Μην αγνοείτε αυτούς τους παράγοντες – Καταστρέφουν την κοπή με λέιζερ ινών

Υπάρχουν πολυάριθμοι παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα κοπής των μηχανών κοπής με λέιζερ ινών, οι οποίοι μπορούν να κατηγοριοποιηθούν κυρίως σε παραμέτρους λέιζερ, χαρακτηριστικά του επεξεργασμένου υλικού, παραμέτρους διαδικασίας κοπής και απόδοση της μηχανής.

Παράμετροι λέιζερ

Η αρχή κοπής των μηχανών κοπής με λέιζερ ινών περιλαμβάνει τη χρήση ακτίνων λέιζερ υψηλής ενέργειας για την τήξη και την κοπή υλικών. Επομένως, οι παράμετροι του λέιζερ είναι οι πιο άμεσοι παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα κοπής.

• Ισχύς λέιζερ: Για το ίδιο υλικό και με σταθερές άλλες παραμέτρους λέιζερ, η υψηλότερη ισχύς έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη εισροή ενέργειας στο τεμάχιο εργασίας ανά μονάδα χρόνου, επιταχύνοντας την τήξη/εξάτμιση του υλικού και αυξάνοντας έτσι την ταχύτητα κοπής.

• Ποιότητα δέσμης: Συνήθως μετριέται από το GPP τιμή. Μια χαμηλότερη τιμή BPP υποδηλώνει ισχυρότερη ικανότητα εστίασης δέσμης, μικρότερο μέγεθος κηλίδας, υψηλότερη πυκνότητα ενέργειας, μικρότερη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και καλύτερη ταχύτητα και ακρίβεια κοπής.

Χαρακτηριστικά του επεξεργασμένου υλικού

• Τύπος Υλικού: Διαφορετικά υλικά εμφανίζουν εντελώς διαφορετικές φυσικές ιδιότητες, όπως ρυθμό απορρόφησης, σημείο τήξης, θερμική αγωγιμότητα και θερμοκρασία εξάτμισης, για φως λέιζερ συγκεκριμένων μηκών κύματος.

  • Ρυθμός απορρόφησης: Το μήκος κύματος του φωτός λέιζερ που εκπέμπεται από τις μηχανές κοπής με λέιζερ ινών είναι 1064 nm. Τα μεταλλικά υλικά, ειδικά ο χάλυβας και το τιτάνιο, έχουν υψηλούς ρυθμούς απορρόφησης για το φως λέιζερ σε αυτό το μήκος κύματος. Ωστόσο, τα υλικά υψηλής ανακλαστικότητας, όπως ο χαλκός και το αλουμίνιο, έχουν σχετικά χαμηλότερους ρυθμούς απορρόφησης, απαιτώντας υψηλότερη ισχύ ή ειδικές τεχνικές (π.χ., κοπή με ταλάντωση) για να ξεπεραστεί η αρχική ανάκλαση. Η μηχανή απαιτεί επίσης ορισμένα μέτρα κατά της ανάκλασης.

  • Θερμοφυσικές ιδιότητες:

    Το αλουμίνιο έχει καλή θερμική αγωγιμότητα, με αποτέλεσμα η θερμότητα να διαχέεται εύκολα. Έτσι, απαιτείται υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα για να διατηρηθεί η κοπή. Ο ανοξείδωτος χάλυβας έχει χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα, επιτρέποντας τη συγκέντρωση της θερμότητας πιο εύκολα, καθιστώντας την κοπή σχετικά ευκολότερη.

• Πάχος υλικού: Αυτός είναι ένας από τους πιο κρίσιμους παράγοντες. Καθώς το πάχος αυξάνεται, η ταχύτητα κοπής μειώνεται απότομα. Αυτό συμβαίνει επειδή χρειάζεται περισσότερος χρόνος για την τήξη και την αφαίρεση υλικού σε ολόκληρο το πάχος και απαιτείται μια ευρύτερη εγκοπή για να επιτραπεί στο βοηθητικό αέριο να αποβάλει τη λιωμένη σκωρία.

• Κατάσταση επιφάνειας υλικού: Η σκουριά, το λάδι, το χρώμα ή οι τραχιές επιφάνειες μπορούν να μεταβάλουν τον ρυθμό απορρόφησης του λέιζερ, επηρεάζοντας έτσι την ταχύτητα κοπής και την ομοιομορφία της επιφάνειας κοπής.

Παράμετροι διαδικασίας κοπής

• Βοηθητικό αέριο:

  • Τύπος αερίου: Οξυγόνο (υποστήριξη καύσης, εξώθερμη αντίδραση, κατάλληλο για ανθρακούχο χάλυβα), άζωτο (αδρανές, απομακρύνει τηγμένο υλικό, αποτρέπει την οξείδωση, κατάλληλο για ανοξείδωτο χάλυβα και αλουμίνιο), αέρας (χαμηλό κόστος, χρησιμοποιείται για μη μεταλλικά υλικά ή λεπτά φύλλα).
  • Πίεση αερίου: Η ανεπαρκής πίεση δεν μπορεί να απομακρύνει αποτελεσματικά τη λιωμένη σκωρία, οδηγώντας σε σκωρία και καύση της πίσω πλευράς. Η υπερβολική πίεση μπορεί να δημιουργήσει στροβιλισμούς στην επιφάνεια κοπής, ψύχοντας την κοπή και μειώνοντας την αποτελεσματικότητα και την ποιότητα κοπής.

• Εστιακή θέση: Η θέση της εστίασης—πάνω, κάτω ή ακριβώς στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας—μεταβάλλει το μέγεθος του σημείου και την κατανομή ενέργειας, επηρεάζοντας άμεσα το πλάτος της εγκοπής, την τραχύτητα της επιφάνειας και την ταχύτητα κοπής. Για τις πλάκες μεγάλου πάχους, η εστίαση συνήθως ρυθμίζεται σε ένα συγκεκριμένο βάθος μέσα στο τεμάχιο εργασίας για να επιτευχθεί καλύτερη κατανομή ενέργειας.

• Τύπος και ύψος ακροφυσίου: Το άνοιγμα του ακροφυσίου και η απόσταση από το τεμάχιο εργασίας επηρεάζουν το σχήμα και τη σταθερότητα του πεδίου ροής αερίου, επηρεάζοντας έτσι την αποτελεσματικότητα της αφαίρεσης σκωρίας.

Απόδοση εργαλειομηχανών

Δυναμική απόδοση του συστήματος κίνησης: Ακόμα κι αν το λέιζερ μπορεί να κόβει σε υψηλές ταχύτητες, η ανεπαρκής επιτάχυνση της εργαλειομηχανής θα περιορίσει την πραγματική ταχύτητα κατά την επεξεργασία σύνθετων μοτίβων (ειδικά εκείνων με πολλούς μικρούς κύκλους και αιχμηρές γωνίες), καθώς οι άξονες απαιτούν συχνή επιτάχυνση και επιβράδυνση.

Η σχέση μεταξύ της ισχύος του λέιζερ και του υλικού που κόβεται

Η σχέση μεταξύ ισχύος λέιζερ και πάχους κοπής

Τα παρακάτω αποτελούν μια πρόχειρη αναφορά για τα εύρη ταχύτητας κοπής (μονάδα: m/min) ανθρακούχου χάλυβα (χρησιμοποιώντας οξυγόνο) υπό κοινές συνθήκες:

Πώς να βελτιώσετε την ταχύτητα κοπής των μηχανών κοπής με λέιζερ ινών;

Υπό την προϋπόθεση της διασφάλισης της ποιότητας κοπής, οι ακόλουθες προτάσεις μπορούν να σας βοηθήσουν να αυξήσετε την ταχύτητα κοπής των μηχανών κοπής με λέιζερ ινών.

Εξοπλισμός

1. Αναβαθμίστε το λέιζερ.

   • Αυξήστε την ισχύ του λέιζερ. Αυτή είναι η πιο άμεση μέθοδος.
   • Βελτιστοποιήστε την ποιότητα της δέσμης. Επιλέξτε ένα λέιζερ με χαμηλότερη τιμή BPP. Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν την τιμή BPP ενός λέιζερ, αλλά μεταξύ των εμπορικά διαθέσιμων λέιζερ, η λειτουργία δέσμης έχει την πιο άμεση επίδραση στην τιμή BPP. Επί του παρόντος, οι λειτουργίες δέσμης λέιζερ χωρίζονται σε λέιζερ μονής λειτουργίας και λέιζερ πολλαπλών λειτουργιών. Τα λέιζερ μονής λειτουργίας διαδίδονται στον συντονιστή μόνο σε μία λειτουργία (συνήθως τη θεμελιώδη λειτουργία, δηλαδή τη λειτουργία TEM₀₀), με M²≈1, κοντά σε μια ιδανική δέσμη Gauss και εξαιρετικά μικρή διάμετρο κηλίδας (κοντά στο όριο περίθλασης). Είναι κατάλληλα για κοπή λεπτών φύλλων, αλλά η συνεχής ισχύς των λέιζερ μονής λειτουργίας είναι συνήθως χαμηλή. Τα πρώτα λέιζερ μονής λειτουργίας είχαν συνήθως ισχύ κάτω από 1 kW. Ωστόσο, με την έλευση της τεχνολογίας συνδυασμού δέσμης μονής λειτουργίας, είναι πλέον δυνατή η σύζευξη της ενέργειας πολλαπλών μονάδων λέιζερ μονής λειτουργίας σε μία μόνο οπτική ίνα μετάδοσης μέσω ενός συνδυαστή δέσμης, επιτυγχάνοντας έξοδο λέιζερ μονής λειτουργίας υψηλής ισχύος σε επίπεδο κιλοβάτ ή ακόμα και δέκα κιλοβάτ, συνδυάζοντας υψηλή ισχύ και υψηλή ποιότητα. Τα λέιζερ πολλαπλών λειτουργιών διαδίδονται στον συντονιστή σε πολλαπλές λειτουργίες (συμπεριλαμβανομένης της θεμελιώδους λειτουργίας και των λειτουργιών ανώτερης τάξης) ταυτόχρονα. Το χαρακτηριστικό τους είναι ότι μπορούν εύκολα να επιτύχουν πολύ υψηλή ισχύ, αλλά η τιμή BPP τους αυξάνεται γραμμικά με την ισχύ και η ποιότητα της δέσμης τους είναι πολύ κατώτερη από αυτή των λέιζερ μονής λειτουργίας. Χρησιμοποιούνται κυρίως για κοπή παχιάς πλάκας, όπου η εξαιρετικά υψηλή ισχύς λέιζερ μπορεί να λιώσει γρήγορα το μέταλλο και η ευρύτερη εγκοπή διευκολύνει την αποβολή της σκωρίας.

2. Επιλογή άλλων εξαρτημάτων.

   • Χρησιμοποιήστε πιο προηγμένα ακροφύσια. Τα ακροφύσια διπλής στρώσης με σχεδιασμό spoiler μπορούν να παράγουν πιο σταθερή και συγκεντρωμένη ροή αέρα, απομακρύνοντας πιο αποτελεσματικά τη σκωρία και επιτρέποντας υψηλότερες ταχύτητες κοπής, ειδικά κατά την κοπή ανοξείδωτου χάλυβα με άζωτο υψηλής πίεσης.
   • Βεβαιωθείτε ότι οι φακοί είναι καθαροί και άθικτοι. Οι μολυσμένοι φακοί μπορούν να μειώσουν σημαντικά την απόδοση μετάδοσης ισχύος λέιζερ. Ο τακτικός καθαρισμός και η επιθεώρηση του φακού εστίασης και του προστατευτικού φακού είναι βασικές απαιτήσεις για τη διατήρηση της αρχικής ταχύτητας κοπής.
   • Λειτουργία αυτόματης εστίασης. Η λειτουργία αυτόματης εστίασης διασφαλίζει ότι το εστιακό σημείο παραμένει στη βέλτιστη θέση κατά την κοπή διαφορετικών υλικών και πάχους.
   • Βεβαιωθείτε ότι η εργαλειομηχανή έχει εξαιρετική ταχύτητα και επιτάχυνση. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μηχανές κοπής ξύλου CNC, το σύστημα μετάδοσης των μηχανών κοπής με λέιζερ ινών υιοθετεί γενικά ελαφρύ σχεδιασμό (π.χ., ελαφριές ατσάλινες δοκοί από κράμα αλουμινίου). Δεδομένου ότι πρόκειται για μέθοδο επεξεργασίας χωρίς επαφή, δεν απαιτεί εξαιρετικά υψηλή στρεπτική ακαμψία. Ο ελαφρύς σχεδιασμός επιτρέπει στη μηχανή να επιτυγχάνει πολύ υψηλές ταχύτητες κίνησης και επιτάχυνση.

Διαδικασία

1. Βελτιστοποίηση παραμέτρων κοπής. Συνιστάται η δημιουργία ενός πίνακα παραμέτρων κοπής με βάση την πραγματική εμπειρία επεξεργασίας, για την καθοδήγηση της επεξεργασίας. Εάν χρησιμοποιείτε το μηχάνημα για πρώτη φορά, συνιστάται να ακολουθήσετε τον πίνακα παραμέτρων κοπής που παρέχεται από τον κατασκευαστή και να διεξάγετε δοκιμές κοπής σε άχρηστα υλικά. Ρυθμίζοντας παραμέτρους όπως η ταχύτητα, η πίεση αερίου και το σημείο εστίασης, παρατηρήστε την ποιότητα της επιφάνειας κοπής και εάν υπάρχει προσκόλληση σκωρίας, για να βρείτε τη βέλτιστη ταχύτητα κοπής υπό τις τρέχουσες συνθήκες και να δημιουργήσετε έναν αναθεωρημένο πίνακα παραμέτρων κοπής.
2. Ρύθμιση εστιακού σημείου. Για λεπτά φύλλα, το εστιακό σημείο βρίσκεται συνήθως στην επιφάνεια ή ελαφρώς χαμηλότερα για να επιτευχθεί διάτρηση και κοπή υψηλής ταχύτητας. Για χοντρές πλάκες, το εστιακό σημείο πρέπει να βρίσκεται βαθιά μέσα στο υλικό για να σχηματίσει μια επαρκή ενεργειακή κλίση, η οποία διευκολύνει την αποβολή της σκωρίας. Η εύρεση της βέλτιστης θέσης του εστιακού σημείου για κάθε υλικό/πάχος είναι ένα απαραίτητο βήμα για την αύξηση της ταχύτητας.

3. Επιλογή αερίου και βελτιστοποίηση πίεσης. Το κατάλληλο βοηθητικό αέριο και η πίεση θα πρέπει να επιλέγονται με βάση τις πραγματικές ανάγκες επεξεργασίας. Παρακάτω παρατίθενται ορισμένα κοινά βοηθητικά αέρια και πιέσεις:

   Τύπος αερίου	Βασική λειτουργία	εφαρμόζονται Υλικά	Χαρακτηριστικά επιφάνειας κοπής	Λειτουργικό κόστος	Απαιτήσεις πίεσης
   Αέρας	Μερική οξείδωση, ψύξη, έκπλυση	Μη μεταλλικό, λεπτό αλουμίνιο/χάλυβας άνθρακα	Ανοιχτό κίτρινο, ελαφρά οξείδωση	Πολύ χαμηλά	Μέτρια (5-16 Bar)
   Οξυγόνο (OXNUMX)	Υποστήριξη καύσης, εξώθερμη, έκπλυση	Από ανθρακούχο χάλυβα	Γκρι, τραχύ, με στρώμα οξειδίου	Μέτριας Δυσκολίας	Μέτρια-χαμηλή (0.5-8 Bar)
   Άζωτο (NXNUMX)	Απομόνωση οξυγόνου, έκπλυση υψηλής πίεσης	Ανοξείδωτο ατσάλι, αλουμίνιο, ορείχαλκος	Ασημί-λευκό, λείο, χωρίς οξείδια	Ψηλά	Υψηλή (10-25 Bar)
   Αργόν (Ar)	Απόλυτη προστασία, αποτρέπει τις αντιδράσεις	Κράματα τιτανίου και άλλα αντιδραστικά μέταλλα	Μεταλλικό χρώμα, υψηλής ποιότητας	Πολύ ψηλά	Μέση πίεση

4. Βελτιστοποίηση διαδρομής κοπής. Βελτιστοποιήστε τη διαδρομή κοπής όσο το δυνατόν περισσότερο μέσω προγραμματισμού διαδρομής για να ελαχιστοποιήσετε την κίνηση στο ρελαντί. Υιοθετήστε ευέλικτα την κοπή με κοινή άκρη. Όταν η απόσταση μεταξύ των εξαρτημάτων είναι πολύ μικρή, οι εγκοπές τους μπορούν να συγχωνευθούν σε μια κοινή άκρη, μειώνοντας σημαντικά το συνολικό μήκος κοπής και βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την απόδοση.