се колебае нагоре и надолу с няколко милиметра по посока на дебелината на стоманената плоча, фокусното разстояние в адаптивната оптична система ще се промени с изместването на позицията на фокуса. Промените нагоре и надолу във фокусното разстояние съвпадат с относителното движение между лазера и детайла, което води до промяна на позицията на фокуса нагоре и надолу по дълбочината на детайла. Този процес на рязане, при който позицията на фокуса се променя в зависимост от външните условия, може да доведе до висококачествени разрези. Недостатъкът на този метод е, че дълбочината на рязане е ограничена, обикновено не повече от 30 мм.
b. Бифокална технология за рязане. Използва се специална леща за фокусиране на лъча два пъти в различни части. Както е показано на Фигура 4.58, D е диаметърът на централната част на лещата, а D е диаметърът на ръба на лещата. Радиусът на кривината в центъра на лещата е по-голям от околната площ, образувайки двоен фокус. По време на процеса на рязане горният фокус е разположен върху горната повърхност на детайла, а долният фокус е разположен близо до долната повърхност на детайла. Тази специална технология за лазерно рязане с двоен фокус има много предимства. При рязане на мека стомана, тя може не само да поддържа лазерен лъч с висок интензитет върху горната повърхност на метала, за да отговаря на условията, необходими за запалване на материала, но и да поддържа лазерен лъч с висок интензитет близо до долната повърхност на метала, за да отговаря на изискванията за запалване. Необходимо е да се произвеждат чисти разрези в целия диапазон от дебелини на материала. Тази технология разширява диапазона от параметри за получаване на висококачествени разрези. Например, използвайки 3kW CO2. Лазер, конвенционалната дебелина на рязане може да достигне само 15~20 мм, докато дебелината на рязане, използваща технология за рязане с двоен фокус, може да достигне 30~40 мм.
③Дюза и спомагателен въздушен поток
Проектирайте дюзата разумно, за да подобрите характеристиките на полето на въздушния поток. Диаметърът на вътрешната стена на свръхзвуковата дюза първо се свива, а след това се разширява, което може да генерира свръхзвуков въздушен поток на изхода. Налягането на подавания въздух може да бъде много високо, без да се генерират ударни вълни. Когато се използва свръхзвукова дюза за лазерно рязане, качеството на рязане също е идеално. Тъй като налягането на рязане на свръхзвуковата дюза върху повърхността на детайла е относително стабилно, тя е особено подходяща за лазерно рязане на дебели стоманени плочи.
Време на публикуване: 18 юли 2024 г.
