06.12.2013 / авторские статьи, обработка металла, лазерная резка

Лазерная резка металла – прогресс, инновации, производственные решения!

0 3086 7 мин

В современном мире технология лазерной резки металла занимает свое особое значимое место во множестве промышленных отраслей. Уже более 20 лет лазерные технологии являются частью промышленных процессов крупных производств и малого бизнеса.

В области металлообработки лазер используется для сварки, термообработки, гравировки, резки. Особенно востребованы технологии лазерной резки в обработке металла.

Применение установок лазерной резки позволяет не только сократить расход дорогостоящего материала, но и увеличить производительность станка за счет удобства непрерывной подачи металла на конвейер и качества и высочайшей точности изготавливаемых деталей или заготовок. По сравнению с прочими способами резки (плазменная резка, ацетиленовая и гидроабразивная резка) изделия обработанные на лазерных установках имеют высокую чистоту среза и не нуждаются в дальнейшей механической обработке (полировке, шлифовке, фрезеровке). Именно эти качества являются основным достоинством станков лазерной резки для передовых промышленных производств.

Резка осуществляется с высокой производительностью и высоким качеством благодаря таким факторам, как мощность и плотность лазерного луча. Лазерная обработка металла на станках южнокорейской компании Hankwang известна также весьма простым управлением процесса резки, даже если конфигурация изделия имеет высокую сложность. Это условие позволяет значительно сократить ручной труд и максимально автоматизировать процесс.

Южная Корея является одной из передовых стран в области производства и развития технологий лазерной резки металла. Завод HANKWANG, основанный в 1990 году, является крупнейшей компанией по разработке, производству и продажам промышленных лазеров для обработки листовых материалов и труб. В России и странах СНГ эксклюзивным представителем HANKWANG является компания CFIndustry (www.cf-industry.ru).
HANKWANG имеет дилерскую сеть по всему миру: Америка, Азия, Европа, Океания; лучшую экономическую эффективность оборудования; высочайшее качество производства и самые низкие показатели расходов на техническое обслуживание. Модельный ряд обновляется практически ежегодно, совершенствуются не только дизайн и эргономичность лазерных установок, но и повышается уровень программного обеспечения и показатели качества и производительности.

В настоящий момент завод HANKWANG выпускает системы автоматизации обработки материалов и более 10 моделей лазерных установок, из которых самыми популярными являются:

Станок лазерной резки FL 3015 с газовым резонатором

Эта лазерная установка предназначена для координатного раскроя углеродистых сталей, низко и высоко легированных сталей и алюминия. Наиболее эффективна при резке углеродистых сталей широкого диапазона толщин. Возможна обработка неметаллов. Обеспечивает максимально высокое качество резки углеродистой стали.

Станок лазерной резки FL 3015 с газовым резонатором производства HANKWANG является высокотехнологичным глубоко автоматизированным универсальным инструментом, который подойдет для широкого круга предприятий нуждающихся в обработке как листового металла, так и материалов других составов (искусственный камень, пластик, стекло). Универсальность станка определяется свойствами лазерного излучения генерируемого газовым резонатором.

Общие характеристики резонаторов Panasonic тип 10

Стабильность лазерного луча	± 2%
Длина волны	10,6 мкм
Лучевая мода	ТЕМ₀₀*
Смесь лазерного газа	СО2 : N2 : He = 1,7% : 23,4% : 74,9%

Таблица скоростей резки и толщин металла для лазерной установки модели FL 3015 c 6ти-киловаттным газовым резонатором

Материал	Толщина (мм)	Скорость (мм/мин)	Давление газа (атм)	Мощность (Вт)	Диаметр сопла(мм)
Нержавеющая сталь	1	8500	4	2500	1,0
	1,6	6500	5	1300	1,0
	2,3	5200	0,6	2500	1,0
	3,2	4200	4,5	1300	1,0
	4,5	4000	0,8	3000	1,0
	6	3500	0,9	3000	1,2
	8	3000	0,7	5200	1,2
	10	2500	0,6	4500	1,2
	12	1800	0,7	4500	1,5
	14	1600	0,7	4500	1,5
	16	1300	0,7	4500	TP2,0
	20	1100	0,7	4500	TP2,5
	25	800	0,7	4500	TP2,5
Углеродистая сталь	1	12800	10	4500	1,5
	2	7800	10	3800	1,8
	3	5600	14	4000	1,8
	4	4600	14	4500	2,0
	6	3000	14	5000	2,5
	8	2300	16	5600	2,5
	10	1500	12	6000	4,0
	12	1100	16	6000	4,0
	15	850	15	6000	4,0
	20	500	15	6000	5,0
	25	250	20	6000	5,0
Алюминий	1	18000	6	4000	1,5
	2	10000	7	4000	1,5
	3	6400	7	4000	1,8
	4	4500	8	4000	2,5
	6	2500	9	4000	2,5
	8	1500	10	5200	3,0
	10	1200	8	5500	4,0
	12	900	10	5500	4,0
	15	500	12	5000	5,0

Станок лазерной резки FS 3015 с волоконным резонатором

Установка лазерной резки используется для координатного раскроя широкой номенклатуры металлов, сталей, алюминия, меди, латуни, титана и т. д. Наиболее эффективена для обработки цветных металлов и высоколегированных сталей. Обработка неметаллов не возможна! Эффективная обработка углеродистых сталей возможна для толщин не более 6 мм.

Станок лазерной резки FS 3015 с волоконным резонатором производства Hankwang является высокотехнологичным глубоко автоматизированным специализированным инструментом, который подойдет для предприятий работающих с тонкими металлами толщинами до 4-6 мм, предприятиями нуждающимся в массовом раскрое цветным металлов на детали со сложной геометрией и высокими требованиями к качеству и точности обработки.

Общие характеристики резонаторов IPG

Стабильность лазерного луча	± 1%
Длина волны	1,06 мкм
Регулировка мощности	10-105 %
Стабильность лазерного луча	± 1%

Установка комплектуется лазерными резонаторами Panasonic, последней модификацией которых является резонатор 10 типа снабженный необслуживаемой турбиной со сниженным расходом лазерной смеси газов, в сравнении с 8 типом.

Общие характеристики резонаторов Panasonic тип 10

Стабильность лазерного луча	± 2%
Длина волны	10,6 мкм
Лучевая мода	ТЕМ₀₀*
Смесь лазерного газа	СО2 : N2 : He = 1,7% : 23,4% : 74,9%
Расход лазерного газа	15 л/час

Система ЧПУ Siemens SINUMERIC 840 D sl, одно из лучших решений на рынке на сегодняшний день применяемое всеми основными производителями металлообрабатывающего оборудования высокого уровня.
Уже в стандартной комплектации HANKWANG имеют системы автоматической регулировки лазерного излучения.

Система AFC (система автоматического контроля фокусного расстояния) позволяет в автоматическом режиме изменять фокусное расстояние лазерного луча, кроме того эта система компенсирует расходимость лазерного луча на всей поверхности заготовки. Система реализована по средствам адаптивной оптики.

Твердотельные лазеры обычно используют оптоволокно для доставки лазерного луча к зоне резания и коллиматор для преобразования лазерного излучения из оптоволокна в параллельный лазерный луч. После того как лазерное излучение пройдет через оптоволоконный кабель и коллиматор преобразует его в параллельный лазерный луч, фокусирующая линза сфокусирует параллельный лазерный луч на заготовке. CO₂ лазер не использует оптоволокно для доставки луча, таким образом, лазерный луч, формируемый резонатором, напрямую фокусируется на заготовке, используя фокусирующую линзу. Для процесса лазерной резки необходимо сфокусировать лазерный луч высокой мощности в пятно минимального диаметра, которое имеет необходимую плотность мощности для осуществления резания. Фокусное расстояния фокусирующей линзы определяет диаметр пятна и глубину фокуса - эффективное расстояние, в пределах которого достигается максимальное качество резки.

Фокусируемость лазерного луча изображена ниже, где 2×z глубина фокуса (Длина Рэлея), диаметр фокусируемого пятна d_f имеет зависимость:
d_f=4λ/π×f/D×1/K=4λ/π×f/D×M²

Зависимость показывает, что фокусируемое пятно лазерного луча минимального диаметра достижимо при меньшем фокусном расстоянии (f), хорошем качестве луча, имеющим параметр K близкий к 1 (M²=1/K), большом диаметре параллельного лазерного луча на фокусирующей линзе (D) и короткой длине волны (λ). Глубина фокуса также зависит от тех же параметров, что и диаметр пятна. Как правило, чем меньше диаметр фокусируемого лазерного луча, тем меньше глубина фокуса.

Для лазерной резки тонких материалов (толщиной менее 4 мм) небольшое фокусное расстояние, в среднем 63 мм, обеспечивает узкий прорез и гладкую поверхность кромки за счет минимального диаметра фокусируемого лазерного луча. Большое фокусное расстояние предпочтительно при резке толстых материалов, где глубина фокуса должна быть приблизительно равна половине толщины заготовки. Лазерный луч с высоким качеством должен обеспечивать большое фокусное расстояние без увеличения диаметра фокусируемого пятна. Диаметр фокусируемого пятна и глубина фокуса это параметры, определяющие фокусное расстояние, которое оптимизируется в зависимости от толщины обрабатываемого материала.

AFC решение для автоматизации процесса регулировки параметров обработки.

Система AFC (auto focusing control) предназначена для выполнения двух задач, во первых система корректирует фокусное расстояние в зависимости от диаметра луча (компенсирует расходимость) во вторых позволяет дополнительно регулировать фокусное расстояние, в автоматическом режиме с помощью системы ЧПУ.

Регулировка фокусного расстояния производится с помощью адаптивного зеркала (зеркала с регулируемой кривизной поверхности), корректировка расходимости производится автоматическом режиме без участия оператора станка. Надежная система стойкая к загрязнениям.

Таблица скоростей резки и толщин металлов для волоконного лазера модели HANKWANG FS 3015

Материал	Толщина материала, мм	Линза	Тип газа	3 кВт
Материал	Толщина материала, мм	Линза	Тип газа	Сопло
Углеродистая сталь	1	5''	O₂	NP10
	2.3			NP10
	3.2			NP10
	4.5	7.5’’		NP10
	6			NP10
	8			NP10
	10			TP15
	12			TP25
	16			TP25
	20			TP25
Нержавеющая сталь	1	5’’	N₂	TP20
	2			TP20
	3			TP20
	4	7.5’’		TP25
	6			TP30
	8			TP30
	10			TP30
	12			TP30
Алюминий	1	5’’	N₂	TP20
	2			TP20
	3			TP20
	4	7.5’’		TP30
	6			TP30
	8			TP30
	10			TP30
Латунь	1	5’’	N₂	TP20
	2			TP20
	3			TP20
	4	7.5’’		TP20
	5			TP30
	6			TP30
	8			TP25
	10			TP25
Медь	1	5’’	O₂	TP20
	2			TP25
	3			TP30
	4	7.5’’		TP30
	5			TP30
	6			TP30

К работе на станках подобной сложности и комплектации в современных компаниях имеют допуск профессионалы со специальной подготовкой. Несмотря на узость специализации и подготовки, многие производства, приобретающие лазерные установки легко справляются с управлением и обслуживанием оборудования с помощью сервисной службы CFIndustry (www.cf-industry.ru), эксклюзивного представителя HANKWANG в России. Партнеры CFIndustry могут рассчитывать на поддержку и помощь, как технических консультантов компании, так и грамотных менеджеров, на всех этапах реализации проекта и работы оборудования.