Laserschneiden und sein Bearbeitungssystem

LaserschneidenAnwendung

CO2-Laser mit schnellem Axialfluss werden vor allem wegen ihrer guten Strahlqualität hauptsächlich zum Laserschneiden von Metallmaterialien eingesetzt. Obwohl das Reflexionsvermögen der meisten Metalle gegenüber CO2-Laserstrahlen recht hoch ist, nimmt das Reflexionsvermögen der Metalloberfläche bei Raumtemperatur mit steigender Temperatur und Oxidationsgrad zu. Sobald die Metalloberfläche beschädigt ist, liegt das Reflexionsvermögen des Metalls nahe bei 1. Für das Laserschneiden von Metall ist eine höhere Durchschnittsleistung erforderlich, und nur CO2-Laser mit hoher Leistung weisen diesen Zustand auf.

1. Laserschneiden von Stahlmaterialien

1.1 CO2-Kontinuierliches Laserschneiden Zu den wichtigsten Prozessparametern des CO2-Kontinuierlich-Laserschneidens gehören Laserleistung, Art und Druck des Hilfsgases, Schnittgeschwindigkeit, Fokusposition, Fokustiefe und Düsenhöhe.

(1) Laserleistung Die Laserleistung hat großen Einfluss auf die Schnittdicke, die Schnittgeschwindigkeit und die Schnittbreite. Wenn andere Parameter konstant bleiben, nimmt die Schnittgeschwindigkeit mit zunehmender Schneidplattendicke ab und steigt mit zunehmender Laserleistung. Mit anderen Worten: Je höher die Laserleistung, desto dicker ist die Platte, die geschnitten werden kann, desto höher ist die Schnittgeschwindigkeit und desto etwas größer ist die Schnittbreite.

(2) Art und Druck des Hilfsgases Beim Schneiden von kohlenstoffarmem Stahl wird CO2 als Hilfsgas verwendet, um die Wärme der Eisen-Sauerstoff-Verbrennungsreaktion zur Förderung des Schneidprozesses zu nutzen. Die Schnittgeschwindigkeit ist hoch und die Schnittqualität gut, insbesondere kann ein Schnitt ohne klebrige Schlacke erzielt werden. Beim Schneiden von Edelstahl wird CO2 verwendet. Am unteren Teil des Einschnitts kann sich leicht Schlacke festsetzen. Häufig wird ein CO2 + N2-Mischgas oder ein Doppelschichtgasstrom verwendet. Der Druck des Hilfsgases hat einen wesentlichen Einfluss auf die Schneidwirkung. Durch eine entsprechende Erhöhung des Gasdrucks kann die Schnittgeschwindigkeit ohne klebrige Schlacke erhöht werden, da der Gasflussimpuls zunimmt und die Schlackenentfernungskapazität verbessert wird. Ist der Druck jedoch zu hoch, wird die Schnittfläche rau. Die Auswirkung des Sauerstoffdrucks auf die durchschnittliche Rauheit der Schnittfläche ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Der Körperdruck hängt auch von der Plattendicke ab. Beim Schneiden von kohlenstoffarmem Stahl mit einem 1-kW-CO2-Laser ist der Zusammenhang zwischen Sauerstoffdruck und Blechdicke in der folgenden Abbildung dargestellt.

(3) Schnittgeschwindigkeit Die Schnittgeschwindigkeit hat einen erheblichen Einfluss auf die Schnittqualität. Unter bestimmten Laserleistungsbedingungen gibt es entsprechende obere und untere kritische Werte für eine gute Schnittgeschwindigkeit beim Schneiden von kohlenstoffarmem Stahl. Liegt die Schnittgeschwindigkeit über oder unter dem kritischen Wert, kommt es zum Anhaften von Schlacke. Wenn die Schnittgeschwindigkeit langsam ist, verlängert sich die Einwirkungszeit der Oxidationsreaktionswärme auf die Schneidkante, die Schnittbreite wird größer und die Schnittfläche wird rau. Mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit wird der Schnitt immer schmaler, bis die Breite des oberen Schnitts dem Durchmesser der Stelle entspricht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schnitt leicht keilförmig, oben breit und unten schmal. Mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit wird die Breite des oberen Einschnitts immer kleiner, der untere Teil des Einschnitts wird jedoch relativ breiter und nimmt eine umgekehrte Keilform an.

(5)Fokustiefe

Die Schärfentiefe hat einen gewissen Einfluss auf die Qualität der Schnittfläche und die Schnittgeschwindigkeit. Beim Schneiden relativ großer Stahlplatten sollte ein Strahl mit großer Brennweite verwendet werden; Beim Schneiden dünner Platten sollte ein Strahl mit geringer Brennweite verwendet werden.

(6)Düsenhöhe

Die Düsenhöhe bezieht sich auf den Abstand von der Endfläche der Hilfsgasdüse bis zur Oberseite des Werkstücks. Die Höhe der Düse ist groß und der Impuls des ausgestoßenen Hilfsluftstroms kann leicht schwanken, was sich auf die Schnittqualität und -geschwindigkeit auswirkt. Daher wird beim Laserschneiden die Düsenhöhe im Allgemeinen minimiert, normalerweise 0,5 bis 2,0 mm.

① Laseraspekte

A. Laserleistung erhöhen. Die Entwicklung leistungsfähigerer Laser ist eine direkte und effektive Möglichkeit, die Schnittdicke zu erhöhen.

B. Impulsverarbeitung. Gepulste Laser haben eine sehr hohe Spitzenleistung und können dicke Stahlplatten durchdringen. Durch den Einsatz der Hochfrequenz-Pulslaserschneidtechnologie mit schmaler Pulsbreite können dicke Stahlplatten ohne Erhöhung der Laserleistung geschnitten werden, und die Schnittgröße ist kleiner als beim kontinuierlichen Laserschneiden.

C. Verwenden Sie neue Laser

②Optisches System

A. Adaptives optisches System. Der Unterschied zum herkömmlichen Laserschneiden besteht darin, dass der Fokus nicht unterhalb der Schnittfläche platziert werden muss. Wenn die Fokusposition entlang der Dickenrichtung der Stahlplatte um einige Millimeter nach oben und unten schwankt, ändert sich die Brennweite im adaptiven optischen System mit der Verschiebung der Fokusposition. Die Änderungen der Brennweite nach oben und unten fallen mit der Relativbewegung zwischen Laser und Werkstück zusammen, wodurch sich die Fokusposition entlang der Tiefe des Werkstücks nach oben und unten ändert. Dieser Schneidprozess, bei dem sich die Fokusposition mit den äußeren Bedingungen ändert, kann qualitativ hochwertige Schnitte erzeugen. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass die Schnitttiefe begrenzt ist und im Allgemeinen nicht mehr als 30 mm beträgt.

B. Bifokale Schneidtechnologie. Mithilfe einer speziellen Linse wird der Strahl zweimal auf verschiedene Stellen fokussiert. Wie in Abbildung 4.58 dargestellt, ist D der Durchmesser des mittleren Teils der Linse und der Durchmesser des Randteils der Linse. Der Krümmungsradius in der Mitte der Linse ist größer als der umgebende Bereich, wodurch ein Doppelfokus entsteht. Während des Schneidvorgangs liegt der obere Fokus auf der Oberseite des Werkstücks und der untere Fokus in der Nähe der Unterseite des Werkstücks. Diese spezielle Dual-Focus-Laserschneidtechnologie bietet viele Vorteile. Beim Schneiden von Baustahl kann nicht nur ein hochintensiver Laserstrahl auf der Oberseite des Metalls aufrechterhalten werden, um die für die Zündung des Materials erforderlichen Bedingungen zu erfüllen, sondern auch ein hochintensiver Laserstrahl in der Nähe der Unterseite des Metalls aufrechterhalten werden um die Anforderungen an die Zündung zu erfüllen. Die Notwendigkeit, über den gesamten Materialstärkenbereich saubere Schnitte zu erzeugen. Diese Technologie erweitert den Parameterbereich zur Erzielung hochwertiger Schnitte. Zum Beispiel mit einem 3 kW CO2. Laser kann die herkömmliche Schnittdicke nur 15 bis 20 mm erreichen, während die Schnittdicke bei Verwendung der Dual-Focus-Schneidtechnologie 30 bis 40 mm erreichen kann.

③Düse und Hilfsluftstrom

Entwerfen Sie die Düse angemessen, um die Eigenschaften des Luftströmungsfelds zu verbessern. Der Durchmesser der Innenwand der Überschalldüse schrumpft zunächst und dehnt sich dann aus, wodurch am Auslass ein Überschallluftstrom erzeugt werden kann. Der Luftzufuhrdruck kann sehr hoch sein, ohne dass Stoßwellen entstehen. Auch beim Einsatz einer Überschalldüse zum Laserschneiden ist die Schnittqualität optimal. Da der Schneiddruck der Überschalldüse auf der Werkstückoberfläche relativ stabil ist, eignet sie sich besonders zum Laserschneiden dicker Stahlplatten.