Могут ли лазерные резаки резать металл?

I. Введение

В современной диверсифицированной и сложной обрабатывающей промышленности технология лазерной резки играет незаменимую роль в различных отраслях благодаря своим отличительным преимуществам и широким возможностям адаптации.

Будь то изготовление сложных конструкций в аэрокосмической промышленности, креативная резка графики в индустрии рекламного оформления, точная обработка запчастей в автомобилестроении или даже производство микродеталей для электронной промышленности, станки лазерной резки позволяет эффективно использовать материалы и создавать художественные произведения с высокой точностью, скоростью и гибким дизайном.

Однако, несмотря на широкое применение, существует основная проблема лазерных станков, привлекающая внимание людей: могут ли станки для лазерной резки резать металл? Ответ - да; эта характеристика является ключевым фактором, позволяющим выделиться во многих отраслях.

Технология лазерной резки позволяет не только обрабатывать различные металлические материалы, включая нержавеющую сталь, углеродистую сталь, алюминий и медь, но и избегать механических нагрузок на заготовку, сохраняя при этом чрезвычайно высокую точность резки благодаря бесконтактному изготовлению, что значительно повышает качество и срок службы.

В то же время технология лазерной резки играет все более важную роль в металлообрабатывающей промышленности благодаря высокой скорости, малой площади теплового воздействия, а также гладким и плоским режущим кромкам.

Далее мы рассмотрим, как технология лазерной резки разрезает различные виды металлов с высокой эффективностью и точностью, преимущества этой технологии и ее будущие тенденции в производстве металлов.

II. Понимание технологии лазерной резки

Определение и краткая история лазерной резки

Лазерная резка - это технология, в которой используется лазерный луч с высокой плотностью энергии для локального облучения материала, в результате чего облученная область быстро плавится, испаряется или достигает точки воспламенения, что позволяет добиться точной технологии резки.

Эта технология появилась еще в конце 1960-х годов и первоначально использовалась в научных исследованиях.

С развитием лазерных технологий и снижением стоимости, лазерная резка постепенно используется в промышленном производстве, и широко применяется в изготовлении листового металла, автомобилестроении, аэрокосмической промышленности, точном машиностроении и других отраслях.

Типы лазеров, используемых для резки металлов

Существует три основных типа лазеров для резки металла:

CO₂ лазеры: CO₂ лазер является наиболее распространенным и широко используемым на рынке оборудованием для лазерной резки. Он использует газовую смесь CO₂ в качестве рабочего вещества и генерирует постоянные и импульсные лазерные лучи. Он имеет высокую мощность, хорошее качество лазерного луча, и быстрая скорость резки, которая подходит для большинства металлов и неметаллических материалов резки.

Волоконные лазерыВолоконные лазеры были быстро разработаны и широко используются в течение нескольких лет благодаря своей плотной структуре, высокой эффективности и низкой стоимости обслуживания. Принцип его работы заключается в использовании волокна, легированного редкоземельными элементами, в качестве среды усиления, а длина волны лазера намного короче, что больше подходит для резки металлических материалов. Эффект резки особенно хорош на высокоотражающих металлических материалах, таких как нержавеющая сталь, углеродистая сталь и алюминий.

Твердотельные лазеры YAG: Твердые лазеры YAG ценятся в определенных областях из-за их высокой стабильности и долговечности. Он принимает кристалл в качестве лазерной среды и генерирует лазеры, которые могут производить ближней инфракрасной длины волны, подходит для тонкого листа металла и резки неметаллических материалов. Хотя его мощность ниже, чем CO₂ лазер и волоконный лазер, он по-прежнему выделяется в некоторых изысканных и высокоточных приложений резки металла.

III. Механика лазерной резки металла

Прежде всего, необходимо понять основной принцип работы лазерной резки. Основным компонентом станка лазерной резки является лазерный генератор, который может производить высококонцентрированный монохроматический луч, то есть лазер.

Этот лазер обладает чрезвычайно высокой плотностью мощности и может быть сфокусирован оптической системой в очень тонкое пятно диаметром всего от десятков до сотен микрон, что делает энергию на единицу площади очень концентрированной.

Когда такой высокоинтенсивный лазерный луч попадает на металлическую поверхность, возникает два вида основных физических эффектов: поглощение и отражение.

Что касается лазера с определенной длиной волны, металлический материал будет поглощать часть лазерной энергии, и эти части энергии будут быстро преобразованы в тепловую энергию, в результате чего температура локальной области металла резко возрастет за короткий период, достигнув точки плавления или даже точки кипения.

В то же время оставшаяся непоглощенная энергия лазера может быть отражена или рассеяна.

Когда части металлического материала дойдут до расплавленного или парообразного состояния, головка лазерной резки будет двигаться с заданной скоростью и направлять лазерный луч по заданной траектории, осуществляя тем самым точную резку металлического материала.

Поскольку энергия лазерного луча высококонцентрированная, а скорость передачи высокая, большая часть тепла, выделяемого в процессе резки, ограничивается лишь небольшой областью, что гарантирует отсутствие теплового воздействия на окружающий материал, а также качество и точность режущей кромки.

Кроме того, при резке толстых металлических листов обычно используется нагнетание газа высокого давления (кислорода, азота и т.д.).

С одной стороны, эти газы могут удалять шлак, образующийся в процессе резки, и поддерживать чистоту режущей части.

С другой стороны, O2 может служить ускорителем горения для ускорения реакций окисления металла, что еще больше увеличивает скорость и эффективность резки.

IV. Лазерные резаки и металлы

Виды металлов, пригодных для лазерной резки

Технология лазерной резки может использоваться для резки различных типов металлических материалов, включая углеродистую сталь, кремниевую сталь, нержавеющую сталь, алюминиевые и титановые сплавы.

Эти материалы имеют различные требования к станкам лазерной резки. Например, станок лазерной резки CO₂ может резать углеродистую сталь в пределах 20 мм, нержавеющую сталь в пределах 10 мм и алюминиевый сплав в пределах 8 мм.

Это доказывает, что очень важно выбрать правильные станки для лазерной резки, чтобы добиться высокого качества резки металла.

Факторы, влияющие на резку металла с помощью лазеров

Толщина металла: Толщина металлического листа является ключевым фактором, определяющим эффективность и качество лазерной резки. Более тонкий металлический материал легче проникает и быстро разрезается лазером, а при увеличении толщины может потребоваться более высокая мощность лазера и более низкая скорость резки для обеспечения качества разрезов.

Потребности в мощности лазераРазличные металлические материалы и толщины имеют разные требования к мощности лазера. Более высокая мощность лазера может быстро расплавить заготовку и эффективно выдуть расплавленный материал с помощью вспомогательного газа. Выбор подходящей мощности лазера связан не только с эффективностью резки, но и напрямую влияет на стоимость обработки и качество заготовки.

Роль лазерного типа в резке металла

CO₂ лазер подходит для резки неметаллических и металлических материалов в определенном диапазоне из-за его длинные характеристики длины волны. И CO₂ лазерной резки машина показывает хорошую приспособленность для среднего и толстого листа углеродистой стали и нержавеющей стали.

Однако с развитием технологии волоконного лазера, особенно для оптимизации применения резки металла, преимущества станков волоконно-лазерной резки становятся все более заметными.

Поскольку длинноволновый луч света, генерируемый волоконными лазерами, легче поглощается металлом, он может демонстрировать более высокую эффективность электрооптического преобразования, более низкую стоимость эксплуатации и более стабильные режущие свойства при резке таких металлов, как нержавеющая сталь, углеродистая сталь и алюминиевый сплав.

Кроме того, волоконные лазеры отличаются герметичностью конструкции и простотой обслуживания, что делает их основным оборудованием в современной сфере резки металла.

В целом, чтобы выбрать, какой вид станка лазерной резки, типы металла и толщина должны быть рассмотрены, комплексная оценка будет сделана в соответствии с фактическими потребностями производства, экономической выгоды и будущих тенденций технологического развития.

Ограничения по толщине: Какой толщины могут быть лазерные резаки?

CO₂ машина лазерной резки:

Что касается низкоуглеродистой стали, то станки CO₂ для лазерной резки промышленного уровня могут обрабатывать листы толщиной от 0,5 мм до 25 мм, а мощное оборудование - до 30 мм.

Что касается нержавеющей стали и алюминия, то из-за разной эффективности поглощения лазерной энергии толщина, которую можно вырезать, меньше, чем у мягкой стали при той же мощности, примерно от 0,5 мм до 20 мм.

Волоконно-лазерная машина для резки:

Станки для лазерной резки с использованием волоконного лазера имеют значительные преимущества при резке тонколистовых металлов, таких как нержавеющая сталь, углеродистая сталь и алюминиевые сплавы, благодаря более высокой эффективности электрооптического преобразования и более концентрированному качеству луча.

Что касается тонких металлических листов (например, от 0,5 мм до 40 мм), станок для лазерной резки волокна демонстрирует отличные эффекты и точность резки.

С улучшением мощности, части высококлассных станков для лазерной резки волокна могут резать металлические листы до 80 мм до 100 мм.

Однако в реальных условиях применения конкретная толщина реза зависит от многих факторов, таких как скорость обработки, требования к точности, качество реза и экономичность.

Кроме того, для резки очень толстых металлических материалов часто требуется многопроходная или комбинированная обработка.

V. Преимущества использования лазерных резаков для металлов

Точность и аккуратность

Основные преимущества технологии лазерной резки заключаются в ее исключительной точности и аккуратности. Лазерные лучи могут быть сфокусированы в крошечных точках и точно перемещаться по заданной траектории, обеспечивая тонкую резку на микронном уровне.

Такая высокая точность обеспечивает постоянство размеров деталей и строгий контроль допусков, что особенно удобно для производства точных деталей и сложных узоров.

Более того, благодаря бесконтактной обработке лазерная резка позволяет избежать деформации и напряжения, возникающих при традиционной механической резке, что еще больше повышает качество заготовки.

Скорость обработки

По сравнению с традиционными методами резки металла (такими как штамповка, плазменная или гидроабразивная резка) скорость лазерной резки постоянно растет.

Лазерная резка осуществляется постоянно и быстро, без необходимости замены инструментов и настройки оборудования, что значительно сокращает продолжительность производственного цикла.

Особенно в массовом производстве и на сборочных линиях станки лазерной резки могут работать стабильно и постоянно на высокой скорости, значительно повышая эффективность производства.

Разнообразие и адаптивность материалов и форм

Станки для лазерной резки имеют широкий спектр применения, они могут эффективно резать различные металлические материалы, включая низкоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь, алюминий, медь и даже сплавы и специальные металлы.

В то же время, лазерная резка не ограничивается сложностью деталей, будь то простая прямая резка или сложный изогнутый контур, даже двухмерные или трехмерные детали, она может легко закончить.

Это дает дизайнерам больше свободы и творческого пространства при разработке продукта, способствуя переходу производства на более высокий уровень персонализированной и индивидуальной разработки.

VI. Соображения при резке металла лазером

Свойства материалов: отражательная способность и теплопроводность

Отражение: Различные виды металла имеют разные способности к поглощению лазерного луча. Например, металлические материалы с высокой отражательной способностью, такие как алюминий и медь, облучаются лазером, и часть энергии будет отражаться, а не поглощаться и преобразовываться в тепло, что может повлиять на скорость и эффект расплава или испарения металла. Поэтому при работе с таким металлом требуется лазер с более высокой мощностью или специальный газ-ассистент и оптическая система для усиления скорости поглощения лазера.

Теплопроводность: Показатель теплопроводности металла определяет, насколько быстро передается тепло при его нагревании. Тепло металла с высокой теплопроводностью, такого как алюминий, будет быстро распространяться в окружающее пространство, снижая плотность энергии в точке фокусировки лазера. Это может потребовать корректировки параметров лазера для поддержания достаточного локального накопления тепла для эффективной резки.

Напротив, для металлов с низкой теплопроводностью, таких как нержавеющая сталь, легче добиться высокоэффективной резки, поскольку тепло рассеивается с меньшей вероятностью.

Влияние мощности лазера и скорости резки

Мощность лазера: Мощность лазера напрямую влияет на скорость и глубину резки. Более высокая мощность быстрее расплавит заготовку и более плавно разрежет ее. Однако большая мощность может привести к переплавке или деформации заготовок. Таким образом, выбор правильной мощности лазера является более важным.

Скорость резкиСкорость резки взаимодействует с мощностью лазера и взаимно определяет конечное качество резки и эффект. Повышение скорости резки должным образом может уменьшить тепловыделение и зону термического влияния, таким образом, приобретая лучшее качество режущей кромки. Однако слишком быстрое движение может привести к неполному разрезу или неспособности проникнуть в материал. Нахождение оптимального соотношения между мощностью и скоростью резки позволяет достичь оптимизированного эффекта резки и обеспечить эффективность производительности.

VII. Заключение

Вспомните наш отрывок: как для точной резки различных типов металлов (таких как мягкая сталь, нержавеющая сталь и алюминий), так и для точного контроля толщины, отражательной способности и теплопроводности металла, технология лазерной резки показала свои необычные свойства.

Между тем, с постоянным повышением мощности лазера и развитием передовых технологий, таких как волоконно-лазерная резка, способность работать с более толстыми или трудно разрезаемыми металлическими материалами постоянно увеличивается.

От простой двухмерной резки до сложного трехмерного формообразования, от массового критериального производства до персонализированного индивидуального дизайна, технология лазерной резки подтолкнет все производство металла к прогрессу, еще больше усилив свою роль в современной эффективности и точной технологии.

ADH Machine Tool, ведущий производитель и экспортер станков для лазерной резки, листогибочных станков и ножниц, предложит вам безграничные возможности. Добро пожаловать в просмотрите наш официальный сайт или свяжитесь с нашим продавцом.