Älä jätä näitä tekijöitä huomiotta – ne pilaavat kuitulaserleikkauksesi

Kuitulaserleikkauskoneiden leikkausnopeuteen vaikuttaa lukuisia tekijöitä, jotka voidaan luokitella pääasiassa laserparametreihin, käsitellyn materiaalin ominaisuuksiin, leikkausprosessiparametreihin ja koneen suorituskykyyn.

Laserparametrit

Kuitulaserleikkauskoneiden leikkausperiaate on materiaalien sulattaminen ja leikkaaminen korkeaenergisten lasersäteiden avulla. Siksi laserparametrit ovat suorimpia leikkausnopeuteen vaikuttavia tekijöitä.

• Laservoima: Samalla materiaalilla ja muiden laserparametrien pysyessä vakioina suurempi teho johtaa suurempaan energiansyöttöön työkappaleeseen aikayksikköä kohden, mikä kiihdyttää materiaalin sulamista/höyrystymistä ja siten lisää leikkausnopeutta.

• Säteen laatu: Tyypillisesti mitattuna GPP arvo. Alhaisempi BPP-arvo osoittaa vahvempaa säteen fokusointikykyä, pienempää pistekokoa, suurempaa energiatiheyttä, pienempää lämpövaikutusaluetta sekä parempaa leikkausnopeutta ja -tarkkuutta.

Käsitellyn materiaalin ominaisuudet

• Materiaalin tyyppi: Eri materiaaleilla on täysin erilaiset fysikaaliset ominaisuudet, kuten absorptionopeus, sulamispiste, lämmönjohtavuus ja höyrystymislämpötila, tietyn aallonpituuden lasersäteilylle.

  • Imeytymisnopeus: Kuitulaserleikkauskoneiden lähettämän laservalon aallonpituus on 1064 nm. Metallimateriaaleilla, erityisesti teräksellä ja titaanilla, on korkea laservalon absorptionopeus tällä aallonpituudella. Hyvin heijastavilla materiaaleilla, kuten kuparilla ja alumiinilla, on kuitenkin suhteellisen alhaisemmat absorptionopeudet, joten ne vaativat suurempaa tehoa tai erityistekniikoita (esim. heilutusleikkausta) alkuheijastuksen voittamiseksi. Kone vaatii myös tiettyjä heijastuksenpoistotoimenpiteitä.

  • Termofysikaaliset ominaisuudet:

    Alumiinilla on hyvä lämmönjohtavuus, minkä vuoksi lämpö haihtuu helposti. Siksi leikkauksen ylläpitämiseen tarvitaan suurempi energiatiheys. Ruostumattomalla teräksellä on huonompi lämmönjohtavuus, minkä vuoksi lämpö keskittyy helpommin, mikä tekee leikkaamisesta suhteellisen helppoa.

• Materiaalin paksuus: Tämä on yksi kriittisimmistä tekijöistä. Paksuuden kasvaessa leikkausnopeus hidastuu jyrkästi. Tämä johtuu siitä, että materiaalin sulattamiseen ja poistamiseen koko paksuudesta tarvitaan enemmän aikaa, ja sulan kuonan poistamiseksi tarvitaan leveämpi leikkuuura.

• Materiaalin pinnan kunto: Ruoste, öljy, maali tai karheat pinnat voivat muuttaa laserin absorptionopeutta ja siten vaikuttaa leikkausnopeuteen ja leikkauspinnan tasaisuuteen.

Leikkausprosessin parametrit

• Avustuskaasu:

  • Kaasutyyppi: Happi (palamista edistävä, eksoterminen reaktio, sopii hiiliteräkselle), typpi (inertti, puhaltaa pois sulan materiaalin, estää hapettumisen, sopii ruostumattomalle teräkselle ja alumiinille), ilma (edullinen, käytetään ei-metallisille materiaaleille tai ohuille levyille).
  • Kaasun paine: Riittämätön paine ei pysty poistamaan sulaa kuonaa tehokkaasti, mikä johtaa kuonaan ja kääntöpuolen palamiseen. Liiallinen paine voi aiheuttaa pyörteitä leikkauspinnalle, mikä jäähdyttää leikkausta ja heikentää leikkaustehokkuutta ja laatua.

• Polttopiste: Polttopisteen sijainti – ylä-, ala- tai täsmälleen työkappaleen pinnalla – muuttaa pisteen kokoa ja energian jakautumista, mikä vaikuttaa suoraan leikkuuraon leveyteen, pinnan karheuteen ja leikkausnopeuteen. Paksujen levyjen kohdalla polttopiste asetetaan tyypillisesti tietylle syvyydelle työkappaleessa paremman energian jakautumisen saavuttamiseksi.

• Suuttimen tyyppi ja korkeus: Suuttimen aukko ja etäisyys työkappaleesta vaikuttavat kaasuvirtauskentän muotoon ja vakauteen, mikä puolestaan ​​vaikuttaa kuonanpoiston tehokkuuteen.

Konetyökalun suorituskyky

Liikejärjestelmän dynaaminen suorituskyky: Vaikka laser pystyy leikkaamaan suurilla nopeuksilla, työstökoneen riittämätön kiihtyvyys rajoittaa todellista nopeutta monimutkaisia ​​kuvioita (erityisesti sellaisia, joissa on paljon pieniä ympyröitä ja teräviä kulmia) käsiteltäessä, koska akselit vaativat usein kiihdytystä ja hidastusta.

Lasertehon ja leikattavan materiaalin välinen suhde

Lasertehon ja leikattavan paksuuden välinen suhde

Seuraavassa on karkea viite hiiliteräksen (happea käytettäessä) leikkausnopeusalueille (yksikkö: m/min) yleisissä olosuhteissa:

Kuinka parantaa kuitulaserleikkauskoneiden leikkausnopeutta?

Leikkauslaadun varmistamiseksi seuraavat ehdotukset voivat auttaa sinua lisäämään kuitulaserleikkauskoneiden leikkausnopeutta.

Laitteet

1. Päivitä laser.

   • Lisää laserin tehoa. Tämä on suorin menetelmä.
   • Optimoi säteen laatu. Valitse laser, jolla on alhaisempi BPP-arvo. Monet tekijät vaikuttavat laserin BPP-arvoon, mutta kaupallisesti saatavilla olevista lasereista säteen moodilla on suorin vaikutus BPP-arvoon. Tällä hetkellä lasersäteen moodit jaetaan yksimoodilasereihin ja monimoodilasereihin. Yksimoodilaserit etenevät resonaattorissa vain yhdessä moodissa (yleensä perusmoodissa eli TEM₀₀-moodissa), jonka M²≈1 on lähellä ihanteellista Gaussin sädettä, ja jonka täplän halkaisija on erittäin pieni (lähellä diffraktiorajaa). Ne soveltuvat hyvin ohutlevyjen leikkaamiseen, mutta yksimoodilasereiden jatkuva teho on tyypillisesti alhainen. Varhaisten yksimoodilasereiden teho oli yleensä alle 1 kW. Yksimoodisäteen yhdistämistekniikan myötä on kuitenkin nyt mahdollista kytkeä useiden yksimoodilaseromoduulien energia yhdeksi siirtokuiduksi säteen yhdistäjän kautta, jolloin saavutetaan kilowattitason tai jopa kymmenen kilowatin tason suuritehoinen yksimoodilaserin teho, joka yhdistää sekä suuren tehon että korkean laadun. Monimuotolaserit etenevät resonaattorissa useissa mooditiloissa (mukaan lukien perusmoodi ja korkeamman asteen moodit) samanaikaisesti. Niille on ominaista, että ne voivat helposti saavuttaa erittäin suuren tehon, mutta niiden BPP-arvo kasvaa lineaarisesti tehon mukana, ja niiden säteen laatu on huomattavasti huonompi kuin yksimuotolasereilla. Niitä käytetään pääasiassa paksujen levyjen leikkaukseen, jossa erittäin suuri laserteho voi sulattaa metallia nopeasti ja leveämpi ura helpottaa kuonan poistoa.

2. Muiden komponenttien valinta.

   • Käytä edistyneempiä suuttimia. Spoilerirakenteiset kaksikerroksiset suuttimet voivat tuottaa vakaamman ja keskitetymmän ilmavirran, mikä puhaltaa kuonan pois tehokkaammin ja mahdollistaa suuremmat leikkausnopeudet, erityisesti ruostumatonta terästä leikattaessa korkeapaineisella typellä.
   • Varmista, että linssit ovat puhtaat ja vahingoittumattomat. Saastuneet linssit voivat merkittävästi heikentää laserin tehokkuutta. Tarkennuslinssin ja suojalinssin säännöllinen puhdistus ja tarkastus ovat perusedellytyksiä perusleikkausnopeuden ylläpitämiselle.
   • Automaattitarkennustoiminto. Automaattitarkennustoiminto varmistaa, että tarkennuspiste pysyy optimaalisessa asennossa leikattaessa erilaisia ​​materiaaleja ja paksuuksia.
   • Varmista, että työstökoneella on erinomainen nopeus ja kiihtyvyys. Toisin kuin perinteisissä CNC-puunjyrsinkoneissa, kuitulaserleikkauskoneiden voimansiirtojärjestelmä on yleensä kevyt (esim. kevyet alumiiniseoksesta valmistetut portaalit). Koska kyseessä on kosketukseton käsittelymenetelmä, se ei vaadi erittäin suurta vääntöjäykkyyttä. Kevyt rakenne mahdollistaa koneen saavuttaa erittäin suuret liikenopeudet ja kiihtyvyyden.

Käsitellä asiaa

1. Leikkausparametrien optimointi. On suositeltavaa laatia leikkausparametritaulukko todellisen prosessointikokemuksen perusteella prosessoinnin ohjaamiseksi. Jos konetta käytetään ensimmäistä kertaa, on suositeltavaa noudattaa valmistajan toimittamaa leikkausparametritaulukkoa ja suorittaa leikkaustestejä romumateriaalilla. Säätämällä parametreja, kuten nopeutta, kaasunpainetta ja polttopistettä, tarkkaile leikkauspinnan laatua ja mahdollista kuonan tarttumista, jotta löydät optimaalisen leikkausnopeuden nykyisissä olosuhteissa ja laadit tarkistetun leikkausparametritaulukon.
2. Polttopisteen säätö. Ohuilla levyillä polttopiste on yleensä pinnalla tai hieman sen alapuolella, jotta saavutetaan nopea lävistys ja leikkaus. Paksuilla levyillä polttopisteen on oltava syvällä materiaalin sisällä riittävän energiagradienttien muodostamiseksi, mikä helpottaa kuonan poistoa. Optimaalisen polttopisteen sijainnin löytäminen kullekin materiaalille/paksuudelle on välttämätön vaihe nopeuden lisäämiseksi.

3. Kaasun valinta ja paineen optimointi. Sopiva apukaasu ja paine tulee valita todellisten käsittelytarpeiden perusteella. Alla on joitakin yleisiä apukaasuja ja paineita:

   Kaasutyyppi	Ydintoiminto	Soveltuvat materiaalit	Leikkauspinnan ominaisuudet	Käyttökustannukset	Painevaatimukset
   Ilma	Osittainen hapettuminen, jäähdytys, huuhtelu	Ei-metallinen, ohut alumiini/hiiliteräs	Vaaleankeltainen, hieman hapettunut	Erittäin matala	Keskitaso (5–16 bar)
   Happi (OXNUMX)	Palamisen tukeminen, eksoterminen, huuhtelu	Hiiliteräs	Harmaa, karhea, oksidikerroksella	Keskikova	Keskitaso-matala (0.5–8 bar)
   Typpi (NXNUMX)	Happieristys, korkeapainehuuhtelu	Ruostumaton teräs, alumiini, messinki	Hopeanvalkoinen, sileä, oksiditon	Korkea	Korkea (10–25 baaria)
   Argoni (Ar)	Huippuluokan suojaus, estää reaktion	Titaaniseokset ja muut reaktiiviset metallit	Metallinhohtoinen väri, korkea laatu	Erittäin korkea	Keskipaine

4. Leikkausreitin optimointi. Optimoi leikkausreitti mahdollisimman paljon reittiohjelmoinnilla tyhjäkäynnin minimoimiseksi. Käytä joustavasti yhteisreunaista leikkausta. Kun osien välinen etäisyys on hyvin pieni, niiden leikkausurat voidaan yhdistää yhteiseksi reunaksi, mikä lyhentää merkittävästi kokonaisleikkauspituutta ja parantaa siten tehokkuutta huomattavasti.