С развитием Индустрии 4.0 технология лазерной резки стала одним из основных процессов в таких областях, как изготовление листового металла и прецизионная обработка компонентов, благодаря своей высокой точности, высокой эффективности и преимуществам бесконтактной обработки. В этой статье представлен систематический анализ принципов, применимых материалов и конструктивных особенностей лазерной резки, а также сравнение ее с традиционными методами обработки, такими как фрезерование с ЧПУ, чтобы предложить практические рекомендации.
一、Определение и основные принципы лазерной резки
Лазерная резка — это процесс термической резки, в котором используется мощный лазерный луч высокой плотности для облучения поверхности металлических листов, в результате чего материал мгновенно плавится, испаряется или сдувается потоком газа высокой энергии, тем самым достигая разделения материала. В отличие от традиционной механической контактной резки, лазерная резка является бесконтактным процессом. Этот процесс не предполагает износа инструмента, механического сжатия и деформации заготовки, что позволяет максимально сохранить исходные свойства и качество поверхности листового металла.
В сочетании с автоматическим программированием через систему ЧПУ оборудование позволяет точно вырезать любую сложную форму по траектории, указанной в чертежах. Будь то прямые линии, дуги, отверстия неправильной формы или ажурные узоры, все это можно сформировать за один проход, что делает этот процесс основным основополагающим процессом для современного точного изготовления листового металла.
二、Классификация основных процессов лазерной резки
В зависимости от толщины материала, типа материала и результатов обработки лазерная резка в основном делится на четыре категории процессов для удовлетворения различных производственных потребностей:
1. Лазерная плавкая резка : подходит для металлических листов средней и большой толщины, таких как нержавеющая сталь и углеродистая сталь. Лазер нагревает материал, чтобы расплавить его, а вспомогательный газ под высоким давлением выдувает расплавленный металл. Этот процесс обеспечивает гладкие, плоские разрезы с высокой перпендикулярностью и является наиболее часто используемым основным процессом в промышленности.
2. Лазерная резка испарением : в основном используется для ультратонких листов и высокоточных тонкостенных деталей. Используя высокие температуры для непосредственного испарения и удаления материала, этот метод обеспечивает резку практически без заусенцев и остатков и обеспечивает чрезвычайно высокую точность, что делает его пригодным для массового производства небольших прецизионных компонентов.
3. Лазерная кислородно-топливная резка : в основном используется для обработки толстых листов обычной углеродистой стали. Он использует кислород для ускорения плавления и разделения материала, обеспечивая высокую скорость резки и высокую экономичность, что делает его пригодным для вырубки структурных компонентов в крупносерийном производстве.
4. Резка с контролируемым разрушением : этот метод, разработанный для хрупких материалов, использует локальный лазерный нагрев для создания трещин под напряжением, что обеспечивает точное разделение, одновременно эффективно предотвращая сколы и повреждение материала.
三、Широкий спектр применимых материалов, но требуется правильный выбор
Лазерная резка позволяет обрабатывать различные металлические и неметаллические материалы, но разные материалы предъявляют особые требования к длине волны лазера, мощности и вспомогательным газам:
Металлические материалы (обычно используемые волоконные лазеры):
Углеродистая сталь : легче всего резать, ее толщина достигает 20 мм и более (мощное оборудование может обрабатывать даже толщину 50 мм и более).
Нержавеющая сталь : отличное качество кромки и хорошая коррозионная стойкость; типичная толщина обработки составляет 1–12 мм.
Алюминиевые сплавы : высокая отражательная способность требует более высокой мощности; Для предотвращения окисления рекомендуется использовать азотную защиту.
Медь, латунь : из-за высокой отражательной способности и теплопроводности требуются специальные настройки параметров; обычно ограничивается тонкими листами.
Титан, никелевые сплавы : Подходит для аэрокосмической промышленности; Для предотвращения загрязнения необходима защита инертным газом.
Неметаллические материалы (обычно с использованием CO₂-лазеров):
Пластмассы, акрил, дерево, бумага, керамика, стекло и т. д.
Примечание. ПВХ, хлорсодержащие материалы, кожа и т. д. при воздействии лазерной энергии могут выделять токсичные газы; резать эти материалы не рекомендуется.
四、Основные рекомендации по проектированию лазерной резки
Чтобы в полной мере использовать преимущества лазерной резки, на этапе проектирования необходимо соблюдать следующие требования:
Минимальный размер объекта:
Рекомендуется, чтобы минимальный диаметр отверстия был ≥ толщины листа (например, для листа толщиной 1 мм диаметр отверстия ≥ 1 мм), чтобы избежать деформации отверстия, вызванной накоплением тепла.
Ширина прорези не должна быть менее 0,5 мм; в противном случае удаление шлака будет затруднено.
Зазор и допуск резки:
Стандартный допуск на резку может достигать ±0,1 мм (для тонких листов), а на высокоточном оборудовании — ±0,02 мм.
При проектировании собираемых деталей допускайте монтажный зазор 0,1–0,2 мм.
Зона термического влияния и контроль деформации:
Избегайте плотного скопления небольших отверстий или тонких консольных конструкций, чтобы предотвратить локальный перегрев и деформацию.
Для высокоточных деталей рекомендуется использовать импульсный режим лазера для снижения тепловложения.
Вложение и оптимизация затрат:
Используйте программирование ЧПУ для автоматического раскроя, чтобы максимизировать использование материала.
Никакие пресс-формы не требуются, что делает его пригодным для мелкосерийного и разнообразного производства и значительно сокращает циклы поставок.
五、Основные преимущества технологии лазерной резки
1. Никакого инструментария не требуется : прямая обработка чертежей посредством программирования значительно снижает затраты на оснастку, что делает его пригодным для создания прототипов новых продуктов, мелкосерийной настройки и широкого разнообразия производства.
2. Более высокая точность : точное позиционирование на станке с ЧПУ обеспечивает минимальные размерные ошибки и плавный рез без заусенцев, что значительно сокращает процессы шлифования и обрезки.
3. Высокая адаптируемость : возможность обработки любых сложных двумерных форм; легко создает ажурные, неправильные формы и узорчатые структуры, обеспечивая исключительную гибкость дизайна.
4. Высокая эффективность производства . Высокая скорость резки и высокая степень автоматизации позволяют эффективно осуществлять массовое производство при интеграции со сборочными линиями.
六、Резюме
Лазерная резка — это высокоэффективный, точный и гибкий процесс термической резки с ЧПУ, который охватывает подавляющее большинство применений обработки листового металла и металлических пластин и является фундаментальным процессом в современном точном производстве. В реальном производстве, тщательно управляя выбором материалов и спецификациями проектирования, а также интегрируя услуги лазерной резки, прецизионного фрезерования и гибки листового металла в единый производственный процесс, компании могут значительно повысить точность продукции, сократить сроки выполнения заказов и снизить производственные затраты, тем самым всесторонне повышая рыночную конкурентоспособность своей продукции.
