Laserový řezací stroj je laserový paprsek emitovaný z laseru, který je zaostřen do laserového paprsku s vysokou hustotou výkonu prostřednictvím systému optických obvodů. Laserový paprsek ozařuje povrch obrobku, což způsobuje, že obrobek dosáhne bodu tání nebo varu, zatímco vysokotlaký plyn koaxiální s paprskem odfoukne roztavený nebo odpařený kov. Když se paprsek pohybuje vzhledem k poloze obrobku, nakonec vytvoří štěrbinu v materiálu, což má za následek řezání. Zpracování řezání laserem je neviditelný paprsek namísto tradičního mechanického nože, s vysokou přesností, rychlým řezáním, neomezujícím se na omezení řezného vzoru, automatickým vkládáním pro úsporu materiálů, hladkým řezem, nízkými náklady na zpracování a dalšími vlastnostmi. Následující problém pro pochopení podrobných znalostí.
Za prvé, princip laserového řezacího stroje
Laser je druh světla, stejně jako jiné přirozené světlo, je generováno atomovým (molekulárním nebo iontovým atd.) skokem. Od běžného světla se ale liší pouze tím, že laser pouze v počátečním velmi krátkém časovém úseku závisí na spontánním záření a poté je proces zcela určen excitací záření, takže laser má velmi čistou barvu, téměř žádnou disperzi směrovosti , velmi vysoká svítivost a vysoká koherence.
Řezání laserem je realizováno aplikací energie s vysokou hustotou výkonu generované zaostřováním laseru. Pod kontrolou počítače je laser vybíjen pulzy, takže vydává řízené opakování vysokofrekvenčního pulzního laserového světla, které tvoří určitou frekvenci, určitou šířku pulzu paprsku, pulzní laserový paprsek přes optickou dráhu vodivosti a odrazu a prostřednictvím skupiny zaostřovacích čoček zaostřujících na povrch zpracovávaného předmětu, tvořící subtilní bod s vysokou energetickou hustotou, je ohniskové místo umístěno v blízkosti povrchu, který má být zpracován, na okamžitou vysokou teplotu tavení nebo odpařování zpracovávaného materiálu Zpracovávaný materiál se roztaví nebo odpaří při vysoké teplotě během okamžiku. Každý vysokoenergetický laserový puls okamžitě rozpráší malou dírku na povrchu předmětu. Laserová obráběcí hlava a zpracovávaný materiál jsou pod počítačovým řízením děrovány kontinuálním relativním pohybem podle předem nakresleného vzoru tak, aby byl předmět zpracován do požadovaného tvaru.
Parametry procesu řezného švu (rychlost řezání, výkon laseru, tlak plynu atd.) a trajektorii pohybu řídí CNC systém, struska na řezném švu určitým tlakem pomocného plynu odfukuje.
Za druhé, hlavní proces laserového řezacího stroje
1, řezání odpařováním
V procesu řezání laserovým odpařováním se povrchová teplota materiálu zvyšuje na bod varu, rychlost je tak rychlá, že je dostatečně rychlá, aby se zabránilo vedení tepla způsobenému tavením, takže část materiálu odpařeného na páru zmizí, část materiálu jako výron ze dna štěrbiny byl odfouknut pomocným proudem plynu. V tomto případě je vyžadován velmi vysoký výkon laseru.
Aby se zabránilo kondenzaci par materiálu na stěnách štěrbiny, nesmí tloušťka materiálu výrazně přesáhnout průměr laserového paprsku. Tento proces je proto vhodný pouze pro aplikace, kde je třeba se vyhnout odstraňování roztaveného materiálu. Tento proces se prakticky používá pouze ve velmi malém počtu aplikací u slitin na bázi železa.
Proces nelze použít pro materiály, jako je dřevo a některá keramika, které nejsou v roztaveném stavu, a proto je méně pravděpodobné, že znovu kondenzují s výpary materiálu. Navíc se tyto materiály obvykle musí řezat na mnohem silnější zářez. Při řezání laserovým odpařováním závisí optimální zaostření paprsku na tloušťce materiálu a kvalitě paprsku. Výkon laseru a výparné teplo mají jen určitý vliv na optimální polohu zaostření. Maximální řezná rychlost je nepřímo úměrná teplotě odpařování materiálu pro danou tloušťku desky. Požadovaná hustota výkonu laseru je větší než 108 W/cm2 a závisí na materiálu, hloubce řezu a ohniskové poloze paprsku. V případě určité tloušťky plechu, za předpokladu dostatečného výkonu laseru, je maximální řezná rychlost omezena rychlostí proudu plynu.
2, řezání tavením
Při laserovém tavném řezání je obrobek částečně roztaven a poté je roztavený materiál vyhazován pomocí proudu plynu. Protože k přenosu materiálu dochází pouze v jeho kapalném stavu, nazývá se proces řezání laserovým tavením.
Laserový paprsek je spojen s vysoce čistým inertním řezným plynem, aby odháněl roztavený materiál pryč od řezu, aniž by se samotný plyn účastnil řezání. Laserové tavné řezání umožňuje vyšší řezné rychlosti než zplyňování. Energie potřebná ke zplynování je obvykle vyšší než energie potřebná k roztavení materiálu. Při řezání tavením laserem je laserový paprsek absorbován pouze částečně. Maximální řezná rychlost se zvyšuje s rostoucím výkonem laseru a klesá téměř nepřímo s rostoucí tloušťkou plechu a teplotou tavení materiálu. Pro daný výkon laseru jsou limitujícími faktory tlak vzduchu v místě řezu a tepelná vodivost materiálu. Laserové tavné řezání poskytuje řezy bez oxidace v železných materiálech a titanu. Produkujte tavení, ale méně než zplyňování hustoty výkonu laseru, pro ocelové materiály, mezi 104 W/cm2 ~ 105 W/cm2.
3, oxidační tavení řezání
Tavné řezání obecně používá inertní plyn, pokud je nahrazen kyslíkem nebo jinými aktivními plyny, materiál se v laserovém paprsku zapálí a chemická reakce je intenzivní na kyslík a vytváří další zdroj tepla, takže materiál je dále zahříván, známý jako oxidační tavné řezání. .
Díky tomuto efektu je řezná rychlost získaná tímto způsobem vyšší než řezací rychlost při řezání taveniny pro konstrukční ocel stejné tloušťky. Na druhou stranu může tato metoda vést k horší kvalitě řezu ve srovnání s řezáním taveninou. Ve skutečnosti vytváří širší zářez, výraznou drsnost, zvýšenou tepelně ovlivněnou oblast a horší kvalitu hran. Řezání laserem plamenem není dobré při obrábění přesných modelů a ostrých rohů (nebezpečí popálení ostrých rohů). Tepelné účinky lze omezit použitím laseru v pulzním režimu, kdy výkon laseru určuje rychlost řezání. Při určitém výkonu laseru jsou limitujícími faktory přívod kyslíku a tepelná vodivost materiálu.
4. Řízené lomové řezání
U křehkých materiálů, které se snadno poškodí teplem, se vysokorychlostní, řízené řezání ohřevem laserovým paprskem nazývá řízené lomové řezání. Hlavní prvky tohoto procesu řezání jsou: laserový paprsek ohřeje malou oblast křehkého materiálu, což způsobí velký teplotní gradient a silnou mechanickou deformaci v oblasti, což má za následek vznik trhlin v materiálu. Dokud je zachován vyvážený gradient ohřevu, může být laserový paprsek veden tak, aby vytvořil trhliny v libovolném požadovaném směru.
