Lasersnijtechnologie moet iedereen bekend zijn. Lasersnijtechnologie is een verwerkingsmethode die een laserstraal met een hoge energie-dichtheid gebruikt om materialen nauwkeurig te snijden. Het wordt veel gebruikt bij de verwerking van metaal- en niet-metaalmaterialen. De meest voorkomende lasersnijapparatuur zijn lasersnijmachines.
Lasersnijmachines gebruiken het snijprincipe van lasers. De kern van lasersnijden is de laserstraal gegenereerd door een krachtige laser. Via een reflector- en lenssysteem, vooral een focuslens, is de straal gefocust in een zeer kleine plek, meestal met een diameter van slechts tientallen micron tot honderden micron, waardoor een zeer hoge energiedichtheid op het oppervlak van het verwerkte materiaal wordt gevormd.
Onder bestraling van lasers met hoge energie-dichtheid, verwarmt het oppervlak van het materiaal snel tot duizenden tot tienduizenden graden Celsius, waardoor het materiaal onmiddellijk smelt, verdampt of verbrandt. Voor metalen materialen kan er ook een oxidatiereactie zijn.
In het lasersnijproces worden high-druk hulpgassen (zoals zuurstof, stikstof, argon of gecomprimeerde lucht, enz.) Vaak gebruikt in combinatie. Aan de ene kant helpen ze de gesmolten of verdampte materialen weg te blazen, en aan de andere kant beschermen ze het snijgebied, verminderen ze de door warmte aangetaste zone en verbeteren ze de snijkwaliteit en snelheid.
De belangrijkste procesparameters van lasersnijden zijn het snijden van laservermogen, incisiebreedte, snijsnelheid en gasdebiet. Andere factoren, zoals laserstraalkwaliteit, lens focale lengte, defocus en mondstuk, hebben ook een grote invloed op het snijden van lasers.
(1) laservermogen
Voor materiaaleigenschappen, als de oppervlaktereflectiviteit van het materiaal hoog is, dan wanneer de laser bestraling is van het oppervlak van het materiaal, wordt meer energie terug gereflecteerd in plaats van geabsorbeerd door het materiaal voor snijden. Daarom moet het laservermogen worden verhoogd om voldoende energie voor het snijden te garanderen. Evenzo, als de thermische geleidbaarheid van het materiaal goed is, zal de warmte die wordt gegenereerd door de laserbestraling snel in het materiaal worden uitgevoerd, waardoor het moeilijk is voor de temperatuur van het snijgebied om te stijgen tot een niveau dat voldoende is om te snijden. In dit geval moet het laservermogen ook worden verhoogd om de snijefficiëntie te verbeteren. Bovendien vereist het snijden van materialen met hoge smeltpunten ook een groter laservermogen en vermogensdichtheid. Dit komt omdat materialen met hoge smeltpunten meer energie vereisen om ze te smelten of te verdampen, waardoor het doel van snijden wordt bereikt.
(2) snijsnelheid
Onder bepaalde vermogensomstandigheden, wanneer de plaatdikte toeneemt, moet de laserstraal diepere materiaallagen binnendringen om het snijden te voltooien. Studies hebben aangetoond dat de relatie tussen snijsnelheid en snijoppervlak ruwheid geen eenvoudige lineaire relatie is, maar een U-vormige veranderingstrend vertoont. Dit betekent dat voor materialen van verschillende plaatdiktes en verschillende snijgasdrukomstandigheden, er een optimaal snijsnelheidspunt is. Bij het snijden met deze snelheid kan de ruwheidswaarde van het snijoppervlak worden geminimaliseerd, dat wil zeggen, de snit is de soepelste. Over het algemeen, hoe sneller de snijsnelheid, hoe groter het vereiste vermogen.
(3) gasdruk (gasstroom)
Tijdens het smeltsproces verwarmt de laserstraal het materiaal tot de smelttemperatuur. Op dit moment heeft het gas het vloeibare metaal weggeblazen om een incisie te vormen. De gasdruk moet groot genoeg zijn om het gesmolten metaal effectief te verwijderen en de continuïteit van het snijden en de duidelijkheid van de incisie te waarborgen. Het gasdebiet is ook gerelateerd aan de mondstukvorm. Verschillende spuitmondvormen hebben verschillende effecten op de verdeling en stromingskarakteristieken van het gas, dus de toepasselijke gasstroomsnelheid zal ook verschillen. Bij het selecteren van het mondstuk en het instellen van de gasstroomsnelheid is het noodzakelijk om te matchen en te optimaliseren volgens de specifieke snijvereisten en materiaaleigenschappen.
(4) bundelkwaliteit, lens focale lengte en defocus
De output van de balkmodus door de laser is cruciaal voor het snijeffect. De fundamentele transversale modus (TEM 00 modus) BEAM wordt beschouwd als de meest ideale bundelmodus in lasersnijden vanwege de kleine bundeldiameter en geconcentreerde energie. Experimentele studies hebben aangetoond dat de incisiebreedte bijna gelijk is aan de diameter van de laserspot bij niet-oxygen-geassisteerde snijwonden. De spotgrootte is evenredig met de brandpuntsafstand van de focuslens, dat wil zeggen, hoe langer de brandpuntsafstand, hoe groter de plek; Hoe korter de brandpuntsafstand, hoe kleiner de plek. Hoewel een lens met een korte brandpuntsafstand een kleinere plek kan verkrijgen, wordt de focale diepte ook dienovereenkomstig verminderd. Hoe kleiner de focale diepte, hoe strenger de afstandseis van het werkstukoppervlak naar de lens. De defocuswaarde heeft een grote invloed op de snijsnelheid en snij diepte en moet tijdens het snijproces ongewijzigd blijven. Over het algemeen is de defocuswaarde een negatieve waarde, dat wil zeggen dat de focuspositie op een bepaald punt onder het snijplaatoppervlak wordt geplaatst.
(5) mondstuk
Het mondstuk is een belangrijke component die de kwaliteit en efficiëntie van lasersnijden beïnvloedt. Lasersnijden maakt over het algemeen gebruik van een coaxiale (luchtstroom en optische as concentrisch) mondstuk en de uitlaatdiameter van de mondstuk moet worden geselecteerd volgens de plaatdikte. Bovendien heeft de afstand van het mondstuk tot het werkstukoppervlak ook een grote invloed op de snijkwaliteit. Om de stabiliteit van het snijproces te waarborgen, moet deze afstand constant worden gehouden.
Lasersnijden van industriële materialen
(1) Lasersnijden van metalen materialen
Bijna alle metalen materialen hebben een hoge reflectiviteit voor infraroodlicht bij kamertemperatuur. De absorptiesnelheid van 1 {0. 6μm koolstofdioxidelaser is bijvoorbeeld slechts 0,5%~ 10%. Wanneer de vermogensdichtheid echter de gerichte balk van overschrijdt, kan het oppervlak beginnen te smelten in microseconden. De absorptiesnelheid van de meeste gesmolten metalen zal sterk stijgen, in het algemeen tot 60%~ 80%. Daarom zijn koolstofdioxide -lasers met succes gebruikt in veel metaalsnijpraktijken.
De maximale dikte van koolstofstalen platen die kunnen worden gesneden door moderne lasersnijsystemen is meer dan 2 0 mm. De snijaad van koolstofstalen platen kan worden geregeld binnen een bevredigend breedtebereik door zuurstofondersteunde smeltende snijmethode, en de snijaad van dunne stalen platen kan zo smal zijn als ongeveer 0,1 mm. Lasersnijden is een effectieve verwerkingsmethode voor roestvrijstalen platen. Het kan de door warmte getroffen zone binnen een zeer klein bereik regelen, waardoor de corrosieweerstand wordt gehandhaafd. De meeste structurele staal van legeringen en staal van legeringsgereedschap kunnen een goede snijkantkwaliteit verkrijgen door lasersnijden.
Aluminium en aluminiumlegeringen kunnen niet worden gesneden met zuurstofondersteund smelten. Een smeltend snijmechanisme moet worden gebruikt. Aluminium lasersnijden vereist een zeer hoge vermogensdichtheid om zijn hoge reflectiviteit te overwinnen tot 10,6 μm golflengte lasers. 1. 06 μm golflengte YAG -laserstralen kunnen de snijkwaliteit en snelheid van aluminium lasersnijden aanzienlijk verbeteren vanwege hun hoge absorptiesnelheid.
Titanium- en titaniumlegeringen die vaak worden gebruikt in de vliegtuigproductie -industrie hebben intense chemische reacties wanneer zuurstof wordt gebruikt als een hulpgas, en de snijsnelheid is snel, maar het is gemakkelijk om een oxidelaag op de snijkant te vormen, en zelfs overburning te veroorzaken.
Het is veiliger om inert gas als hulpgas te gebruiken om de snijkwaliteit te garanderen. De meeste legeringen op basis van nikkel kunnen ook worden gesneden met zuurstofondersteund smelten. Koper- en koperlegeringen hebben een te hoge reflectiviteit en kunnen in principe niet worden gesneden met 10,6 μm koolstofdioxidelasers.
(2) Lasersnijden van niet-metalen materialen
De CO2-laserstraal van 10,6 μm wordt gemakkelijk geabsorbeerd door niet-metalen materialen. Door de lage reflectiviteit en verdampingstemperatuur kunnen bijna alle geabsorbeerde lichte energie het materiaal binnendringen en onmiddellijk verdamping veroorzaken om gaten te vormen, waardoor een deugdzame cyclus van het snijproces wordt ingevoerd. Plastic, rubber, hout, papierproducten, leer, natuurlijke stoffen en andere organische materialen kunnen worden gesneden door laser. De dikte van hout moet echter beperkt zijn. De dikte van houten planken ligt binnen 75 mm en de dikte van laminaten en houten chipborden is ongeveer 25 mm. Onder anorganische materialen kunnen kwarts en keramiek worden gesneden door laser. De laatste moet worden gesneden met gecontroleerde breuk en hoog vermogen mag niet worden gebruikt. Glas en steen zijn over het algemeen niet geschikt voor lasersnijden.
Andere materialen die moeilijk te verwerken zijn met conventionele methoden, zoals composietmaterialen en gecementeerde carbiden, kunnen worden gesneden door laser, maar redelijke snijmechanismen en procesparameters moeten worden geselecteerd door middel van experimenten.
Bij de daadwerkelijke toepassing van lasersnijtechnologie is het verbeteren van de snijefficiëntie, het verbeteren van de snijkwaliteit en het verlagen van de snijkosten zijn een van de dingen die we vaak moeten overwegen.
Verbetering van de lasersnijtechnologie om de productie -efficiëntie te verbeteren, de kwaliteit te verlagen en de kosten te verlagen, kan worden gedaan vanuit de volgende aspecten:
1. Met de vooruitgang van lasertechnologie kan het gebruik van lasers met een hoger vermogen (zoals 10, 000- watt lasers) aanzienlijk de snijsnelheden verhogen, terwijl de door warmte getroffen zones en materiaalvervorming worden verminderd, het snijden van een efficiëntere en betere kwaliteit, vooral voor het snijden van dikkere materialen.
2. Pas de parameters zoals laservermogen, snijsnelheid, hulpgastype en druk en de afstand tussen het mondstuk en het materiaal redelijk aan en maak gedetailleerde instellingen op basis van specifieke materialen en snijvereisten. Zoek de optimale parametercombinatie via meerdere tests om de snijefficiëntie en kwaliteit te verbeteren.
3. Door het automatische focussysteem wordt de laserfocuspositie automatisch aangepast volgens de materiaaldikte en het type om de nauwkeurigheid te garanderen.
4. Verminder de niet-snijtijd en verbeteren de algehele bedrijfsefficiëntie door de snijkop snel naar het volgende uitgangspunt te verplaatsen.
5. Detecteer automatisch materiaalranden en kantelhoeken, pas het snijpad automatisch aan en verminder materiaalafval en voorbewerkingstijd.
6. Gebruik CNC -software om het snijden te simuleren, het eenvoudigste snijpad te plannen, lege slagen te verminderen en het gebruik van materiaal en snijsnelheid te verbeteren.
7. Handhaaf de lasersnijmachine regelmatig en service, zoals het vervangen van dragende onderdelen, het reinigen van optische componenten, kalibrerende apparatuur, enz., Om een langdurige stabiele werking van de apparatuur te garanderen en optimale snijprestaties te behouden.
8. Houd de werkomgeving van de lasersnijmachine schoon, met de juiste temperatuur en matige vochtigheid om de impact van stof en overmatige vochtigheid op de apparatuur en het snijeffect te voorkomen.
9. Gebruik meer geavanceerde CNC -besturingssystemen en software om de nauwkeurigheid van de controle en de responssnelheid te verbeteren en ondersteunen meer complexe snijstaken.
10. Blijf aandacht besteden aan nieuwe ontwikkelingen in lasertechnologie, zoals efficiëntere laserbronnen, meer geavanceerde optische systemen, intelligente software -algoritmen, enz., Om de snijmogelijkheden continu te verbeteren.