Лазерната металообработка е технология, при която материалът се загрява в зоната на обработка, последвано от разрушаване от радиационния поток. Този процес се използва в масовото производство, както и в частни работилници. Използването на лазерно рязане направи възможно модернизирането на производството на много части. Използва се за обработка на почти всички видове метални изделия и може да бъде обикновен, артистичен и къдрав. Това разнообразие дава възможност да се правят предмети с много необичайни форми. За различни метални изделия се използва подходящо оборудване, като се вземат предвид характеристиките на материала. Благодарение на това се произвеждат продукти с необходимата конфигурация и отхвърлянията се изключват.

Въпреки факта, че технологията е скъп процес, тя е в голямо търсене поради своите възможности. Високото качество на рязането и бързината на процедурата се извършват практически без отпадъци. Металните ръбове са почти идеално равни и не изискват допълнителна обработка. Това ви позволява да получите готов продукт на изхода, напълно подходящ за по-нататъшно използване по предназначение. Снимките по-долу показват лазерно рязане на различни метали.

Технология

В специални устройства за рязане на метали с лазер основният орган е лъчевата инсталация. Металната област се разрушава от високата плътност на енергийния поток. Технологията на лазерното рязане на метал е да се използват свойствата на този лъч. Той има постоянни дължини на вълните, както и честоти (едноцветност), което гарантира неговата стабилност. В допълнение, малък пакет може лесно да се концентрира в малка площ.

Това е основата на система за лазерно рязане на метал, чийто принцип е да влияе върху материала с куп енергия. В този случай мощността на потока се увеличава десетократно поради специалните видове трептения, които предизвикват резонанс. В третираната зона се нагрява до температурата на топене на металния продукт. За кратък интервал от време процесът на топене се увеличава и преминава към основната дебелина на обекта. Ако температурата се повиши значително, материалът може да започне да се изпарява.

Технологията за рязане на метал в производството се извършва по два метода: топене и изпаряване. В този случай вторият метод е придружен от увеличени енергийни разходи, което не винаги е оправдано. С увеличаване на дебелината на материала качеството на режената повърхност се влошава. Топенето е най-широко използвано при работа с метални изделия.

Режещо оборудване

Инсталациите, в които активно се използва лазерно рязане на метал, съдържат няколко основни елемента:

• енергиен източник;
• блок от специални огледала (оптичен резонатор);
• работно тяло, което създава лъчев поток.

По силата на работното тяло самите инсталации също се подразделят:

• до 6 kW - твърдотелни лазери за рязане на метал;
• над 6 и до 20 kW - устройства с принципа на работа на газ;
• от 20 до 100 kW - газодинамични устройства.

Машините в твърдо състояние използват като допълнителен компонент рубин или специално обработено стъкло, съдържащо калциев флуорит. Мощен импулс на енергия се генерира за част от секундата и работата се извършва както в режим на непрекъснато прекъсване, така и в прекъсващ.

Оборудването за метално лазерно рязане, използвано с газ, използва електрически ток за нагряване на газа. Съставът включва азот, както и въглероден диоксид, хелий.

Газодинамичните устройства използват като основа въглероден диоксид. Той се загрява и преминавайки през тясна дюза, се разширява и незабавно се охлажда. В същото време се отделя огромно количество топлинна енергия, способна да отреже дебели метални продукти. Високата мощност осигурява най-висока точност на рязане с най-ниска консумация на енергия на лъчение.

Устройствата, на които се извършва лазерно рязане на стомана и други метални материали, са сред най-модерното и високотехнологично оборудване. С помощта на специални машини се получават висококачествени и много точни разфасовки, които абсолютно не изискват допълнителна обработка. Тези машини имат много висока цена и се използват в реномирани предприятия, които извършват прецизна обработка на различни метални изделия. Оборудването за лазерно рязане не е предназначено за използване в малки частни работилници или за домашна употреба.

В същото време може да се посочи, че понякога тази техника се използва за извършване на гравиране и други работи, които изискват минимална грешка, точността на лазерното рязане на метал е на най-високо ниво. Тези машини осигуряват възможност за рязане според предварително зададени параметри. След предварителна настройка от оператора, по-нататъшният процес преминава в автоматичен режим.

Инсталациите за рязане на продукти с всякаква конфигурация са способни да режат вдлъбнатини, както и да фрезоват според определени стойности. В допълнение, тези гъвкави устройства могат да извършват художествено гравиране на голямо разнообразие от повърхности. Тяхната цена директно зависи от показатели като функционалност, мощност на лазера за рязане на метал, както и от марката на производителя.

Машините от този тип са оборудвани със специален софтуер, който изисква предварително обучение на оператора. След като усвоите хода на работа по тази техника, самият контрол на процеса няма да бъде никак труден. Продажбата на инсталации от този тип се извършва в специализирани магазини, които работят със сложно оборудване.

Режими на рязане

Лазерната обработка на метални изделия се извършва на специално оборудване, работещо в един от трите режима:

• изпаряване;
• топене;
• изгаряне.

Изпаряване

Лазерното рязане на метал чрез изпаряване изисква висока интензивност на лъчистия поток. Това е с цел свеждане до минимум на топлинните загуби от проводимост. За това се използват специални инсталации от твърдо състояние, използващи пулсиращ режим за работа. При този метод материалът в третираната зона се разтопява напълно, след което се отстранява с помощта на специален технологичен газ (аргон, азот или други). Този режим на металообработка се използва много рядко.

Топене

При този метод материалът не изгаря и стопилката се отвежда от зоната за обработка с газова струя. Този метод се използва за работа с алуминий и неговите сплави, както и с мед. Това се постига чрез създаване на огнеупорни сплави с активно взаимодействие с кислород. Тези метали могат да се режат само с лъч с висока мощност.

Изгаряне

Този режим използва интензивно окисление, което поглъща лазерно лъчение и увеличава местоположението на третираната зона. При този метод отпадъците се отстраняват равномерно. Режимът на горене се подразделя на контролиран и автогенен, при който изгарянето на метална повърхност се случва в цялата зона на излагане на кислород. Този режим не ви позволява да постигнете плавно изрязване и да се опитате да го избегнете.

Тези режими на лазерно рязане на метали се избират според параметрите на материала и изискваната точност на обработка. Трябва да се помни, че качеството на процеса директно зависи от дебелината на продукта и скоростта на металообработване.

Обработени материали

Лазерната обработка на метали се използва за обработка на алуминий, както и многото му сплави, бронз, титан, неръждаема стомана, мед и други материали. В същото време алуминиевите продукти, титанът, неръждаемата стомана имат добра отражателна способност, което се отразява негативно на скоростта на тяхната обработка. Части от листове до 6 мм се обработват най-добре с азотно растение.

За металните сплави качеството на нарязването директно зависи от тяхната дебелина. Изделия от черна стомана имат максимална дебелина на обработка 20 мм, неръждаема стомана - 15 мм, мед - 5 мм, а алуминий - 10 мм.

Месинговата обработка се извършва както автоматично, така и ръчно. В този случай няма особености и трудности. Машината се самопрограмира много бързо и ви позволява да получите подробности за необходимата конфигурация.

Предимства на лазерното рязане

Устройства, в които се използва специално лазерно рязане на метал, позволява обработка на обекти с почти всякаква дебелина. Тези машини работят както с прости метални части, така и с неръждаема стомана, както и с различни алуминиеви сплави. Липсата на директен механичен контакт запазва формата на продукта и не причинява повреда или деформация на повърхността. Автоматизираната система работи посредством контролни програми, които осигуряват възможност за рязане с най-висока точност.

Инсталациите работят не само в автоматичен режим, но и в ръчен режим, при който процесът на лазерно рязане се извършва от самия оператор с висока скорост. Тези машини имат висока функционалност и гъвкавост. Не е необходимо да използват различни форми, както и форми, което значително намалява разходите. Високата скорост на работа значително увеличава производителността на процеса, при който консумативът се използва с минимални отпадъци.

Основният принцип на фрезерната машина с ЦПУ

Фрезоването на заготовките се получава, когато режещият инструмент взаимодейства с материала. Степента на проникване на зъбите на фрезата в материала зависи от ъгъла на конусност. Колкото по-малък е ъгълът, толкова по-малка е силата на рязане.

Изборът на диаметъра на фрезата се определя от ширината и дълбочината на рязане. И двата параметъра са зададени в чертежите и съответстват на размера на детайла. Ако е необходимо да се произведат няколко заготовки, параметрите се умножават по броя на необходимите части.

По време на работа на фрезови машини с ЦПУ, фрезата извършва въртеливи движения, като постепенно отстранява необходимите слоеве от материала от обработвания детайл, което от своя страна прави транслационно движение спрямо фрезата. В зависимост от конструкцията на машината, или масата се движи по отношение на фрезата, или фрезата във втория - фрезата по отношение на масата.

В производствения процес участват два елемента - фреза и детайл. Всички манипулации обаче се извършват с фреза. Управлението се извършва с помощта на компютър или друго изчислително устройство.

Основни режими

Фрезовите машини имат няколко основни режима на работа, параметрите на които се регулират в зависимост от материала. Основните режими на работа включват: рязане, вземане на проби и гравиране.

Посоченият режим на работа се използва за изрязване на заготовки и оформяне на продукта. Работата в този режим се извършва с помощта на спирален нож с 1 или 2 старта.

Гравирането включва рисуване или писане върху повърхността на материал с помощта на гравьор.

Избор на фреза

За успешна работа трябва да изберете правилния фреза. Изборът на фреза се определя от два параметъра - дълбочината и ширината на фрезоване на режещата повърхност. Обикновено тези параметри са посочени в чертежите за заготовки и зависят от планирания размер на частите.

Дълбочината на рязане е индикатор, който определя дебелината на материала, отстранен от фрезата за един проход. При обработка на твърди материали резачът прави няколко прохода, след което повърхността на материала е по-гладка. На малки дълбочини обаче фрезата произвежда само един проход. Ширина на фрезоване - измерва се от размера на детайла. И двата параметъра са зададени в чертежите.

Скоростта на рязане се отнася до пътя, който фрезата изминава по време на работа в продължение на една минута. Пътеката обикновено е обозначена в метри. Оптималната скорост се изчислява въз основа на обиколката на фрезата и броя на зъбите. Общата обиколка на фрезата се умножава по броя на нейните зъби и броя обороти в минута. За да се получи метричен резултат, получената стойност трябва да бъде разделена на 1000 според броя на милиметрите в метри.

Оптималната скорост за различни материали се определя съгласно справочните таблици. Скоростта на рязане по време на работа на машината зависи от надеждността на фрезата, поради което таблиците показват максимално допустимите стойности на оборотите на машината, при които е невъзможно да се повреди фрезата.

Движение на шпиндела

Фрезата се движи в три посоки, в съответствие с координатната ос, където X - съответства на напречното движение на шпиндела, Y - на надлъжната и Z - на вертикалната посока.

Основните параметри на рязане са скоростта на подаване и въртенето на шпиндела. Подаването в минута се отнася до количеството движение, което вретеното прави за една минута. Тази стойност се измерва в милиметри. Изчислява се въз основа на броя на зъбите на фрезата и оборотите в минута. По този начин подаването на минута е равно на подаването на зъб на фрезата, умножено по броя на зъбите и оборотите в минута.

Избор на режим на работа

Изборът на режим на обработка зависи от материалите, мощността на машината и скоростта на обработка. Колкото по-голяма е мощността на машината, толкова по-висока е скоростта на получаване на част, което се отразява в интензивността на производството. Но твърде високата скорост намалява качеството на обработката, така че изборът на скорост се определя от свойствата на материала и наличието на охлаждаща система за машината и отстраняването на стружки, както и вида на фрезата. Основни данни за скоростите и дълбочините на подаване за рязане и фрезоване могат да бъдат намерени в придружаващите таблици. Таблицата посочва максимално допустимите стойности за посочените видове материали, тъй като стойност, надвишаваща посоченото число, може да доведе или до повреда на фрезата или детайла.

Основните показатели на режима на рязане са налягането на кислорода на рязане и скоростта на рязане, които зависят (за даден химичен състав на стоманата) от дебелината на стоманата, която се реже, чистотата на кислорода и конструкцията на горелката.

Режещото налягане на кислорода е от съществено значение за рязането. При недостатъчно налягане струята на кислорода няма да може да издухва шлака от среза и металът няма да бъде нарязан до пълната си дебелина. Ако налягането на кислорода е твърде високо, неговата консумация се увеличава и разрезът не е достатъчно чист.

Установено е, че намаляването на чистотата на кислорода с 1% намалява скоростта на рязане средно с 20%. Непрактично е да се използва кислород с чистота под 95% поради намаляване на скоростта и качеството на режената повърхност. Най-целесъобразното и икономически обосновано използване, особено при машинно кислородно рязане, кислород с чистота 99,5% или повече.

Скоростта на рязане също се влияе от степента на механизация на процеса (ръчно или машинно рязане), формата на режещата линия (права или къдрава) и качеството на режещата повърхност (рязане, заготовка с надбавка за механична обработка, заготовка за заваряване, довършителни работи).

В допълнение към таблицата, скоростта на ръчно рязане може да се определи и по формулата

където δ е дебелината на режената стомана, mm.

Ако скоростта на рязане е ниска, ръбовете ще се стопят; ако скоростта е твърде висока, тогава ще се образуват неразрязани зони поради изоставането на кислородната струя, непрекъснатостта на рязането ще бъде нарушена.

Режимите на машинно довършително рязане на части с прави ръбове без последваща обработка за заваряване са дадени в табл. 20. За рязане с форма, скоростта се взема в границите, посочени в таблицата за рязане с две горелки. За празно рязане скоростта се взема с 10 - 20% по-висока от посочената в таблицата.

Тези таблици вземат предвид, че чистотата на кислорода е 99,5%. С по-ниска чистота се увеличава консумацията на кислород и ацетилен и скоростта на рязане намалява; тези стойности се определят чрез умножаване по корекционен коефициент, равен на:

При рязане на листове с дебелина ~ 100 mm е икономически оправдано да се използва пламък за нагряване с излишък на кислород за възможно най-бързото нагряване на металната повърхност.

Технологичните процеси на обработка на метали чрез отстраняване на стърготини се извършват с режещи инструменти, за да се придадат части от определени форми, размери и качество на повърхностните слоеве.

За да се получи повърхност с дадена форма, заготовките и инструментите се фиксират върху металообработващи машини, чиито работни тела им придават движенията на желаната траектория с зададена скорост и сила.

Определяне на рационалния режим на рязане на метал

Всеки вид такава обработка като рязане на метал се характеризира с режим на рязане на метал, който е комбинация от следните основни елементи: скорост на рязане, дълбочина на рязане и подаване.

Режимът на рязане, определен за обработка на детайла, определя основното технологично време за обработката му и съответно производителността на труда. Работата по рязане се превръща в топлина. 80% от топлината или повече се отстранява с чиповете, останалото се разпределя между фрезата, детайла и околната среда. Под въздействието на топлина структурата и твърдостта на повърхностните слоеве на фрезата и нейната режеща способност се променят, а свойствата на повърхностния слой на детайла също се променят.

Условията на рязане за всеки отделен случай могат да бъдат изчислени по емпирични формули, като се вземат предвид свойствата на обработвания материал, установени от стандартите за експлоатационен живот, неговата геометрия и приложено охлаждане, както и като се вземат предвид параметрите на точност на обработвания детайл , характеристиките на металообработващите машини и инструменталната екипировка. Целта на условията на рязане започва с определянето на максимално допустимото дълбочина на рязане, след това дефинирайте допустими фуражи и скорост на рязане.

Дълбочина на рязане - дебелината на отстранения метален слой за един проход (разстоянието между обработваните и обработваните повърхности, измерено по нормалното).

Скорост на рязане е скоростта на инструмента или детайла по посока на основното движение, в резултат на което стружките се отделят от детайла, подаването е скоростта по посока на движението на подаването. С други думи, това е разстоянието, изминато за минута от точка, лежаща върху работната повърхност спрямо режещия ръб на фрезата. Например, при завъртане, скоростта на рязане е скоростта на движение на обработвания детайл, който трябва да бъде обработен спрямо режещия ръб на инструмента (периферна скорост).

Когато се определи скоростта на рязане, е възможно да се определи скорост на въртене шпиндел (обороти в минута).

Изчислената сила на рязане и скоростта на рязане определят мощността, необходима за рязане.

В зависимост от условията на рязане, чиповете, отстранени от режещия инструмент в процеса на рязане на материала, могат да бъдат елементарни, натрошени, източващи и чупещи се.

Естеството на образуване на стружки и метална деформация обикновено се разглежда за специфични случаи, в зависимост от условията на рязане; относно химичния състав и физико-механичните свойства на обработвания метал, режима на рязане, геометрията на режещата част на инструмента, ориентацията на режещите му ръбове спрямо вектора на скоростта на рязане, смазочно-охлаждащата течност и др. деформацията на метала в различните зони на образуване на стружки е различна и също така покрива повърхностния слой обработваната част, в резултат на което тя се втвърдява в работата и възникват вътрешни (остатъчни) напрежения, което се отразява на качеството на частите като дупка.

В резултат на трансформацията на механична енергия, изразходвана при рязане на метал чрез рязане, възникват източници на топлина (в зоните на деформация на слоя на рязане, както и в зоните на триене на контактите на инструментална стружка и инструментална част), които влияят живот на режещия инструмент (работно време между повторното шлифоване до посочения критерий за затъпеност) и качеството на повърхностния слой на обработваната част. Термичните явления причиняват промяна в структурата и физико-механичните свойства както на нарязания метален слой, така и на повърхностния слой на детайла, както и структурата и твърдостта на повърхностните слоеве на режещия инструмент.

Процесът на генериране на топлина зависи и от условията на рязане. Скоростта на рязане и обработваемостта на металите чрез рязане оказват значително влияние върху температурата на рязане в зоната на контакт между стружките и предната повърхност на ножа. Триенето на стружки и детайла върху повърхността на режещия инструмент, топлинните и електрическите явления по време на рязане на метал причиняват износване. Има следните видове износване: адхезивно, абразивно-механично, абразивно-химично, дифузионно, електродифузионно. Естеството на износване на металорежещ инструмент е един от основните фактори, които предопределят избора на оптимална геометрия на неговата режеща част. При избора на инструмент, в зависимост от материала на режещата му част и други условия на рязане, се ръководи един или друг критерий за износване.

Значително влияние върху рязането на метал оказва активни течности за рязане, с правилния подбор, както и с оптималния метод на подаване, който увеличава живота на инструмента, увеличава допустимата скорост на рязане, подобрява качеството на повърхностния слой и намалява грапавостта на обработваните повърхности, особено на частите, изработени от пластичен топло- устойчиви и огнеупорни трудно обработваеми стомани и сплави.

Ефективността на металното рязане се определя от установяването на рационални условия на рязане, като се вземат предвид всички влияещи фактори. Увеличаването на производителността на труда и намаляването на загубите на метал (стърготини) по време на рязане на метал е свързано с разширяването на използването на методи за получаване на заготовки, чиято форма и размери са възможно най-близки до готовите части. Това осигурява рязко намаляване (или напълно елиминира) грубите (груби) операции и води до преобладаване на дела на довършителните и довършителни операции в общия обем на металореженето.

По-нататъшни насоки за развитие на рязане на метал чрез рязане

Допълнителни насоки за развитие на рязане на метал чрез рязане включват:

• интензификация на процесите на рязане,
• овладяване на обработката на нови материали,
• подобряване на точността и качеството на обработката,
• прилагане на втвърдяващи процеси.

Основните показатели на режима на рязане с кислород са:

Тип горим газ;
- мощност на пламъка за отопление;
- намаляване на кислородното налягане;
- консумация на кислород за рязане;
- налягането на горимия газ;
- скорост на рязане.

Всички тези показатели са свързани с дебелината на метала, който се реже, химичния състав на стоманата, чистотата на кислорода и дизайна на горелката.

Тип горив газ

При газовото рязане металът се загрява само до температурата на горене, така че могат да се използват всички горими газове.
Газовете с по-ниска температура на пламъка обаче изискват по-дълго време за нагряване на метала преди рязане. Ацетиленът осигурява най-високата температура на пламъка. Следователно нагряването на метала в началото на рязане с помощта на ацетиленов пламък е много по-бързо, отколкото при използване на други горими газове. Въпреки това, при рязане на дебел метал и дълги разфасовки относителната загуба на време не е толкова голяма, следователно горими газове - заместители с по-ниска цена също се използват широко при пламъчно рязане. Ацетиленовият пламък е най-ефективен за пламъчно рязане на тънък метал и в случай на голям брой къси разфасовки, които изискват нагряване на детайла.

Мощност на пламъка за отопление

Мощността на нагревателния пламък се избира в зависимост от дебелината на нарязания метал. При рязане на стомани се използва нормален пламък. Силата на пламъка се определя от броя на външния връх.

При ръчно рязане обикновено се използват 2 външни номера на върха:

- за метал с дебелина не повече от 50 mm;

За метал с дебелина 50 - 200 мм

Намаляване на налягането на кислорода

Режещото налягане на кислород се избира в зависимост от дебелината на метала, който се реже. Количеството налягане на режещия кислород е посочено на външния връх, който се избира в зависимост от дебелината на метала, който се реже. Колкото по-голяма е дебелината на метала, толкова по-голямо трябва да бъде налягането на режещия кислород.

Ако налягането на режещия кислород е твърде ниско, кислородната струя няма да може да издуха шлаката от среза и металът няма да бъде нарязан до пълната си дебелина.

Ако налягането на режещия кислород е твърде високо, тогава неговата консумация се увеличава и разрезът не е достатъчно чист.

Намаляване на консумацията на кислород

Консумацията на кислород за рязане трябва да е достатъчна, за да окисли линията на рязане. Консумацията на кислород зависи от налягането на режещия кислород и диаметъра на отвора във вътрешния мундщук, които се избират в зависимост от дебелината на метала.

Налягане на горими газове

Налягането на горими газове се настройва в диапазона от 0,5 - 1,0 бара, в зависимост от дебелината на метала. Колкото по-дебел е металът, толкова по-голямо е налягането на горимия газ.

Кислородна скорост на рязане

Скоростта на рязане трябва да съответства на скоростта на окисляване на метала.

При ниска скорост горният ръб на среза се топи, а при висока скорост се образуват неразрязани участъци и е възможно непрекъснатостта на рязане.

Скоростта на рязане зависи главно от дебелината на метала, който се реже. И също така скоростта на рязане се влияе от:

• степента на механизация на процеса (ръчно или машинно рязане);
• формата на линията на рязане (права или къдрава);
• качество на режената повърхност (рязане, заготовка с надбавка за обработка, заготовка за заваряване, довършителни работи)

Установено е, че намаляването на чистотата на кислорода с 1% намалява скоростта на рязане средно с 20%. Следователно е непрактично да се използва кислород с чистота под 99% поради намаляване на скоростта и качеството на режената повърхност. Кислородът трябва да бъде чист 99,5% или повече.

На практика необходимата скорост на рязане може да се определи от посоката на потока от искри и шлака по време на рязане.

1. Скоростта на рязане е ниска;2. Оптимална скорост на рязане; 3. Скоростта на рязане е висока (3)