Laserlõikamise tehnoloogia peab olema kõigile tuttav. Laserilõikamise tehnoloogia on töötlemismeetod, mis kasutab materjalide täpseks lõikamiseks suure energiatihedusega laserkiirt. Seda kasutatakse laialdaselt metalli- ja mittemetallide töötlemisel. Kõige tavalisem laserlõikuseadmed on laseri lõikamismasinad.
Laseri lõikamismasinad kasutavad laserite lõikamispõhimõtet. Laseri lõikamise südamik on suure võimsusega laseriga genereeritud laserkiire. Reflektori- ja läätsesüsteemi, eriti teravustava läätse kaudu, on tala fokuseeritud väga väikesesse kohta, tavaliselt on läbimõõduga vaid kümned mikronid kuni sadade mikroniteni, moodustades sellega töödeldud materjali pinnale väga suure energiatiheduse.
Suure energiatihedusega laserite kiiritamisel soojeneb materjali pind kiiresti tuhandeteni kümnete tuhandete kraadideni, põhjustades materjali sulamise, aurustumise või põletuse koheselt. Metallmaterjalide puhul võib esineda ka oksüdatsioonireaktsioon.
Laseri lõikamisprotsessis kasutatakse sageli kombinatsioonis kõrgsurvesiseseid abigaase (näiteks hapnikku, lämmastikku, argooni või suruõhku jne). Ühest küljest aitavad need sula või aurustatud materjale ära puhuda ja teisest küljest kaitsevad lõikeanaastid, vähendavad soojust mõjutatud tsooni ning parandavad lõikamise kvaliteeti ja kiirust.
Laseri lõikamise peamised protsessiparameetrid on laserivõimsus, sisselõike laius, lõikamiskiirus ja gaasi voolukiirus. Laserlõikamisele mõjutavad ka muid tegureid, näiteks laserkiire kvaliteet, objektiivi fookuskaugus, defookus ja otsik.
(1) laservõimsus
Materjali omaduste korral, kui materjali pinna peegeldusvõime on kõrge, siis kui laseri kiirgab materjali pinda, peegeldub rohkem energiat tagasi, selle asemel et imenduda materjali lõikamiseks. Seetõttu tuleb vähendamiseks piisava energia tagamiseks laservõimsust suurendada. Sarnaselt, kui materjali soojusjuhtivus on hea, viiakse laserkiirguse tekitatud soojus kiiresti läbi materjali sees, muutes raiumispiirkonna temperatuuri keeruliseks raiumiseks piisava taseme tõusu. Sel juhul tuleb lõike tõhususe parandamiseks suurendada ka laservõimsust. Lisaks nõuab kõrgete sulamispunktidega lõikamismaterjalid ka suuremat laservõimsust ja võimsustihedust. Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrge sulamistemperatuuriga materjalid vajavad nende sulatamiseks või aurustamiseks rohkem energiat, saavutades sellega lõikamise eesmärgi.
(2) Kiirus
Teatud võimsustingimustes, kui plaadi paksus suureneb, peab laserkiir läbima sügavamate materjalide kihtide lõike lõpuleviimiseks. Uuringud on näidanud, et lõikekiiruse ja lõigatud pinna kareduse suhe ei ole lihtne lineaarne suhe, vaid näitab U-kujulist muutuste suundumust. See tähendab, et erineva plaadi paksusega materjalide ja erinevate lõikamisgaasi rõhutingimuste korral on optimaalne lõikekiirus. Selle kiirusega lõikamisel saab lõigatud pinna kareduse väärtust minimeerida, see tähendab, et lõik on kõige sujuvam. Üldiselt öeldes, mida kiirem on lõikekiirus, seda suurem on vajalik võimsus.
(3) Gaasirõhk (gaasi vool)
Sulamisprotsessi ajal soojendab laserkiire materjali sulamistemperatuurini. Sel ajal puhutis gaas sisselõike moodustamiseks vedela metalli. Gaasirõhk peab olema piisavalt suur, et sulametalli tõhusalt eemaldada ja tagada lõikamise järjepidevus ja sisselõike selgus. Gaasi voolukiirus on seotud ka düüsi vormiga. Erinevatel düüsivormidel on erinev mõju gaasi jaotusele ja vooluomadustele, seega on ka kohaldatav gaasi voolukiirus erinev. Düüsi valimisel ja gaasi voolukiiruse määramisel on vaja sobitada ja optimeerida vastavalt konkreetsetele lõikenõuetele ja materjali omadustele.
(4) Tala kvaliteet, läätse fookuskaugus ja defookus
Laseri abil väljundvalguse režiim on lõikefekti jaoks ülioluline. Põhiline põikrežiim (TEM 00 režiim) peetakse laserlõikamisel kõige ideaalsemaks tala režiimiks, kuna see on väike tala läbimõõt ja kontsentreeritud energia. Eksperimentaalsed uuringud on näidanud, et sisselõike laius on peaaegu võrdne laserpunkti läbimõõduga mitteoksügeeni aitud lõikamisel. Punkti suurus on võrdeline fookusläätse fookuskaugusega, see tähendab, et mida pikem on fookuskaugus, seda suurem on laik; Mida lühem on fookuskaugus, seda väiksem on koht. Ehkki lühikese fookuskaugusega objektiiv võib saada väiksema koha, vähendatakse selle fookuskaugust vastavalt ka vastavalt. Mida väiksem on fookussügavus, seda rangem on kaugusevajadus tooriku pinnalt läätsele. Defookuse väärtus mõjutab suurt mõju lõikekiirusele ja lõikamissügavusele ning see peab lõikamisprotsessi ajal muutuma. Üldiselt on defookuse väärtus negatiivne väärtus, see tähendab, et fookuseasend asetatakse teatud punktile, mis on lõikeplaadi pinna all.
(5) Düüsi
Düüsi on oluline komponent, mis mõjutab laseri lõikamise kvaliteeti ja tõhusust. Laserlõikamine kasutab tavaliselt koaksiaal (õhuvoolu ja optilise telje kontsentrilist) düüsi ning düüsi väljalaskeava läbimõõt tuleks valida vastavalt plaadi paksusele. Lisaks mõjutab düüsi kaugust tooriku pinnale ka lõikekvaliteedile. Lõikamisprotsessi stabiilsuse tagamiseks tuleb seda kaugust hoida konstantsena.
Tööstuslike materjalide laserlõikamine
(1) metallmaterjalide laserlõikamine
Peaaegu kõigil metallmaterjalidel on toatemperatuuril infrapunavalguse jaoks kõrge peegeldus. Näiteks on neeldumiskiirus 1 0. 6 μm süsinikdioksiidlaserit on ainult 0,5%~ 10%. Kui võimsustihedus ületab fokuseeritud tala, võib pind hakata sulama mikrosekundites. Enamiku sulametallide neeldumiskiirus tõuseb järsult, üldiselt kuni 60%~ 80%. Seetõttu on paljudes metalli lõikamispraktikas edukalt kasutatud süsinikdioksiidi lasereid.
Kaasaegsete laserlõikamissüsteemide abil saab lõigata süsinikterasplaatide maksimaalne paksus üle 2 0 mm. Süsinikterasplaatide lõikeõmblust saab juhtida rahuldava laiuse vahemikus hapniku abil sulamislõike meetodil ja õhukeste terasteplaatide lõikeõmblus võib olla sama kitsas kui umbes 0,1 mm. Laseri lõikamine on roostevabast terasest plaatide tõhus töötlemismeetod. See saab kontrollida kuumusega mõjutatud tsooni väga väikeses vahemikus, säilitades sellega selle korrosioonikindluse. Enamik sulami konstruktsioonteraseid ja sulamistööriistade teraseid saab laserlõikamise teel hea tipptasemel kvaliteedi.
Alumiiniumi ja alumiiniumist sulameid ei saa hapniku abistatava sulamisega lõigata. Tuleb kasutada sulamislõikemehhanismi. Alumiiniumist laseri lõikamine nõuab väga suurt võimsusega tihedust, et ületada selle kõrge peegelduvus 10,6 μm lainepikkuse laseriteni. 1. 06 μm lainepikkusega YAG -laserkiired võivad nende kõrge neeldumiskiiruse tõttu oluliselt parandada alumiiniumist laseri lõikamise kiirust ja kiirust.
Titaani- ja titaansulamitel, mida tavaliselt kasutatakse lennukitootmises töötlevas tööstuses, on intensiivsed keemilised reaktsioonid, kui hapnikku kasutatakse abigaasina, ja lõikekiirus on kiire, kuid see on lihtne moodustada oksiidikihti tipptasemel ja isegi põhjustada ülekoornemist.
Kvaliteedi tagamiseks on ohutum kasutada inertgaasi abina. Enamikku niklipõhiseid sulameid saab lõigata ka hapniku abistatava sulamisega. Vase- ja vasksulamitel on liiga kõrge peegeldusvõime ja neid ei saa põhimõtteliselt lõigata 10,6 μm süsinikdioksiidi laseritega.
(2) Mittemetalliliste materjalide laserlõikamine
10,6 μM CO2 laserkiire imenduvad mittemetalliliste materjalide abil kergesti. Selle madal peegeldusvõime ja aurustumistemperatuur võimaldavad peaaegu kogu imenduva valguse energiat materjali siseneda ja põhjustavad aurustumise hetkega auke, sisenedes lõikeprotsessi vooruslikule tsüklile. Plasti, kummi, puit, paberitooteid, nahka, looduslikke kangaid ja muid orgaanilisi materjale saab lõigata laseriga. Puidu paksus peab siiski olema piiratud. Puitlaudade paksus on 75 mm kaugusel ning laminaatide ja puitkiiplaudade paksus on umbes 25 mm. Anorgaaniliste materjalide hulgas saab kvartsi ja keraamikat lõigata laseriga. Viimast tuleks lõigata kontrollitud luumurruga ja suurt võimsust ei tohiks kasutada. Klaas ja kivi ei sobi tavaliselt laseri lõikamiseks.
Teisi materjale, mida tavapäraste meetodite abil on keeruline töödelda, näiteks komposiitmaterjalid ja tsementeeritud karbiidid, saab laser abil lõigata, kuid katsete abil tuleb valida mõistlikud lõikamismehhanismid ja protsessiparameetrid.
Laserlõikamise tehnoloogia tegelikus rakendamisel on üks asi, mida peame sageli arvestama, vähendamise tõhususe parandamine, lõikamise kvaliteedi parandamine ja lõikamiskulude vähendamine.
Laserlõikamise tehnoloogia parandamine tootmise tõhususe parandamiseks, kvaliteedi vähendamiseks ja kulude vähendamiseks saab teha järgmistest aspektidest:
1. Lasertehnoloogia edenemisega võib kõrgema võimsusega laserite (näiteks 10, 000- vatilaserid) kasutamine märkimisväärselt suurendada lõikamiskiirust, vähendades samal ajal kuumutatud tsoone ja materjali deformatsiooni, muutes lõike tõhusamaks ja paremaks kvaliteetsemaks, eriti paksemate materjalide jaoks.
2. Mõistlikult reguleerige selliseid parameetreid nagu laservõimsus, lõikekiirus, lisagaasi tüüp ja rõhk ning düüsi ja materjali vaheline kaugus ning valmistage üksikasjalikud sätted, mis põhinevad konkreetsetel materjalidel ja lõikamisnõuetel. Lõike efektiivsuse ja kvaliteedi parandamiseks leidke optimaalne parameetrite kombinatsioon mitme testi kaudu.
3. Automaatse keskendumissüsteemi kaudu reguleeritakse laserfookuse positsiooni automaatselt vastavalt materjali paksusele ja tüübile, et tagada lõikuse täpsus.
4. Vähendage mittekontrolli aega ja parandage üldist tööefektiivsust, viies lõikepea kiiresti järgmisse lõikepunkti.
5. tuvastage automaatselt materjali servad ja kaldenurgad, reguleerige lõiketee automaatselt ning vähendage materjalijäätmeid ja eeltöötlusaega.
6. Kasutage CNC tarkvara, et simuleerida lõikamist, kavandada kõige lihtsamat lõiketeed, vähendada tühje lööke ning parandada materjali kasutamist ja lõikamiskiirust.
7. Laserlõikamismasina regulaarselt hooldage ja hooldage, näiteks varuosade asendamine, optiliste komponentide puhastamine, kalibreerimisseadmed jne, et tagada seadme pikaajaline stabiilne töö ja säilitada optimaalne lõike jõudlus.
8. Hoidke laserlõikamismasina töökeskkond puhtana, sobiva temperatuuri ja mõõduka õhuniiskusega, et vältida tolmu ja liigse õhuniiskuse mõju seadmele ja lõikeefektile.
9. Kasutage täpsemaid CNC juhtimissüsteeme ja tarkvara juhtimise täpsuse ja reageerimise kiiruse parandamiseks ning keerukamate lõikamisülesannete toetamiseks.
10. Jätkake tähelepanu lasertehnoloogia uutele arengutele, näiteks tõhusamatele laserallikatele, arenenud optilistele süsteemidele, intelligentsetele tarkvara algoritmidele jne, et pidevalt parandada lõikamisvõimalusi.