Лазерная резка уже более 25 лет находится на особом значимом месте в металлообработке и является частью крупных компаний и малого бизнеса. Что же из себя представляет этот процесс? Лазерная резка - это современная технология металлообработки. Как и следует из названия, в основе используется лазер. Да, точно такой же лазер, как и в школьной лазерной указке, но его мощность примерно в 140 тыс. раз выше! В процессе обработки происходит локальный нагрев и разрушение материала по линии реза. Под действием направленного лазерного луча металл по линии раскроя мгновенно плавится, испаряется или сдувается струей газа. Выполняется такая металлообработка на специальных станках – лазерных установках с числовым программным управлением (ЧПУ).
Технология лазерной резки металла
Из школьного курса элементарной физики вы знаете о сильном тепловом воздействии сфокусированного света. Световая волна заставляет двигаться свободные и связанные заряды в среде. Кинетическая энергия зарядов частично рассеивается при их столкновениях с другими частицами и превращается по итогу в тепло. В результате температура среды повышается. Это явление служит физической основой работы лазера. Раскрой ведется по заранее составленным чертежам, которые вносятся в компьютер. Также в ЧПУ станка есть встроенные таблицы с рекомендуемыми параметрами обработки разных металлов и сплавов. В зависимости от толщины и теплофизических свойств обрабатываемого материала программа задает оптимальную скорость резки, мощность и режим воздействия (постоянный или импульсный).
Вмешательство оператора в процесс обработки – минимально. Он только:
- выставляет необходимые параметры обработки – вводит в блок управления характеристики расходного материала;
- размещает металлический лист или другую заготовку на рабочем столе станка;
- следит за процессом резки.
Остальную работу лазерная установка выполняет автоматически. Установка самостоятельно выполняет калибровку фокуса, выбирает расстояние от резака до обрабатываемой поверхности и контролирует температуру нагрева. Рабочая головка станка движется по запрограммированному контуру. Под воздействием лазерного луча металл мгновенно нагревается и расплавляется или даже испаряется (только представьте, температура металла под воздействием лазера достигает 1500 °C, или даже больше!). Эта особенность обработки называется принципом "летающей оптики". В зависимости от мощности луча, в результате получается сквозная линия реза или узор гравировки.
Преимущества
Популярность лазерной резки обусловлена ее многочисленными преимуществами. Среди них:
- высокое качество обработки;
- точность до 0,1 мм;
- максимальная автоматизация процесса;
- отсутствие механических воздействий и деформаций рабочей поверхности;
- возможность обработки даже легкодеформируемых деталей, хрупких и тонких листов;
- получение узких резов с минимальной областью нагрева;
- возможность резки плоских и объемных заготовок по сложному контуру;
- получение аккуратных кромок;
- высокая производительность;
- экономное расходование материала, минимум отходов.
Для каких металлов подходит лазерная резка?
Современные лазерные станки позволяют раскраивать металл толщиной от 0,2 до 40 мм с площадью листа в пределах 1500х3000 мм. Разновидность лазера выбирается в зависимости от характеристик материала. Для обработки высокопрочных сталей используются газовые лазеры, а для резки тонких стальных листов, металлов с покрытием и цветных металлов – твердотельные. Самым трудным металлом для раскроя считается нержавеющая сталь. Лазерная резка выступает передовым и одним из двух популярнейших методов обработки этого материала (второй – плазменная резка).
Допустимая толщина обрабатываемого материала зависит от его типа и теплофизических свойств. В частности, резка лазерным лучом применяется для:
- обычной стали толщиной от 0,2 до 20 мм;
- нержавеющей стали толщиной до 40 мм, но при резке толстых листов нержавейки получаются шершавые кромки с трудноудаляемыми излишками металла;
- меди и латуни толщиной от 0,2 до 15 мм;
- сплавов алюминия с толщиной листа от 0,2 до 20 мм.
Стоит заметить, что для стали толщиной 1 мм достаточно лазера мощностью 0,1 кВт, для титана такой же толщины – 0,6 кВт. Поэтому, лазерную резку не следует применять для обработки сверхпрочных материалов, например, вольфрама, титана, оксидированного алюминия, молибдена. Для этого лучше всего использовать гидроабразивную резку, избегая при этом температурного воздействия.
Металлы со слабым поглощением излучения и высокой теплопроводностью (медь, латунь, сплавы алюминия) обрабатываются мощным лазером на низкой скорости, в импульсном режиме. Правильный выбор мощности луча и скорости резки позволяет избежать тепловой деформации расходного материала и получить идеальную линию реза. Интересный факт - большая часть деталей для лазерных станков изготавливается на… лазерных станках.