Виды оборудования для лазерной резки
Лазерная резка металла осуществляется с помощью различных типов оборудования, которые отличаются принципом работы, точностью и возможностями:
CO₂-лазеры (углекислотные):
- Работают на основе углекислого газа в качестве активной среды.
- Преимущества: высокая производительность, возможность резки неметаллических материалов, таких как дерево, пластик, ткань.
- Ограничения: менее эффективны для обработки отражающих металлов (например, алюминия, меди).
Волоконные лазеры (Fiber):
- Используют оптоволокно для передачи энергии лазера.
- Преимущества: высокая скорость и точность резки, особенно эффективны для металлов (нержавеющей стали, алюминия, меди).
- Часто применяются в промышленности благодаря их долговечности и экономичности.
Твердотельные лазеры (Nd:YAG, Nd:YVO₄):
- Работают на основе твердотельных материалов, таких как кристаллы неодима.
- Преимущества: высокая плотность энергии, что делает их подходящими для тонкой резки и гравировки.
- Чаще применяются в ювелирной промышленности и при обработке тонких деталей.
Комбинированные станки:
- Объединяют лазерную резку с механической обработкой (например, сверление, фрезеровка).
- Используются для выполнения сложных задач, где требуется высокая точность.
Автоматизированные комплексы лазерной резки
Современные автоматизированные комплексы включают:
- ЧПУ (числовое программное управление): обеспечивает точное выполнение заданных параметров резки.
- Роботизированные модули: позволяют автоматизировать загрузку и выгрузку материалов, снижая влияние человеческого фактора.
- Системы контроля качества: отслеживают состояние реза в реальном времени, минимизируя брак.
Автоматизация значительно ускоряет процесс, улучшает качество продукции и снижает затраты на производство.
Тип оборудования | Принцип работы | Преимущества | Ограничения | Применение |
CO₂-лазеры (углекислотные) | Используют CO₂ как активную среду | Высокая производительность, подходят для неметаллических материалов | Неэффективны для отражающих металлов | Резка дерева, пластика, тканей |
Волоконные лазеры (Fiber) | Используют оптоволокно для передачи энергии | Высокая точность и скорость, подходят для металлов | Могут быть дорогостоящими | Обработка металлов, строительство, машиностроение |
Твердотельные лазеры (Nd:YAG, Nd:YVO₄) | Работают на основе кристаллов неодима | Высокая плотность энергии, подходят для тонкой резки | Ограниченный масштаб применения | Ювелирная промышленность, тонкие детали |
Комбинированные станки | Сочетают лазерную резку с механической обработкой | Выполняют сложные задачи с высокой точностью | Сложность настройки и высокая стоимость | Комплексные промышленные задачи |
Автоматизированные комплексы лазерной резки | Включают ЧПУ, роботизированные модули и системы контроля | Автоматизация процессов, снижение брака и ускорение | Зависимость от программного обеспечения | Серийное производство, массовая резка |
Устройство лазерной головки
Лазерная головка — ключевой элемент оборудования, влияющий на точность и качество реза. В неё входят:
- Источник лазера: генерирует концентрированный луч света.
- Фокусирующая система: оптические линзы, которые направляют лазерный луч на поверхность материала.
- Сопло для подачи газа: используется для охлаждения и защиты зоны реза от окисления.
- Датчики контроля: помогают регулировать расстояние до материала и мощность луча.
Условия лазерной резки
Для качественной резки необходимо учитывать:
- Скорость подачи материала: зависят от его типа и толщины.
- Мощность лазера: варьируется в зависимости от задачи (гравировка, резка, маркировка).
- Используемый газ: обеспечивает охлаждение и предотвращает деформацию материала.
Расход газа при лазерной резке
Лазерная резка использует вспомогательные газы (азот, кислород или воздух) для повышения качества реза и предотвращения дефектов. Расход газа зависит от множества факторов, включая тип материала, толщину заготовки, мощность лазера и требуемое качество обработки.
Основные параметры, влияющие на расход газа:
1. Тип используемого газа:
- Азот (N₂): Создаёт инертную среду, предотвращая окисление. Применяется при резке нержавеющей стали и алюминия. Расход обычно выше, чем у кислорода.
- Кислород (O₂): Реагирует с материалом, ускоряя процесс резки. Используется для углеродистой стали. Экономичнее по сравнению с азотом, но оставляет оксидный слой.
- Воздух: Бюджетный вариант для некритичных деталей, где не требуется идеальная кромка.
2. Толщина материала:
- Чем толще материал, тем больше газа потребуется для удаления расплава и предотвращения деформации.
3. Мощность лазера и скорость резки:
- Увеличение мощности лазера обычно требует большего потока газа для охлаждения зоны реза и удаления отходов.
4. Тип реза:
- Прямой рез требует меньшего расхода газа по сравнению с фигурным или мелкодетализированным.
Примерные нормы расхода газа:
- Азот: 10–25 м³/ч (в зависимости от толщины материала и давления).
- Кислород: 5–15 м³/ч (зависит от скорости резки и мощности лазера).
- Воздух: 50–200 м³/ч, если используется компрессор.
Примерная формула:
Расход газа (R, м³/ч) может быть рассчитан по формуле:
R = P × A × K
- P — давление газа (бар).
- A — площадь реза (м²/с).
- K — коэффициент, зависящий от типа материала и газа.
Разделение параметров:
Давление газа (P):
- Для азота и кислорода: 6–12 бар для стандартной резки.
- Для воздуха: зависит от компрессора, обычно 5–10 бар.
Площадь реза (A):
A = W × d
- W — скорость резки (м/с).
- d — толщина материала (м).
Коэффициент (K):
- Для азота: 0.5–0.8.
- Для кислорода: 0.3–0.6.
- Для воздуха: 0.1–0.4.
Пример расчета:
- Резка нержавеющей стали толщиной 5 мм (d = 0.005 м).
- Скорость резки (W): 0.02 м/с.
- Давление азота (P): 10 бар.
- Коэффициент для азота (K): 0.7.
- Расчёт площади реза:
A = W × d = 0.02 × 0.005 = 0.0001 м²/с. - Расчёт расхода газа:
R = P × A × K = 10 × 0.0001 × 0.7 = 0.0007 м³/с = 2.52 м³/ч.
Формула является примерной, потому что её цель — дать ориентировочное значение, подходящее для большинства стандартных условий. Для точных расчётов рекомендуется:
- Обратиться к документации производителя станка.
- Провести экспериментальные замеры расхода газа в условиях вашего производства.
Примеры применения
Углеродистая сталь:
- Толщина материала до 18 мм.
- Использование кислорода позволяет ускорить процесс, сохраняя ровные края. Это востребовано в строительстве и машиностроении.
Нержавеющая сталь:
- Толщина до 10 мм.
- Применение азота обеспечивает чистую кромку без следов окисления. Идеально для декоративных изделий и оборудования пищевой промышленности.
Вольфрам:
- Высокая плотность и прочность материала требуют мощных лазеров и использования азота для предотвращения микротрещин.
- Подходит для создания деталей, работающих при высоких температурах.
Оборудование компании МПИ
На производственной площадке МПИ используются высокоточные волоконные лазеры (Fiber):
RODMA MASHINES 1540:
- Работает с листами размером до 3000×1500 мм.
- Подходит для резки стали, алюминия, латуни и меди.
SENFENG SF6015M:
- Оснащён функцией трубореза, что позволяет обрабатывать трубы диаметром до 220 мм и длиной до 6000 мм.
- Обрабатывает листы размером до 6000×1500 мм, обеспечивая гибкость в выполнении крупных заказов.
Оборудование компании позволяет выполнять заказы любой сложности, обеспечивая высокое качество и точность обработки металлов. МПИ предлагает услуги для строительных, машиностроительных компаний и частных клиентов, гарантируя индивидуальный подход и оперативное выполнение задач.